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第二节高速铁路通信系统一、铁路专用通信1、铁路通信系统的作用：2、铁路通信系统的任务：（1）（2）（3）3、现代通信系统的分层结构：二、高速铁路通信系统1、高速铁路通信的技术要求（1）（2）（3）（4）（5）（6）2、高速铁路通信系统的特点：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）3、高速铁路信号专用通信系统高速铁路信号专用通信系统主要包括（1）区段数据通信（2）区间通信（3）高速列车无限数据通信（4）专用基础通信三、高速铁路无线电通信系统（GSM-R）GSM-R（GlobleSystemofMobileforRailway）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并在功能上有所超越，是成熟的技术。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。二、我国建设GSM-R的必要性1、现有铁路无线通信系统存在许多问题（现状）2、铁路发展出现许多新业务需求1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。（1）投资方面：系统分散建设，投资浪费。（2）系统功能方面：功能单一，不具备网络能力；频率利用率低，容量有限；话音、数据业务争抢信道，传输可靠性低，数据传输能力差。（3）存在的问题：枢纽地区干扰严重；是开放系统，不具保密性。2、铁路发展出现许多新业务需求：（1）客运专线的业务需求（2）货运专线机车同步控制传输（3）车地信息化数据传输的需要（4）有线、无线调度两网融合的需求三、GSM-R系统介绍（一）系统结构1、网络子系统（NSS）（1）移动交换子系统（SSS）（2）移动智能网（IN）子系统（3）通用分组无线业务（GPRS）子系统2、基站子系统（BSS）3、运行与支持子系统（OSS）（1）网管（2）SIM卡管理系统（3）计费、结算、营帐、客服子系统4、终端设备三、GSM-R系统介绍（一）系统结构IPGbGnSMSCACBSCBTS电路域数字应用系统调度交换机调度台车载台车站台手持台OMC用户管理系统铁路应用系统OSSGPRSBSSINSSSCBCBTSSGSNGGSNPCUGRISTRAU其他通信网无线固定台MSC/VLR/GCR/IWFHLR/AuCSMPSMAPSCPSSPGMSCTCP/IPUmAbisAC/DMSC/VLRDSS1DSS1E/GNo.7LNo.7SCEPNo.7有线终端无线终端GbGnGrAterGi三、GSM-R系统介绍1、网络子系统移动交换子系统：主要完成用户的业务交换功能，完成用户数据与移动性管理、安全性管理。移动业务交换中心（MSC）：负责用户的移动性管理和呼叫控制；拜访位置寄存器（VLR）：负责存储进入该区域内已登记用户的信息；归属位置寄存器（HLR）：是一个负责管理移动用户的数据库。HLR存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等；鉴权中心（AuC）：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体，AuC只通过HLR和其他网络实体通信；互连功能单元（IWF）：与固定网络的数据终端之间提供速率和协议的转换；组呼寄存器（GCR）：用于存储移动用户的组ID；短消息服务中心（SMSC）：负责向MSC传送短消息信息；确认中心（AC）：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息。三、GSM-R系统介绍1、网络子系统智能网子系统：是在SSS中引入的智能网功能实体，将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对呼叫的智能控制。GSM业务交换点（gsmSSP）GPRS业务交换点（gprsSSP）智能外设（IP）业务控制点（SCP）业务管理点（SMP）业务管理接入点（SMAP）业务生成环境点（SCEP）。三、GSM-R系统介绍1、网络子系统GPRS子系统：负责为无线用户提供分组数据承载业务。