GSM-R在铁路通信中的应用 - 图文

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我国铁路采用的GSM-R系统主要由GSM-R终端、基站子系统（BSS)、网路交换子系统（NSS）、智能网子系统（IS）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、运行和维护子系统（OSS）。 （一）GSM-R终端

GSM-R终端由移动设备和用户识别模块（SIM）两部分组成。移动设备完成用户信

息以及信令的收发和处理。除了通过无线接口接入GSM-R系统外，移动设备必须提供与使用者之间的接口，比如完成通话呼叫所需的话筒、扬声器、显示屏和按键。GSM-R终端另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM）, 它包括所有与用户有关的信息，其中也包括健全和加密信息。使用GSM-R标准的移动台都插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以不用SIM卡的情况下操作移动台。GSM-R系统是通过SIM卡来识别移动个电话用户的。 （二）基站子系统（BSS）

基站子系统（BSS）主要由一个基站控制器（BSC）和若干个基站收发机（BTS）组成。从功能上来看，基站子系统（BSS）通过无线接口与移动台相连，负责无线发射接收和无线资源管理；通过A接口与NSS相连，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息。 （三）网路交换子系统（NSS）

网路交换子系统（NSS）建立在移动交换中心（MSC）上，负责端到端的呼叫，用

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户数据管理、移动性管理和其他网络连接。NSS通过A接口连接BSS，与其他网络的连接决定于所连接网络的类型。NSS提供的主要功能如下：

①为用户移动提供特定功能，如寻呼 ②呼叫过程中对无线资源的管理。 ③管理与BSS之间的信令协议。 ④位置登记，即VLR之间的互联。 ⑤切换过程。

⑥查询HLR获得MS的漫游号码。 ⑦与其他移动功能实体交换信令信息。

⑧管理语音组呼、语音广播、增强多优先级与强拆的呼叫建立。 ⑨用户的鉴权。

基本的NSS由六个功能实体组成，分别是：移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HIR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AuC）、设备识别寄存器(EIR)和互联功能单元（IWF）。另外，NSS中还可以有实现语音组呼和语音广播的实体（GCR）,由于短消息业务的短消息服务中心（SMS-SC） 和统计服务器，这些功能实体可以根据具体的需要进行选择。

（四）移动智能网子系统（IN）

GSM-R智能网以ITU-T智能网为基础，在GSM-R网络中增加了基于CAMEL3（Cust-omised Applications for Mobile Network Enhanced Logic,Phase3)协议的业务功能。GSM-R智能网使得GSM-R网络能够灵活、方便地实现部分铁路特定的业务，并在将来引入新业务时候，减少对GMS-R网络改造。

智能网的基本思想是依靠No.7信令网和大型机中数据库的支持，将网络的交换功能和控制功能相分离；简化交换机的软件，使之只能完成基本的接续功能；引入业务控制点（SCP），具体怎样根据智能业务的业务逻辑完成呼叫的接续步骤，由SCP来决定；交换机采用开放式结构和标准接口与业务控制点相连。这样，需要增加或者修改新业务的时候，不必改动各交换中心的交换机，只要在业务控制点SCP中增加或修改新业务逻辑，并在大型集中数据库中增加新的业务数据和用户数据即可。 （五）通用分组无线业务子系统（GPRS）

GPRS子系统主要由GPRS服务节点（SGSN）、GPRS网络管理支持节点（GGSN）、分组控制单元（PCU）、域名服务器（DNS）、认证服务器（RADIUS）、GPRS接口服务器（GPIS）、GPRS归属服务器（GROS）等点组成。通用分组无线业务（GPRS）是在GSM技术的基础上提供的一种端到端的分组业务。GPRS最大限度重用已有的GSM网络基础设施，提供高效的无线资源利用率，无线接入速率可达171.2kbit/s。GPRS系统基于标准的开放接口，与已有的GSM-R电路交换系统有很多交互接口。GPRS系统的主要特点有：

