3GSM-R無線通信系統(tǒng)在鐵路上的應(yīng)用研究鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文論文題目：GSM-R無線通信系統(tǒng)在鐵路上的應(yīng)用研究作者姓名：王云奎班級(jí)學(xué)號(hào)：100473063系部：電子工程系專業(yè)：電子信息工程技術(shù)（城軌通信方向）指導(dǎo)教師：謝丹2013年05月26日第一章·緒論鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，鐵路的運(yùn)輸能力直接影響我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度?？缛?1世紀(jì)，隨著鐵路高速的發(fā)展，鐵路通信系統(tǒng)也迎來了劃時(shí)代的轉(zhuǎn)變，近年來隨著運(yùn)輸量的日益增長，使得列車重量加大，列車編組加長。GSM-R技術(shù)基于成熟、通用的公共移動(dòng)無線通信系統(tǒng)GSM平臺(tái)之上，專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式移動(dòng)無線通信技術(shù)。在鐵路通信中，它能夠提供定制的附加功能，如優(yōu)先級(jí)和強(qiáng)插功能、話音組呼及廣播功能、位置尋址及功能尋址和安全數(shù)據(jù)通信等，是一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。鐵路無線全球通信系統(tǒng)GSM-R的建設(shè)和使用，表明中國鐵路正不斷吸取國外鐵路的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和成果，努力提升自身技術(shù)結(jié)構(gòu)和規(guī)模水平，加快發(fā)展步伐，爭取在較短時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。鐵路通信的發(fā)展過程和現(xiàn)狀新中國成立初期，鐵路長途通信一直采用的是以架空明線和電纜為傳輸媒質(zhì)的載波通信設(shè)備，電話交換大量發(fā)展步進(jìn)制自動(dòng)交換機(jī)及人工長途臺(tái)，在專用通信方面，全路調(diào)度、各站、養(yǎng)路等通信系統(tǒng)改造為鐵路支流脈沖選叫方式。進(jìn)入70年代，隨著國外鐵路開始應(yīng)用光纖技術(shù)，我國鐵路光纜、數(shù)字通信也隨之進(jìn)入研究階段；進(jìn)入80年代中后期，數(shù)字光纖通信已經(jīng)在多條線上試用成功；90年代數(shù)字光纖通信已經(jīng)在鐵路通信中被廣泛使用，這一時(shí)期除光纜建設(shè)迅速發(fā)展以外，其他數(shù)字通信建設(shè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展在交換方面大量采用程控交換設(shè)備。90年代末全路長途交換網(wǎng)基本形成，在數(shù)據(jù)交換方面根據(jù)鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)（TMIS）、客票預(yù)定和發(fā)售信息系統(tǒng)及鐵路其他信息業(yè)務(wù)的需要，建設(shè)了鐵路第一個(gè)分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)。在專用通信方面由于光數(shù)字分插設(shè)備的應(yīng)用，區(qū)段通信電纜數(shù)大幅度增加，中間站通信條件大為提高。調(diào)度等共線電話也推廣采用了程控共線設(shè)備。鐵路無線通信系統(tǒng)使用的單信道模擬制式無線通信設(shè)備主要是為滿足話音通信設(shè)計(jì)的，主要使用450M頻段，共58對(duì)頻點(diǎn)，固定分配給了無線列調(diào)、站調(diào)、公安等無線系統(tǒng)使用，各個(gè)部門間不能相互共享，造成頻率資源的極大浪費(fèi)，無線通信系統(tǒng)采用頻點(diǎn)（信道）固定分配的方式，信道長期指配給某一系統(tǒng)（通常按專業(yè)劃分）用戶使用，當(dāng)一個(gè)信道遇忙時(shí)，其它用戶只能等待，往往造成該信道上的用戶爭搶或者出現(xiàn)阻塞，通信質(zhì)量得不到保證。而信道空閑時(shí)，別的系統(tǒng)用戶也并不能利用該信道進(jìn)行通信。這無疑是對(duì)頻率資源的一種浪費(fèi)，也制約了用戶數(shù)量的進(jìn)一步發(fā)展。鐵路無線通信系統(tǒng)樞紐地區(qū)干擾嚴(yán)重，不具備網(wǎng)絡(luò)能力，移動(dòng)終端對(duì)講距離受限，鄰站交界區(qū)易發(fā)生業(yè)務(wù)中斷，各個(gè)無線通信系統(tǒng)分散，不能聯(lián)合組網(wǎng)，使得各系統(tǒng)之間用戶無法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，無線、有線調(diào)度網(wǎng)基本獨(dú)立，無法形成有機(jī)融合的整體。無線列調(diào)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，并未做任何鑒權(quán)加密處理，對(duì)用戶無需進(jìn)行身份識(shí)別，只要無線終端用戶頻點(diǎn)和調(diào)制方式與無線列調(diào)相同，便可以加入到無線列調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的通信。因此話音業(yè)務(wù)可以被接收或竊聽，給行車安全帶來極大的隱患。隨著我國鐵路信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，鐵路數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)量的多樣化和高速率，使得GSM-R系統(tǒng)在國內(nèi)有著廣闊的發(fā)展空間，GSM-R技術(shù)也正是順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，利用其固有的GSM-R網(wǎng)絡(luò)特性，為鐵路信息化和自動(dòng)化發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，利用通信的手段實(shí)現(xiàn)鐵路移動(dòng)設(shè)施和固定設(shè)施的無縫連接，確保列車平穩(wěn)高速、安全地運(yùn)行。GSM-R的歷史及技術(shù)特點(diǎn)，最初開發(fā)GSM-R的原因是無線頻率的利用效率較低，鐵路網(wǎng)絡(luò)之間不同的通信系統(tǒng)的互操作性有限。1992年，歐洲鐵路的主管組織UIC（國際鐵路聯(lián)盟）認(rèn)為，GSM正在逐漸成為移動(dòng)通信的實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)，并發(fā)現(xiàn)GSM的功能能夠?yàn)殍F路的新型數(shù)字通信系統(tǒng)提供一個(gè)理想的平臺(tái)。于是，作為EIRENE（歐洲統(tǒng)一鐵路無線增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)）項(xiàng)目的一部分，關(guān)于GSM-R數(shù)字無線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的工作陸續(xù)展開。1995年，MORANE（歐洲鐵路移動(dòng)無線電通信）項(xiàng)目啟動(dòng)，EIRENE制定的標(biāo)準(zhǔn)得到認(rèn)可，開始生效。GSM-R是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無線通信系統(tǒng)GSM平臺(tái)上的、專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式的無線通信系統(tǒng)，針對(duì)鐵路通信列車調(diào)度、列車控制、支持高速列車等特點(diǎn)，為鐵路運(yùn)營提供定制的附加功能的一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合無線通信系統(tǒng)。從集群通信的角度來看，GSM-R是一種數(shù)字式的集群系統(tǒng)，能提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、應(yīng)急通信、養(yǎng)護(hù)維修組通信等語音通信功能。GSM-R能滿足列車運(yùn)行速度為0-500km／小時(shí)的無線通信要求，安全性好。GSM-R可作為信號(hào)及列控系統(tǒng)的良好傳輸平臺(tái)。