GPRS核心层：由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能实体组成；GPRS无线接入层：由PCU、基站、终端等组成。GPRS无线接入层组网应充分利用GSM-R系统的设备资源，保护投资；与GSM-R系统共用频率资源；利用GSM-R系统的基站实现无线覆盖，不单独增加GPRS系统基站。三、GSM-R系统介绍1、网络子系统SGSN:服务GPRS支持节点,移动性管理、寻路等功能。GGSN:网关GPRS支持节点,为GPRS网与外部数据网络相连的网关。DNS:域名服务器，负责提供GPRS网内部SGSN、GGSN等网络节点的域名解析等。RADIUS:认证服务器,负责存储用户的身份信息，并完成用户的认证和鉴权等功能。PCU:分组控制单元，负责数据分组、无线信道管理、错误发送检测和自动重发。三、GSM-R系统介绍2、基站子系统BSS通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号发送接收和无线资源管理；与MSC相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。基站控制器（BSC）编译码和速率适配单元（TRAU）小区广播短消息中心（CBC）基站收发信机（BTS）弱场设备（直放站、漏缆）BSS移动终端MSC无线接口A接口三、GSM-R系统介绍3、运行与支持子系统OSS（1）网管交换、智能网、GPRS网管、基站网管、直放站网管等。（2）SIM卡管理系统（铁道部管理中心、路局发卡中心两级结构）（3）计费、结算、营帐、客服子系统三、GSM-R系统介绍4、终端设备终端是供GSM-R系统用户直接操作、使用，用来接入GSM-R网的设备，包括移动台和无线固定台。（1）移动台包括（机车、汽车）车载台，手持台、列控数据传输设备、列尾信息传输设备和防灾检测信息传输、车辆安全检测信息传输终端等。移动台由移动设备和SIM卡组成。（2）无线固定台为非移动状态下使用的无线终端，具备与移动台相同的业务功能。注：FAS系统及终端不属于GSM-R系统。三、GSM-R系统介绍（二）系统功能1、业务类型（1）语音业务（2）数据业务（3）基本业务（4）扩展业务1、业务类型（1）语音业务点对点话音呼叫业务语音广播业务（VBS）语音组呼业务（VGCS）紧急呼叫多方通信（最多五方）三、GSM-R系统介绍（二）系统功能（2）数据业务电路交换数据传输业务短消息业务分组交换数据传输业务（GPRS）三、GSM-R系统介绍（二）系统功能1、业务类型（3）智能业务基本业务①功能寻址业务根据被叫用户所承担的功能来发起呼叫，而不是根据被叫用户的号码来寻址。主叫方可以是有线用户，也可以是无线用户。②位置寻址业务将移动用户发起的呼叫，路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址。这个功能主要用于解决移动用户呼叫固定用户，包括司机或运营手持台用户呼叫调度员和当前车站值班员等。③精确位置寻址④接入矩阵三、GSM-R系统介绍（二）系统功能扩展业务①基于位置的呼叫限制业务将用户（包括调度员、车站值班员和助理值班员）发起功能号呼叫的范围限制在其管辖区域内。②自动获取调度中心的IP地址业务用于实现列车在运行中自动获取调度中心（TDCS中心）的IP地址。③短信的智能业务包括短信的功能寻址和基于位置寻址等。三、GSM-R系统介绍（二）系统功能三、GSM-R系统介绍（二）系统功能IWF无线闭塞中心车载单元。1、CTCS3级系统（ChineseTrainControlSystem）三、GSM-R系统介绍（二）系统功能1、实现了列车－地面，地面－列车的双向信息传送；2、去掉了大规模分布于沿线的轨旁设备；3、信息传送内容更加丰富；4、列车控制曲线从台阶状变为圆滑的曲线。未来无线列控系统与传统系统的比较：三、GSM-R系统介绍（二）系统功能2、机车同步操控——概念由多台机车牵引的组合列车，在牵引过程中，必须实现机车同步操控，即多台机车同时加速、减速、制动，主控机车和从控机车之间需要通信并实时传递控制命令，使它们置于同步工况或独立工况，这就是机车同步操控。