目录摘要2ABSTRACT2第一章 绪论2第一节 引言2第二节 铁路通信的发展过程和现状2第三节 GSM-R的历史及技术特点2第二章 GSM-R基础2第一节 GSM-R基本原理2一、面状覆盖2二、 线状覆盖2第二节 GSM-R网络结构和功能2一、BSS 结构和功能2二、NSS 结构和功能2三、OSS 结构和功能2第三章 GSM-R在铁路无线通信中的应用2第一节 功能寻址2第二节 调度通信2第三节 基于位置的路由2第四节 增强多级优先和强占业务（eMLPP）2第五节 呼叫矩阵业务2第六节 铁路紧急呼叫2第四章 GSM-R在呼和浩特局铁路通信中应用的设计2第一节 GSM-R功能寻址的实现2一、功能寻址的过程2三、应用及其解决方案2第二节 GSM-R调度通信的实现2一、系统构成2二、系统业务2三、系统技术要求2四、通信过程2五、调度通信系统的功能2六、用GSM-R网络实现列车调度通信功能的设计2第五章 总结2致谢2参考文献2摘要GSM-R （GSM for Railway）是在 GSM 蜂窝系统上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素组成，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求的技术。GSM-R目前在我国铁路通信中的应用主要有：调度通信功能、车次号传输与列车停稳信息的传送功能、调度命令传送功能、列车尾部装置信息传送功能、调车机车信号和监控信息系统传输功能以及列车控制数据传输功能。功能寻址是非常重要的先进寻址功能，是实现集群调度通信多的关键技术和必要手段。在功能寻址业务中，每个MSISDN可以建立与多个功能号码的映射关系，但是一个功能号码一次只能指定给一个用户。功能寻址业务分为语音呼叫功能寻址和短消息功能寻址4。GSM-R调度通信系统主要负责列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。利用GSM-R进行调度通信系统组网，既可以完全利用无线方式，也可以同有线方式结合起来，共同完成调度通信任务。论文从GSM-R的基础即GSM-R原理、网络结构和功能等入手，阐述了GSM-R在铁路通信中的应用并结合呼和浩特铁路通信的现状对GSM-R的部分功能在呼局铁路通信中的应用进行了设计。Abstract第一章 绪论第一节 引言铁路是我国国民经济的大动脉，铁路的运输能力直接影响着我国国民经济的发展。进入21世纪，随着铁路跨越式的发展，铁路通信系统也迎来了划时代的转变，近年来随着运输量的日益增长，使得列车重量加大，列车编组加长。GSM-R技术是基于成熟、通用的公共移动无线通信系统GSM平台之上，专门为满足铁路应用而开发的数字式移动无线通信技术。在铁路通信中，它能够提供定制的附加功能，如优先级和强插功能、话音组呼及广播功能、位置寻址及功能寻址和安全数据通信等，是一种经济高效的综合数字移动通信系统。铁路无线全球通信系统GSM-R的建设和使用，表明中国铁路正不断吸取国外铁路的先进经验和成果，努力提升自身的经济技术结构和规模水平，加快发展步伐，争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展的需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平1。第二节 铁路通信的发展过程和现状新中国成立初期，铁路长途通信一直采用的是以架空明线和电缆为传输媒质的载波通信设备，电话交换大量发展步进制自动交换机及人工长途台，在专用通信方面，全路调度、各站、养路等通信系统改造为铁路支流脉冲选叫方式。进入70年代，随着国外铁路开始应用光纤技术，我国铁路光缆、数字通信也随之进入研究阶段；进入 80年代中后期，数字光纤通信已经在多条线上试用成功；90年代数字光纤通信已经在铁路通信中被广泛使用，这一时期除光缆建设迅速发展以外，其他数字通信建设也得到了相应的发展在交换方面大量采用程控交换设备。90年代末全路长途交换网基本形成，在数据交换方面根据铁路运输管理信息系统 （TMIS）、客票预定和发售信息系统及铁路其他信息业务的需要，建设了铁路第一个分组交换数据网。在专用通信方面由于光数字分插设备的应用，区段通信电缆数大幅度增加，中间站通信条件大为提高。调度等共线电话也推广采用了程控共线设备2。铁路无线通信系统使用的单信道模拟制式无线通信设备主要是为满足话音通信设计的，主要使用 450M频段，共 58对频点，固定分配给了无线列调、站调、公安等无线系统使用，各个部门间不能相互共享，造成频率资源的极大浪费，无线通信系统采用频点（信道）固定分配的方式，信道长期指配给某一系统（通常按专业划分）用户使用，当一个信道遇忙时，其它用户只能等待，往往造成该信道上的用户争抢或者出现阻塞，通信质量得不到保证2。而信道空闲时，别的系统用户也并不能利用该信道进行通信。这无疑是对频率资源的一种浪费，也制约了用户数量的进一步发展。铁路无线通信系统枢纽地区干扰严重，不具备网络能力，移动终端对讲距离受限，邻站交界区易发生业务中断，各个无线通信系统分散，不能联合组网，使得各系统之间用户无法进行联络，无线、有线调度网基本独立，无法形成有机融合的整体。无线列调系统是开放系统，并未做任何鉴权加密处理，对用户无需进行身份识别，只要无线终端用户频点和调制方式与无线列调相同，便可以加入到无线列调系统内的通信。因此话音业务可以被接收或窃听，给行车安全带来极大的隐患。随着我国铁路信息化建设的不断发展，铁路数据信息业务量的多样化和高速率，使得GSM-R系统在国内有着广阔的发展空间，GSM-R技术也正是顺应时代的发展，利用其固有的GSM-R网络特性，为铁路信息化和自动化发展奠定良好的基础，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车平稳高速、安全地运行。