第二章·GSM-R系統(tǒng)的概述2.1GSM與GSM-R的關(guān)系GSM：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。GSM-R：全球鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)。GSM-R是鐵路綜合數(shù)字無線通信系統(tǒng)，通過無線通信方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)話音和數(shù)據(jù)傳輸，是基于GSM而發(fā)展起來的一種數(shù)字傳輸技術(shù)體制。GPS：全球定位系統(tǒng)，鐵路上用于實(shí)現(xiàn)列車追蹤控制。GPRS：通用分組無線業(yè)務(wù)。IN:智能網(wǎng)。(1)GSM-R理論建立在GSM理論基礎(chǔ)之上。(2)GSM-R技術(shù)建立在GSM技術(shù)基礎(chǔ)之上。(3)GSM-R工業(yè)以GSM工業(yè)為基礎(chǔ)。(4)GSM-R工程建設(shè)以GSM工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。(5)GSM-R應(yīng)用開發(fā)吸收GSM成功經(jīng)驗(yàn)。(6)GSM-R的市場鐵路專用，GSM公眾商用。GSM-R是專門為鐵路通信設(shè)計(jì)，的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，屬于第二代鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。2.2GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能2.2.1我國GSM-R系統(tǒng)的構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(SSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)、操作維護(hù)子系統(tǒng)(OSS)、通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)(GPRS)、智能網(wǎng)子系統(tǒng)(IN)、固定接人交換子系統(tǒng)(FAS)和無線終端系統(tǒng)。通過交換子系統(tǒng)(SSS)中的網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心(GMSC)實(shí)現(xiàn)與其他通信網(wǎng)絡(luò)的電路域業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通(如信號(hào)專業(yè)的無線閉塞中心RBC)。通過通用分組無線業(yè)務(wù)系統(tǒng)(GPRS)中的網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)實(shí)現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)的分組域業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通(如：GRIS接口服務(wù)器、信號(hào)專業(yè)CTC)。2.2.2GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MS是接人GSM-R網(wǎng)絡(luò)的用戶終端，通過無線接口Um接人到網(wǎng)絡(luò)中?；咀酉到y(tǒng)BSS由一個(gè)基站控制器BSC和若干個(gè)基站收發(fā)機(jī)BTS組成，BTS主要負(fù)責(zé)與一定覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)MS進(jìn)行通信，并對(duì)空中接口進(jìn)行管理。BTS與BSC之間通過Abis接口通信。BSS中還可能存在編碼速率適配單元TRAU，它實(shí)現(xiàn)GSM-R編碼速率向標(biāo)準(zhǔn)的速率的轉(zhuǎn)換。Abis接口屬于私有協(xié)議，廠家自己定義，即BSC與BTS一定要使用同一廠家的設(shè)備。BSC和BTS連接的設(shè)置：3～5個(gè)BTS環(huán)形組網(wǎng)，構(gòu)成與BSC的鏈接。每個(gè)環(huán)使用2個(gè)2M傳輸通道[2]。（一）、BSS基站子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)BSS通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送／接收和無線資源管理，通過A接口與NSS相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定用BSC間的通信連接，并且傳送系統(tǒng)信令和用戶信息。在BSS中，BTs主要負(fù)責(zé)無線傳輸，BSC主要負(fù)責(zé)控制和管理，如果加入TRUA（速率適配單元），主要為了減少PCM鏈路數(shù)量。1．BSC通用結(jié)構(gòu)和功能BSC通用結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。BSC主要提供在其覆蓋區(qū)BSC的無線電資源管理與移動(dòng)性管BTS功能，以及提供無線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營與維護(hù)功能。一臺(tái)BSC可以管理一個(gè)或多達(dá)幾十個(gè)BTS,BSS通過無線接口(Um)與移動(dòng)臺(tái)(MS)、機(jī)車臺(tái)等移動(dòng)終端相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送／接受和無線資源管理。通過A接口與SSS相連,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間與固定網(wǎng)用戶之間的通信連接，并且傳送系統(tǒng)信令和用戶信息。O&MO&MAbis接口對(duì)BTS無線資源管理區(qū)之間、小區(qū)之間越區(qū)切換通信信道安排BTS之間的頻率重新分配BTS時(shí)間和頻率同步控制頻率跳變等等處理單元X25控制器交換矩陣PCM控制器PCM控制器BTSA接口至網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)BSC2-1BSC結(jié)構(gòu)圖2.BTS通用結(jié)構(gòu)和功能BTS通用結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。BTS是網(wǎng)絡(luò)固定部分與無線部分之間進(jìn)行通信的中繼，移動(dòng)用戶過空中接口與BTS連接。BTS能夠進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)和短消息的傳輸，并完成信號(hào)處理、無線測量預(yù)處理、切換、功率控制等基于無線接口的功能。TRX是BTS中最主要的設(shè)備。一臺(tái)TRX管理著一個(gè)TDMA幀（8個(gè)時(shí)隙，8個(gè)物理信道），如圖2-3所示。3．TRAU通用結(jié)構(gòu)和功能速率適配單元（TRAU）結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。TRAU能夠?qū)?3kbit/s的話音（或數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的64kbit/s的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)編碼速率轉(zhuǎn)換，減少了BSC中PCM鏈路的數(shù)量。天線與每個(gè)小區(qū)的接收發(fā)信機(jī)之天線與每個(gè)小區(qū)的接收發(fā)信機(jī)之間的接口-編碼、加密、調(diào)制、然后將射頻信號(hào)送給天線-將信號(hào)解密、均衡、然后解調(diào)-上行鏈路信道測量-定時(shí)提前量-調(diào)頻BSC-將語音和用戶數(shù)據(jù)信道合成后送給BSC-將信令信道合成以后送給BSC天線BCF(基站公共功能)發(fā)射耦合器接受耦合器TRX(收發(fā)信機(jī))耦合系統(tǒng)雙工器Abis接口BTS2-2BTS結(jié)構(gòu)2-3TRX功能MSCT1中繼線=24用戶信道E1中繼器線120路用戶信道編譯碼器控制器編譯碼器MSCT1中繼線=24用戶信道E1中繼器線120路用戶信道編譯碼器控制器編譯碼器外部PCM接口BSCE1中繼線=31路用戶信道A接口T1中繼線92路用戶和控制信道將13kbit/GSM語音幀格式轉(zhuǎn)換成64kbit/SE1PCM-律或E1PCMA律幀合適將用戶數(shù)據(jù)流路由至相應(yīng)的互聯(lián)功能Atrr接口（二）網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)一般由6個(gè)功能實(shí)體組成，分別是移動(dòng)交換中心(MSC)，拜訪位置寄存器(VLR)，歸屬位置寄存器(HLR)，鑒權(quán)中心(AUC)，設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)，互連功能單位（IWF）。NSS中還可以實(shí)現(xiàn)語音組呼和語音廣播的實(shí)體組呼寄存器（GCR）。NSS主要負(fù)責(zé)端到端的呼叫、用戶數(shù)據(jù)管理、移動(dòng)性管理和固定網(wǎng)絡(luò)的連接。MSC是NSS的核心，MSC的核心是交換功能，它用于建立業(yè)務(wù)信道和在MSC之間或與其他網(wǎng)絡(luò)之間交換信令消息；它與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)可以采用El中繼線，提供30路用戶信道，或采用T1中繼線，提供24路用戶信道。GMSC為叫關(guān)MSC，具有路由功能，作為固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間的一個(gè)接入單元，提供業(yè)務(wù)和功能接人。網(wǎng)絡(luò)可以在全部MSC中選出一些MSC作為GMSC。與MSC相連的是VLR，VLR管理在一個(gè)MSC區(qū)內(nèi)漫游移動(dòng)用戶信息的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫；一個(gè)VLR可以管理一個(gè)或多個(gè)MSC。HLR存儲(chǔ)的是在網(wǎng)絡(luò)中永久注冊的移動(dòng)用戶的靜態(tài)信息，如用戶信息、承載和定制的用戶信息等；一個(gè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)中可以不止有一個(gè)HLR，它的數(shù)量決定用戶的數(shù)量和系統(tǒng)容量。