1、2023-1-101GSM-R铁路专用综合数字移动系统系统2023-1-102一、一、蜂窝通信的历史与现状蜂窝通信的历史与现状2023-1-1031981 NMT北欧解决方案北欧解决方案目前目前1800万用户万用户450 MHz和和900 MHzNORWAY,DENMARKFINLAND,SWEDEN,FRANCE(450 MHz)英国英国1985 TACS800 和和 900 MHz中国中国1990 TACS/ETACS/AMPS800和和900MHz1982 AMPS800 MHz目前目前2500万用户万用户1985RADIOCOM 2000FRANCE400 MHz900 MHz专用移动
2、发展专用移动发展Japan NTT cellular(1979)JTACS(1988)1986C.450GERMANY450 MHz2023-1-104 IS-54:North American Standard-TDMA IS-95:CDMA(Qualcomm)GSM:Pan-European Digital Cellular DECT:Digital European Cordless Telephone2023-1-105 WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA/TD-CDMA2023-1-1063G体制体制 WCDMA核心网络：基于MAP和GPRS无线传输技术：WCDMAFDD
3、/TDD TD-SCDMA核心网络：基于MAP无线传输技术：TD-SCDMA cdma2000核心网络：基于ANSI 41和MIP无线传输技术：cdma2000CDMA技术是技术是3G的核心的核心3G的核心-CDMA技术2023-1-107三种主要体制比较 WCDMA cdma2000 TD-SCDMA 采用国家采用国家 欧洲，日本 美国，韩国 中国 继承基础继承基础 GSM 窄带 CDMA GSM 试用期试用期 日本 2001 年 韩国 2000 年底 2004 年 同步方式同步方式 异步 同步 异步 码片速率码片速率(Mcps)3.84 N*1.2288 1.28 空中接口空中接口 WCD
4、MA cdma2000，兼容 IS95 TD-SCDMA 核心网核心网 GSM MAP ANSI-41 GSM MAP 2023-1-108二、二、GSM-R与与GSM2023-1-109GSM:GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 全球移动通信系统全球移动通信系统GSM-R:GSM for Railways 全球铁路移动通信系统全球铁路移动通信系统2023-1-1010 GSM-RGSM-R理论建立在理论建立在GSMGSM理论基础之上；理论基础之上；GSM-RGSM-R技术建立在技术建立在GSMGSM技术基础之上；技术基础之上；GSM-RGSM-R工
5、业以工业以GSMGSM工业为基础；工业为基础；GSM-RGSM-R工程建设以工程建设以GSMGSM工程经验为基础；工程经验为基础；GSM-RGSM-R应用开发吸收应用开发吸收GSMGSM成功经验；成功经验；GSM-RGSM-R的市场铁路专用，的市场铁路专用，GSMGSM公众商用。公众商用。2023-1-1011GSMGSM基础设施基础设施eMLPPeMLPPVBSVBSVGCSVGCS电信业务电信业务 -ASCI-ASCI功能寻址功能寻址与位置有关与位置有关的寻址的寻址 接入接入矩阵矩阵铁路运营特色铁路运营特色铁路应用铁路应用功能号功能号的表示的表示安全综合移动信息服务安全综合移动信息服务自动
6、列车控制自动列车控制(CTCS)(CTCS)远程遥控远程遥控铁路紧急救援移动服务铁路紧急救援移动服务调车作业移动服务调车作业移动服务轨道维护移动服务轨道维护移动服务铁路客站综合移动信息服务铁路客站综合移动信息服务铁路货站综合移动信息服务铁路货站综合移动信息服务机车综合移动信息服务机车综合移动信息服务(无线列调无线列调)旅客列车综合移动信息服务旅客列车综合移动信息服务GSMGSM电信业务电信业务2023-1-1012 GSMGSM起源于起源于19821982年，由欧洲邮政与电信大会年，由欧洲邮政与电信大会(CEPT)(CEPT)的的“移动通信特别组移动通信特别组”(G Group roup S
