CH4-a4.1鐵路無線通信

1、第四章第四章 車地移動(dòng)通信技術(shù)車地移動(dòng)通信技術(shù)4.1鐵路無線通信概述鐵路無線通信概述4.1.1 鐵路無線通信發(fā)展歷程鐵路無線通信發(fā)展歷程l我國鐵路無線通信系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)無線列車調(diào)度、鐵路站場調(diào)車通信、鐵路區(qū)間移動(dòng)通信等話音通信功能，以及列車運(yùn)行控制、車次號(hào)傳輸、列車尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)傳輸、道口預(yù)（報(bào)）警等數(shù)據(jù)的無線傳輸功能。具體包括：l無線列車調(diào)度電話：主要有A、B、C三種制式，頻率為450MHz或150MHz的單工或雙工通信系統(tǒng)。l站場無線通信：在鐵路的區(qū)段站、編組站使用平面調(diào)車等站場無線通信系統(tǒng)。l各種獨(dú)立的單工通信系統(tǒng)：在站場內(nèi)及鐵路沿線由公務(wù)、公安、電力、電務(wù)維修、列檢、 施工等部門或單位自行

2、投資建設(shè)的各種獨(dú)立的單工通信系統(tǒng)。l集群移動(dòng)通信系統(tǒng)：早期為模擬集群系統(tǒng)，目前數(shù)字集群系統(tǒng)，如iDEN、TETRA、FHMA等系統(tǒng) 。lGSM-R：歐洲鐵路綜合調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，GSM for Railway。4.1.2 GSM-R的提出與發(fā)展的提出與發(fā)展lGSM：特別移動(dòng)通信組（Group Special Mobile）全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication）。GSM系統(tǒng)工作在900 MHz和1800 MHz頻段。lGSM-R：歐洲鐵路綜合調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，GSM for Railway。lGSM-R是在GSM蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了調(diào)度

3、通信功能和適合高速環(huán)境下使用的要素，能滿足國際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信的要求。lGSM-R主要解決在列車高速運(yùn)行時(shí)語音數(shù)據(jù)的可靠傳輸以及跨國運(yùn)行時(shí)列車自動(dòng)防護(hù)（ATP，Automatic Train Protection）的互操作性問題。4.24.2 GSM-RGSM-R系統(tǒng)基本原理系統(tǒng)基本原理l GSM-R以GSM技術(shù)為基礎(chǔ)，除具有GSM的性能，還融合了集群通信的特點(diǎn)。通過標(biāo)準(zhǔn)的GSM承載業(yè)務(wù)來傳輸從固定的自動(dòng)控制端到移動(dòng)自動(dòng)控制端的數(shù)據(jù)傳輸，為地面控制中心和車載控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸提供透明的無線傳輸通道。l GSM-R可以連接GSM、PSTN、PDN、IP、TETRA和衛(wèi)星等系統(tǒng)，

4、為鐵路提供綜合數(shù)字化移動(dòng)和多媒體的信息服務(wù)平臺(tái)，具有完善的互聯(lián)接口。它具有GSM全部的業(yè)務(wù)和功能，頻率管理與GSM相兼容，能滿足所有語音與數(shù)據(jù)通信的需要。l GSM-R支持分組數(shù)據(jù)傳輸方式GPRS，可按需分配帶寬，提供列車自動(dòng)控制信息與安全系統(tǒng)，并可提供新的業(yè)務(wù)和特殊功能，是具有智能功能的網(wǎng)絡(luò)，并可以向第3代移動(dòng)通信平穩(wěn)過渡。l GSM-R與GSM的主要區(qū)別在于引入了語音組呼、話音廣播、增強(qiáng)優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)占的功能，以及在GSM基礎(chǔ)上增加了滿足鐵路運(yùn)行需要的特殊功能。4.2.1 GSM-R4.2.1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)l GSM-R系統(tǒng)由基站（BSS）、移動(dòng)交換中心（MSC）和移動(dòng)臺(tái)（MS）

5、組成。l 基站（BSS）包括收、發(fā)信機(jī)（BTS）和基站控制器（BSC）兩部分。n BTS為無線部分和固定部分提供中繼；n BSC具有一定交換功能，是無線信道接至MSC的接口。l 移動(dòng)交換中心除包括移動(dòng)交換機(jī)（MSC）、歸屬位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器(VLR)，還有鑒權(quán)中心（AUC）、設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）、操作與維護(hù)中心（OMC）等。n AUC是對(duì)用戶有效性進(jìn)行鑒定，保護(hù)用戶通信不受侵犯；n EIR通過對(duì)移動(dòng)臺(tái)號(hào)碼的識(shí)別，禁止非法用戶使用；n OMC用于對(duì)BS、MSC、HLR、VLR、AUC、EIR進(jìn)行操作和維護(hù)。l 開機(jī)的移動(dòng)臺(tái)搜尋最強(qiáng)的控制信道載頻，掃描鄰近小區(qū)場強(qiáng)并報(bào)告給基站

