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GSM-R技术白皮书


GSM-R 技术白皮书

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2007 年 8 月

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目 录
目 录 ............................................................................................................................................... 1 1. GSM-R 简介 ................................................................................................................................ 3 1.1 GSM-R 的历史.................................................................................................................... 3 1.2 GSM-R 技术特点 ................................................................................................................ 3 2. GSM-R 系统主要设备介绍............................................................................................................ 4 2.1 GSM-R 整体解决方案网络结构图........................................................................................ 4 2.2 GSM-R NSS 系统简介 ........................................................................................................ 4 2.3 GSM-R BSS 系统简介 ........................................................................................................ 6 2.4 GSM-R 终端简介 ............................................................................................................... 6 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 移动终端............................................................................................................... 6 SIM 卡 .................................................................................................................. 7 GSM-R 网络调度子系统 ........................................................................................ 7 终端接入方式 ........................................................................................................ 8

2.5 分组域设备说明 .................................................................................................................. 8 3. 基本业务解决方案........................................................................................................................ 9 3.1 GSM-R 用户编号方案 ......................................................................................................... 9 3.2 调度通信 .......................................................................................................................... 11 3.3 功能寻址 .......................................................................................................................... 13 3.4 基于位置的路由 ................................................................................................................ 14 3.5 增强多级优先和强占业务(eMLPP)................................................................................. 15 3.6 呼叫矩阵业务.................................................................................................................... 16 3.7 铁路紧急呼叫.................................................................................................................... 16 3.8 GPRS 在 GSM-R 网络中的应用......................................................................................... 16 3.8.1 3.8.2 GPRS 主要技术特点 ........................................................................................... 16 GPRS 在 GSM-R 网络中的主要应用 .................................................................... 17

4. 互连互通和网间漫游解决方案..................................................................................................... 17 4.1 互连互通 .......................................................................................................................... 18 4.2 GSM-R 网络向其他 GSM 网络及集群网络的单向漫游 ........................................................ 18 4.2.1 4.2.2 4.2.3 HLR 漫游处理 ..................................................................................................... 18 GSM-R 网络用户向其他 GSM 网络的单向漫游 ..................................................... 18 漫游的号码编号方案和拨号方式........................................................................... 19

4.3 GSM-R 网间漫游 .............................................................................................................. 21 5. 无线网络规划解决方案 ............................................................................................................... 23 5.1 GSM-R 基站站址选择 ....................................................................................................... 23 5.2 天馈合路系统配置............................................................................................................. 24 5.3 GSM-R 天线的选择........................................................................................................... 25 第1页, 共31页

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5.4 GSM-R 覆盖设计 .............................................................................................................. 25 5.4.1 5.4.2 小区覆盖重叠设计要求 ........................................................................................ 25 GSM-R 弱场覆盖解决.......................................................................................... 26

5.5 列车出入隧道切换分析 ...................................................................................................... 27 5.5.1 5.5.2 对于列车出隧道的切换 ........................................................................................ 27 对于列车入隧道前的切换 ..................................................................................... 27

5.6 GSM-R 频率规划 .............................................................................................................. 27 5.7 GSM-R 网络规划特殊参数................................................................................................. 28 6. GSM 集群、GSM-R、GSM 相互关系 ......................................................................................... 29 6.1 GSM 集群与 GSM-R 共同点 .............................................................................................. 29 6.2 GSM 集群与 GSM-R 不同点 .............................................................................................. 29 6.3 GSM 集群、GSM-R、GSM 的包容关系............................................................................. 30

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1. GSM-R简介
1.1 GSM-R的历史
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。

1.2 GSM-R技术特点
GSM-R(GSM 铁路)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。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。

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2. GSM-R系统主要设备介绍
2.1 GSM-R 整体解决方案网络结构图

Station Shunting
Cab Integrated Radio

Train Control

DMIS

MMI

GSM-R Network
MASTER SMSC HLR/FFN FAS Dispatcher

INTERNET
BTS BSC/CBC
R

Yard Crew

MSC/GCR/IWF/AC

PSTN/PLMN
PCU SGSN/GGSN

2.2 GSM-R NSS系统简介
GSM-R 解决方案 NSS 部分与普通 GSM 网络结构完全一致。新增的逻辑 实体 GCR 和 FFN 分别集成到 MSC 和 HLR 中,不新增网元,网络结构简单、 清晰,功能实现快捷、能力强,成本低。 GSM-R NSS 包括 MSC/VLR/SSP/GCR/SIWF、HLR/FFN/EIR/AUC 等实 体功能,可支持 EIRENE 规范所定义的各种铁路业务,并能根据设备运营商的 需求,提供多种增值业务和自定义的补充业务。 l 移动交换中心(MSC) MSC 为漫游到该 MSC 控制范围内的移动终端设备提供相关交换功能,具 有呼叫处理、路由选择、回波抵消、超负荷控制功能,并可以收集计费信息, 实现话务管理,支持电信业务、承载业务、补充业务和智能业务。GSM-R 的