7、Special pecial MMobile)obile)负责工作。负责工作。19881988年成立欧洲电信标准研究所年成立欧洲电信标准研究所(ETSI)(ETSI)，由，由ETSIETSI的技的技术委员会特别移动组术委员会特别移动组(S Special pecial MMobile obile G Group)roup)负责负责GSMGSM的的标准化工作。标准化工作。GSMGSM是一种第二代数字蜂窝移动通信标准。世界上应是一种第二代数字蜂窝移动通信标准。世界上应用最广泛的第二代数字移动通信标准是用最广泛的第二代数字移动通信标准是GSMGSM、IS-136IS-136和和CDMA(IS95)C
8、DMA(IS95)。2023-1-1013GSMGSM经历了以下几个主要阶段：经历了以下几个主要阶段：Draft(1991Draft(1991年年)Phase 1(1992Phase 1(1992年底冻结）年底冻结）Phase 2 Phase 2（19941994年底冻结）年底冻结）Phase 2+R96Phase 2+R96 Phase 2+R98Phase 2+R98 Phase 2+R99Phase 2+R99 R4(2000)R4(2000)R5(2002)R5(2002)R6(2003)R6(2003)2023-1-10142023-1-1015GSM 450GSM 450频段频段
9、450.4 450.4 457.6 MHz457.6 MHz 460.4 460.4 467.6 MHz 467.6 MHz GSM 480GSM 480频段频段 478.8 478.8 486 486 MHzMHz 488.8-488.8-496 MHz 496 MHzGSM 850GSM 850频段频段 824-824-849 849 MHzMHz 869-869-894 MHz 894 MHz P-GSM P-GSM，标准，标准GSM900GSM900频带频带890-915 MHz890-915 MHz 935-960 MHz 935-960 MHzE-GSM E-GSM，扩展，扩展GS
10、M900GSM900频段频段 880-915 MHz880-915 MHz 925-960 MHz 925-960 MHzR-GSMR-GSM，铁路，铁路GSM900GSM900频段频段 876-915 MHz876-915 MHz 921-960 MHz 921-960 MHzDCS 1800 DCS 1800 频段频段 1710-1785 MHz1710-1785 MHz 1805-1880 MHz 1805-1880 MHzPCS 1900 PCS 1900 频带频带 1850-1910 MHz 1850-1910 MHz 1930-1990 MHz 1930-1990 MHz 2023
11、-1-1016EIRAUCHLRBTSMSCBSCBSCVLRMSCTSCMS互联网络互联网络(IXC)本地交换网络本地交换网络汇接局汇接局交换中心交换中心AT&TMCISprint中国移动中国移动中国联通中国联通.2023-1-10172023-1-1018MS3ARFCN01123FDMBTS0TDMAsTS7nn-1n+1MS2MS1time2023-1-1019三、欧洲选择三、欧洲选择GSM-RGSM-R及其进展及其进展2023-1-10201)1)在欧洲，铁道和机车车辆的现代化要求引入通用信号系统，即欧洲在欧洲，铁道和机车车辆的现代化要求引入通用信号系统，即欧洲铁路运输管理系统铁路运
12、输管理系统(ERTMS)(ERTMS)，ERTMSERTMS属于欧洲委员会属于欧洲委员会(EC)(EC)管理的项管理的项目。目。2)2)在高新技术驱动之下，协调和统一各国的运输管理系统模式，特别在高新技术驱动之下，协调和统一各国的运输管理系统模式，特别是通信信号方式，消除语言文化障碍、实现高速不停车跨国界铁路是通信信号方式，消除语言文化障碍、实现高速不停车跨国界铁路交通，达到提高铁路运输业的市场竞争优势。交通，达到提高铁路运输业的市场竞争优势。3)3)ERTMSERTMS给欧洲铁路带来新的发展动力，其效益体现为：较低的铁路给欧洲铁路带来新的发展动力，其效益体现为：较低的铁路运营与维护费用、优质
13、服务质量、极高安全可靠性、高能量利用率运营与维护费用、优质服务质量、极高安全可靠性、高能量利用率实现环保形交通，以及人文的工作环境。实现环保形交通，以及人文的工作环境。4)4)ERTMSERTMS包括：包括：ETCSETCS（欧洲铁路控制系统）和（欧洲铁路控制系统）和GSM-RGSM-R（铁路综合数字（铁路综合数字移动通信系统）。移动通信系统）。2023-1-1021LZB 利用轨道电缆环线传输列控系统行车指令和速度指示式机车信号，取消地面闭塞信号机，保留闭塞分区，列车按固定闭塞分区间隔运行。ASTREEASTREE实时追踪控制系统实时追踪控制系统 法国国铁1986年开始开发的系统，为Auto