6、，以備小區(qū)切換，周期性的位置登記，以備MSC查找，守候在控制信道上隨時(shí)發(fā)出主呼和接受被呼。l 主呼的移動(dòng)臺(tái)在控制信道的接入時(shí)隙中發(fā)出請(qǐng)求，經(jīng)基站鑒權(quán)、確立加密模式、分配業(yè)務(wù)信道，通過MSC建立與PSTN/ISDN用戶的連接信道。l 來自PSTN/ISDN的呼叫送入到最近的入口局MSC，入口局MSC查詢?cè)恢眉拇嫫鞯玫接脩袈蔚膮^(qū)域的MSC地址，建立起拜訪MSC的呼叫，此MSC經(jīng)所屬基站的尋呼，得到被呼移動(dòng)臺(tái)的回答，鑒權(quán)加密，建立起與移動(dòng)臺(tái)的通信。4.2.24.2.2 GSM-R GSM-R的主要技術(shù)的主要技術(shù)（1）多址技術(shù)（）多址技術(shù)（TDMA+FDMA）l GSM-R系統(tǒng)中，無線路徑上是采

7、用時(shí)分多址+頻分多址（TDMA+FDMA）方式。l 基站收發(fā)信機(jī)（BTS）有若干收發(fā)信單元（TRX），一個(gè)TRX占用一個(gè)頻點(diǎn)（頻道），每個(gè)頻點(diǎn)上可分成8個(gè)時(shí)隙，每一時(shí)隙為一個(gè)信道，因此，一個(gè)TRX最多可有8個(gè)移動(dòng)客戶同時(shí)使用。l 相鄰基站使用不同上下行頻率。（2）話音編碼、信道編碼、交織技術(shù)和窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)）話音編碼、信道編碼、交織技術(shù)和窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)l GSM-R統(tǒng)信源編碼器是“規(guī)則脈沖激勵(lì)編碼長期預(yù)測”（RPELTP），其編碼速率是13 kbit/s，采用1/2碼率的卷積碼進(jìn)行信道編碼并交織后，碼率為22.8 kbit/s，加入同步和控制信息后33.85kbit/s，形成分配時(shí)隙的突發(fā)

8、信號(hào)，碼率270.8kbit/s，采用GMSK（比特速率帶寬積 ）調(diào)制發(fā)送。l 基站將接收的13 kbit/s，加上3 kbit/s成為16 kbit/s，經(jīng)4 16 kbit/s復(fù)用成64kbit/s，送移動(dòng)交換控制器。l 同樣移動(dòng)交換控制器來的64 kbit/s轉(zhuǎn)換為16 kbit/s，最后分配到各時(shí)隙信道上。3 . 0bbTB（3）空間分集、時(shí)間色散與均衡）空間分集、時(shí)間色散與均衡l GSM-R統(tǒng)中采用空間分集技術(shù)來克服多徑衰落和陰影衰落。l 為改善多徑傳播產(chǎn)生的碼間干擾，每個(gè)語音數(shù)據(jù)包都在包頭前先發(fā)一定長度的測試脈沖序列，又稱訓(xùn)練序列，用于以調(diào)整均衡器的抽頭系數(shù)，使均衡器基本上趨于收斂

9、，然后再改變?yōu)樽赃m應(yīng)工作方式進(jìn)行均衡。（4）基站與移動(dòng)臺(tái)間的時(shí)間調(diào)整）基站與移動(dòng)臺(tái)間的時(shí)間調(diào)整l 每個(gè)移動(dòng)臺(tái)占用各自的時(shí)隙與基地臺(tái)通信，當(dāng)兩者的距離增大時(shí)，傳輸延時(shí)會(huì)增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響其它時(shí)隙的用戶。所以，在呼叫進(jìn)行期間，必須監(jiān)視呼叫到達(dá)基站的時(shí)間，并由系統(tǒng)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指令，隨著移動(dòng)臺(tái)離開基站的距離，逐步指示移動(dòng)臺(tái)提前發(fā)送的時(shí)間，這就是時(shí)間調(diào)整。（5）保密措施）保密措施l 安全性方面，GSM-R在下列部分加強(qiáng)了保護(hù)：n接入網(wǎng)絡(luò)方面采用了對(duì)客戶鑒權(quán)；n無線路徑上采用對(duì)通信信息加密；n對(duì)移動(dòng)設(shè)備采用設(shè)備識(shí)別；n對(duì)客戶識(shí)別碼用臨時(shí)識(shí)別碼保護(hù)；nSIM卡用PIN碼保護(hù)。4.2.34.2.3 GSM-R

10、 GSM-R工作頻率工作頻率l 歐洲GSM-R使用專用的R-GSM頻段，即876880MHz。由于支持該頻段的移動(dòng)終端種類較少，而且在我國該段頻率另有其用，因此我國GSM-R使用E-GSM頻段。l 原信息產(chǎn)業(yè)部分配給GSM-R的頻率范圍885889MHz（上行）、930934MHz（上行），帶寬4MHz，共19個(gè)頻點(diǎn)可用，該頻段在沿鐵路線周圍2km范圍內(nèi)屬鐵路專用。頻率資源的獲得為GSM-R的發(fā)展注入了生機(jī)。4.34.3 列控系統(tǒng)列控系統(tǒng)與與GSM-RGSM-Rl GSM-R具有更適應(yīng)鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)的功能優(yōu)勢/更成熟的技術(shù)優(yōu)勢、滿足列車控制的需要以及更符合通信信號(hào)一體化技術(shù)發(fā)展的趨勢。l 200