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MSC 还实现 VGCS/VBS、eMLPP、UUS1 等增强语音业务和功能号码寻址、 依赖位置寻址、铁路紧急呼叫等铁路专有业务。 l 组呼寄存器(GCR) GCR 是为了在 GSM-R 网络中提供 ASCI(先进语音呼叫)服务而引入的 新的功能实体,它用来存储语音组呼的相关数据,为在控制区域内进行 VGCS (语音组呼业务) 、VBS(语音广播业务)提供必要信息。 与 VLR 相同, GCR 也内嵌于 MSC 中, 它用于存储与 VGCS 和 VBS 相关 的组呼属性,包括组识别号、调度员地址、eMLPP 优先级以及与组呼相关的 服务区信息 (服务区信息包括本 MSC 相关呼叫小区列表以及其他相关 MSC 地 址列表) 。 GCR 还提供相应的人机接口, 以便管理员可以增加、 查询和修改这些组呼 属性。 l 归属位置寄存器(HLR) HLR 是 GSM 系统的中央数据库,存储着该 HLR 控制区内的所有移动用 户的相关数据。在 GSM-R 系统中,HLR 还保存用户 VGCS/VBS/eMLPP 等业 务的签约信息。 l Follow Me功能节点(FFN) FFN 是为了在 GSM-R 中提供功能号码寻址功能而引入的新的功能实体, 它存储着功能号码与相关用户号码间的对应关系,并以此为根据完成功能号码 寻址过程中功能号码到真实用户号码的翻译。 l 服务GPRS支持节点(SGSN) SGSN 主要负责 MS 的接入控制、移动性管理、会话管理等功能,通过 SGSN 建立 MS 的 PDP 上下文,为 MS 提供接入外部 Internet 网的通道。 l 网关GPRS支持节点(GGSN) GGSN 提供数据包在 GPRS 网和外部数据网之间的路由和封装并承担用 户接入外部网的身份认证的工作。GGSN 的选择由用户签约的 APN 和请求 APN 决定的。
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l 操作维护中心(OMC) 操作维护中心负责对整个 GSM-R 网络进行管理和监控。OMC 一侧接 GSM-R 网络设备(MSC、BSC、HLR、FFN) ,另一侧接计算机操作台作为人 机接口。通过 OMC 可实现对 GSM-R 网内各功能部件的实时监控、状态报告、 故障诊断等功能。

2.3 GSM-R BSS系统简介
BSS 主要完成无线链路的管理以及无线链路和有线链路的转换, MS 与 是 NSS 之间的桥梁。BSS 的系统功能分为基本功能、扩展功能、GPRS 功能和 GSM-R 功能。 l 基站控制器(BSC) 在 GSM-R 系统中,BSC 处于 BTS 与 MSC 之间,提供 A 接口与 MSC 相 连、提供 Abis 接口与 BTS 相连。BSC 作为基站控制中心,主要承担无线资源 管理、基站管理、功率控制、切换控制、话务统计的功能。它在无线接入、网 络优化方面扮演重要角色。 l 基站收发信台(BTS) GSM-R BTS 是在 GSM 移动通讯业务 BTS 基本平台的基础上开发铁路综 合移动通讯系统,包括优先级业务 eMLPP、话音广播呼叫业务 VBS 和话音组 呼业务 VGCS 等集群移动通信的基本业务。 l 分组控制单元(PCU) PCU 是为了在 GSM 网络中提供 GPRS 业务功能而在基站子系统(BSS) 侧增加的一个处理单元, 主要完成 BSS 侧的分组业务处理和分组无线信道资源 的管理。

2.4 GSM-R 终端简介
2.4.1 移动终端
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移动终端在 GSM-R 网络中主要使用以下三种: l 机车台(Cab Radio) 机车台是安装在机车列车上的车载设备,供司机进行无线调度通信和车地 之间传输数据用。 一般机车台由三部分组成: 人机界面、 无线模块 (含 SIM 卡) 、 应用程序。 l 通用手持台(GPH:General Purpose Handset) 铁路工作人员通常情况下使用,与普通 GSM 手持台类似,增加了 PTT 按 键,并能提供 VGCS/VBS 呼叫功能和功能号码的显示功能。 l 操作手持台(OPH:Operational Purpose Handset) 涉及列车运行的铁路人员使用的电台,与通用手持台不同的是新增了一个 紧急呼叫按键,用户能通过这个按键快速发起铁路紧急呼叫。另外,用于调车 业务的 OPH 还支持调车模式(Shunting Mode) ,处于调车模式(发起了调车 的组呼)的 OPH 能定时自动发送 LAS(Link Assurance Signaling) ,通知各调 车组成员当前组呼链路正常。 三种移动台所支持的业务是不尽相同的,但所有移动台均可在 GSM-R 网 络及公众 GSM 网中使用。在以 0km/h 到 500km/h 速度行进时,移动台均能正 常工作。

