GSM-R技术及应用发展

2021年2月11日发(作者：bay)

GSM-R

技术及应用发展

摘

要

铁路是我国国民经济的大动脉，铁路的运输能力直接影响着我国国民经济的发展。进入< /p>

21

世纪，

随着铁路跨越式的发展，

铁路通信系统也迎来了划时代的转变，

近年来随着运输量的

日益增长，使得列车重量加大，列车编组加长。

GSM-R

技术是基于成熟、通用的公共移动无线通信系统

G SM

平台之上，专门为满足铁路应用

而开发的数字式移动无线通 信技术。

在铁路通信中，

它能够提供定制的附加功能，

如优先级

和强插功能、

话音组呼及广播功能、< /p>

位置寻址及功能寻址和安全数据通信等，

是一种经济高

< p>
效的综合数字移动通信系统。

铁路无线全球通信系统

GSM-R

的建设和使用，

表明中国铁路正

< br>不断吸取国外铁路的先进经验和成果，

努力提升自身的经济技术结构和规模水平，

加快发展

步伐，

争取在较短时间内运输 能力满足国民经济和社会发展的需要，

主要技术装备达到或接

近 国际先进水平。

Abstract

Railway is the main artery of China's national economy, the railway transport

capacity

of

a

direct

impact

on

the

development

of

our

national

economy.

In

the

21st

century, with the railway by leaps and bounds in the development of railway

communication

systems

have

also

ushered

in

an

epoch-making

changes

in

recent

years

with the growing traffic, making the train to increase the weight of the train

formation length.

GSM-R

is

based

on

mature

technology,

the

general

public

mobile

radio

communication

system GSM platform, specifically for the railway to meet the application and

development

of

the

digital

mobile

wireless

communication

technology.

In

the

railway

communication,

it

can

be

customized

to

provide

additional

features

such

as

priority

functions Interpolation and strong, the group calls and voice broadcasting

capabilities, addressing

the

location

and

function

of

addressing

security

and

data

communications, is a cost-effective integrated digital System for Mobile

Communications. Railway global wireless communication system GSM-R and use of the

building,

indicating

China

Railway

is

abroad,

and

continuing

to

draw

on

the

advanced

experience of the railway and the results of efforts to upgrade its economic

structure and technological level of the scale, speed up the pace of development

in

the

relatively

short

period

of

time

for

transport

capacity

National

Economic

and

Social Development to meet the needs of major technical equipment to reach or

approach advanced international standards.

?

目录

1

绪论

... 1

2 GSM-R

系统的介绍

... 2

2.1 GSM

－

R

< p>
系统组成

... 3

2.2 GSM-R

工作频率

... 3

2.3 GSM-R

系统结构与覆盖

... 4

2.4 GSM-R

功能特点

... 4

2.5 GSM-R

网络优化策略

... 5

3 GSM-R

技术在我国铁路通信中的应用

... 5

4 GSM-R

技术的发展方向

... 6

5

总结

... 8

参考文献

... 10

?