11、0年底，鐵道部正式確定將GSM-R作為我國鐵路移動(dòng)通信的發(fā)展方向。隨著青藏鐵路、大秦鐵路和客運(yùn)專線的建設(shè)，采用GSM-R技術(shù)成為鐵路發(fā)展一項(xiàng)重要的技術(shù)裝備政策。l ETCS（歐洲列車控制系統(tǒng)）2級(jí)采用GSM-R作為列車控制數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。GSM-R通過標(biāo)準(zhǔn)的GSM承載業(yè)務(wù)來傳輸從地面控制中心到車載終端的數(shù)據(jù)，為地面控制中心和車載終端之間的數(shù)據(jù)傳輸提供安全的無線傳輸通道。l 中國列車控制系統(tǒng)（CTCS）3級(jí)參考?xì)W洲規(guī)范，結(jié)合中國鐵路實(shí)際情況，采用GSM-R作為數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，目前已經(jīng)制定了一系列相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。4.3.14.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能l 基于GSM-R的列控系統(tǒng)包括地面設(shè)備

12、和車載設(shè)備。GSM-R網(wǎng)絡(luò)是列車控制系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)的透明承載平臺(tái)，提供車地雙向高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸通道。列控系統(tǒng)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)間的接口為IGSM-R接口、IFIX接口，如下圖所示。4.3.24.3.2 GSM-R GSM-R承載業(yè)務(wù)承載業(yè)務(wù)（1）基本承載業(yè)務(wù)）基本承載業(yè)務(wù)l 車載設(shè)備和地面控制中心之間的信息傳輸要使用GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。l 數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)是指在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中，從移動(dòng)側(cè)（如列車）的終端設(shè)備到固定側(cè)（如RBC）進(jìn)行數(shù)據(jù)接入和傳輸。l 列控?cái)?shù)據(jù)傳輸需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供滿足下述要求的承載業(yè)務(wù)：n電路交換模式的數(shù)據(jù)傳輸；n非限制數(shù)字信息；n全速率無線信道；n僅傳輸數(shù)據(jù)，非語

13、音/數(shù)據(jù)交替；n異步透明傳輸模式。GSM-R基本承載業(yè)務(wù)基本承載業(yè)務(wù)承載業(yè)務(wù)要求異步 2.4kbps 透明可選異步 4.8kbps 透明必選異步 9.6kbps 透明必選（2）GSM-R補(bǔ)充業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù)描述要求CLIP主叫線識(shí)別顯示，給被叫方指示主叫用戶號(hào)碼可選COLP被連接線識(shí)別顯示，給主叫方指示被連接用戶的號(hào)碼可選UUS1用戶到用戶信令，在連接建立和釋放的過程中傳遞用戶信息可選MLPPISDN網(wǎng)絡(luò)中的多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆業(yè)務(wù)，用于給列控呼叫設(shè)置高優(yōu)先級(jí)必選eMLPPGSM-R網(wǎng)絡(luò)中的增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆業(yè)務(wù)，用于給列控呼叫設(shè)置高優(yōu)先級(jí)必選l GSM-R補(bǔ)充業(yè)務(wù)主要目的是為了保證列控?cái)?shù)據(jù)鏈路

14、的可靠性。l 基于GSM-R的列控?cái)?shù)據(jù)呼叫的優(yōu)先級(jí)為1級(jí)，而普通的調(diào)度通信呼叫為3級(jí)。l 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源擁塞時(shí)，列控?cái)?shù)據(jù)呼叫的優(yōu)先級(jí)高于普通話音呼叫，具備強(qiáng)拆能力，能夠?qū)⒌蛢?yōu)先級(jí)的話音呼叫拆除，騰出信道資源供列控?cái)?shù)據(jù)呼叫使用。GSM-R補(bǔ)充業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù)4.3.3 GSM-R4.3.3 GSM-R組網(wǎng)方案組網(wǎng)方案（1）單）單MSC，單層無線覆蓋，單層無線覆蓋l 全線配置單套核心網(wǎng)設(shè)備（包括MSC、IN、SGSN等）和單套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括BSC、BTS等），基站覆蓋重疊區(qū)域較少，基站采用環(huán)形連接。（2）單）單MSC，交織站址單層無線覆蓋，交織站址單層無線覆蓋l 全線配置單套核心網(wǎng)設(shè)備（包括MSC、I

15、N、SGSN等）和單套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括BSC、BTS等），基站采用環(huán)形連接，基站的重疊區(qū)域較深，有一定的基站冗余且互為冗余的基站不分層。某一基站故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍能正常工作，但BSC出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)不提供冗余。（3）單）單MSC，同站址雙層無線覆蓋，同站址雙層無線覆蓋l 全線配置單套核心網(wǎng)設(shè)備（包括MSC、IN、SGSN等）和雙套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括BSC、BTS等），兩層無線網(wǎng)絡(luò)的基站按同站址設(shè)置，基站采用環(huán)形連接，某一套無線子系統(tǒng)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍能正常工作，但核心網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障或某一站址故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)不提供冗余。（4）單）單MSC，異站址交織雙層無線覆蓋，異站址交織雙層無線覆蓋l 全線配置單套核心