2.4.2 SIM卡
SIM 卡虽然不是单独的终端, 但在无线终端中起重要作用。 GSM-R 的 SIM 卡与普通 GSM 的 SIM 卡不同,里面存储了该用户签约的各种优先级、签约的 组 ID、铁路紧急呼叫的被叫号码、AC 确认中心的号码等与铁路业务紧密相关 的内容。

2.4.3 GSM-R网络调度子系统
GSM-R 系统中还存在一种固定终端――GSM-R 网络调度子系统。 GSM-R 网络调度子系统是给调度员身份的用户使用,能完成与其它各种终端之间的通 信。GSM-R 网络调度子系统与 MSC 之间通过 FAS 连接。
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2.4.4 终端接入方式
(1)调度区域调度员配置调度台,通过 FAS 接入 GSM-R 网络,进行无 线列调通信; (2)在各车站配置无线调度台,车站值班员通过无线方式接入 GSM-R 系 统,进行无线列调通信; (3)司机通过车载台接入 GSM-R 系统,参加无线列调通信和其它业务通 信; (4)站场安全组、路轨维护组、列车警务组等成员,通过手持终端接入 GSM-R 系统,可在规定的区域内进行组呼业务,在全覆盖区进行点对点呼叫。

2.5 分组域设备说明
分组域设备主要包括 SGSN、GGSN、PCU 等,NSS 相关设备、BSS 相 关设备及终端设备也要支持 GPRS 功能。

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3. 基本业务解决方案
3.1 GSM-R用户编号方案
& 说明: 以下描述的 GSM-R 用户的编号方案仅供参考,具体编号方案以国际标准和各国铁路部门 的规定为准。

GSM-R 用户的号码包括国内号码和国际号码,格式分别如下: 国内号码格式:
呼叫类型 (CT) 用户识别码 (UIN) 功能码 (FC)

用户编号 国内号码

国际号码格式:
出网码 (BC) 铁路接入码 (RAC) 呼叫类型 (CT) 用户识别码 (UIN) 功能码 (FC)

用户编号 国内号码 国际号码

1、出网码 GSM-R 网内用户可通过出网码 BC(Breakout Code)访问其它铁路专用 通信网。出网码的分配如表一表 1.表一所示。 表一. 铁路专用网的出网码
出网码 900 901 901~909 91~99 目标网络 国际 GSM-R 网络 铁路专用固定电话网 预留 预留

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例如到铁路专用固定电话网的出网码为 901,则 GSM-R 网内用户可通过 拨打“901+被叫方完整的电话号码”来访问铁路专用固定电话网的用户。 2、铁路接入码 GSM-R 网内用户通过铁路接入码 RAC(Railway Access Code)访问公 众电信网。GSM-R 网络到 PSTN/PLMN 网络的接入码如表二所示。 表二. PSTN/PLMN 接入码
接入码 0 00 目标网络 国内公众电信网 国际公众电信网

当 GSM-R 网内用户呼叫公众电信网的用户时,应拨打“接入码+被叫方 的国内/ 国际用户号码” 。 3、呼叫类型 呼叫类型 CT(Call Type)是国内号码中的一个前置符,由 1~2 个数字组 成,用于标识不同类型的用户编号,不同的呼叫类型对应于不同的用户编号类 型。表三是呼叫类型编号的一个例子。 表三. 呼叫类型编号举例
呼叫类型 1 2 3 4 50 51 52-55 56-59 6 7 含义 短码(用于缩位拨号) 列车功能编号 机车功能编号 车厢编号 语音组呼 语音广播 保留国际使用 保留国内使用 维修和调车组成员 调度员、车站值班员及其他固定用户