AUC完成對(duì)用戶的鑒權(quán)及為移動(dòng)臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)之間的無線通信加密；設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)可用可不用，互連功能單位(IWF)能夠提供不同網(wǎng)絡(luò)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。作為GSM-R網(wǎng)絡(luò)的特有組件GCR,用于存儲(chǔ)移動(dòng)用戶的組ID、移動(dòng)臺(tái)發(fā)起語音組呼(VGCS)和語音廣播(VBS)參考的小區(qū)信息及發(fā)起呼叫的MSC是否負(fù)責(zé)處理呼叫的指示。GSM-R采用NO.7信令系統(tǒng)，是一種公共信令。1．HLR存儲(chǔ)管理部門用于移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)。每個(gè)移動(dòng)用戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器(HLR)注冊登記，它主要存儲(chǔ)兩類信息：一是有關(guān)移動(dòng)用戶的參數(shù)，包括移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼、訪問能力、用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)。二是有關(guān)移動(dòng)用戶目前所處位置的信息，以便建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，例如MSC.VLR地址等。歸屬位置寄存器（HLR）功能如圖2-5所示。永久記錄永久記錄-MSISDN-IMSI用戶業(yè)務(wù)-功能號(hào)臨時(shí)記錄-VLR地址-加密參數(shù)（Kc，Sres，Rand）用戶管理中心HLR2-5HLR功能2．認(rèn)證中心AUC屬于HLR的一個(gè)功能單元部分，專門用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。鑒權(quán)中心產(chǎn)生鑒權(quán)三參數(shù)組（隨機(jī)數(shù)RAND、符號(hào)響應(yīng)SRES、加密鍵Kc），用來鑒權(quán)用戶身份的合法性以及對(duì)無線接8-31的話音、數(shù)據(jù)、信令信號(hào)進(jìn)行加密，防止無權(quán)用戶接人和保證移動(dòng)用戶通信的安全，如圖2-6所示。3．拜訪位置寄存器VLR通常與MSC合設(shè)，其中存儲(chǔ)MSC所管轄區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)（稱拜訪客戶）的相關(guān)用戶數(shù)據(jù)，包括：用戶號(hào)碼、移動(dòng)臺(tái)的位置區(qū)信息、用戶狀態(tài)和用戶可獲得的服務(wù)等參數(shù)。VLR是一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。VLR從移動(dòng)用戶的歸屬位置寄存器（HLR）處獲取并存儲(chǔ)必要的數(shù)據(jù)，一旦移動(dòng)用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個(gè)VLR登記，原VLR將取消該移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)記錄。加密加密A3，A8算法RANDKiAUCSRES,Kc,RAND加密參數(shù)HLR請(qǐng)求IMSIAUC提供2-6認(rèn)證中心（三）操作維護(hù)子系統(tǒng)(OSS)一般分為對(duì)應(yīng)NSS的操作維護(hù)中心OMC-S及對(duì)應(yīng)BSS的操作維護(hù)中心OMC-R，另外根據(jù)鐵路應(yīng)用，還有對(duì)應(yīng)GPRS的操作維護(hù)中心OMC-D，對(duì)應(yīng)FAS的操作維護(hù)中心OMC-F，光纖直放站的操作維護(hù)中心OMC-T等。OSS是操作人員與系統(tǒng)設(shè)備之間的中介,它實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集中操作與維護(hù)，完成了包括移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理及網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)等功能。它的一側(cè)與設(shè)備相連，另一側(cè)是作為人機(jī)接口的計(jì)算機(jī)工作站。這些專門用于操作維護(hù)的設(shè)備被稱為操作維護(hù)中心OMC。系統(tǒng)的每個(gè)組成部分都可以通過特有的網(wǎng)絡(luò)連接至OMC，從而實(shí)現(xiàn)集中維護(hù)。（四）通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)(GPRS)需在GSM系統(tǒng)中引入3個(gè)主要組件，這3個(gè)主要組件是：業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)、網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)和分組控制單(PCU)；除此之外，還需對(duì)GSM系統(tǒng)中的相關(guān)部件（如MSC/VLR.HLR.BTS等）進(jìn)行軟件升級(jí)，以支持GPRS的移動(dòng)性管理、路由管理及用戶數(shù)據(jù)傳送等[3]。SGSN的功能與MSC/VLR類似，具有網(wǎng)絡(luò)接入控制、路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)、移動(dòng)性管理、計(jì)費(fèi)信息的收集等功能；GGSN的主要功能是網(wǎng)絡(luò)接入控制、移動(dòng)性管理和邊界管理等，支持與外部網(wǎng)絡(luò)的透明和不透明連接；PCU處理從話音業(yè)務(wù)中分離出的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，控制無線信道的分配。2.2.3我國鐵路無線通信的現(xiàn)狀（一）既有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題功能單一、系統(tǒng)分散、相互間無法互通、維護(hù)成本高。1．各分散系統(tǒng)主要有：無線列調(diào)、站場調(diào)車、客運(yùn)、貨運(yùn)、列檢、商檢、車號(hào)、公務(wù)維修，公安等；功能：主要為語音業(yè)務(wù)，少量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這些系統(tǒng)均為自行投資建設(shè)、獨(dú)立使用，分散維護(hù)，造成設(shè)備型號(hào)各異，種類繁多，相互間無法互通，維護(hù)運(yùn)營成本較高。2．頻點(diǎn)固定分配、信道固定使用，頻率利用率低，容量有限。鐵路無線通信系統(tǒng)主要使用450M頻段，共58對(duì)頻點(diǎn)，固定分配給了無線列調(diào)、站調(diào)、公安等無線系統(tǒng)使用，各個(gè)部門間不能相互共享，造成頻率資源的極大浪費(fèi)。如北京、徐州等樞紐等地已無頻點(diǎn)可供申請(qǐng)使用。既有無線通信系統(tǒng)采用頻點(diǎn)（信道）固定分配的方式，信道長期指配給某一系統(tǒng)（通常按專業(yè)劃分）用戶使用，當(dāng)一個(gè)信道遇忙時(shí)，其他用戶只能等待。往造成該信道上的用戶爭搶或者出現(xiàn)阻塞，通信質(zhì)量得不到保證；而信道空閑時(shí)，別的戶也并不能利用該信道進(jìn)行通信。這無疑是對(duì)頻率資源的一種浪費(fèi)，也制約了用戶數(shù)量的，進(jìn)一步發(fā)展。3.話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爭搶信道，傳輸可靠性低，數(shù)據(jù)傳輸能力差。經(jīng)測算，在TDCS和CTC區(qū)段，當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)速超過250km對(duì)，綜合考慮調(diào)度命令行、車憑證、車次號(hào)、進(jìn)路預(yù)告等數(shù)據(jù)信息傳送和車機(jī)聯(lián)控話音通信需求時(shí)，業(yè)務(wù)密度加大，碰撞概率很大?；跓o線列調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率僅達(dá)到1.2kbit/s。4．樞紐地區(qū)干擾嚴(yán)重。樞紐站往往是多條線路的交匯處，通話的無序性，使各個(gè)機(jī)車臺(tái)終端會(huì)對(duì)無線列調(diào)信道進(jìn)行爭搶'造成“大信號(hào)抑制小信號(hào)”的后果。目前，在樞紐車站設(shè)置多套車站電臺(tái)（每條線1套），其中部分車站臺(tái)使用同頻工作，這些電臺(tái)在車站附近形成一個(gè)大范圍內(nèi)的同頻干擾，降低了車站值班員的行車指揮效率。5．既有鐵路無線通信不具備網(wǎng)絡(luò)能力。既有鐵路移動(dòng)終端對(duì)講距離受限。鐵路各個(gè)無線通信系統(tǒng)分散，不能聯(lián)合組網(wǎng)，使得各系統(tǒng)之間用戶無法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。鐵路無線、有線調(diào)度網(wǎng)基本獨(dú)立，無法形成有機(jī)融合的整體。6．開放系統(tǒng)，不具保密性。