16、網(wǎng)設(shè)備（包括MSC、IN、SGSN等）和雙套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括BSC、BTS等），兩層無線網(wǎng)絡(luò)基站按異站址交織設(shè)置，基站采用環(huán)形連接，某一套無線子系統(tǒng)故障時(shí)，或某一站址故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍能正常工作，但核心網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)不提供冗余。（5）雙）雙MSC，同站址雙層無線覆蓋，同站址雙層無線覆蓋l 全線配置雙套核心網(wǎng)設(shè)備（包括MSC、IN、SGSN等）和雙套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括BSC、BTS等），兩套基站采用同站址雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基站采用環(huán)形連接，全面系統(tǒng)冗余，但如果某一站址故障，同樣發(fā)生服務(wù)中斷。（6）雙）雙MSC，異站址交織雙層無線覆蓋，異站址交織雙層無線覆蓋l 全線配置雙套核心網(wǎng)設(shè)備（包括MSC、

17、IN、SGSN等）和雙套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括BSC、BTS等），兩套基站采用異站址交織雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基站采用環(huán)形連接，全面系統(tǒng)冗余，且某一站址故障時(shí)，不會(huì)中斷服務(wù)。方案單MSC，單層無線覆蓋單MSC，交織站址單層無線覆蓋單MSC，同站址雙層無線覆蓋單MSC，異站址交織雙層無線覆蓋雙MSC，同站址雙無線覆蓋雙MSC，異站址交織雙層無線覆蓋無線參數(shù)設(shè)置及工程實(shí)施難易程度最易易中等較難難難頻率利用率最高高低中等低中等所需站址數(shù)目少多少多少多冗余可靠性性某一BTS故障，其服務(wù)區(qū)域?qū)⒉惶峁I(yè)務(wù)BTS 冗余，但BSS其他設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)不提供冗余BSS設(shè)備冗余，但核心網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障或某一站址故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)

18、不提供冗余BSS全面冗余，且某一站址故障時(shí)，不會(huì)中斷業(yè)務(wù)，但核心網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)不提供冗余全面系統(tǒng)冗余，但如果某一站址故障，同樣發(fā)生服務(wù)中斷全面系統(tǒng)冗余，某一站址故障時(shí)，不會(huì)中斷業(yè)務(wù)容災(zāi)能力最差差差好中等最好抗干擾能力差最好好最好好最好應(yīng)用實(shí)例德國（柏林萊比錫）我國CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)意大利羅馬至那不勒斯青藏線西班牙高速鐵路線4.3.4 Euroradio4.3.4 Euroradio通信功能模塊（通信功能模塊（CFMCFM）l CFM提供基于GSM-R PLMN電路交換承載服務(wù)（circuit switched bearer services）功能。CFM包含ISO OSI/RM的第4

19、層（傳輸層）、第3層（網(wǎng)絡(luò)層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）。l CFM為安全功能模塊（SFM)和可選非安全用戶提供的通信服務(wù)基于ISO OSI/RM的傳輸層所提供的業(yè)務(wù)。這些服務(wù)涉及：n 傳輸連接建立/釋放；n 可靠數(shù)據(jù)傳輸；n 透明數(shù)據(jù)傳輸；n 此外還提供高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)傳輸，并且增加了傳輸通路的可靠性。l CFM實(shí)體以傳輸服務(wù)原語方式通過一個(gè)或多個(gè)傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)（TSAP）與其用戶進(jìn)行通信。l CFM實(shí)體支持傳輸連接、將傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元（TPDU）轉(zhuǎn)換成正常數(shù)據(jù)，通過各自服務(wù)訪問點(diǎn)來使用模型較低層的服務(wù)。l 一個(gè)CFM可選擇為每個(gè)物理通道提供一個(gè)以上的傳輸連接。 CFM 用戶user TS 實(shí)體 T

20、S 實(shí)體ty TSAP 正常數(shù)據(jù)(排隊(duì)) 高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù) 邏輯數(shù)據(jù)流：正常數(shù)據(jù) 高優(yōu)先數(shù)據(jù) 正常數(shù)據(jù) 高優(yōu)先數(shù)據(jù) 正常數(shù)據(jù) CFM NSAP NSAP CFM 用戶er DLSAP HDLC 實(shí)體 HDLC 實(shí)體 正常數(shù)據(jù) 高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù) DLSAP TSAP 隊(duì)列符號(hào) 通信服務(wù)模型 （1 1）連接建立）連接建立l 傳輸連接建立過程在通信服務(wù)用戶要求與CFM建立連接時(shí)啟動(dòng)。l 通過服務(wù)原語“傳輸連接請(qǐng)求”（其相關(guān)參數(shù)在傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)中）訪問傳輸連接建立服務(wù)。在提出連接建立要求時(shí)，用戶可能會(huì)根據(jù)將獲得的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)和應(yīng)用類型來列出自己的要求。l CFM求出服務(wù)質(zhì)量等級(jí)值和應(yīng)用類型，并將使用服務(wù)質(zhì)量參