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8 9 0

移动用户号码 保留为分割码和国内使用 保留为 PSTN、PLMN 接入码使用

4、用户识别码 用户识别码 UIN(User Identifier Number)是各种用户呼叫类型(即用户 编号类型)中,标识某一具体用户的号码。例如:列车调度员的 UIN 是一个位 置编号,用以说明调度员所处的区域。 5、功能码 功能码 FC (Functional Code) 是在 UIN 的基础上, UIN 的进一步细化。 对 例如:它可以表示特定列车上或站场内的某个人或设备,或在给定区域中的某 个队。表四是列车调度员的功能码的一个例子。 表四. 功能码举例(CT=7)
功能码 1 2 3 4-9 0 主调度员 副调度员 电力调度员 为国家应用保留 保留为 PSTN、PLMN 接入码使用 说明

3.2 调度通信
调度通信系统的组网如图所示。

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调度台 /车站台

PBX AC 运转车长

HLR/FN 司机 MSC/VLR/GCR

司机

AC:确认中心 MSC:移动交换中心 PBX:专用分组交换机

BSC:基站控制器 VLR:拜访位置寄存器 FFN:Follow-Me 功能节点

BTS:基站收发信台 GCR:组呼寄存器 HLR: 归属位置寄存器

通过无线列调系统,可以进行以下通信: 一、点对点呼叫 调度员通过调度台,使用功能号码可以直接呼叫其调度区域内指定列车的 机车移动台,从而建立双工的话音通道; 司机可以通过短号呼叫机车所在区域的调度员,也可以通过按紧急呼叫按 钮向所属区间的调度员发起高优先级的紧急呼叫,该紧急呼叫被调度台终端优 先接入或排队等待处理; 车站值班员、司机、运转车长之间均可进行点对点的语音呼叫; 相邻车站值班员之间也可以进行点对点的语音呼叫。 二、 组呼 调度员利用 VGCS/VBS 可以向其调度区域的所有司机发起语音组呼或语 音广播。 司机利用 VGCS/VBS 可以向其所属区域的所有司机和调度员发起语音组 呼或语音广播。

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VGCS/VBS 呼叫结束后,可由 AC(确认中心)保存相应的组呼呼叫记录。 简单地说,VGCS 就是要实现多个人可以讲话(至多 6 个讲者) ,更多的 人可以作为听者(听者数量无限制)的业务。 参与 VGCS 呼叫的成员包括两类:调度员和业务用户。 l 调度员: 每个VGCS呼叫中最多可以有5个调度员, 调度员可以是固定 用户或移动用户,通过网络为其建立的专用通道参与组呼的话音通 信; l 业务用户:签约VGCS业务的移动用户,如机车司机,被叫业务用户 通过组呼区域内的组呼通道参与组呼的话音通信。 VGCS 业务呼叫在任何时刻只准许 1 个业务用户及至多 5 个调度员同时讲 话。处于听状态的业务用户可以通过抢上行的操作(按 PTT(Push To Talk) 键)获得讲话权参与讲话,抢上行的操作按照“先到先得”的方式进行,谁先 抢到谁说话,其他业务用户只有当上行空闲时才可以继续抢上行的操作。调度 员由于具有自己的专用通道,所以无需要抢上行的操作,随时可以参与讲话。 VGCS 允许用户建立到属于某一指定服务区和组识别号(Group ID)的一 组用户的呼叫,呼叫期间所有的调度员都可以发言,但是所有的业务用户抢占 一个上行通道。 服务区可由若干属于同一 MSC 或不同 MSC 的小区组成, 呼叫 时每个相关小区有一个组呼通道,其中上行链路仅供当前讲者使用(组发射模 式) ,所有听者守侯在下行链路上(组接收模式) ,有关组呼的通知消息在通知 信道 NCH(Notification Channel)上广播。 组呼建立时间小于 2 秒。

3.3 功能寻址
在铁路应用中,功能号码用来表示一个工作岗位(如火车司机)而不是一 个用户 MSISDN 号码。当前在岗的人员通过将自己的 MSISDN 登记到该功能 号码上,建立起功能号码和真实用户之间的联系。调度台通过呼叫功能号码对 当前在岗的真实用户进行调度和指挥。

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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。授权用户可以通过 USSD(非结 构化补充业务数据)操作将 MSISDN 登记到某一个功能号码上,或者通过 USSD 操作注销该 MSISDN 已经登记的功能号码。也可以由管理员修改 MSISDN 与功能号码的对应关系。 功能寻址业务分为语音呼叫功能寻址和短消息功能寻址。 按照 EIRENE 规范, MSC 通过 MAP 操作 SRI SendRoutingInfo) FFN ( 从 (Follow-Me Function Node)查询到与功能号码对应 MSISDN,该过程与标 准 GSM 网络当中 MSC 通过 SRI 操作从 HLR 查询漫游号码的流程完全相同, 同时 HLR 强大的数据库功能也能够方便、可靠地管理功能号码与 MSISDN 之 间的对应关系。 例如,列车 1234 在运行过程中机车可能会更换,在机车更换过程中需要 注册或注销列车司机功能号对应的机车司机号码,以便可以依据列车 1234 司 机功能号码呼叫到正在为列车 1234 服务的机车司机。