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①可以固定、动态的分配信道，多用户共享信道。

②一个用户可以同时使用1~8个时隙，空中接口支持CS1~CS10共计4中编码方式，数据传输速率可达10~170kbit/s。

③用户永远在线，但是只有在进行数据传输时，才能占用无线资源信道。 ④用户与网络的交互，是按照会话进行管理的，传输信息时，用户需激活申请PDP场景。

⑤在无线数据传顺 上具有较强的保密性和可靠性，它支持前向纠错、自动反馈重发、全程加密等功能。

OSS包括无线网络管理子系统（OMC-R)、交换网络管理子系统（OMC-S)、GPRS网络管理子系统（OMC-D)和直放站管理子系统（OMC-T)。操作维护子系统（OSS）是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中运行与维护，完成了包括移动用户管理、移动设备管理及网络运行维护等功能。它的一侧与设备相连（不包括BTS，对BTS的运行维护是经过BSC进行管理），另一侧是作为人机接口的计算机工作站。这些专门用于运行维护的设备被称为运行维护中心（OMC）。系统的每一个组成部分都可以通过特有的网络连接至OMC，从而实现集中维护。

二、GSM-R的新特性

相对于GSM技术体系,GSM-R系统除具有GSM系统的全部功能和全部网元设备外,又增加了新的功能特性,以适应铁路专用移动通信系统的需求,具体包括 （一)ASCI特性

在完全兼容GSM PhaseZ+阶段的基础上,GSM-R增加了ASCI(高级语音呼叫业务)特性,为专用移动通信网提供更多的语音调度服务功能需求。ASCI特性包括了eMLPP、VGCS、VBS等。

（二)铁路特殊语音业务需求

GSM-R利用GSM的技术基础,实现了铁路特殊业务需求,包括功能号呼叫和管理，接入矩阵，基于位置的寻址、基于位置的呼叫限制等。 （三）铁路专用应用需求

铁路行业专用的应用需求也可以通过GSM-R网络实现。例如尾部风压检测、列车自动控制(ATC)、无线车次号信息、调度命令收发等业务需求。上述应用实际上利用了GSM-R通信网络,通过安装GSM-R通信模块建立连接,将GSM-R网络的电路域、分组域作为基础承载网络,在其上开发各种铁路专用应用,从而实现了全面的人机交互和控制,完成对列车各个部位和各种功能的监控。

对于以上GSM-R的新特性，将在下一章做详细介绍。

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第三章 GSM-R的主要业务功能

随着铁路运输的高速发展，对铁路通信的业务要求也越来越高，铁路无线列调也由模拟的450MHz通信向GSM-R数字移动通信转型，下面将对450MHz无线列调通信存在的不足和GSM-R数字移动通信的优势进行对比分析。

第一节 450MHz无线列调设备存在的主要问题

一、450MHz系统无法满足TDCS系统的数字信号传输

400kHz+450MHz组合列调系统主要为了车机联控的使用，既保证了区间信号强弱区信息的传输，有保证了站内和平坦地区的接收，满足山区电气化铁路感应无线列调车机联控通话的要求。由于400kHz感应列调系统区间没有中转设备，400kHz频段易受电气化干扰影响以及天线长度的限制，在区间隧道地区，直接通过电气化接触网不能完整有效的传输TDCS系统的数字信令。

二、450MHz场强覆盖满足不了铁道部的有关规定

根据铁道部有关标准规定：相邻两车站电台场强应连续覆盖，车站电台的场强覆盖一般不小于两电台之间距离的12。地形复杂地段允许场强覆盖偏移，但应保证车站电台场强连续覆盖不小于3公里。本站电台的场强覆盖一般不宜超过邻站。在满足信噪比的要求下，场强覆盖地点，时间概率不小于95%。

由于现400KHz系统不能有效的传输TDCS系统的数字信令，450MHz场强覆盖达不到95%的规定，所以450MHz无线列调系统无法满足TDCS系统对无线通信的要求。

三、无线列调450MHz场强区域易受到干扰

由于450MHz的电平值韦90dBμV，处于很多民用无线电信号的波段上，因此经常受到干扰，影响列车正常运行。尤其在一些无线电波传播弱场区，干扰问题更是成为列车安全运行的一大隐患。

另外在业务的提供能力方面，450 MHz无线列调系统通过多年的改进和研发，受技术体制限制，目前只能开展单一的语音对讲业务，具有低速率的数传功能。由于本身系统制式的原因，语音通话存在干扰，在保密性和安全性上存在不足，对加载的车次号及调度命令的传输、列尾风压信息传输的可靠性不高。

因此，我们引入了GSM-R系统，GSM-R系统可以提供丰富的语音业务，如紧急呼叫、组呼业务、多优先级通话、信道不足时强拆低优先级用户、依据车次号、机车号、车号或功能号进行的功能寻址、根据用户的位置，对特殊用户进行呼叫等。除语音业务，GSM-R系统还可提供如短消息、车次号及调度命令的传输、列尾风压信息的传输等数据业务的扩展。

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