21、數(shù)值的相關(guān)子集。n 在物理連接還未存在時(shí)，為建立物理連接而選擇適當(dāng)?shù)某休d業(yè)務(wù)；n 可選擇傳輸層多路復(fù)用的排序功能。（2 2）數(shù)據(jù)傳輸）數(shù)據(jù)傳輸l 在成功建立傳輸連接后，模塊將提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。l 通過服務(wù)原語“傳輸數(shù)據(jù)請(qǐng)求”（其相關(guān)參數(shù)在傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)中）訪問此數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。l CFM同時(shí)在雙向上提供透明而可靠的用戶數(shù)據(jù)傳輸，并通過內(nèi)部處理數(shù)據(jù)方式對(duì)用戶隱藏。（3 3）連接釋放）連接釋放l 通過使用傳輸服務(wù)原語“傳輸斷開請(qǐng)求”（其相關(guān)參數(shù)在傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)中），通信功能模塊提供傳輸連接釋放服務(wù)。l 將向用戶通知由通信功能模塊或模型較低層引起的連接斷開。（4 4）高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)）高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)l 高優(yōu)

22、先級(jí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)是僅為應(yīng)用類型為自動(dòng)列車保護(hù)（ATP）的傳輸連接而提供的附加服務(wù)。l 在相同物理連接上進(jìn)行多路復(fù)用的所有傳輸連接數(shù)據(jù)中，高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)將以最高傳輸優(yōu)先級(jí)進(jìn)行傳輸。 l 通過附加服務(wù)原語“高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求”（其相關(guān)參數(shù)在傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)中）訪問此服務(wù)。l 用戶平面的第3和第4層協(xié)議棧為空，用戶數(shù)據(jù)在CFM用戶和第2層之間交換。這些數(shù)據(jù)繞開任何現(xiàn)有序列立即被傳輸。l 所有數(shù)據(jù)將被發(fā)送到同等通信功能模塊用戶（即應(yīng)用類型為自動(dòng)列車保護(hù)的通信功能模塊用戶）。不可能在相同物理連接上為不同傳輸連接提供高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流多路復(fù)用服務(wù)。（4 4）高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)（續(xù)）高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)（續(xù)）l 當(dāng)應(yīng)用類型為自

23、動(dòng)列車保護(hù)的多個(gè)通信功能模塊接收用戶在相同物理連接上進(jìn)行多路復(fù)用時(shí)，通信功能模塊接收實(shí)體將向應(yīng)用類型為自動(dòng)列車保護(hù)的所有通信功能模塊用戶傳輸高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)。l 第2層發(fā)送/接收這些數(shù)據(jù)-僅此類數(shù)據(jù)作為未編號(hào)信息（UI）幀。在未編號(hào)信息幀出錯(cuò)或丟失的情況下，第2層不重復(fù)傳輸。如果通信功能模塊用戶要求，應(yīng)對(duì)其作出肯定應(yīng)答并重復(fù)傳輸。l 用戶數(shù)據(jù)不可能分段和重裝。用戶數(shù)據(jù)長度限于未編號(hào)信息幀的數(shù)據(jù)字段長度。l 第1級(jí)要求：必須將高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)從無線閉塞中心傳輸?shù)搅熊?。? 5）服務(wù)質(zhì)量）服務(wù)質(zhì)量(QoS)(QoS)l QoS為傳輸服務(wù)（TS）用戶提供了一種列出其需求的方法，并為傳輸服務(wù)供應(yīng)商選擇協(xié)議或請(qǐng)

24、求較低層服務(wù)提供了依據(jù)。 l 通常，傳輸服務(wù)用戶和傳輸服務(wù)供應(yīng)商在每個(gè)傳輸連接基礎(chǔ)上根據(jù)T-CONNECT(傳輸連接)請(qǐng)求、指示、響應(yīng)和傳輸服務(wù)原語確認(rèn)而協(xié)調(diào)達(dá)成服務(wù)質(zhì)量，然后議定的服務(wù)質(zhì)量運(yùn)用到傳輸連接的整個(gè)運(yùn)行期間。l 不能確保是否能夠在整個(gè)傳輸連接期間維持原議服務(wù)質(zhì)量。傳輸協(xié)議供應(yīng)商未明確指出服務(wù)質(zhì)量的變化。l 每個(gè)參數(shù)的可能選項(xiàng)和缺省值通常在傳輸服務(wù)供應(yīng)商初始安裝時(shí)予以規(guī)定。4.44.4 GSM-RGSM-R鐵路信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例鐵路信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例（一）（一）CTCS-3級(jí)對(duì)級(jí)對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的要求網(wǎng)絡(luò)的要求CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求（1） CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)需