3.4 基于位置的路由
在铁路通信实际应用中,用户可以用同一个短号码表示多个职责相同但调 度区域不同的调度员。作业人员在与当时所在地调度员联系时可以拨打统一的 短号码,系统利用依赖位置寻址业务将当前呼叫路由到合适的调度员。 基于位置路由的是指网络根据用户所拔打的短号和用户自身位置确定目标 地址的路由。 该业务用于机车司机通过短号呼叫机车所在区域的调度员。如列车司机在 A 区域拨打调度员号码 1234 则接续到 A 区域的调度员 A,而在 B 区域拨打同 一号码 1234 则接续到 B 区域的调度员 B。 在当前 EIRENE 规范框架内, 该位置信息是基于 GSM 网络当中的小区 ID, MSC 完全可以解析呼叫建立消息当中的小区 ID 信息, 并根据小区 ID 信息与短 号从 MSC 内置数据库查询得到合适调度员的号码并将呼叫路由到合适的调度
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员。这种解决方案可在 MSC 内部实现,不牵涉其它网元,与不同供应商设备 之间的兼容性好,同时由于这种翻译关系是从内置数据库中查询得到,避免网 元间信息交互,呼叫处理速度快。 功能寻址与基于位置的路由的 MSC 实现方式与智能网实现方式相比有以 下几个特点: ü 兼容性好; ü 呼叫处理速度快; ü 节省智能网投资

3.5 增强多级优先和强占业务(eMLPP)
eMLPP(Enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption )业务允许 网络根据用户的不同优先级在网络资源被占用的情况下实施不同的策略:排队 和抢占,另外还可采用不同的呼叫建立和指配过程以满足不同优先级呼叫对时 延的要求。 eMLPP 作为一种补充业务既适用点对点话音或数据呼叫,也适用于广播 呼叫和组呼。 在增强多级优先和强占业务(eMLPP)中,每个 GSM 用户被分配一个或 多个特定的优先级权限,用户可以在自己的权限内选择每个特定呼叫使用的优 先级,不同优先级的呼叫占用网络资源的优先级别不同。另外,每个优先级的 呼叫还可以选择不同的呼叫建立方式。 eMLPP 业务包含两个部分:快速呼叫建立、排队和抢占。 快速呼叫建立是指对于每个优先级的呼叫,可以选择是否采用快速呼叫建 立流程。 排队和抢占是指在缺乏网络资源(包括处理能力、信令信道和业务信道) 的情况下,高优先级的呼叫不会释放,可以优先排队,甚至可以抢占低优先级 呼叫的资源。 eMLPP 业务可以提供多至 7 级(A、B、0、1、2、3、4)的优先级划分。
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其中最高的两个优先级(A 和 B)供网络运营者内部使用,例如用于紧急呼叫 或特殊的 VGCS/VBS 呼叫,这两级仅供本地使用,即在一个 MSC/VLR 范围 内有效,在本 MSC/VLR 之外被作为 0 级对待。其它 5 级供用户使用,这 5 级 可以在所有支持 eMLPP 业务的地方使用,可以和提供 MLPP 业务的 ISDN 网 络互通。

3.6 呼叫矩阵业务
呼叫矩阵业务仅应用于点对点呼叫, VGCS/VBS 呼叫不在本业务的应用范 围内。 铁路运营中, 不同身份的用户拥有不同的功能号码。 通过定义呼叫矩阵表, 根据主、 被叫的身份进行呼叫裁决,判断是否允许呼叫继续。从而定义 GSM-R 网络中主叫方与被叫方的接入关系。

3.7 铁路紧急呼叫
铁路紧急呼叫为具有最高优先级的语音广播呼叫,包括列车紧急呼叫和调 车紧急呼叫两种呼叫。呼叫的类别由基于移动台的操作模式自动确定:移动台 在调车模式时按动紧急呼叫按钮发起的呼叫为调车紧急呼叫,其他情况下的紧 急呼叫即为列车紧急呼叫。 紧急呼叫建立时间小于 1 秒。 l 列车紧急呼叫 列车紧急呼叫应在预定的区域内发送给所有司机及调度员。 应通知适当的 RBC(无线区域中心)某地发起了一个列车紧急呼叫。 l 调车紧急呼叫 调车紧急呼叫应发送给在调车区域内涉及调车操作的所有用户。

