GSM-R通信系统及铁路应用

名词缩写GSM:GLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATIONS全球移动通信系统GSM-R:GSMforRailways全球铁路移动通信系统什么是GSM－R•GSM－R是专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统，它基于GSM并在其功能上有所超越，是一种成熟的技术。•是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术体制。内容一、GSM-R概况二、GSM-R网络结构、功能三、GSM-R呼叫处理过程四、GSM-R铁路应用一、GSM-R概况蜂窝通信的历史与现状GSM-R与GSM为什么需要建设GSM-R中国的列车控制系统介绍GSM-R基础知识简介GSM之前移动电话里程碑电话(GrahamBell)第1次无线传输(Marconi)•••———•••第1个模拟蜂窝网络10101010数字技术(第1台数字交换机)第一台公众移动电话第1个GSM通信(数字蜂窝网络)10101010我国移动通信的发展•军用→民用；低频→高频；窄带→宽带；单一业务→多业务•1G→2G→(2.5G)→3G→4G、5G我国移动通信的发展•1989年：TACS•1994年：GSM•2001年：模拟网关闭GPRS（移动）、IS-95CDMA（联通）•2008年：3G商用建设阶段•2014年：4G商用建设阶段1981NMT北欧解决方案目前1800万用户450MHz和900MHzNORWAY,DENMARKFINLAND,SWEDEN,FRANCE(450MHz)英国1985TACS800和900MHz中国1990TACS/ETACS/AMPS800和900MHz1982AMPS800MHz目前2500万用户1985RADIOCOM2000FRANCE400MHz900MHz专用移动发展Japan•NTTcellular(1979)•JTACS(1988)1986C.450GERMANY450MHz第一代模拟蜂窝系统(1978年底）移动通信的发展•特点：仅提供模拟语音业务代表：1978年底美国贝尔实验室研制成功AMPS（高级移动电话系统）和英国的TACS缺点：1.设备价格高、手机体积大、待机短2.体制混杂、不能实现国际漫游3.频谱利用率低4.不能提供数据业务5.容量受限（同一时刻最多只能供13个用户使用）6.保密性差第二代数字蜂窝系统GSM（80年代中期）•特点：主要提供语音业务及低速数据业务•代表：我国GSM和IS-95CDMA•优点：克服1G缺点，能在省内、省际及部分国家实现漫游•缺点：1.体制不同，不能实现全球漫游2.系统带宽有限，无法实现高速率的业务如多媒体业务GPRS•是在GSMPhase2+阶段引入的通用分组无线数据业务，核心网采用基于分组交换的IP传输技术，传送不同速率的数据及信令。•GPRS是对GSM的升级，应用于GSM，不会替代GSM；是2.5G的过渡技术。GPRS的特点--分组交换、IP传输–新的无线信道，分配方式灵活•多用户共享一个信道•一个用户享有多个信道–中高速数据速率•CS-1：9.05kbit/sCS-2：13.4kbit/sCS-3：15.6kbit/sCS-4：21.4kbit/s•实际速率根据预留的信道数确定•最高理论速率：21.4×8=171.2kbit/s–接入快，与IP、X.25网互通–多业务种类–与GSM相同的安全措施–基于数据流量、服务等级的QoS计费功能–可浏览普通网页–“永远在线”----逻辑连接–终端需要有GPRS功能，但不需换SIM卡•A类：可同时使用•B类：同时接入，但不能同时使用•C类：需切换，或支持GPRS•局限性–可靠性较差–小区总容量有限–实际传输速率与理论值间存在较大差值•需一个载频的8个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错措施，并需对现有的GSM网络作较大的改动–终端得不到保证–调制方式有待改进–传输时延大•GPRS的发展(EGPRS)–GPRS的发展的第二个阶段是EGPRS（增强型GPRS），采用EDGE技术–EDGE（改进数据率GSM服务）数据传输速率384kbit/s–EGPRS支持GMSK、8PSK两种调制技术，支持每时隙最高速率可达473kbit/sGPRS的结构•基于GSM的GPRS网络结构第三代数字蜂窝系统(2000s-)•特点：全球采用统一的制式，统一的频段，能实现全球漫游，并能提供多种类型、高质量的多媒体业务。•标准：TD-SCDMA（大唐）,WCDMA（欧洲）,cdma2000（北美美国高通）最早由ITU1985年提出，命名为IMT-2000(2000年左右投入商用；工作频段2000MHZ；最高业务速率可达2000kb/s)•4G是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像且图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。•基本特征：多种业务完整融合、移动中的高速切换、高度智能化GSM的过去与现状•据1999年9月统计全球共有129个国家或地区的350个运营者采用GSM标准。全球所有的移动电话用户中有64%的用户使用GSM标准。一、GSM-R概况蜂窝通信的历史与现状GSM-R与GSM为什么需要建设GSM-R中国的列车控制系统介绍GSM-R基础知识简介GSM与GSM-R的关系—六大关系•GSM-R理论建立在GSM理论基础之上；•GSM-R技术建立在GSM技术基础之上；•GSM-R工业以GSM工业为基础；•GSM-R工程建设以GSM工程经验为基础；•GSM-R应用开发吸收GSM成功经验；•GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。