25、要級(jí)列控系統(tǒng)需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)特性：網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)特性：n 信息傳輸模式：電路交換異步透明數(shù)據(jù)傳輸；n 信息傳輸速率：GSM-R網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持多種速率數(shù)據(jù)傳輸，包括2.4kb/s、4.8kb/s、9.6kb/s，其中4.8kb/s異步透明數(shù)據(jù)傳輸是承載CTCS-3級(jí)列控業(yè)務(wù)的首選方式；n 非限制數(shù)字信息；n 全速率無線信道；n 只支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，不支持話音/數(shù)據(jù)交替?zhèn)鬏敗?.4.14.4.1 CTCS-3 CTCS-3級(jí)系統(tǒng)的級(jí)系統(tǒng)的GSM-RGSM-R應(yīng)用應(yīng)用（2）CTCS-3級(jí)需要級(jí)需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的補(bǔ)充業(yè)務(wù)包括：網(wǎng)絡(luò)提供的補(bǔ)充業(yè)務(wù)包括：n 增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆（e

26、MLPP），CTCS-3級(jí)列控業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)為1級(jí)；n 多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆（MLPP），CTCS-3級(jí)列控業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)為1級(jí)。n 主叫號(hào)碼識(shí)別顯示（CLIP）（可選）；n 被叫號(hào)碼識(shí)別顯示（COLP）（可選）；n 用戶到用戶信令1（UUS1）（可選）。（3）CTCS-3級(jí)需要級(jí)需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的鐵路特殊業(yè)務(wù)包括：網(wǎng)絡(luò)提供的鐵路特殊業(yè)務(wù)包括：n 基于短號(hào)碼和小區(qū)路由的位置尋址，用于將呼叫路由到對(duì)應(yīng)的RBC（可選）；n 精確位置尋址（可選）。（二）（二）CTCS-3級(jí)對(duì)級(jí)對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)的QoS要求要求QoS參數(shù)數(shù)值網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)延遲30s(95%)、35s(99%)、40s(100%)連接建立時(shí)

27、延8.5s (95%)、10s (100%)連接建立失敗概率10-2用戶數(shù)據(jù)幀傳送時(shí)延（30字節(jié)數(shù)據(jù)塊）0.5s (99%)連接斷開概率10-2/h傳輸干擾時(shí)間0.8s（95%），20s（95%），7s（99%）（三）（三）CTCS-3級(jí)中的級(jí)中的GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)l 由于列控?cái)?shù)據(jù)傳輸對(duì)安全性和可靠性的特殊要求，必須考慮冗余。n 冗余包括核心網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的冗余，n 冗余還包括車載通信單元與列控GSM-R接入服務(wù)器之間的冗余和關(guān)鍵接口的冗余。l 核心網(wǎng)冗余主要包括HLR/AuC、MSC的冗余配置。n 按照全國GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，HLR和AuC在北京和武漢各配置一套，互為地理容災(zāi)備份，任

28、何一套故障，另一套都可以承擔(dān)全部的工作。n MSC冗余配置時(shí)，兩個(gè)MSC都連接CTCS無線閉塞中心。如果要求與MSC A相連的兩個(gè)無線閉塞中心的所有電路都處于脫機(jī)、忙或退出服務(wù)狀態(tài)時(shí)，MSC A將新的列控呼叫通過兩個(gè)MSC之間的ISUP鏈路路由至另一個(gè)與MSC B相連的無線閉塞中心。l 無線網(wǎng)絡(luò)的冗余即雙層覆蓋，可以極大地提高列控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，保證了任何一個(gè)基站故障都不會(huì)影響列控?cái)?shù)據(jù)傳輸。l 目前雙層覆蓋方式主要有兩種：同站址覆蓋和交織站址覆蓋。l 兩種覆蓋方式各有優(yōu)缺點(diǎn)： 采用同站址方式時(shí)，網(wǎng)絡(luò)造價(jià)較低，同站址的基站可以共用機(jī)房等設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置較為簡單，但兩個(gè)小區(qū)的交界地區(qū)的覆蓋雖能

29、滿足要求，但已經(jīng)較低，同一建筑物可能阻擋同址的兩個(gè)基站的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。 采用交織覆蓋方式時(shí)，兩層網(wǎng)可以作為一層網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋電平比同站址的要好，單基站故障時(shí)，兩側(cè)基站的覆蓋仍然能夠滿足列控通信需要，但這種方式的越區(qū)切換頻率要比同站址多出約一倍，而且造價(jià)相對(duì)較高。l 接口冗余配置的主要內(nèi)容：移動(dòng)交換機(jī)MSC與列控?zé)o線閉塞中心之間的PRI接口的數(shù)量除考慮話務(wù)量的要求，還必須考慮冗余，且MSC要能將PRI接口分配至不同的外圍接口單元；這樣，每個(gè)PRI接口都能建立列控呼叫，某個(gè)外圍接口單元出現(xiàn)故障時(shí)，即和這個(gè)外圍接口單元相連的PRI接口故障時(shí)，另一個(gè)外圍設(shè)備的PRI接口能夠正常工作并能接管所有的列控呼叫。l