14、matic Suiri des Trains en Lemps REEL简称，其目的是：提高功能，降低成本，采用新技术。系统停止开发，加入ETCS。FZBFZB基于无线的列控系统基于无线的列控系统 德铁80年代末开发的新一代列控系统，为Funk Zug Bee in flussung-Radio based continue train control system简称，其目的是：实现低成本、高性能的列控系统。系统已加入ETCSETCSETCS欧洲列车控制系统欧洲列车控制系统 欧共体支持的统一的列车控制系统，采用GSM-R作为传输系统。其开发目标：在欧洲铁路网运行互操作性(国际)，实施标准化，
15、降低成本，提高模块化和灵活性。2023-1-10222023-1-10232023-1-10242023-1-10252023-1-10262023-1-1027定义新的铁路公用通定义新的铁路公用通信系统标准的需求信系统标准的需求铁路通信标准机构，铁路通信标准机构，定义定义GSM-RGSM-R网络功能网络功能特征和互操作性特征和互操作性根据根据EIRENEEIRENE规范，开规范，开发和测试发和测试GSM-RGSM-R系统系统ETSIETSI-SMG工业界合工业界合作伙伴作伙伴2023-1-1028 研究研究 UICUIC开始考察铁路通信采用数字无线系统的可行性开始考察铁路通信采用数字无线系统
16、的可行性 UICUIC决定采用决定采用GSM-RGSM-R19921993199419951996199719981999规范制定阶段规范制定阶段 ETSIETSI确定在确定在GSMGSM标准中引入标准中引入ASCIASCI功能功能 GSM-RGSM-R特殊功能规范特殊功能规范试验测试阶段试验测试阶段 9797年年7 7月签署月签署EIRENE MoUEIRENE MoU MORANEMORANE建立测试线路，证明以下概念：建立测试线路，证明以下概念：GSMGSM标准的演进标准的演进(Phase 2)(Phase 2)第一套产品的有效性第一套产品的有效性2023-1-1029-MORANE-M
17、ORANE三个测试试验基地三个测试试验基地法法国国 德德国国 意意大大利利 最最大大时时速速：350 km/h 环环境境：乡村与近郊地区，隧道采用天线覆盖 线线路路：从 Chessy Gare 至 Roissy PRCI 到 Monchi CAI 运运营营商商：SNCF 网网 络络：1MSC/VLR/HLR/AC,1TRAU,1BSC,3BTS 状状况况：MORANE,1997 年 最最大大时时速速：280 km/h 环环境境：乡村与丘陵地区，隧道采用中继器 线线路路：从 Stuttgart 到 Manheim 运运营营商商：DBAG/Mannesmann ARCOR 网网 络络：1MSC/V
18、LR/HLR/AC,1TRAU,1BSC,11BTS 状状况况：DIBMOF,1995 年年 MORANE,1997 年 最最大大时时速速：300 km/h 环环境境：多山地形，14 个隧道(天线+漏缆)线线路路：从 Prato 至 Firenze SMN 到PJ Arezzo 运运营营商商：FS 网网络络：1MSC/VLR/HLR/AC,1TRAU,1BSC,19BTS 状状况况：MORANE,1997 年 2023-1-1030In realisationSupplier selectedIn negotiation Planning/StudyTest trials SBBDSBSJBV
19、CFRDB AGWCMLCDTAVMAVJBVNSBNSPKPRENFESNCBSNCFSZFSVR TrackRHKBBRailtrackCTRLGIF2023-1-1031在信号、列车控制和通信在信号、列车控制和通信领域的领域的UICUIC项目项目TMCCTC联锁InterlockingInterlockingInterlockingInterlocking欧洲联锁ETCS ETCS(低价格)GSM-R联锁2023-1-1032闭锁及闭锁及其它路其它路轨功能轨功能ETCS地面应用地面应用(RBC/RID)EURO RADIO子系统子系统固定网固定网GSM-RPLMNGSM-R移动台移动台E
