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第三章 GSM-R系统的组成及业务功能
第一节 GSM-R系统概述
一、名词解释
GSM:全球移动通信系统
GSM-R: 全球铁路移动通信系统。GSM-R是铁路综合数字无线通信系统，通过无线通信方式实现移动话音和数据传输,是基于GSM（公网）而发展起来的一种数字传输技术体制
GPS ：全球定位系统，铁路上用于实现列车追踪控制 GPRS：通用分组无线业务 IN：智能网
二、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。
GSM-R是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，属于第二代铁路数字移动通信系统。
三、GSM与GSM-R的关系--业务模型
图3-1 GSM与GSM-R业务模型图
四、铁路通信为什么要建设GSM-R系统 1、既有铁路无线通信系统存在许多问题：
（1）功能单一、系统分散、相互间无法互通、维护成本高。 各分散系统主要有：无线列调、站场调车、客运、货运、列检、商检、车号、公务维修、公安等。功能：主要为语音业务，少量数据业务。这些系统均为自行投资建设、独立使用、分散维护，造成设备型号各异，种类繁多，相互间无法互通，维护运营成本较高。
（2）频点固定分配、信道固定使用，频率利用率低，容量有限。 铁路无线通信系统主要使用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。如北京、徐州、郑州枢纽等地已无频点可供申请使用。既有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；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。
（3）话音、数据业务争抢信道，传输可靠性低，数据传输能力差。
经测算，在TDCS和CTC区段，当列车运行时速超过250公里时，综合考虑调度命令、行车凭证、车次号、进路预告等数据信息传送和车机联控话音通信需求时，业务密度加大，碰撞概率很大。基于无线列调系统的数据传输速率仅达到s。
（4）枢纽地区干扰严重。
枢纽站往往是多条线路的交汇处，通话的无序性，使各个机车台终端会对无线列调信道进行争抢，造成“大信号抑制小信号”的后果。目前，在枢纽车站设置多套车站电台（每条线1套），其中部分车站台使用同频工作，这些电台在车站附近形成一个大范围内的同频干扰，降低了车站值班员的行车指挥效率。
（5）既有铁路无线通信不具备网络能力。 既有铁路移动终端对讲距离受限。铁路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。铁路无线、有线调度网基本独立，无法形成有机融合的整体。
（6）开放系统，不具保密性
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。此外，公安系统对保密性的要求也很高，现有系统无法达到。
2、铁路新业务对铁路通信新的业务需求。
（1）客运专线的业务需求（对通信系统在高速情况下的安全性、可靠性、实时性、便捷程度提出了更高的要求）。话音类：调度通信、区间通信。数据类：列控信息传送、调度指挥信息传送、行车安全监控信息的传送、旅客综合服务信息的传送等
（2）机车同步控制传输（重载货运专线）的需求。
重载运输中为了实现牵引过程中多个机车头的同时加速、减速、制动，主控机车和从控机车之间需要通过GSM-R无线信道实时传递控制命令，这就是机车同步操控信息传送业务。 通过采用多机车牵引模式，实现机车间的同步操控，达到单列运量2万吨，使用3-4个机车头进行牵引。如果牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压或者拉钩现象，影响运输安全，降低运输效率。为了保证操作的可靠性，利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，采用无线通信的方式来实现机车间的同步操控。
图3-2 机车同步控制传输示意图
RS-232 GSM-R网络 MSC BSC BTS Locotrol 通信接入单元 地面 30B+D 应用 编组控制单元 节点 通信 子系统 GSM-R车载GSM-R车载通信单元 RS-2RS-2通信单元 RS-232 32 32 GSM-R车载GSM-R车载通信单元 通信单元 RS-2RS-2RS-2RS-232 32 32 控制数据端口 Locotrol 控制单元 机车1 应用数据端口 控制数据端口 应用数据Locotrol 端控制单元 口 机车2 控制数据端口 32 应用数Locotrol 据控制单元 端口 机车3 控制数据端口 应用数Locotrol 据控制单元 端应用 口 子系统 机车4 （3）车地信息化数据传输的需求。
列车与地面之间的无线通信一直是信息化发展中的最薄弱环节。随着铁路的发展，铁路信息化要求的无线数据传输内容越来越多，一方面，列车运行控制、列车安全监控、诊断以及承载货物等实时信息需要传送到地面上来，为实现列车信息实时追踪、客票发售、货运计划、货车追踪、集装箱追踪等提供基础信息，满足铁路路网移动体（机车、车辆等）实时动态跟踪信息传输的需要；另一方面，以旅客为主体的移动信息，需要在车地之间实时进行传送，为旅客提供多方位的综合信息服务。
（4）有线、无线调度业务融合的需求。 3、铁路通信采用GSM-R系统的优势。
GSM-R是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术
体制。它是基于GSM，并在功能上有所超越的成熟技术，是专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统。它可以满足铁路的特殊需求：
（1）高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、增强多优先级与强拆 （2）功能寻址、基于位置的寻址
（3）高速情况下的数据、语音业务的准确传输 （4）数据业务需求。
（5）其系统标准公开，可互联互通；欧洲有成功的标准、工程、试验经验可借鉴。无需从头研发，节约了时间，且支持的厂家为多家，有利于形成良好的竞争局面。
第二节 GSM-R系统业务网络构成
一、GSM-R的频率资源
1、采用无线资源中GSM900MHZ工作频段，上行885-889MHZ（移动台发，基站收），下行930-934MHZ（基站发，移动台收），共4MH频率带宽。双工收发频率间隔45MHZ，相邻频道间隔为200KHZ。共有21个载频。频道序号从999-1019，扣除低端999和高端1019作为隔离保护，实际可用频道19个。
图3-3 无线资源频谱图
图3-4 GSM-R频道号对应频率表
2、小区频率配置的基本原则：同一个基站的载频间隔不小于400KHz ，相邻基站载频间隔不小于400KHz。
3、GSM-R系统的频率资源很紧张，既然这一段频段资源少，为什么不考虑使用更高的频段，比如1800M左右的频率（3G所使用的频率）?
无线电波频率越高，在传播过程中造成的衰落就约快，这样一个基站的覆盖范围就越小，则小区半径越小，所以频率是和小区的半径成反比的，频率高，半径小，那么一定的范围内，沿线所建基站就多，这样干扰就大。此外，高速列车要频繁的进行越区切换，其对铁路业务的影响是极大的，容易能造成通信延时以及掉话。