3.8 GPRS在GSM-R网络中的应用
3.8.1 GPRS主要技术特点
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由于 GPRS 具备以下主要技术特点,非常适合于突发性的数据应用业务, 因此可以考虑在 GSM-R 中使用 GPRS: 1、一直在线,用户无需为每次业务请求进行拨号、建立连接,因此能够 更快地接入外部 Internet 等分组网络。 2、高效地无线资源利用策略: 1) 无线资源按需分配, 用户有数据需要发送的时候才占用无线信道资 源 2) 时隙共享,允许多个用户共享一个无线时隙(信道) 3) 多时隙捆绑,允许一个用户占用多个时隙(协议支持8个,终端目 前最多支持4个) 4) 支持上行和下行的非对称传输 5) 无线资源可根据业务流量在语音和数据业务之间共享

3.8.2 GPRS在GSM-R网络中的主要应用
GPRS在GSM-R网络中主要应用于以下几个方面: 1、DMIS无线车次号传输(机车-车站) :车载台通过GPRS方式将车次号 发送到DMIS系统。 2、书面调度命令传输(调度中心-机车) :调度中心向车载台发送书面调 度命令也是采用GPRS方式。 3、编组场调车作业:编组场调车作业是一项需要网络与终端、车载台同 时配合完成的功能,编组场调车作业数据传输方式采用GPRS。根据不同 地区实际调车作业操作规范,提供与其适应的解决方案。 4、尾部风压传输与控制(机车-列车尾部) :列车司机查询尾部风压通过 GPRS传输数据。 5、车上信息向地面的传送:即车次号、列车接近信息传送等,采用 GPRS 传输方式。

4. 互连互通和网间漫游解决方案
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互连互通主要是指 GSM-R 网络与其他移动网络、固定网络及专网的互连 互通。网间漫游主要是指 GSM-R 网络向其他 GSM 网络及集群网络的单向漫 游和 GSM-R 网间漫游。本章所提及的互连互通和网间漫游方式只是解决问题 的一种方式,具体实现可根据不同地区的情况提出合适的解决方案。
& 说明:

本章所提及的互连互通和网间漫游方式只是解决问题的一种方式,具体实现可根据不同地 区的情况提出合适的解决方案。

4.1 互连互通
GSM-R 网络以专网方式与其它网络互连需要接入码,那么网外用户呼叫 GSM-R 网内用户的拨号为“接入码+GSM-R 网内编号”, GSM-R 网络的 GMSC 收到呼叫后将去掉“接入码”, 保证在 GSM-R 网络内理解的编号均为“GSM-R 网 内编号”。 GSM-R 网内用户呼叫网外用户时的拨号为“0+网外用户号码”,以“0”开始 的号码将直接送 GMSC,GMSC 去掉“0”后将呼叫送到其它网络,保证 GSM-R 网络送给其它网络的号码符合其它网络本身的编号规范。也就是说 GSM-R 网 络透过 GMSC 来互联互通、来翻译不同网络的不同编号方式。

4.2 GSM-R网络向其他GSM网络及集群网络的单向漫游
4.2.1 HLR漫游处理
在呼叫处理时,GSM-R 网络的 GMSC 完成不同网络的不同编号方式,但 是在 GSM-R 用户漫游到其它 PLMN 时,由于没有类似 GMSC 的信令网关设 备来完成不同编号方式的信令翻译,而且也不能要求其它 PLMN 改动,因此需 要 GSM-R 网络对漫游到其它 PLMN 用户做特殊特殊处理:HLR 向 GSM-R 网 内 VLR 插入用户数据时其 MSISDN 为“国家码+移动用户号码”,HLR 向网外 VLR 插入用户数据时其 MSISDN 为“国家码+接入码+移动用户号码”。

