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1、2023/2/10,1,GSM-R铁路专用综合数字移动系统及其铁路移动信息化,钟章队,2023/2/10,2,内容提要,一、GSM-R与GSM二、欧洲选择GSM-R及其进展三、GSM-R与铁路信息化四、GSM-R工作进展五、结论,2023/2/10,3,一、GSM-R与GSM,2023/2/10,4,名词缩写,GSM:GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 全球移动通信系统GSM-R:GSM for Railways 全球铁路移动通信系统,2023/2/10,5,GSM技术、工业、市场,GSM与GSM-R的关系GSM的过去与现状GSM的发展与未来GSM在
2、中国GSM工作原理,2023/2/10,6,1.GSM与GSM-R的关系六大关系,GSM-R理论建立在GSM理论基础之上；GSM-R技术建立在GSM技术基础之上；GSM-R工业以GSM工业为基础；GSM-R工程建设以GSM工程经验为基础；GSM-R应用开发吸收GSM成功经验；GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。,2023/2/10,7,1.GSM与GSM-R的关系-业务模型,2023/2/10,8,2.GSM的过去与现状起源,GSM起源于1982年，由欧洲邮政与电信大会(CEPT)的“移动通信特别组”(Group Special Mobile)负责工作。1988年成立欧洲电信标准研究所(
3、ETSI)，由ETSI的技术委员会特别移动组(Special Mobile Group)负责GSM的标准化工作。GSM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GSM、IS-136和CDMA(IS95)。,2023/2/10,9,2.GSM的过去与现状规范制定,GSM经历了以下几个主要阶段：Draft(1991年)Phase 1(1992年底冻结）Phase 2（1994年底冻结）Phase 2+R96Phase 2+R98Phase 2+R99R4(2000)R5(2002)R6(2003),ETSI,3GPP,2023/2/10,10,2.GSM的过去与现
4、状标准组织机构,SMG1业务 SMG2 无线接入SMG3 网络 SMG4 数据 SMG6 管理与维护,SMG7 移动设备测试SMG9 IC卡SMG10 安全SMG11 语音 SMG12 基础设施,2023/2/10,11,2.GSM的过去与现状 国际工作频段,GSM 450频段 450.4 457.6 MHz 460.4 467.6 MHz GSM 480频段 478.8 486 MHz 488.8-496 MHzGSM 850频段 824-849 MHz 869-894 MHz P-GSM，标准GSM900频带890-915 MHz 935-960 MHz,E-GSM，扩展GSM900频段
5、880-915 MHz 925-960 MHzR-GSM，铁路GSM900频段 876-915 MHz 921-960 MHzDCS 1800 频段 1710-1785 MHz 1805-1880 MHzPCS 1900 频带 1850-1910 MHz 1930-1990 MHz,2023/2/10,12,无线频谱,2023/2/10,13,2.GSM的过去与现状网络,据1999年9月统计全球共有129个国家或地区的350个运营者采用GSM标准。全球所有的移动电话用户中有64%的用户使用GSM标准。,2023/2/10,14,ITU 1997年预测,2023/2/10,15,3.GSM的发展
6、和未来-GSM向3G演进道路,GSM phase2+的工作已经开始着眼于网络结构的演进（如智能网的引入），为用户提供更广泛的服务。SMG长期致力于将GSM向UMTS过渡，并且随着第三代移动通信(3G)全球统一的趋势，SMG与ITU的IMT-2000协作开展工作。GSM的发展道路为：GSM GPRS WCDMAGSM EDGE WCDMAGSM TD-SCDMA,2023/2/10,16,4.GSM在中国-移动用户发展及预测,1987年，我国移动用户仅有3200户；1997年达到1310万户；1999年九月底达到3760万户；2000年底,我国移动用户达到8000万;2001年底,我国移动用户达
7、到1.4亿;到2003年8月,我国移动用户达到2.4411亿;到2005年,将超过3.0亿；目前，移动电话普及率为18.3%左右；我国移动用户总数高于美国和日本，居世界第一位。,2023/2/10,17,5.GSM工作原理-网络结构,2023/2/10,18,5.GSM工作原理向GPRS网络演进,2023/2/10,19,GSM/GSM-R工作原理,2023/2/10,20,二、欧洲选择GSM-R及其进展,2023/2/10,21,提 纲,(一)、UIC推出欧洲铁路运输管理系统(ERTMS)(二)、ETCS欧洲列车控制系统(三)、起源于欧洲的GSM-R系统(四)、UIC推进通信信号一体化(五)