20、URO RADIO子系统子系统ETCS车载应用车载应用(RBC/RID)司机司机司机司机地面地面ETCS通信系统通信系统System车载车载ETCS ETCS2023-1-10332023-1-1034 发展基于无线的列车控制系统，可以克服许多技术障碍，从而在以下方面提高运输效率，改善服务质量：减少列车追踪间隔；实时追踪列车位置，提高运输调度效率；列车晚点以后,自动调整运行计划；以运行列车为中心的周边告警和前方预警系统；移动在线办公，提高对旅客的服务质量；适合于从低速至高速各种速度列车，各种运输线路；等等。2023-1-1035轨道轨道电路电路无线无线列调列调公务公务移动移动GSM-R无线无线
21、数据数据通话通话柱柱增值2023-1-1036 以以GSMGSM技术为基础技术为基础,与公众移动通信网共同发展与公众移动通信网共同发展 GSM-R=GSM+GSM-R=GSM+集群集群(融合发展融合发展)+)+铁路特色功能铁路特色功能 GSM-RGSM-R=移动通信移动通信 +轨道电路轨道电路 GSM-R GSM-R 可以连接可以连接GSM,PSTN,PDN,IP,GSM,PSTN,PDN,IP,卫星卫星,综合综合,数字数字,移动移动,多媒体多媒体,.2023-1-1037四、四、GSM-RGSM-R与铁路信息与铁路信息化化2023-1-10381)1)满足以旅客为主体的移动信息服务系统的需要
22、，包括车上订票服务、满足以旅客为主体的移动信息服务系统的需要，包括车上订票服务、电子移动商务、旅客移动增值服务等；电子移动商务、旅客移动增值服务等；2)2)满足铁路路网移动体满足铁路路网移动体(机车、车辆、集装箱等机车、车辆、集装箱等)实时动态跟踪信息传输实时动态跟踪信息传输的需要，为开展实时网上信息查询和各种管理信息息统提供移动传输的需要，为开展实时网上信息查询和各种管理信息息统提供移动传输通道；通道；3)3)作为无线列调的更新换代产品，同时能够满足区间公务移动、紧急救作为无线列调的更新换代产品，同时能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、站场无线等移动话音通信的需要；援、调车编组作业
23、、站场无线等移动话音通信的需要；4)4)满足满足DMISDMIS无线车次号传输、列车尾部风压、机车状态信息、车辆轴温无线车次号传输、列车尾部风压、机车状态信息、车辆轴温监测、线桥隧道监护、铁路供电状态监视、道口防护等移动和固定无监测、线桥隧道监护、铁路供电状态监视、道口防护等移动和固定无线数据传输的需要；线数据传输的需要；5)5)TMISTMIS的源点信息采集和传输；的源点信息采集和传输；6)6)满足以移动列车为主体的安全信息分发与预告警系统的需要，确保沿满足以移动列车为主体的安全信息分发与预告警系统的需要，确保沿铁路线的施工、轨道养护、平交道口与车辆、车站等人员和设备的安铁路线的施工、轨道养
24、护、平交道口与车辆、车站等人员和设备的安全，减少事故；全，减少事故；2023-1-10397)7)青藏铁路需要建设基于无线的列车控制系统；青藏铁路需要建设基于无线的列车控制系统；8)8)铁路提速、高速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥铁路提速、高速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的车透明、双向、大容量的车/地信息传输通道；地信息传输通道；9)9)技术发展的需要技术发展的需要中国铁路移动通信从无到有，从模拟到数字，从单一业务到多业中国
25、铁路移动通信从无到有，从模拟到数字，从单一业务到多业务再到综合业务，这一方面是铁路运输发展的需要，也是技术进务再到综合业务，这一方面是铁路运输发展的需要，也是技术进步的趋势；步的趋势；ITIT业在过去业在过去2020年突飞猛进，其技术进步必将推动铁路综合数字移年突飞猛进，其技术进步必将推动铁路综合数字移动通信网络的发展；动通信网络的发展；数字移动通信数字移动通信(GSM(GSM、CDMA)CDMA)在全世界广泛采用在全世界广泛采用,得到广泛验证；得到广泛验证；铁路专用通信是历史发展必然，无线移动通信在全世界普遍受欢铁路专用通信是历史发展必然，无线移动通信在全世界普遍受欢迎，铁道部经过迎，铁道部