30、 在CTCS-3級(jí)中，GSM-R采用單網(wǎng)交織的冗余覆蓋方案。由移動(dòng)交換中心（MSC）、基站控制器（BSC）、基站（BTS）、光傳輸設(shè)備（OTE）、移動(dòng)終端（MT）、碼型轉(zhuǎn)換和速率適配單元（TRAU）等組成，如下圖所示。（四）（四）CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)無線通信內(nèi)容級(jí)列控系統(tǒng)無線通信內(nèi)容l CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車-地?zé)o線通信以“消息”為單位進(jìn)行信息傳輸，每條“消息”又由若干個(gè)“信息包”組成。l 遵守ETCS語言規(guī)范。 地到車無線消息和信息包地到車無線消息和信息包（1）無線消息格式段編號(hào)段編號(hào)變量變量備注備注1NID_MESSAGE消息編號(hào)2L_MESSAGE包含所有數(shù)據(jù)的消息長度（從段1至填充

31、信息）3T_TRAINRBC的時(shí)間戳4M_ACK車載設(shè)備是否必須確認(rèn)該消息5NID_LRBG最近相關(guān)應(yīng)答器組（LRBG）編號(hào)NID_MESSAGE需要的變量當(dāng)該消息需要時(shí)；當(dāng)發(fā)送的變量不包含在一個(gè)信息包中時(shí)使用。NID_MESSAGE需要的信息包當(dāng)該消息需要時(shí)可選擇的信息包填充信息如果需要時(shí)，填充“1”（2）消息類型消息編號(hào)消息編號(hào)消息名稱消息名稱簡要說明簡要說明2目視行車模式授權(quán)目視行車模式的行車許可3行車許可完全監(jiān)控模式/引導(dǎo)模式的行車許可6確認(rèn)退出冒進(jìn)防護(hù)模式RBC確認(rèn)車載設(shè)備從冒進(jìn)防護(hù)模式變?yōu)槊斑M(jìn)后模式8列車數(shù)據(jù)確認(rèn)RBC收到列車數(shù)據(jù)后進(jìn)行確認(rèn)9提前停車請(qǐng)求RBC請(qǐng)求車載設(shè)備縮短行車許

32、可，提前停車15有條件緊急停車帶有指定停車位置的緊急停車16無條件緊急停車要求車載設(shè)備立即執(zhí)行冒進(jìn)防護(hù)18取消緊急停車取消車載設(shè)備已執(zhí)行的有條件緊急停車命令/無條件緊急停車命令24通常消息用于發(fā)送通用的信息。27拒絕SH模式RBC拒絕司機(jī)的調(diào)車請(qǐng)求28授權(quán)SH模式RBC同意司機(jī)的調(diào)車請(qǐng)求32系統(tǒng)版本向車載設(shè)備傳送RBC系統(tǒng)的版本信息33位置參照點(diǎn)調(diào)整后的MA列車折返后，調(diào)整列車位置的參考點(diǎn)34確認(rèn)前方軌道空閑RBC請(qǐng)求司機(jī)確認(rèn)車頭至前方信號(hào)機(jī)/信號(hào)牌之間的區(qū)段是否空閑38通信會(huì)話開始RBC發(fā)起建立RBC與車載設(shè)備之間的無線通信會(huì)話。39通信會(huì)話結(jié)束確認(rèn)RBC確認(rèn)無線通信會(huì)話結(jié)束。40拒絕列車在

33、任務(wù)開始（SOM）階段，由于列車位置未知，所以RBC拒絕列車41接受列車在任務(wù)開始（SOM）階段，雖然列車位置未知，但RBC可以接受列車。43RBC確認(rèn)SoM位置報(bào)告在任務(wù)開始（SOM）階段，車載設(shè)備報(bào)告了無效的列車位置，但RBC能夠確認(rèn)列車位置。45坐標(biāo)系分配當(dāng)列車連續(xù)通過了兩個(gè)單應(yīng)答器組后，RBC確定這些單應(yīng)答器組的方向。（3）信息包類型信息包編號(hào)信息包名稱3配置參數(shù)5鏈接信息15CTCS-3級(jí)的行車許可16重定位信息21坡度曲線27靜態(tài)速度曲線41等級(jí)轉(zhuǎn)換命令42通信會(huì)話管理44STM信息45無線網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)46有條件的等級(jí)轉(zhuǎn)換命令49調(diào)車模式區(qū)段的應(yīng)答器列表51軸重速度曲線57行車許可請(qǐng)求

34、參數(shù)58位置報(bào)告參數(shù)63目視行車模式區(qū)段的應(yīng)答器列表65設(shè)置臨時(shí)限速66取消臨時(shí)限速67金屬構(gòu)件的線路條件68線路條件70進(jìn)路適合性數(shù)據(jù)71粘著因子72發(fā)送純文本消息的信息包76發(fā)送固定文本消息的信息包79地理位置信息80引導(dǎo)/調(diào)車區(qū)段的設(shè)置信息90直到CTCS-3級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的前方軌道空閑131RBC切換命令132調(diào)車危險(xiǎn)信息137當(dāng)處于目視行車模式時(shí)停車138退行區(qū)域信息139退行監(jiān)控信息140來自RBC的列車車次號(hào)141臨時(shí)限速的默認(rèn)坡度254應(yīng)答器默認(rèn)信息255信息結(jié)束標(biāo)志車到地?zé)o線消息和信息包車到地?zé)o線消息和信息包（1）信息格式段編號(hào)段編號(hào)變量變量備注備注1NID_MESSAGE消息編號(hào)