8、、通信信号一体化的效益和优势,2023/2/10,22,(一)、UIC推出欧洲铁路运输管理系统(ERTMS),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(ERTMS)，ERTMS属于欧洲委员会(EC)管理的项目。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交通，达到提高铁路运输业的市场竞争优势。ERTMS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。ERTMS包括：ETCS（欧洲铁路控制系统）
9、和GSM-R（铁路综合数字移动通信系统）。,2023/2/10,23,1989年12月欧洲运输部长作出决定，欧洲共同体开始ERTMS。1990年末，ERRI成立铁路专家组(A200)研究欧洲列车控制系统的需求。1991年6月,工业组织和铁路部门确定出合作框架，新型车载设备(EUROCAB)，用于数据传输的非连续式系统(EUROBALISE)，新型连续式传输系统(EURORADIO)。1993年底，定义互通运营技术规范。1995年第四个框架计划开始，欧共体定义ERTMS全球策略,设立发展和认证阶段。在不同国家不同线路实施完整的规模测试（法国、德国和意大利）1998年夏天，UNISIG完成ERTM
10、S/ETCS规范。P级系统需求规范于1999年4月23日交付使用。,1.ERTMS 周密的时间安排和策划,2023/2/10,24,2.几个重要阶段的工作,从1989年到现在,历经14年,围绕技术规范制订、完善、评估模拟、测试试验、立法、商用推广，大体上分成5个阶段：第一阶段：19901998，由欧洲经济利益组织、欧洲铁路研究所、欧洲特殊利益组织共同制定基本规范，即确定出功能需求和系统需求规范；第二阶段：19982000，由开发和实施ERTMS项目指导委员会，欧洲核心系统需求规范评估组织完成功能和系统分类，达到系统和功能的互操作性；第三阶段：1999-2001，由开发和实施ERTMS项目指导委
11、员会和铁路部门测试系统和功能，验证系统和功能互操作性，提出修改意见；第四阶段：20002002，由欧洲电子电工委员会，铁路互通应用欧洲协会/互通运营技术规范组织和铁路部门确定出完整的满足互操作性要求的 ERTMS功能和系统规范；第五阶段：20002006，由铁路部门和工业组织实施商业化及国际项目的推广。,2023/2/10,25,ETCS/ERTMS标准化阶段实施计划,2023/2/10,26,(二)、ETCS欧洲列车控制系统,2023/2/10,27,1、从LZB、FZB、ASTREE发展到ETCS,LZB 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
12、塞分区，列车按固定闭塞分区间隔运行。ASTREE实时追踪控制系统 法国国铁1986年开始开发的系统，为Automatic 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。FZB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ETCSETCS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
13、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，降低成本，提高模块化和灵活性。,2023/2/10,28,2.现代列车控制技术的演进,2023/2/10,29,3.列车控制系统的传输通道,CBTC基于通信/传输的列车控制,漏泄波导轨道电缆环线GSM-R扩频无线等等,基于近场感应的列车控制,轨道电路应答器等等,2023/2/10,30,4.基于无线的列车控制系统原理图,2023/2/10,31,5.基于无线的列控方式制动曲线,2023/2/10,32,(三)、起源于欧洲的GSM-R系统,2023/2/10,33,1.欧洲GSM-R官方机构,2023/2/10,34,2.GSM-R时
14、间进度表,2023/2/10,35,3.GSM-R 在欧洲试验项目,-MORANE三个测试试验基地,2023/2/10,36,4.欧洲GSM-R项目与状态,2023/2/10,37,德国GSM-R网络,2023/2/10,38,意大利高速铁路线GSM-R平台结构,2 NSS(Milan Rome)7 BSS In dual config.230 BTS 230 BTS In dual Overlapping Structure,2023/2/10,39,RFI GSM-R NETWORK,Phase 1,Lug 02,Giu 03,Set 04,Ott 05,Phase 2,Phase 3,P
15、hase 3:Radio Subsystem(BSS)on 3200 Km of railway lines,Phase 4,Phase 4:Radio Subsystem(BSS)on 1900 Km of railway lines+GPRS,Phase 1:Core Network installation(NSS)and“roaming”on public GSM Phase 2:Radio Subsystem(BSS)on 2400 Km of railway lines,TOTAL:7500 Km,NETWORK ROLL-OUT,2023/2/10,40,RFI GSM-R NE