4.2.2 GSM-R网络用户向其他GSM网络的单向漫游
要解决 GSM-R 网络和其它移动网之间的单向漫游问题,就必须保证
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GSM-R 网络和这些移动网之间的信令和话路网络的连接畅通。 1、移动信令方面的互通: 为了实现 GSM-R 用户可以单向漫游到其它移动网络,就必须要在这些允 许 GSM-R 用户漫游的移动网络的 MSC 上配置好 GSM-R 移动用户的 IMSI 和 GT 转换的路由数据。再在 GSM-R 网络的 HLR 上配置好到这些移动网允许 GSM-R 用户漫游的地区的 MSC 的信令路由,这样 HLR 返回的用户数据或路 由信息等信令,也可以路由到漫游的 MSC/VLR,在信令层实现漫游的功能。 同时因为是只允许单向漫游,因此只要在 GSM-R 的 MSC 上,不作其它移动 网络用户的 IMSI 和 GT 转换的路由,这样其它移动网络用户就没法在 GSM-R 网络内上网,就不能漫游到 GSM-R 网络。 2、在呼叫信令和话路方面的漫游互通: 将 GSM-R 网络的 GMSC 和漫游到的目标移动网络的该区域的 GMSC 相 连,包括话路和信令链路。这样 GSM-R 网络内的用户呼叫漫游到其它移动网 的 GSM-R 的用户时,HLR 根据上面描述的信令链路到目标 MSC 取回漫游号 码,GSM-R 网络内的 MSC 用该漫游号码将呼叫路由到 GSM-R 的 GMSC, GMSC 用该漫游号码将呼叫路由到目标移动网的 GMSC, 目标移动网的 GMSC 再寻址到被叫 GSM-R 用户漫游到的 MSC,该 MSC 将该 GSM-R 用户寻呼 起来,实现通话。同理,漫游到其它移动网络的 GSM-R 用户,要拨打 GSM-R 网络内的用户(这时必须遵循网外拨号的规定,加接入码) ,其它网的 MSC 判 断是铁路的呼叫接入码,直接将该呼叫路由到这个移动网该地区的 GMSC,该 GMSC 分析被叫号码带有铁路的接入码,直接将该呼叫路由到 GSM-R 网络的 GMSC,GSM-R 的 GMSC 进行号码分析,首先将接入码扣除,然后到 HLR 取漫游号码,GMSC 根据取回来的漫游号码,路由到相应的 MSC,实现漫游 到其它移动网络的用户拨打 GSM-R 网络内的用户的功能。

4.2.3 漫游的号码编号方案和拨号方式
如前面所述, GSM-R 网络内移动号码的编号是 8XXXXXXX, GSM-R 在 当
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用户漫游到别的移动网时候,HLR 在原来 GSM-R 网络内的移动号码编号前加 接入码 ABC 构成新的 MSISDN 号码 ABC 8 XXXXXXX,插入到漫游到的 MSC/VLR 中。下面描述在这种编号方案下的拨号方式: (1)GSM-R 网络内用户―》GSM-R 网络内用户 :拨 8 XXXXXXX;

本网的 MSC 以 8 XXXXXXX 到 HLR 取路由, HLR 返回本网的漫游号码, 由本网 MSC 将被叫用户寻呼起来, 建立通话。 主叫号码显示也是 8 XXXXXXX 格式,保证用户回拨没有问题。 (2)GSM-R 网络内用户-》漫游到别的移动网的 GSM-R 用户:拨 8 XXXXXXX; 本网的 MSC 以 8 XXXXXXX 到 HLR 取路由, HLR 返回它网的漫游号码, MSC 将呼叫路由 GMSC, GMSC 将呼叫路由到它网的 GMSC, 它网的 GMSC 将呼叫路由到目标 GSM-R 用户所在的 MSC,建立起呼叫。GMSC 将呼叫路 由到它网的 GMSC 时候,将主叫号码进行变换,在号码前加接入码 ABC,因 此主叫号码显示为:ABC 8 XXXXXXX,保证漫游到它网的 GSM-R 用户直接 回拨就成功。 (3)漫游到别的移动网的 GSM-R 用户-》GSM-R 网络内用户:拨 ABC 8 XXXXXXX; 漫游到别的移动网的 GSM-R 用户, 发起呼叫本 GSM-R 网络内用户时候, 由于这时是漫游到它网,因此必须遵循它网的拨号方式,拨打 GSM-R 网络用 户,要加铁路的接入码 ABC,格式是 ABC 8 XXXXXXX。它网的 MSC 判断是 铁路的呼叫前缀 ABC,直接将该呼叫路由到这个移动网该地区的 GMSC,该 GMSC 分析被叫号码带有铁路的前缀 ABC, 直接将该呼叫路由到 GSM-R 网络 的 GMSC,GSM-R 的 GMSC 进行号码分析,首先将前缀 ABC 扣除,然后到 HLR 取漫游号码,GMSC 根据取回来的漫游号码,路由到相应的 MSC,实现 漫游到其它移动网络的用户拨打 GSM-R 网络内的用户的功能。它网送过来的 漫游的 GSM-R 用户的主叫号码是带有接入码 ABC 的,GMSC 接受到它网入
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局的呼叫后,将主叫号码的 ABC 前缀去掉,号码显示为 8 XXXXXXX,保证网 内的用户回拨成功。 (4)它网用户-》GSM-R 用户(包括网内和漫游到别的网) :拨 ABC 8 XXXXXXX; 它网用户拨打 GSM-R 用户(包括网内和漫游到别的网) ,都是带前缀 ABC 的, 处理和第三点 (漫游到别的移动网的 GSM-R 用户-》 GSM-R 网络内用户) 一样。因为如果 GSM-R 用户漫游到别的移动网去的话,呼叫还是由 GSM-R 的 GMSC 再路由到别的 MSC 去,处理过程就是第二点(GSM-R 网络内用户 -》漫游到别的移动网的 GSM-R 用户)的描述。这时主叫号码不带 ABC,显 示不作处理,直接显示它网的用户(或者如果是网内 GSM-R 用户,在主叫号 码前加出局前缀 0,如果是漫游出去的 GSM-R 用户,主叫号码不变,直接显 示它网主叫号码,保证回拨成功) 。 (5)漫游到别的移动网的 GSM-R 用户-》它网用户:按照漫游到的网络的 拨号方式进行拨号 这时 GSM-R 用户漫游到它网,必须遵循它网的拨号方式。呼叫处理过程 由它网 MSC 进行处理,这时候主叫号码是带 ABC 的,保证在它网用户上显示 GSM-R 用户的号码带 ABC,保证回拨成功。 (6)GSM-R 网络内用户-》它网用户;出网前缀(比如 0)+ 号码; GSM-R 网内用户拨打网外用户,通过特殊前缀比如 0 区分,这样 GSM-R 的 MSC 判断出局前缀后,将呼叫路由到 GMSC,GMSC 将呼叫前缀 去掉后进行号码分析,将呼叫路由到相应局向去,建立起呼叫。GMSC 在呼叫 出局时候,在主叫号码前加前缀 ABC,保证它网用户显示正确的 GSM-R 网外 移动编号格式 ABC 8 XXXXXXX,保证它网用户回拨成功。