無線列調(diào)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，并未做任何鑒權(quán)加密處理，對(duì)用戶無需進(jìn)行身份識(shí)別，只要無線終端用戶頻點(diǎn)和調(diào)制方式與無線列調(diào)相同，便可以加入到無線列調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的通信。因此，話音業(yè)務(wù)可以被接收或竊聽，給行車安全帶來極大的隱患。此外，公安系統(tǒng)對(duì)保密性的要求出很高，現(xiàn)有系統(tǒng)無法達(dá)到。（二）鐵路新業(yè)務(wù)對(duì)鐵路通信新的業(yè)務(wù)需求1．客運(yùn)專線的業(yè)務(wù)需求（對(duì)通信系統(tǒng)在高速情況下的安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性、便捷程度提出了更高的要求）。話音類：調(diào)度通信、區(qū)間通信。數(shù)據(jù)類：列控信息傳送、調(diào)度指揮信息傳送、行車安全監(jiān)控信息的傳送、旅客綜合服務(wù)信息的傳送等。2．機(jī)車同步控制傳輸（重載貨運(yùn)專線）的需求。重載運(yùn)輸中為了實(shí)現(xiàn)牽引過程中多個(gè)機(jī)車頭的同時(shí)加速、減速、制動(dòng)，主控機(jī)車和從控機(jī)之間通過GSM-R霜線鑲旗塞時(shí)傳遞控制命令，這就是機(jī)車同步操控信息傳送業(yè)務(wù)。通過采用多機(jī)車牽引模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)車間的同步操控，達(dá)到單列運(yùn)量2萬噸，使用3-4個(gè)機(jī)車頭進(jìn)行牽引。如果牽引機(jī)車操作不同步，就會(huì)造成車箱間的擠壓或者拉鉤現(xiàn)象，影響運(yùn)輸安全，降低運(yùn)輸效率。為了保證操作的可靠性，利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，采用無線通信的方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)車間的同步操控.3．車地信息化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。列車與地面之間的無線通信一直是信息化發(fā)展中的最薄弱環(huán)節(jié)。隨著鐵路的發(fā)展，鐵路信息化要求的無線數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容越來越多，一方面，列車運(yùn)行控制、列車安全監(jiān)控、診斷以及承載貨物等實(shí)時(shí)信息需要傳送到地面上來，為實(shí)現(xiàn)列車信息實(shí)時(shí)追蹤、客票發(fā)售、貨運(yùn)計(jì)劃、貨車追蹤、集裝箱追蹤等提供基礎(chǔ)信息，滿足鐵路路網(wǎng)移動(dòng)體（機(jī)車、車輛等）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤信息傳輸?shù)男枰涣硪环矫?，以旅客為主體的移動(dòng)信息，需要在車地之間實(shí)時(shí)進(jìn)行傳送，為旅客提供多方位的綜合信息服務(wù)。4．有線、無線調(diào)度業(yè)務(wù)融合的需求。（三）鐵路通信采用GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)勢。GSM-R足通過無線通信方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù)體制。它是基于GSM，并在功能上有所超越的成熟技術(shù)，是專門針對(duì)鐵路對(duì)移動(dòng)通信的需求而推出的專用系統(tǒng)。它可以滿足鐵路的特殊需求。(1)高級(jí)語音呼叫，包括：組呼、群呼、增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆。(2)功能尋址、基于位置的尋址。(3)高速情況下的數(shù)據(jù)、語音業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確傳輸。(4)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。(5)其系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)公開，可互聯(lián)互通；歐洲有成功的標(biāo)準(zhǔn)、工程、試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)可借鑒。無需從頭研發(fā)，節(jié)約了時(shí)間，且支持的廠家為多家，有利于形成良好的競爭局面。第三章GSM-R的業(yè)務(wù)3.1GSM-R承載的鐵路業(yè)務(wù)GSM-R除支持所有的GSM電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)外，為了滿足鐵路指揮調(diào)度的需求，增加了集群通信功能，在GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義為高級(jí)語音呼叫項(xiàng)目，即ASCI(AdvancedSpeechCallltem)功能。它包括三種業(yè)務(wù)：優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)eMLPP(EnhancedMultiLevelPre-cedenceandPreeruption)、語音組呼業(yè)務(wù)(VoiceGroupCallService)和語音廣播業(yè)務(wù)(VoiceBroadcastService)。除了包含這三種業(yè)務(wù)外，為了實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)營應(yīng)用．GSM-R還包含另外一些鐵路所特有的功能，即功能尋址、基于位置的尋址等。3.2電路域業(yè)務(wù)目前，高鐵GSM-R系統(tǒng)所承載的電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要有CTCS-3列控及調(diào)度語音業(yè)務(wù)。電路域業(yè)務(wù)又分為電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路域話音業(yè)務(wù)。電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：列車控制信息（CTCS-3列控業(yè)務(wù)）。電路域話音業(yè)務(wù)：調(diào)度移動(dòng)通信語音（基礎(chǔ)語音）業(yè)務(wù)、高級(jí)語音業(yè)務(wù)。GSM-R除了提供基礎(chǔ)語音通話功能外，還具備較高級(jí)的語音功能，如：優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆（eMLPP）、語音組呼（VGSC）、語音廣播（VBS）。優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆：包括兩個(gè)方面，優(yōu)先級(jí)和資源搶占。優(yōu)先級(jí)址指在呼叫建立時(shí)給該呼叫指配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，該呼叫可以此級(jí)參與網(wǎng)絡(luò)資源的競爭和調(diào)配。資源搶占是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中沒有空閑資源可用時(shí)，具有較高優(yōu)先級(jí)的用戶可以搶占強(qiáng)拆低優(yōu)先級(jí)的用戶的信道資源進(jìn)行通信。eMLPP業(yè)務(wù)規(guī)定了在呼叫建立或越區(qū)切換時(shí)呼叫接續(xù)的不同優(yōu)先級(jí)，以及資源不足時(shí)的資源搶占能力。這種業(yè)務(wù)提供了一種強(qiáng)制能力，符合列車調(diào)度通信的調(diào)度特點(diǎn)。語音組呼業(yè)務(wù)(VGCS)是指一種由多方參加（GSM-R移動(dòng)臺(tái)或同網(wǎng)電話）的語音通信方式，其中一人講話、多方聆聽，當(dāng)發(fā)起人停止講話，某個(gè)人需要講時(shí)，需要先進(jìn)行申請(qǐng)，同意后也可以講話,工作于半雙工模式下，發(fā)起VGCS呼叫時(shí)，可用一個(gè)組功能碼（組ID）來呼叫所有該組成員。一個(gè)特定的VGCS通信由組功能碼（簡稱組ID）和組呼區(qū)域唯一確定。組ID標(biāo)識(shí)該組的功能，即由哪些身份的成員參加；組呼區(qū)域是指VGCS通信所覆蓋的地理范圍，以無線蜂窩小區(qū)為基本單位。組ID與組呼區(qū)域的結(jié)合稱作組呼參考，即組呼參考唯一的確定一個(gè)VGCS通信。呼叫建立之后，講話人可以改變，一旦VGCS發(fā)起人停止講話，系統(tǒng)示意其釋放上行信道，所有的組內(nèi)成VGCS接到通知，如果其他人想成為下一個(gè)講話人，可使用PTT功能來申請(qǐng)上行信道。VGCS業(yè)務(wù)突破了GSM網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的局限性，能夠以簡捷的方式建立組呼叫，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮、緊急通知等特定功能，尤其適用于鐵路的行車指揮調(diào)度部門。語音廣播：語音廣播呼叫允許一個(gè)業(yè)務(wù)用戶，將語音或者其他用話音編碼傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)送到某一個(gè)預(yù)先定義的地理區(qū)域內(nèi)的所有用戶或者用戶組。