16、TWORK,NETWORK EXTENSION,2023/2/10,41,(四)、UIC推进通信信号一体化,2023/2/10,42,1.ETCS与GSM-R之间的横向关系,2023/2/10,43,2.端对端的安全保障措施-四层结构,2023/2/10,44,基于无线的列控系统安全层考虑,列控系统通用安全层,无线特定的安全层,无线适配/通信层,列控系统沿线应用层,列控系统通用安全层,无线特定的安全层,无线适配/通信层,通信系统,列控系统沿线应用层,列控系统应用协议,列控系统通用安全协议,无线适配/通信协议,特定安全层协议,2023/2/10,45,(五)、通信信号一体化的效益和优势,2023
17、/2/10,46,1.新的运输模式与管理模式,2023/2/10,47,2.运输管理优化准确、迅速、便捷,2023/2/10,48,3.经济效益和社会效益,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。,2023/2/10,49,铁路信息化的重要通道-发展综合数字移动通信网络,2023/2/10,50,GSM-R与模拟无线运营成本比较,
18、ARCOR对德国铁路无线移动网络运营成本比较,2023/2/10,51,模拟系统 vs.GSM-R成本比较,ARCOR对德国铁路无线移动网络投资运营成本比较,2023/2/10,52,什么是GSM-R?,以GSM技术为基础,与公众移动通信网共同发展GSM-R=GSM+集群(融合发展)+铁路特色功能GSM-R=移动通信+轨道电路GSM-R 可以连接GSM,PSTN,PDN,IP,卫星,综合,数字,移动,多媒体,.,2023/2/10,53,三、GSM-R与铁路信息化,2023/2/10,54,中国铁路网现状示意图,中国铁路网现状示意图,2023/2/10,55,1.中国铁路需要综合数字移动通信网
19、络,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；满足铁路路网移动体(机车、车辆、集装箱等)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通道；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；满足DMIS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线数据传输的需要；TMIS的源点信息采集和传输；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
20、车辆、车站等人员和设备的安全，减少事故；,2023/2/10,56,青藏铁路需要建设基于无线的列车控制系统；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，以及透明、双向、大容量的车/地信息传输通道；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；IT业在过去20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；数字移动通信(GSM、CDMA)在全世界广泛采用,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
21、欢迎，铁道部经过12年(1990年开始)的探索与跟踪，欧洲GSM-R是符合铁路需要的。,1.中国铁路需要综合数字移动通信网络,2023/2/10,57,2.中国铁路既有无线通信的不足,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；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堪重负；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；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)对车/地传输通道的要求；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
22、信息化和旅客服务对车-地间传输提出的更高要求。,2023/2/10,58,3.中国铁路选择GSM-R,专门为铁路服务是GSM-R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、普通铁路运输的要求，在德国、瑞典等国家也开始商业运营。GSM成熟的标准、技术和良好的工业是GSM-R发展的基础。GSM被100多个国家200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。GSM-R可以在GSM基础上实现可持续发展，走GSM-R/GPRS/WCDMA发展的道路