26、经过1212年年(1990(1990年开始年开始)的探索与跟踪，欧洲的探索与跟踪，欧洲GSM-RGSM-R是符是符合铁路需要的。合铁路需要的。2023-1-10401)1)模拟无线列调单信道制式严重制约铁路应用，枢纽地区同频干扰严重、模拟无线列调单信道制式严重制约铁路应用，枢纽地区同频干扰严重、信道接入困难已经开始妨碍使用；信道接入困难已经开始妨碍使用；2)2)铁路移动数据通信业务日益增多，无线车次号传输、尾部风压无线传铁路移动数据通信业务日益增多，无线车次号传输、尾部风压无线传输等等都叠加在无线列调之上，造成本已紧张的无线列调信道更是不输等等都叠加在无线列调之上，造成本已紧张的无线列调信道更
27、是不堪重负；堪重负；3)3)铁路工种繁多，各部门无线移动通信自成体系，不能互联互通；铁路工种繁多，各部门无线移动通信自成体系，不能互联互通；4)4)模拟无线列调不能满足新一代基于通信的列车控制系统模拟无线列调不能满足新一代基于通信的列车控制系统(CBTC)(CBTC)对车对车/地地传输通道的要求；传输通道的要求；5)5)单信道无线列调不能满足客运专线和高速铁路等现代铁路运输的信息单信道无线列调不能满足客运专线和高速铁路等现代铁路运输的信息化和旅客服务对车化和旅客服务对车-地间传输提出的更高要求。地间传输提出的更高要求。2023-1-10411)1)专门为铁路服务是专门为铁路服务是GSM-RGS
28、M-R明确的发展目标，其标准、技术、设备、在明确的发展目标，其标准、技术、设备、在铁路上的应用得到欧洲许多国家的验证，符合高速铁路、普通铁路运铁路上的应用得到欧洲许多国家的验证，符合高速铁路、普通铁路运输的要求，在德国、瑞典等国家也开始商业运营。输的要求，在德国、瑞典等国家也开始商业运营。2)2)GSMGSM成熟的标准、技术和良好的工业是成熟的标准、技术和良好的工业是GSM-RGSM-R发展的基础。发展的基础。GSMGSM被被100100多个国家多个国家200200多个电信运营商采纳，其网络设施和移动终端在世界多个电信运营商采纳，其网络设施和移动终端在世界上各种地形地物环境、各种气候条件下得到
29、了广泛的验证，在网络规上各种地形地物环境、各种气候条件下得到了广泛的验证，在网络规划、建设、运营维护等方面积累了非常丰富的成功经验。划、建设、运营维护等方面积累了非常丰富的成功经验。3)3)G S M-RG S M-R 可 以 在可 以 在 G S MG S M 基 础 上 实 现 可 持 续 发 展，走基 础 上 实 现 可 持 续 发 展，走 G S M-G S M-R/GPRS/WCDMAR/GPRS/WCDMA发展的道路，与整个通信产业保持一致，能够持续发展的道路，与整个通信产业保持一致，能够持续稳步地朝着移动分组数据、宽带多媒体、基于稳步地朝着移动分组数据、宽带多媒体、基于IPIP的
30、核心网络方向融合的核心网络方向融合发展发展。2023-1-1042根据国情路情实际出发，根据国情路情实际出发，CTCSCTCS共划分为五级。共划分为五级。1)1)CTCS0CTCS0级：既有线的控车模式，区间轨道电路级：既有线的控车模式，区间轨道电路+站内电码化站内电码化+通用机通用机车信号车信号+列车运行监控装置。列车运行监控装置。2)2)CTCS 1CTCS 1级：基于既有设备改造的固定闭塞系统，即主体化机车信号级：基于既有设备改造的固定闭塞系统，即主体化机车信号点式设备安全型监控装置。点式设备安全型监控装置。3)3)CTCS 2CTCS 2级：基于轨道电路信息的固定闭塞系统，地面车载一体
31、化系统级：基于轨道电路信息的固定闭塞系统，地面车载一体化系统设计设计。4)4)CTCS 3CTCS 3级：基于轨道电路和无线通信（级：基于轨道电路和无线通信（GSM-RGSM-R）的固定闭塞系统。）的固定闭塞系统。5)5)CTCS 4CTCS 4级：完全基于无线通信（级：完全基于无线通信（GSM-RGSM-R）的移动闭塞系统。）的移动闭塞系统。2023-1-10431)1)无线列调；无线列调；2)2)无线机车信号；无线机车信号；3)3)CTCS3/CTCS4CTCS3/CTCS4；4)4)调度指令传输；调度指令传输；5)5)尾部风压检测传输通道；尾部风压检测传输通道；6)6)车次号传递与列车跟踪；车次号传递与列车跟踪；7)7)编组站综合移动信息系统；编组站综合移动信息系统；8)8)机车调度数据传输综合通道；机车调度数据传输综合通道；9)9)旅客列车移动信息服务通道。旅客列车移动信息服务通道。2023-1-1044补充：补充：TETRA 陆上集群无线电Terrestrial Trunked Radio