顯然，他工作于單工模式下。VBS中的講話者沒有像VGCS中的角色轉(zhuǎn)換，就是說，講話者（發(fā)起者）只能講，聽話者（接收者）只能聽，沒有講話的權(quán)利，因而可以看作是VGCS的最簡單形式。它也是用組功能碼（組ID）來呼叫所有該組成員。同VGCS一樣，語音廣播呼叫也提供了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)呼叫的能力，適用于鐵路的行車調(diào)度。語音組呼和語音廣播可以用于實(shí)現(xiàn)調(diào)度的指揮、緊急通知等，尤其適用于鐵路的行車指揮調(diào)度部門。電路域業(yè)務(wù)主要針對(duì)于那些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，又要十分準(zhǔn)確的傳遞信息，具有最高或者較高的優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)。一般用于列車控制，調(diào)度語音指揮行車，鐵路應(yīng)急指揮通信等重要的業(yè)務(wù)。采用電路交換數(shù)據(jù)傳輸方式，配置固定信道，無法和其他信道共享，以此來保證保證傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。電路交換數(shù)據(jù)傳輸通過占用一條話音信道提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸。建立完成后，每條鏈路數(shù)據(jù)獨(dú)占一個(gè)時(shí)隙（即一個(gè)信道），數(shù)據(jù)傳輸速率最高為9.6kbit/s。3.3分組域業(yè)務(wù)目前，一般高鐵線路GSM-R系統(tǒng)所承載的分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要有無線車次號(hào)信息、調(diào)度命令、近路預(yù)告信息。分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要針對(duì)于那些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低（與電路域業(yè)務(wù)相比），突發(fā)性強(qiáng)，有一定的數(shù)據(jù)量的業(yè)務(wù)。采用分組交換技術(shù)，可以高效傳輸數(shù)據(jù)和信令，只有當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用網(wǎng)絡(luò)資源。優(yōu)化了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用，同時(shí)提高了傳輸?shù)乃俾省o線資源中的一個(gè)頻點(diǎn)即一個(gè)TDMA幀可分配1到8個(gè)無線接口時(shí)隙。這些時(shí)隙能為用戶所共享，且上行鏈路和下行鏈路的分配是獨(dú)立的?？梢酝瑫r(shí)使用8個(gè)時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最高速率可達(dá)171.2kbit/s（理論值）。我國鐵路發(fā)展基于GSM-R的GPRS業(yè)務(wù)，是根據(jù)我f叫鐵路運(yùn)輸對(duì)通信、業(yè)務(wù)需求量大、但頻率資源緊張的實(shí)際情況而進(jìn)行的技術(shù)決策。為提高有限的頻率資源利用率而引用的（在我國鐵路GSM-R系統(tǒng)可以使用的頻率只有4M）。(GSM-R系統(tǒng)內(nèi)加入GPRS，把一些特定的鐵路業(yè)務(wù)來通過GPRS進(jìn)行分組傳輸，以提高頻率的利用率。3.4智能業(yè)務(wù)1．功能號(hào)注冊、注銷與管理業(yè)務(wù)利用智能網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理功能實(shí)現(xiàn)機(jī)車功能號(hào)注冊、注銷以及管理。2．增強(qiáng)型接人矩陣業(yè)務(wù)根據(jù)主、被叫的身份進(jìn)行呼叫裁決，判斷是否允許呼叫繼續(xù)。3.功能尋址業(yè)務(wù)根據(jù)被叫用戶所承擔(dān)的功能來發(fā)起呼叫，而不是根據(jù)被叫用戶的號(hào)碼來尋址。主要用于解決固定用戶呼叫移動(dòng)用戶，及調(diào)度員和車站值班員呼叫機(jī)車司機(jī)或手持臺(tái)用戶。功能尋址是指用戶可以由它們當(dāng)時(shí)所擔(dān)當(dāng)?shù)墓δ芙巧?，而不是他們所使用的終端設(shè)備的號(hào)碼尋址。在同一時(shí)刻，至少可以為一個(gè)用戶分配若干功能地址，但只能將一個(gè)功能地址分配給一個(gè)用戶。用戶可以向網(wǎng)絡(luò)注冊和注銷功能地址。例如，可以給每列正在運(yùn)行的列車司機(jī)分配一個(gè)功能號(hào)，結(jié)構(gòu)為車次號(hào)+司機(jī)功能代碼（設(shè)為01）。于是，T13次列車司機(jī)的功能號(hào)為T1301。當(dāng)某位司機(jī)駕駛T13次列車從起點(diǎn)站出發(fā)時(shí)，他都必須向網(wǎng)絡(luò)注冊該功能號(hào)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將該功能號(hào)與他當(dāng)時(shí)所使用的機(jī)車電臺(tái)的真實(shí)號(hào)碼對(duì)應(yīng)起來。當(dāng)調(diào)度員或是車站值班員要呼叫T13次列車的司機(jī)時(shí)，可以不必知道該司機(jī)姓名，也不必知道該司機(jī)使用的機(jī)車臺(tái)的號(hào)碼，只要向網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求“我要呼叫T1301”，網(wǎng)絡(luò)查詢其數(shù)據(jù)庫，將T1301對(duì)應(yīng)到一個(gè)真實(shí)的電話號(hào)碼，并建立該呼叫。這種功能簡化了呼叫的操作，能夠提高鐵路工作人員的工作效率[5]4.位置尋址業(yè)務(wù)將移動(dòng)用戶發(fā)起的呼叫，路由到一個(gè)與該用戶當(dāng)前所處位置相關(guān)的目的地址，正確的調(diào)度員或車站值班員由主叫移動(dòng)用戶當(dāng)時(shí)所處的位置來確定。這個(gè)功能主要用于解決移動(dòng)用戶呼叫固定用戶，包括司機(jī)或運(yùn)營手持臺(tái)用戶呼叫調(diào)度員和當(dāng)前車站值班員等。如列車調(diào)度中的“大三角”通信，移動(dòng)臺(tái)要呼叫的調(diào)度員取決于移動(dòng)用戶當(dāng)前所處的位置。以北京調(diào)度所為例，當(dāng)列車運(yùn)行到北京調(diào)度所管轄車站范圍內(nèi)的時(shí)候，司機(jī)需要呼叫北京站調(diào)度員時(shí)，他并不需要知道調(diào)度員的完整的電話號(hào)碼，只需要呼叫代表調(diào)度員身份的短號(hào)碼（如1200）向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起呼叫請(qǐng)求。網(wǎng)絡(luò)識(shí)別該短號(hào)碼并將其路由到北京調(diào)度所的調(diào)度員。這種功能用于移動(dòng)用戶呼叫特定的固定用戶（調(diào)度員和車站值班員）。列車調(diào)度的語音通信需求可以歸結(jié)為：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、多方通信、語音組呼、語音廣播呼叫。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，移動(dòng)臺(tái)呼叫固定臺(tái)，即從移動(dòng)臺(tái)到固定臺(tái)的尋址，由于固定臺(tái)位置是不動(dòng)的，故可以采用基于位置的尋址；固定臺(tái)到移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)處于不斷移動(dòng)的狀態(tài)，故不能采用基于位置的尋址，而采用功能尋址。對(duì)于數(shù)據(jù)通信，采用ISDN的電路數(shù)據(jù)交換。ISDN和GSM-R網(wǎng)絡(luò)都具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，ISDN終端可以提供低于128kbi/s的傳輸能力，GSM-R可以提供2.4kbi/s、4.8kbi/s和9.6kbi/s能力，可以在調(diào)度所、車站和機(jī)車三者之間傳送數(shù)據(jù)；ISDN的UUSI補(bǔ)充業(yè)務(wù)，也能夠在呼叫建立之前提供一定能力的數(shù)據(jù)傳輸功能。另外也可以利用CPRS實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于基于位置的尋址，涉及一個(gè)小區(qū)規(guī)劃的問題。由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的最小定位范圍是小區(qū)，即當(dāng)列車呼叫車站值班員的時(shí)候，如果一個(gè)小區(qū)覆蓋多個(gè)車站，那么呼叫將被路由到多個(gè)車站值班員。因此，GSM-R小區(qū)最大設(shè)置為覆蓋一個(gè)車站。面對(duì)于車次功能號(hào)，由于GSM-R的標(biāo)準(zhǔn)中，只包含有09數(shù)字車次號(hào)，而國的車次號(hào)中包含字母，所以，需要建立一個(gè)從字母到數(shù)字的映射表，使得移動(dòng)臺(tái)的MMI可以將用戶輸入的含有字母的車次號(hào)轉(zhuǎn)換為只包含數(shù)字的車次功能號(hào)，反之也是如此。