第三节 GSM-R的历史及技术特点最初开发 GSM-R 的原因是无线频率的利用效率较低，铁路网络之间不同的通信系统的互操作性有限。1992 年，欧洲铁路的主管组织UIC（国际铁路联盟）认为，GSM正在逐渐成为移动通信的实用标准，并发现GSM的功能能够为铁路的新型数字通信系统提供一个理想的平台。于是，作为EIRENE（欧洲统一铁路无线增强网络）项目的一部分，关于GSM-R 数字无线标准规范化的工作陆续展开。1995 年，MORANE（欧洲铁路移动无线电通信）项目启动，EIRENE制定的标准得到认可，开始生效。GSM-R是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM 平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统4。从集群通信的角度来看，GSM-R 是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R 能满足列车运行速度为0-500km小时的无线通信要求，安全性好。GSM-R 可作为信号及列控系统的良好传输平台。第二章 GSM-R基础第一节 GSM-R基本原理GSM-R （GSM for Railway）是在 GSM 蜂窝系统上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素组成，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求的技术。由于 GSM-R 可实现跨越国界的高速和一般列车之间的通信；能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，以减少集成和运行费用；而且由于 GSM-R 是由已标准化的设备改进而成，GSM 平台上已经提供了大量的业务，因而引入铁路专用的功能时只需最低限度地改动，故能保证价格低廉、性能可靠地实现和运行；在 GSM Phase 2中添加了 ASCI（增强的语音呼叫业务）特性，能灵活地提供专网中所需的语音调度服务如 VBS、VGCS 和 eMLPP，因此 GSM-R 是面向未来的技术，它将从广阔的GSM 公网市场和 GSM 技术的不断演进中获益，具有巨大的发展空间。GSM-R 在欧洲取得巨大的成功，目前超过 30个铁路公司已承诺在其国际路网中使用该技术3。GSM-R 系统很多技术借鉴了公网的 GSM 技术，保留了 GSM 的大体结构，使得从一开始GSM-R 系统就是一个成熟可靠的系统，它的绝大多数软硬件都已在现网中得到检验。不仅如此，由于二者都可以工作在 900M频段，因此在无线网络规划方面也是基本相同的。 GSM-R系统的规划设计也可借助于已成熟的 GSM 系统工具，可以方便快捷地为用户提供网络设计安装。GSM-R 的基本特性已在铁路网的 MORANE 试验中得到安装、测试和验证。出于众多的需要，GSM 新技术如 GPRS已经规范化并将安装使用。向 UMTS的演进将提供新的业务和更加强大的无线系统。GSM-R 据此可最大限度地引入新的业务。业务模型如图2-1所示。 图2-1 GSM与GSM-R的关系业务模型蜂窝移动通信系统诞生于 20 世纪 80 年代，第一代的模拟蜂窝系统解决了移动电话业务中长期存在的阻塞和服务质量差的问题。随着数字通信技术的发展，模拟蜂窝系统在用了十年左右的时间就被淘汰了，新的数字移动通信系统成为移动通信的主流。本文将从面状覆盖和线状覆盖两种覆盖方式的角度来介绍GSM-R工作原理10。一、面状覆盖（一）小区形状在面状覆盖的服务区中，通常采用正六边形的小区形状。六边形比正方形和正三角形在半径相同的情况下，覆盖面积要多 30%100%。因此采用六边形的设计需要较少的小区，较少的发射基站。（二）频率复用 在蜂窝系统中，系统会给每一个小区的基站分配一组信道，只要相隔距离足够远，相同的信道可以在另一个小区重复使用，这就是频率复用的思想。我们把由若干个使用全部频率的小区组成的集合称为一个簇，把不同簇中使用相同频率的小区称为同频小区，任意两个同频小区之间的距离称为同频复用距离。为了避免同频小区之间的干扰，必须选定一个合适的同频复用距离。构成一个簇必须满足：簇的区域能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积；相邻簇间同频小区的距离相等且为最大。设一个簇中的小区数为,满足以上条件的的取值是有限的，可以通过式 2-1 确定的值。 （2-1）其中，为非零正整数。这一公式提供了寻找最近的同频小区的方法：沿某一小区的任意一条六边形链移动个小区后，逆时针旋转 60 度后再移动个小区，此时到达的小区即为同频小区。图 2-2 为 =3，=2，=19 的情况。设两个同频小区之间的同频复用距离为，小区的半径为可用下式计算 （2-2）由 2-2 式可见，小区的半径越小，同频复用距离就越小，频率利用率就越高。但是如果同频复用距离越小，同频小区之间的干扰就会越大。为了更好的表达频率复用率与系统容量之间的关系，我们引用与的比值来作为衡量系统容量的一个重要参数，这一比值称为同频复用比，用来表示： （2-3）可见，的值只与簇的大小有关，的值越小，系统容量越大；但是值大可以提高传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统设计中，要恰当的选择值，在容量和干扰之间进行折衷。目前常用的蜂窝网簇的结构有=12、9、7、4 和 3。图2-2 寻找同频小区的方法（三）提高系统容量的方法 随着用户数量的增长，需要不断地提高蜂窝系统的容量。实际中常使用的提高蜂窝系统容量的方法有小区