1

绪论

新中国成立初期，铁路长途通信一直采用的是以架空明线和电缆为传输媒质的载波通信设

备，

电话交换大量发展步进制自动交换机及人工长途台，

在专用 通信方面，

全路调度、

各站、

养路等通 信系统改造为铁路支流脉冲选叫方式。进入

70

年代，随着国外 铁路开始应用光纤

技术，我国铁路光缆、数字通信也随之进入研究阶段，进入

< p>
80

年代中后期，数字光纤通信

已经在多条线上 试用成功；

90

年代数字光纤通信已经在铁路通信中被广泛使用 ，这一时期

除光缆建设迅速发展以外，

其他数字通信建设也得到 了相应的发展。

在交换方面大量采用程

控交换设备，

< p>
90

年代末全路长途交换网基本形成，在数据交换方面根据铁路运输管理信 息

系统（

TMIS

）、客票预定和发售 信息系统及铁路其他信息业务的需要，建设了铁路第一个分

组交换数据网，在专用通信方 面由于光数字分插设备的应用，区段通信电缆数大幅度增加，

铁路无线通信系统使用的单 信道模拟制式无线通信设备主要是为满足话音通信设计的，

主要

使用

450M

频段，共

58

对频点，固定分配给了无线列调、站调、公安等无线系统使用，各

个部 门间不能相互共享，

造成频率资源的极大浪费，无线通信系统采用频点

< br>（信道）固定分

配的方式，信道长期指配给某一系统（通常按专业划分）用户使用 ，当一个信道遇忙时，其

它用户只能等待，

往往造成该信道上的 用户争抢或者出现阻塞，

通信质量得不到保证。

而信

< p>
道空闲时，别的系统用户也并不能利用该信道进行通信。这无疑是对频率资源的一种浪费，

也制约了用户数量的进一步发展。

铁路无线通信系统枢纽地区干扰严重不 具备网络能力，

移

动终端对讲距离受限，

邻站交界区易发生业务中断，

各个无线通信系统分散，

不能联 合组网，

使得各系统之间用户无法进行联络，

无线、

< p>
有线调度网基本独立，

无法形成有机融合的整体。

无线列调系统是开放系统，

并未做任何鉴权加密处理，

对用户无 需进行身份识别，

只要无线

终端用户频点和调制方式与无线列调 相同，

便可以加入到无线列调系统内的通信。

因此话音

业务可以被接收或窃听，给行车安全带来极大的隐患。

随着我国铁路信息化建设的不断发展，铁路数据信息业务量的多样化和高速率，使得

GSM-R

系统在国内有着广阔的发展空间，

GSM-R< /p>

技术也正是顺应时代的发展，利用其固有的

GSM-R

< p>
网络特性，

为铁路信息化和自动化发展奠定良好的基础，

< br>利用通信的手段实现铁路移动设施

和固定设施的无缝连接，确保列车平稳高速、安 全地运行。

2 GSM-R

系统的介绍

GSM-R

（

GSM for Rai lway

）中文全称为铁路移动通信系统标准，和我国现在覆盖最大的

< br>GSM

网络标准相仿，

是中国首次从欧洲引进的移动通信 铁路专用系统。

随着

GSM

的技术日趋 成熟，

使用范围迅速扩大，

造价逐渐下降，

并且又由于在用户迅速扩展的情况下，

集群移动通信解

决方 案所存在的问题日趋突出，

欧洲的铁路移动通信系统最后定位于

GSM

的方式，

也就是在

GSM

标准上加入了一些适合高速移动环境使用的要素，

该项技术在

GSM

的发起地区欧洲得到

了推崇，德国和法国 、荷兰、瑞士等国家已在铁路沿线进行了

GSM-R

的放号。< /p>

GSM-R

是一种专门为铁路设计的专 业无线数字通信系统，基于

GSM

系统技术平台，针对铁路

通信列车调度、

列车控制、

支持高速列车等 特点，

为铁路运营提供定制的附加功能的一种经

济高效的综合无 线通信系统，并将铁路移动通信所具有的特色（群呼、组呼、优先级别、强

插、强拆等功 能）加进去，构成

GSMR

用于铁路的全球移动通信系统的解决 方案。从集群通

信的角度来看，

GSM-R

是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通

信、养护维修组 通信等语音通信功能。

GSM-R

能满足列车运行速度为

0-500km

／小时的无线

通信要求，安全 性好。

GSM-R

可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在 试验中的

ETCS

欧洲列车控制系统

（ 也称

FZB

）

和另一种用于

< p>
160

公里以下的低成本的列车控制系统

（

FFB

）

，

都是将< /p>

GSM-R

作为传输平台。

< p>
2002

年以来铁道部经过几年的论证、研究，决定借鉴欧洲先进国家铁路 通信在

GSM-R

系统

上成功经验，< /p>

决定在国内选择

GSM-R

作为铁路专用 移动通信系统，

替代原有的模拟通信系统，

支持铁路跨越式发展 ，

首批试点线路为青藏线、

大秦线和胶济线，

< br>并在实验成功的基础上逐

步在全国各条铁路干线和新建城际客运专线上推广使用。

既有的

GSM-R

< br>通信系统主要由

BSS

（基站子系统）、

NSS

（交换子系统）、

OSS

（管理子系统）