第四章·GSM-R的應(yīng)用4.1GSM-R在既有線上的應(yīng)用4.1.1調(diào)度通信調(diào)度通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)包括列車調(diào)度通信、貨運(yùn)調(diào)度通信、牽引變電調(diào)度通信、其他調(diào)度及專用通信、站場通信、應(yīng)急通信、施工養(yǎng)護(hù)通信和道口通信等。利用GSM-R進(jìn)行調(diào)度通信系統(tǒng)組網(wǎng)，既可以完全利用無線方式，也可以同有線方式結(jié)合起來，共同完成調(diào)度通信任務(wù)。實(shí)際上，在鐵路上的有線通信已經(jīng)比較完善，因此可以完全利現(xiàn)在的有線資源，構(gòu)成GSM-R+FAS(固定用戶接入交換機(jī))的無線/有限混合網(wǎng)絡(luò)。這種混合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)主要由NSS（包括MSC、HLR、AUC、VLR、GCR等）、BSS(包括SC、BTS)、OSS、固定用戶接入交換（FAS）、調(diào)度臺(tái)、機(jī)車綜合通信設(shè)備、作業(yè)手持臺(tái)（OPH）及其他固定終端等構(gòu)成。鐵路沿線采用無線覆蓋，機(jī)車上采用無線終端，即機(jī)車綜合通信設(shè)備，而車站臺(tái)和調(diào)度臺(tái)都是有線終端。采用有限/無線組網(wǎng)方式。在鐵道部、鐵路局設(shè)置FAS，就近與MSC連接；沿線車站根據(jù)需要設(shè)置FAS，接入局FAS，既有線干調(diào)網(wǎng)、數(shù)字區(qū)段調(diào)度應(yīng)改造升級(jí)后接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)，其中車站臺(tái)和調(diào)度臺(tái)通過FAS連接到GSM-RMSC上，從而實(shí)現(xiàn)有線和無線用戶的通信。下面以列車調(diào)度功能為主，介紹其實(shí)如何采用GSM-R來實(shí)現(xiàn)的。1.列車調(diào)度通信概述列車調(diào)度通信是重要的鐵路行車通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)列車的位置和運(yùn)行方向，其主要用戶包括列車調(diào)度員、車站（場）值班員、機(jī)車司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長、助理值班員、機(jī)務(wù)段（折返段）調(diào)度員、列車段（車務(wù)段、客運(yùn)段）值班員、機(jī)車調(diào)度員、電力牽引變電所值班員、救援列車主任以及其他相關(guān)人員。[10]列車調(diào)度通信系統(tǒng)的主要問題是解決“大三角”和“小三角”通信，“大三角”通信是指列車調(diào)度員、車站值班員和機(jī)車司機(jī)之間的通信；“小三角”通信是指車站值班員、機(jī)車司機(jī)和運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間的通信。2．采用GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)列車調(diào)度通信功能GSM-R除支持所有的GSM電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)外，為了滿足鐵路指揮調(diào)度的需求，增加了集群通信功能，在GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義為高級(jí)語音呼叫項(xiàng)目，即ASCI(AdvancedSpeechCallltem)功能。它包括三種業(yè)務(wù)：優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)eMLPP(EnhancedMultiLevelPre-cedenceandPreeruption)、語音組呼業(yè)務(wù)(VoiceGroupCallService)和語音廣播業(yè)務(wù)(VoiceBroadcastService)。除了包含這三種業(yè)務(wù)外，為了實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)營應(yīng)用．GSM-R還包含另外一些鐵路所特有的功能，即功能尋址、基于位置的尋址等[6]。列車調(diào)度的語音通信需求可以歸結(jié)為：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、多方通信、語音組呼、語音廣播呼叫。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，移動(dòng)臺(tái)呼叫固定臺(tái)，即從移動(dòng)臺(tái)到固定臺(tái)的尋址，由于固定臺(tái)位置是不動(dòng)的，故可以采用基于位置的尋址；固定臺(tái)到移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)處于不斷移動(dòng)的狀態(tài)，故不能采用基于位置的尋址，而采用功能尋址[7]。對(duì)于數(shù)據(jù)通信，采用ISDN的電路數(shù)據(jù)交換。ISDN和GSM-R網(wǎng)絡(luò)都具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，ISDN終端可以提供低于128kbi/s的傳輸能力，GSM-R可以提供2.4kbi/s、4.8kbi/s和9.6kbi/s能力，可以在調(diào)度所、車站和機(jī)車三者之間傳送數(shù)據(jù)；ISDN的UUSI補(bǔ)充業(yè)務(wù)，也能夠在呼叫建立之前提供一定能力的數(shù)據(jù)傳輸功能。另外也可以利用CPRS實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于基于位置的尋址，涉及一個(gè)小區(qū)規(guī)劃的問題。由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的最小定位范圍是小區(qū)，即當(dāng)列車呼叫車站值班員的時(shí)候，如果一個(gè)小區(qū)覆蓋多個(gè)車站，那么呼叫將被路由到多個(gè)車站值班員。因此，GSM-R小區(qū)最大設(shè)置為覆蓋一個(gè)車站。面對(duì)于車次功能號(hào)，由于GSM-R的標(biāo)準(zhǔn)中，只包含有09數(shù)字車次號(hào)，而國的車次號(hào)中包含字母，所以，需要建立一個(gè)從字母到數(shù)字的映射表，使得移動(dòng)臺(tái)的MMI可以將用戶輸入的含有字母的車次號(hào)轉(zhuǎn)換為只包含數(shù)字的車次功能號(hào)，反之也是如此。4.1.2車次號(hào)傳輸與列車停穩(wěn)信息的傳送GSM-R車次號(hào)傳輸與列車停穩(wěn)信息對(duì)鐵路運(yùn)輸管理和行車安全具有重要的意義，它可以通過基于GSM-R電路交換技術(shù)的數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，也可以采用GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）方式（用戶數(shù)據(jù)報(bào)UDP協(xié)議）來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)由GSM-R網(wǎng)絡(luò)（疊加GPRS）、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集處理裝置（以下簡稱采集處理裝置）、GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備、TDCS(列車調(diào)度指揮系統(tǒng))/CTC(調(diào)度集中)設(shè)備等組成。系統(tǒng)構(gòu)成見圖4-1。當(dāng)通信方式為GPRS方式時(shí)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車次號(hào)傳送的目的IP地址自動(dòng)更新，按要求進(jìn)行車次號(hào)信息和列車停穩(wěn)信息傳送，能對(duì)發(fā)送的車次號(hào)信息、列車停穩(wěn)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，TDCS/CTC可向采集處理裝置查詢車次號(hào)信息。通信過程如下：采集處理裝置在安裝前需要進(jìn)行歸屬目的IP地址的設(shè)置。采集處理裝置開機(jī)后與GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備握手，按照設(shè)置的歸屬目的IP地址向TDCS／CTC申請(qǐng)車次號(hào)傳送的當(dāng)前目的IP地址。當(dāng)TDCS判斷運(yùn)行列車即將離開管轄區(qū)時(shí)，將接管轄區(qū)的目的IP地址發(fā)送給運(yùn)行列車的采集處理裝置，采集處理裝置則根據(jù)該信息進(jìn)行目的IP地址的更新。采集處理裝置接收機(jī)車安全信息綜合監(jiān)測裝置（以下簡稱監(jiān)測裝置）廣播的信息，并對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，數(shù)據(jù)內(nèi)容符合以下條件之一時(shí)則通過GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備發(fā)送一次車次號(hào)信息：a．列車進(jìn)入新的閉塞分區(qū)、進(jìn)站、出站；b．在非監(jiān)控狀態(tài)下速度由0變?yōu)?km/h；c．司機(jī)操作運(yùn)行記錄器“開車”鍵時(shí)。列車停穩(wěn)時(shí)采集處理裝置向CTC發(fā)送一次列車停穩(wěn)信息。