GSM与GSM-R的关系--业务模型GSM基础设施eMLPPVBSVGCS电信业务-ASCI功能寻址与位置有关的寻址接入矩阵铁路运营特色铁路应用功能号的表示调度通信自动列车控制(CTCS)远程控制铁路紧急救援移动服务平面调车轨道维护移动服务高速数字通信尾部风压检测区间移动通信旅客列车综合移动信息服务GSM电信业务GSM-R与GSM的关系-业务模型•GSM-R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：是指通过用户分配的功能号而不是他们所使用的终端设备的号码来寻址，便于固定(移动)用户拨号呼叫列车上移动用户的一种方式。GSM-R与GSM区别•基于位置的寻址：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：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。GSM-R与GSM区别GSM-R与GSM区别•语音组呼服务：移动或固定用户拨打组呼ID号，可与指定区域内的小组成员建立呼叫。该组内所有成员均可通过同一业务信道进行接听；该小组的成员也可通过按键讲话(PTT)方式发出通话请求，系统依据“先请求先服务”的原则建立一个上行链路来提供通话服务。•增强的多级优先与强占权：铁路紧急呼叫或列车自动控制等许多通信应用，都要求网络无论处于何种负载状况下均能迅速建立呼叫。如果在一个无线电小区发生拥塞(所有无线电频率和业务信道均被占用)，eMLPP可立即切断低优先权的呼叫而优先建立高优先权的呼叫。eMLPP业务eMLPP业务主要由三个元素构成：优先级、呼叫建立时间和资源抢占能力。优先级是指在呼叫建立时给该呼叫指配一个优先级别，并和该呼叫的建立时间类型一起参与网络资源的竞争与调配在eMLPP中引入了7个通话优先级（2个网络级，5个用户级），对于一个移动用户，可授予不同的优先级。根据规定，网络1级用作铁路应急通话eMLPP业务•呼叫建立时间是指从用户按下“发送”键开始，到被叫用户能够接收信息为止，不包含用户反应时间。对于多方呼叫、VGCS或VBS，呼叫建立时间是指至少有一个被叫用户能够接收信息为止。eMLPP业务规定的呼叫建立时间有3个等级：–1级，快速呼叫建立1－2s–2级，正常呼叫建立5s–3级，慢速呼叫建立10seMLPP业务•资源抢占是指当网络没有空闲资源可用时，具有较高优先级的呼叫将抢占正在被较低优先级呼叫占用的信道资源，还可以表现为被叫用户断开正在进行的低优先级呼叫而接听高优先级的呼入呼叫。资源抢占有两种情况：–网络资源抢占：呼叫建立或切换时，没有空闲网络资源，则终止低优先级呼叫，将资源给高优先级呼叫使用的过程。–用户接口资源抢占：具有较高优先级的呼叫请求与正在进行较低优先级通话的用户建立通信时，网络终止被叫用户的当前呼叫，并将其接入高优先级呼叫的过程。一、GSM-R概况蜂窝通信的历史与现状GSM-R与GSM为什么需要建设GSM-R中国的列车控制系统介绍GSM-R基础知识简介为什么我们需要建设GSM－R？？？什么是铁路移动通信网我国铁路无线移动通信系统的现状未来业务需求技术要求面临的选择什么是铁路移动通信网•铁路移动通信网是为铁路公务、应急抢险、行车维修等人员和旅客提供及时可靠的通信，以提高服务等级和运输效率，保证列出的安全，达到高效运营而建立的。它是一种集列车公务通信和区间移动作业通信为一体的列车移动通信系统。随着我国铁路列车向高速化与准高速化方向的迈进，为保证行车安全，实现有效的人机控制和提高运输效率，要求建立一个功能更加完善的，技术构成更加先进的铁路无线移动通信网。我国铁路无线移动通信系统的现状•由于铁路列车具有高速运动的特点，因而无线移动通信在铁路通信网中占有相当大的比重。我国铁路移动通信主要包括以下几种系统：•列车无线调度通信系统•站场无线调度电话系统•站务人员无线移动通信系统•区间无线移动通信及公务移动通信系统我国铁路无线移动通信系统的现状•目前铁路部门存在上述无线移动通信系统，有其历史和体制的原因。但是随着铁路的进一步发展和对铁路通信信息技术要求的进一步提高，这种多种体制并存的状况其弊端也越来越明显。•1、各种体制基本上都采用模拟体制，技术落后、设备陈旧，远远不能满足我国铁路通信未来发展的需要；我国铁路无线移动通信系统的现状•铁路专网体制：1.无线列调2.模拟集群：SMRATZONE（广深试验），MPT1327（北京局、柳南），UNTDEN（北京、成都、上海等）3.数字集群：TETRA（秦沈），GT800（重庆），GOTA（长春）我国铁路无线移动通信系统的现状•2、这些系统是为了满足铁路各部门的不同的需要同时设置的，分别采用单独频段和各自的通信协议，各个系统各自独立，彼此不兼容，应用有限；•3、无线频率、线路等资源被各个系统单独占用，造成资源浪费；•4、无线数据传输业务是无线移动通信技术发展的主要方向，目前各个铁路无线移动通信系统仅局限于利用常规的模拟信道进行话音通信，不利于发展无线数据传输业务。未来业务需求•铁路无线移动通信系统的业务主要包括两个大的方面，即铁路内部业务和旅客通信的需要。–铁路内部业务：–有安全要求的业务–无安全要求的业务–旅客通信：–通信业务–信息服务技术要求•未来铁路无线移动通信系统必须要适应铁路高速化的要求。在技术和功能方面，未来铁路对无线移动通信系统的要求主要包括：•1、无线移动通信系统在网络结构、硬件设备、软件算法方面都要适应列车最高时速达到300km/h～500km/h时的情况。•2、无线移动通信系统能够实现无线列控方式。此种方式为基于通信的信号和列车控制方式，在高速列车的地面调度中心之间进行大量的双向信息传输。•3、高速铁路无线移动通信网沿着高速铁路建设，无线基站设置为链状结构；由于列车的高速行驶，频繁跨