23、，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IP的核心网络方向融合发展。,2023/2/10,59,根据国情路情实际出发，CTCS共划分为五级。CTCS0级：既有线的控车模式，区间轨道电路+站内电码化+通用机车信号+列车运行监控装置。CTCS 1级：基于既有设备改造的固定闭塞系统，即主体化机车信号点式设备安全型监控装置。CTCS 2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。CTCS 3级：基于轨道电路和无线通信（GSM-R）的固定闭塞系统。CTCS 4级：完全基于无线通信（GSM-R）的移动闭塞系统。,4.中国列车控制系统(CTCS),2023/
24、2/10,60,5.GSM-R在铁路上的应用,无线列调；无线机车信号；CTCS3/CTCS4；调度指令传输；尾部风压检测传输通道；车次号传递与列车跟踪；编组站综合移动信息系统；机车调度数据传输综合通道；旅客列车移动信息服务通道。,2023/2/10,61,1)无线列调,行车调度员、车站值班员、司机、运转车长、助理值班员等，采用热键功能，单键操作；保证通话质量，满足调度电话对呼叫建立时间的要求；“大三角”通信“小三角”通信,2023/2/10,62,行车调度台人机界面,2023/2/10,63,车站值班员台人机界面,2023/2/10,64,2)无线机车信号,利用GSM-R数据传输通道，代替目前
25、的轨道电路来传输色灯信号：基于GSM-R传输平台，提供车-地之间双向安全数据传输通道；无盲区、设备冗余、加密；满足列车控制响应时间的要求。,2023/2/10,65,车载模拟终端人机界面,2023/2/10,66,地面控制中心人机界面,2023/2/10,67,3)调度指令传输,调度员在调度台上编辑调度指令，然后直接发送到机车上，机车车载台收到调度指令后首先自动发回确认信息，向调度员表明调度指令已经正确发送。当司机阅读后手动按下确认键进行人工确认，向调度员表明司机已经阅读了调度指令。,2023/2/10,68,调度指令发送操作界面,2023/2/10,69,4)区间移动公(工)务通信,替代区间
26、通话柱，满足紧急救援、应急抢险通信指挥的需要，方便灵活；区间作业人员移动通信。,2023/2/10,70,5)尾部风压反馈传输,将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R，避免单独投资及单独组网建设，同时利用GSM-R强大的网络功能，克服了原有的抗干扰性差，信息无法共享等各种缺点。尾部风压状态随时通过车尾装置传输；机车司机随时可以查询、反馈车尾工作状态；在复线区段或临线，追踪列车之间不会相互干扰;在隧道内也能传输。,2023/2/10,71,6)编组站综合移动信息系统,调车区长服务器(区长台)调车组成员的便携式汉显移动终端调车作业计划单传输和确认,2023/2/10,72,7)列车运行控制(AT
27、C),基于GSM-R传输平台，提供车-地之间双向安全数据传输通道；无盲区、设备冗余、加密；满足列车控制响应时间的要求。,2023/2/10,73,8)调度数据传输通道铁路移动信息化的重要通道,利用GSM-R的数据业务，每台机车都与地面中心维持一条实时双向数据传输通道，所有与调度相关的应用数据（车地和地车）都可以通过这条通道进行传输，彻底解决铁路信息化建设中车地信息传输的瓶颈。,2023/2/10,74,9)旅客列车移动信息服务通道,利用GSM-R的数据业务，每列旅客列车都与地面中心维持一条实时双向数据传输通道，所有与旅客相关的移动信息服务数据（车地和地车）都可以通过这条通道进行传输，为旅客提供
28、优质服务。,2023/2/10,75,四、GSM-R工作进展,2023/2/10,76,中国铁路“十五”建设,哈尔滨,长春,沈阳,天津,北京,呼和浩特,银川,兰州,西宁,乌鲁木齐,拉萨,太原,济南,石家庄,上海,南京,郑州,西安,成都,重庆,杭州,武汉,长沙,南昌,台北,福州,广州,香港,澳门,南宁,昆明,贵阳,海口,“十五”建设驱动GSM-R发展,2000年既有铁路“十五”建设铁路2000年既有电化“十五”建设电化“十五”扩能铁路,2023/2/10,77,“三纵两横”(CTCS第三级)调度集中示意图,“三纵两横”调度集中示意图,怀化,2023/2/10,78,智能铁路交通综合信息系统,20
29、23/2/10,79,GSM-R“八横八纵”示意图,GSM-R“八横八纵”示意图,2023/2/10,80,五.实验室建设情况简要汇报,实验室建设的目标：GSM-R功能和业务室内模拟和测试平台铁路应用的二次开发平台CTCS的传输平台,2023/2/10,81,六.下一步重点工作计划,围绕铁路发展，夯实基础；推进铁路移动信息化，为铁路运输现代化服务；将GSM-R发展成为中国铁路综合数字移动通信网络，承担技术推动、人才培训的基地；,2023/2/10,82,六、总结结论,是铁路现代化的重要标志,是电务现代化的重要内容,铁路信息化,铁路通信信号一体化,是铁路信息化的重要组成部分,铁路综合数字移动通信网络-GSM-R,GSM-R必将为中国铁路实现跨越式发展作出巨大贡献,