發(fā)送車次號(hào)或列車停穩(wěn)信息的同時(shí)向操作顯示終端發(fā)送一次相同信息。TDCS/CTC根據(jù)需要可向運(yùn)行列車上的采集處理裝置查詢車次號(hào)信息。需要查尋機(jī)車IP地址時(shí)，TDCS可利用機(jī)車號(hào)向GSM-R網(wǎng)絡(luò)的域名服務(wù)器(DNS)進(jìn)行域名查址獲得對(duì)應(yīng)關(guān)系。采集處理裝置根據(jù)需要向GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備查詢有關(guān)位置信息（GPS信息等）。Um以太網(wǎng)TDCS行車Um以太網(wǎng)TDCS行車調(diào)度臺(tái)TDCS通信服務(wù)器TDCS車站設(shè)備TDCS車站設(shè)備GSM-R網(wǎng)絡(luò)機(jī)車綜合通信設(shè)備采集處理裝置RS-422…4.1.3調(diào)度命令傳送鐵路的調(diào)度命令是調(diào)度所里的調(diào)度員向司機(jī)下達(dá)的書面命令，它是列車行車安全的重要保障。調(diào)度員通過向列車司機(jī)發(fā)出調(diào)度命令對(duì)行車、調(diào)度和事故進(jìn)行指揮控制，是實(shí)施鐵路運(yùn)輸管理的重要手段[8]。采用車地?cái)?shù)據(jù)通道傳輸調(diào)度命令無疑將加速調(diào)度命令的傳遞過程，提高工作效率。調(diào)度員可以通過計(jì)算機(jī)編輯調(diào)度命令，而司機(jī)也是通過計(jì)算機(jī)接收調(diào)度命令，這樣就可以把調(diào)度命令保存在計(jì)算機(jī)的磁盤中，用于事故分析和明確責(zé)任；而且雙方可以用打印機(jī)打印成書面文件，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見。調(diào)度命令子系統(tǒng)包括列車機(jī)車臺(tái)和列車調(diào)度臺(tái)，以及它們各自連接的用于打印調(diào)度命令的打印機(jī)設(shè)備。描述了基于CSM-R電路交換技術(shù)的列車調(diào)度系統(tǒng)。調(diào)度命令子系統(tǒng)。圖中GDT(GeneraJDataTransceiver)指通用傳輸電臺(tái)。調(diào)度命令數(shù)據(jù)傳輸也可采用GPRS分組交換通信辦式（UDP協(xié)議）。系統(tǒng)由GSM-R網(wǎng)絡(luò)（疊加GPRS）、GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備（含操作顯示終端、打印終端）、TDCS設(shè)備等組成[7]。通信過程如下：TDCS通過車次號(hào)信息建立運(yùn)行區(qū)段機(jī)車號(hào)對(duì)應(yīng)的IP地址檔案，列車離開本區(qū)段時(shí)將檔案拆除。調(diào)度員和車站值班員可在終端上編輯調(diào)度命令（系統(tǒng)根據(jù)車次號(hào)自動(dòng)將相應(yīng)的機(jī)車號(hào)填人），當(dāng)按下調(diào)度命令發(fā)送鍵，TDCS根據(jù)調(diào)度命令中的機(jī)車號(hào)查找相對(duì)應(yīng)的目的IP地址并將調(diào)度命令發(fā)送。司機(jī)可通過操作顯示終端接收并處理調(diào)度命令。TDCS收到確認(rèn)信息要在調(diào)度命令發(fā)送方顯示。4.1.4列尾裝置信息傳送將尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)反饋傳輸通道納入GSM-R，可避免單獨(dú)投資及單獨(dú)組網(wǎng)建設(shè)，同時(shí)利用GSM-R強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，克服了原有的抗干擾性差、信息無法共享等各種缺點(diǎn)。它具有以下優(yōu)勢：a．尾部風(fēng)壓狀態(tài)隨時(shí)通過車尾裝置傳輸；b．機(jī)車司機(jī)隨時(shí)可以查詢、反饋車尾工作狀態(tài)；c．在復(fù)線區(qū)段或臨線，追蹤列車之間不會(huì)相互干擾；d．在隧道內(nèi)也能傳輸。利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)電路交換的數(shù)據(jù)通信功能，可以方便地解決尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)傳輸問題。圖4-2為按需建立電路連接的方式的尾部風(fēng)壓檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在車頭的司機(jī)查詢裝置和車尾的風(fēng)壓檢測裝置上分別安裝GSM-R通信模塊，兩者就可以利用GSM-R的電路數(shù)據(jù)功能傳輸風(fēng)壓數(shù)據(jù)。當(dāng)司機(jī)查詢尾部風(fēng)壓時(shí)，車頭通信模塊首先與車尾通信模塊建立電路連接，然后向車尾的模塊發(fā)送查詢數(shù)據(jù)包，在收到該數(shù)據(jù)包后，車尾模塊檢測風(fēng)壓并封裝在數(shù)據(jù)包中發(fā)給車頭裝置。同時(shí)，若風(fēng)壓超過告警界限，車尾模塊也將首先與車頭模塊建立數(shù)據(jù)鏈路，然后向車頭顯示器友送數(shù)據(jù)包以報(bào)告險(xiǎn)情。概括起來，無論是司機(jī)主動(dòng)查詢風(fēng)壓，還是車尾自動(dòng)報(bào)警，本方的通信模塊都要首先與對(duì)方建立通信電路，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)包的交互，待所有事務(wù)都結(jié)束后，再掛斷通信連接。一般情況下，通信電路連接的建立時(shí)間為5s左右。與前面所述的幾種數(shù)據(jù)傳輸類似，列尾裝置信息也可以通過GPRS方式進(jìn)行傳輸，此時(shí)，列尾主機(jī)要注冊其IP地址，并建立列尾主機(jī)與機(jī)車綜合通信設(shè)備的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系。風(fēng)壓風(fēng)壓數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通道車頭風(fēng)壓查詢裝置車尾風(fēng)壓監(jiān)測裝置圖4-2數(shù)據(jù)通信傳輸方式的尾部風(fēng)壓監(jiān)測系統(tǒng)4.1.5調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控信息系統(tǒng)調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控信息系統(tǒng)主要功能是提供調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控信息傳輸通道，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備和多臺(tái)車載設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，并能夠存儲(chǔ)進(jìn)入和退出調(diào)車模式的有關(guān)信息。多臺(tái)調(diào)車機(jī)車同時(shí)作業(yè)時(shí)，地面設(shè)備使用連選功能，與每臺(tái)車載設(shè)備分別建立電路連接。CSM-R調(diào)車機(jī)車信號(hào)與監(jiān)控信息系統(tǒng)構(gòu)成見圖4-3，包括調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控車載設(shè)備（簡稱車載設(shè)備）、調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控地面設(shè)備（簡稱地面設(shè)備）、GSM-R網(wǎng)絡(luò)和GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備。為保證可靠性，系統(tǒng)通信方式采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電路連接，當(dāng)GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備接收到車載設(shè)備發(fā)送的進(jìn)入調(diào)車監(jiān)控模式命令時(shí)，自動(dòng)按分配給地癬設(shè)備的功能號(hào)進(jìn)行基于位置的呼叫。GSM-R網(wǎng)絡(luò)接收到功能號(hào)呼叫后將路由指向?qū)?yīng)的地面設(shè)備，在地面設(shè)備與車載設(shè)備之間建立一條電路鏈路，同時(shí)操作顯示終端提示處于調(diào)車監(jiān)控模式。地面設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)信息內(nèi)容中的機(jī)車號(hào)選擇對(duì)應(yīng)的端口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備接收到數(shù)據(jù)后按照目的端口碼轉(zhuǎn)發(fā)給車載設(shè)備。車載設(shè)備將數(shù)據(jù)通過以建立的數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送給CSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備，GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備再把數(shù)據(jù)通過鏈路發(fā)送到地面設(shè)備。