三大部分组成，根据业务的需要，增加了智能业务和

< br>GPRS

分组数据业务功能单元，我国目

前在青藏、

大秦、

胶济线试用的

GSM-R

< p>
系统基本上可以满足铁路运输信息业务十大功能：

机

车同步操作控制系统的信息传输、列车控制系统的信息传输、调度通信、无线车次号信息、

CTC

调度命令的传送、列车尾部风压信息传送、机车综合监测信息传送（弓况、工 况、轴温

等）、客车运行安全监测系统（

TCDS

）信息传送、旅客移动信息服务系统的信息传送、大型

编组场

/

车站综合移动信息服务系统的信息传送、区间移动通信与公务移动通信。中间 站通

信条件大为提高。调度等共线电话也推广采用了程控共线设备。

2.1

GSM

－

R

系统组成

GSM-R < /p>

系统由六个子系统组成：交换子系统（

SSS

）

、基站子系统

（

BSS

）

、运行与维护子系统（

OMC

）

、通用分组无线业务子系统（

GPRS

）

、终端子系

统及移动智能网子系统

（

IN

）

，

< br>并通过交换子系统

（

SSS

）< /p>

中的网关移动交换中心

（

GMSC

）

实现与其他通信网络的电路域业务的互联互通，通过通用分组无线业 务系统（

GPRS

）

中的网关

GPRS

业务支持节点

（

GGSN

）

实现与其他数据信息网络的分组域业务的互联

互通。

GSM

－

R

系统框图如下图，

A

接口往右是

NSS

系统，它包括有移动业务交换中心< /p>

（

MSC

）

、拜 访位置寄存器（

VLR

）

、归属位置寄 存器（

HLR

）

、鉴权中心（

AUC

）和移

动设备识别寄存器（

EIR

）

，组呼寄存器（

G CR

）

，操作维护中心（

OMC

）

，

A

接口往左

Um

接口是

BSS

系统，它包括有基站控制器（

BSC

）和基站收发信台（

BTS

）

。

Um

接

口往左是移动台部分（

MS

）

，其中包括移动终端（

MS

）和客户识别卡（

SIM

）

。

?

图

2-1

GSM

－

R

系 统框图

2.2

GSM-R

工作频率

GSM-R

系统可以在

876

～

960MHz

整个 频率范围内工作，

但

CEPT

（欧洲邮 政与电信会议）为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带，也即

UIC

< p>
（国际铁路联盟）的

GSM-R

频带：移动站到基 站（上行链路）为

876

～

880MH z

，基站

到移动站（下行链路）为

92 1

～

925MHz

。

< br>

GSM-R

选择工作在

900 MHz

频带有如下的

理由：适合

500 km/h

高速移动体的通信（最大多普勒频移为

415Hz

）

；抗电气化铁道电

火花干扰（电火花的频 率多集中在

400

～

800MHz

）

；典型覆盖距离约为

5

< br>～

10

公里，对

高速列车来说这 是保证系统容量和服务质量的最小范围；更适于隧道内通信（相对

450MHz

和

1800MHz

频带）

。

2.3

GSM-R

系统结构与覆盖

GSM-R

可以构成既含有面状 覆盖又含有链状覆盖的网络，

既可用于地区性的覆盖也可用于全国性的覆盖。例如，沿铁 路线采用链状覆盖，车站

及枢纽地区采用面状覆盖。为了满足铁路对传输的高可靠性，链 状覆盖一般采用双重

冗余的重叠小区结构，每

2

个基站（

BTS

）重叠覆盖一个小区（

cell

）

；面状覆盖采用多

小区（或多扇区）蜂窝结构，每个基站（

BTS

）覆盖一个小区 （

cell

）

，当然也可以采用

重叠覆盖小区结构。

2.4

< p>
GSM-R

功能特点

GSM-R

< br>以

GSM

平台为基础，

因此除了

GSM

所具有的越区切换、

漫游等特性 外，

GSM-R

还具有如下专有的特性：

功能寻址（

Functional Addressing

，

FA

）

：便 于固定（移动）用户拨号呼叫列车上移动用

户的一种方式。

基于位置的寻址（

Location Dependent A ddressing

，

LDA

）

：便于列车上移动用户（如火

车司机）呼叫固定用户（调度员）的一种 方式。例如当火车司机呼叫固定用户（调度

员）时，系统依据移动用户（火车司机）的当 前位置（所在控制区

/

小区）对固定用户

（调度员）进行寻址，自动地将呼叫转接到列车当前所在控制区的调度员。

语音广播服务（

V

oice Broadcast Service

，

VBS

）

：

VBS

可用来在指定区域 （可跨多个小

区）内广播消息或发布紧急呼叫（一点对多点的呼叫，主呼者讲话而众多的 被呼方只

能收听）

。区域的定义和选择可动态设定，从而具有极 大的灵活性。

语音组呼服务

（

V

oice Group Call Service

，

VGCS

）

：移动或固定用 户拨打组呼

ID

号，

可