35、2L_MESSAGE包含所有數(shù)據(jù)的消息長度（從段1至填充信息）3T_TRAIN車載設(shè)備的時(shí)間戳4NID_ENGINE車載設(shè)備編號(hào)5NID_MESSAGE要求的變量當(dāng)該消息需要時(shí)；當(dāng)發(fā)送的變量不包含在一個(gè)信息包中時(shí)使用。6信息包0或信息包1車到地【信息包0 】（位置報(bào)告），或【信息包1 】（基于兩個(gè)應(yīng)答器組的位置報(bào)告）。不包含在消息146、154、155和 156中。7NID_MESSAGE要求的信息包（僅適于消息 129）8可選擇的信息包填充信息如果需要時(shí)，填充“1”。（2）消息類型消息編號(hào)消息編號(hào)消息名稱消息名稱簡要說明129經(jīng)過確認(rèn)的列車數(shù)據(jù)經(jīng)過司機(jī)確認(rèn)后的列車數(shù)據(jù)130請(qǐng)求調(diào)車模式司機(jī)向

36、RBC請(qǐng)求調(diào)車作業(yè)132請(qǐng)求MA向RBC請(qǐng)求完全監(jiān)控模式/引導(dǎo)模式的行車許可136列車位置報(bào)告向RBC報(bào)告列車位置、速度、工作模式等信息137同意縮短MA的請(qǐng)求車載設(shè)備同意提前停車138拒絕縮短MA的請(qǐng)求車載設(shè)備拒絕提前停車146確認(rèn)向RBC確認(rèn)接收到了某一消息147緊急停車確認(rèn)車載設(shè)備同意“有條件緊急停車”149前方軌道空閑確認(rèn)司機(jī)確認(rèn)車頭至前方信號(hào)機(jī)/信號(hào)牌之間的區(qū)段為空閑150任務(wù)結(jié)束154版本不兼容車載設(shè)備的版本與RBC版本不兼容155通信會(huì)話開始車載設(shè)備發(fā)起建立車載設(shè)備與RBC之間的無線通信會(huì)話。156通信會(huì)話結(jié)束通知RBC，車載設(shè)備已終止無線通信會(huì)話。157SoM位置報(bào)告在任務(wù)開始

37、（SOM）階段，車載設(shè)備向RBC報(bào)告列車的當(dāng)前位置。159通信會(huì)話已建立通知RBC，車載設(shè)備已建立無線通信會(huì)話。（3）信息包類型信息包編號(hào)信息包名稱0位置報(bào)告1基于兩個(gè)應(yīng)答器組的位置報(bào)告3車載設(shè)備電話號(hào)碼4錯(cuò)誤報(bào)告9CTCS-3級(jí)轉(zhuǎn)換信息11經(jīng)過確認(rèn)的列車數(shù)據(jù)44STM信息255信息結(jié)束標(biāo)志4.4.4.4.2 2 ITCS ITCS系統(tǒng)系統(tǒng)GSM-RGSM-R應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 基于GSM-R的ITCS（Incremental Train Control system，增強(qiáng)型列車控制系統(tǒng)）已經(jīng)成功地運(yùn)用到我國的青藏鐵路。l 其采用GSM-R傳輸用于列車控制的安全數(shù)據(jù)，區(qū)間不裝設(shè)自動(dòng)閉塞設(shè)備（如

38、軌道電路和計(jì)軸設(shè)備）而是采用虛擬自動(dòng)閉塞。l 該系統(tǒng)將與GPS差分定位系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)列車的精確定位。列車裝設(shè)ATP車載設(shè)備保證行車安全車地間的信息傳輸和公務(wù)通信。l 在ITCS系統(tǒng)中，GSM-R網(wǎng)絡(luò)采用雙重覆蓋的解決方案增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，主要設(shè)備包括MSC、BSC、BTS等。4.4.4.4.3 3 機(jī)車綜合通信設(shè)備（機(jī)車綜合通信設(shè)備（CIRCIR）及其應(yīng)用）及其應(yīng)用l 為滿足GSM-R 網(wǎng)絡(luò)列車無線調(diào)度通信的需要，同時(shí)兼容既有線路450MHz 環(huán)境下傳統(tǒng)列車無線調(diào)度通信的使用要求，鐵道部組織研發(fā)了機(jī)車綜合無線通信設(shè)備（CIR）。l CIR基于模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)行配置。其中450MHz無線調(diào)度通信業(yè)務(wù)包括語音調(diào)度通信，F(xiàn)FSK 調(diào)度命令信息、無線車次號(hào)校核信息、列車尾部風(fēng)壓信息無線傳輸?shù)龋籊SM-R無線調(diào)度通信業(yè)務(wù)包括GSM-R語音調(diào)