三、GSM-R系统介绍（二）系统功能2、机车同步操控：GSM-ROCUGSM-ROCUGSM-ROCUGSM-R网络AN应用节点PRI系统构成示意图三条已建线的业务及实现情况－大秦线序号系统设计功能试验情况使用情况1调度通信试验成功尚未投入实际应用2机车同步操控信息传送试验成功已投入实际应用3区间移动通信试验成功已投入实际应用4列车无线车次号校核及列车停稳信息传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用5调度命令传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用6列尾装置信息传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用7调车机车信号和监控信息传送静态试验成功，需进行动态测试尚未投入实际应用三、GSM-R系统介绍（二）系统功能三条已建线的业务及实现情况－青藏线序号系统设计功能试验情况使用情况1列车调度通信试验成功已投入实际应用2列车控制系统（ITCS）数据传输试验成功已投入实际应用3调度命令传送试验成功已投入实际应用4列车无线车次号校核及列车停稳信息传送试验成功已投入实际应用5区间移动通信试验成功已经投入实际应用6其它铁路信息化应用正在进行方案研究三、GSM-R系统介绍（二）系统功能三条已建线的业务及实现情况－胶济线序号系统设计功能试验情况使用情况1调度通信试验成功试运行2车次号校核信息传送试验成功试运行3调度命令传送试验成功试运行三、GSM-R系统介绍（二）系统功能1、移动交换网GSM-R核心网络采用二级网络结构，包括移动汇接网和移动本地网，设立TMSC和MSC。（1）TMSC:3个,北京、武汉、西安，兼作MSC和GMSC；（2）MSC：共计19个，在18个铁路局所在地及拉萨设置MSC。TMSC、MSC设置及汇接表大区汇接中心TMSC（3个）汇接的移动业务本地网端局MSC（19个）北京北京、沈阳、太原、呼和浩特、哈尔滨、济南武汉武汉、上海、南昌、广州、郑州、柳州西安西安、昆明、成都、拉萨、西宁、兰州、乌鲁木齐四、GSM-R网络规划（一）核心网规划北京TMSC武汉TMSC西安TMSC呼和浩特哈尔滨沈阳北京太原南昌上海济南拉萨西宁乌鲁木齐兰州广州武汉郑州柳州西安昆明成都意大利GSM–R的发展规划意大利全国铁路线总长2万余公里，GSM-R网络覆盖7500公里。2002年8月18日，开始第一阶段建设，2005年第四季度建设完成。在全国的普通铁路网上部署4个MSC，14个BSC，1111个BTS，2套智能网。意大利铁路计划在所有高速铁路上建设ETCS2，单独建设GSM-R网络满足ETCS2的需要。高速铁路网3个MSC。11NortelConfidentialInformationTAVETCS2级商用高速线意大利(罗马-那不勒斯)最高时速347km/h线路长度200km71台基站，深度冗余覆盖北电提供GSM-RBSS网络设备信号设备厂家：安塞尔多和阿尔斯通2002年与北电签署合同，2005年12月商用运行瑞士GSM–R的发展规划瑞士全国铁路线总长5000公里，全部GSM-R网络覆盖。2003年第一季度开始网络建设，计划于2008年完工。全网部署2个MSC，15~20个BSC，1000~1200个BTS。瑞士铁路在70km的铁路线上对ETCS2进行商业化，并将在新高速铁路线（Lucerne–伯尔尼）装备ETCS2设备。法国GSM–R的发展规划法国全国铁路总长31724公里，GSM-R网络覆盖14000公里。2003年开工，2008年完成建设。全网部署3个MSC，其中2个主用，1个备用，2个HLR和SCP，设置为冗灾备份模式，50个BSC，2200个BTS，安装1万个无线机车台，配备2~5万个手持台。法铁计划在所有新建的高速线采用ETCS2级。第一条采用ETCS2的高速线将是法国境内的东部走廊线，预计于2007年开通。瑞典GSM–R的发展规划瑞典全国铁路线总长10216公里，GSM-R网络覆盖7500公里。1998年，瑞典开始规划和建设GSM-R网络，2003年第四季度建设完成。全网部署1个MSC，11个BSC，800个BTS，1套智能网设备，安装近2000个无线机车台，配备5000个手持台。荷兰GSM–R的发展规划荷兰全国铁路线总长2800公里，GSM-