當(dāng)GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備接收到車載設(shè)備發(fā)送的退出調(diào)車監(jiān)控模式命令時(shí)，CSM-R機(jī)車綜合通信鏈路設(shè)備則釋放電路鏈路[9]。RS-422RS-422Um地面設(shè)備GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備1GSM-R機(jī)車綜合通信設(shè)備2車載設(shè)備1車載設(shè)備2GSM-R網(wǎng)絡(luò)RS-422Um圖4-3GSM-R調(diào)車機(jī)車信號(hào)與監(jiān)控信息系統(tǒng)構(gòu)成圖4.1.6機(jī)車同步控制傳輸鐵路運(yùn)輸對(duì)于需要采用多機(jī)車牽引模式、機(jī)車間的同步操作格外重要，如各機(jī)車的啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)等。如果牽引機(jī)車操作不同步，就會(huì)造成車廂間的擠壓或者拉鉤現(xiàn)象，影響運(yùn)輸安全，降低運(yùn)輸效率。為了保證操作的可靠性，可以利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，采用無線通信方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)車間的同步操作控。機(jī)車同步操作控制系統(tǒng)由地面設(shè)備和機(jī)車車載設(shè)備組成，如圖4-4所示。其中，地面設(shè)備由Locotrol應(yīng)用節(jié)點(diǎn)（以下簡稱應(yīng)用節(jié)點(diǎn)）組成，與外部GSM-R網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的PRI(30B+D)接口相連；機(jī)車車載設(shè)備包括Locotrol車載控制模塊（簡稱Locotrol）和GSM-R車載通信單元（簡稱通信單元）。Locotrol與通信單元采用RS-232或RS-422接口方式。GSM-R車載通信單元GSM-R車載通信單元Locotrol控制模塊從車機(jī)車1Locotrol應(yīng)用節(jié)點(diǎn)Locotrol控制模塊從車機(jī)車2Locotrol控制模塊從車機(jī)車3Locotrol控制模塊從車機(jī)車4MSCBTSBSCGSM-R車載通信單元GSM-R車載通信單元GSM-R車載通信單元圖4-4機(jī)車同步控制傳輸系統(tǒng)組成示意圖Locotrol的功能包括：主控機(jī)車分別連接從控機(jī)車，主控機(jī)車分別和從控機(jī)車斷開連接，排風(fēng)和緊急制動(dòng)操作，制動(dòng)緩解指令發(fā)布，制動(dòng)管路測試，狀態(tài)監(jiān)測和查詢，從控機(jī)車確認(rèn)收到操作指令等。地面應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的功能包括：通信鏈路控制，通信鏈路保持，通信鏈路監(jiān)視，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)記錄和查詢等。4.1.7CTCS3級(jí)／CTCS4級(jí)中國列車控制系統(tǒng)(CTCS)是在采用傳統(tǒng)的閉塞系統(tǒng)或移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的條件下，增強(qiáng)列車自動(dòng)控制功能的超速防護(hù)系統(tǒng)。同時(shí)，它也是一個(gè)駕駛輔助系統(tǒng)，幫助司機(jī)以安全的方式駕駛列車。根據(jù)國情路情實(shí)際出發(fā)，CTCS共劃分為5級(jí)。其中CTCS3級(jí)(基于軌道電路和無線通信的同定閉塞系統(tǒng))和CTCS4級(jí)（完全基于無線通信的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)）與GSM-R有著密切關(guān)聯(lián)。CTCS3級(jí)系統(tǒng)是-個(gè)基于軌道電路和無線通信系統(tǒng)（GSM-R）的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。在CTCS3級(jí)系統(tǒng)中，車載設(shè)備應(yīng)與地面設(shè)備配合工作，列車按固定閉塞方式運(yùn)行，由無線閉塞中心（RBC）控制，利用無線通信系統(tǒng)（GSM-R）在車地之間雙向傳輸信息，車載設(shè)備配備無線通信模塊，應(yīng)答器作為定標(biāo)設(shè)備。機(jī)車信號(hào)為主體信號(hào)，可以取消地面信號(hào)。另外，利用軌道電路或計(jì)軸設(shè)備進(jìn)行軌道占用及列車完整性檢查，但他們不屬于CTCS3級(jí)的設(shè)備。CTCS4級(jí)是-個(gè)完全基于無線通信(GSM-R)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有移動(dòng)自動(dòng)閉塞的特征。區(qū)間占用靠GPS和GSM-R實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸解決（站內(nèi)仍需軌道電路）。列車完整性檢查、定位校核分別靠車載設(shè)備和點(diǎn)式設(shè)備實(shí)現(xiàn)，使得室外設(shè)備減少到最低程度。采用GSM-R實(shí)現(xiàn)車地間雙向無線數(shù)據(jù)傳輸，代替目前的用軌道電路來傳輸色燈信號(hào)的指令，是基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它具備有以下明顯的優(yōu)勢：a.基于GSM-R傳輸平臺(tái)，提供車地間雙向安全數(shù)據(jù)傳輸通道；b.無盲區(qū)、設(shè)備冗余、加密；c.滿足列車控制響應(yīng)時(shí)間的要求。4.1.7區(qū)間移動(dòng)公（工）務(wù)通信在區(qū)間作業(yè)的水電、工務(wù)、信號(hào)、通信、供電、橋梁守護(hù)等部門的通信，均可以使用GSM-R作業(yè)手持臺(tái)，作業(yè)人員在需要時(shí)可與車站值班員、各部門調(diào)度員或自動(dòng)電話用戶聯(lián)系。緊急情況下，作業(yè)人員還可以呼叫司機(jī)，與司機(jī)建立通話聯(lián)系。主要功能有：a.能夠呼叫當(dāng)前車站的車站值班員和助理值班員；b.緊急情況下，能夠呼叫當(dāng)前調(diào)度員；c.能夠在預(yù)定義的范圍內(nèi)發(fā)起組呼和廣播呼叫；d.能夠發(fā)起鐵路緊急呼叫和公眾緊急呼叫；e.能夠接收來自其他授權(quán)用戶的呼叫；f.能夠接收語音組呼和廣播呼叫。4.1.9應(yīng)急指揮通信語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)急通信系統(tǒng)是當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害或突發(fā)事件等影響鐵路運(yùn)輸?shù)木o急情況時(shí)，為保證實(shí)時(shí)救援指揮通信的需要，在突發(fā)事件現(xiàn)場與救援中心之間，以及現(xiàn)場內(nèi)部建立語音、圖像、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)你，它是鐵路戰(zhàn)備通信系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)做到迅速準(zhǔn)確、可靠自通、機(jī)動(dòng)靈活?；贕SM—R移動(dòng)通信的應(yīng)急通信系統(tǒng)語音業(yè)務(wù)包括鐵路緊急呼叫和eMLPP業(yè)務(wù)，鐵路緊急呼叫是指具有“鐵路緊急優(yōu)先級(jí)”的呼叫，用于通知司機(jī)、調(diào)度員和其他處于危險(xiǎn)級(jí)別的相關(guān)人員,要求停止在預(yù)先指定地區(qū)內(nèi)的所有鐵路活動(dòng)。由于鐵路運(yùn)營存在的緊急情況，這些呼叫被連接到事先定義的用戶或用戶組，所有鐵路緊急呼叫都應(yīng)使用CSM語音組呼規(guī)范。eMLPP業(yè)務(wù)規(guī)定了在呼叫建立時(shí)的不同優(yōu)先級(jí)，以及資源不足時(shí)的資源搶占能力。對(duì)于應(yīng)急指揮語音業(yè)務(wù)，可為其設(shè)置高優(yōu)先級(jí)，以保障通信的快捷暢通。4.1.10旅客列車移動(dòng)信息服務(wù)通道旅客列車移動(dòng)信息服務(wù)可包括移動(dòng)售票和旅客列車移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)。可靠車地?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（基于GSM-R電路交換）的出現(xiàn)，使在列車上完成的移動(dòng)售票成為可能在列車上乘客可以通過售票終端完成客票查詢、訂票、購票或者補(bǔ)票業(yè)務(wù)，在通過車地?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將客票信息實(shí)時(shí)傳送到地面上的票務(wù)中心，以及時(shí)更新客票信息。列車旅客信息服務(wù)系統(tǒng)是為列車上具有一定接人條件（如筆記本電腦、PDA、手機(jī)等）的旅客提供互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)。然而當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)，日新月異，而列車是一個(gè)高速的移動(dòng)體，所以在此前提下，應(yīng)該優(yōu)先開展如下業(yè)務(wù)：a．電子郵件；