4.3 GSM-R网间漫游
GSM-R 网间用户漫游与 GSM 网间用户漫游情况类似,编号方案参见第三

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章第一节。 1、移动信令方面的互通: 为了实现 GSM-R 网间用户漫游,就必须要在这些允许 GSM-R 用户漫游 的 GSM-R 网络的 MSC 上配置好 GSM-R 移动用户的 IMSI 和 GT 转换的路由 数据。再在 GSM-R 网络的 HLR 上配置好到这些移动网允许 GSM-R 用户漫游 的地区的 MSC 的信令路由,这样 HLR 返回的用户数据或路由信息等信令,也 可以路由到漫游的 MSC/VLR,在信令层实现漫游的功能。 2、在呼叫信令和话路方面的漫游互通: 将 GSM-R 网络的 GMSC 相连,包括话路和信令链路。这样 GSM-R 网络 内的用户呼叫漫游到其它 GSM-R 网的 GSM-R 的用户时,HLR 根据上面描述 的信令链路到目标 MSC 取回漫游号码,GSM-R 网络内的 MSC 用该漫游号码 将呼叫路由到本 GSM-R 的 GMSC,GMSC 用该漫游号码将呼叫路由到目标 GSM-R 网的 GMSC,目标 GSM-R 网的 GMSC 再寻址到被叫 GSM-R 用户 漫游到的 MSC,该 MSC 将该 GSM-R 用户寻呼起来,实现通话。同理,可以 实现漫游到目标 GSM-R 网络的 GSM-R 用户拨打本 GSM-R 网络内的用户。

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5. 无线网络规划解决方案
因为受覆盖范围和铁路速度的影响,采用 GSM-R 无线规划技术与 GSM 无 线规划技术规划的网络在基站的选择,天馈合路,频点规划,切换算法,部分 特殊功能的使用等方面有较大的区别。

5.1 GSM-R基站站址选择
GSM-R 基站站址的选择主要考虑需要覆盖地域的特殊性,GSM-R 基站覆 盖主要需要铁路沿线的线状区域,目前 GSM-R 主要用于调度系统,用户也集 中在铁路周围,因此不象常规的 GSM 网络那样需要考虑大范围宽而广的覆盖 区域,在基站站址的选择上要根据铁路系统目前现成的机房条件,供电能力, 传输条件等方面考虑。基站的选址将主要利用目前铁路系统的各个车站台,然 后采用基站中间补点的方法。这样主要是有效利用现有资源便于 GSM-R 网络 的维护和安全性。 GSM-R 基站站址选择一般原则: 1、尽量利用现有车站; 2、高山慎选 选择高山基站可以扩大网络的覆盖范围节省成本,但是选择高山基站对于 GSM-R 这样的系统将会有很不利的一面,因为铁路都是尽量利用地形进行建 设,铁路沿线相对坡度都比较小,基本上都是沿着山谷,因此受山体的阻挡和 山体植被吸附,信号衰减迅速,如果山体过高即使采用特殊天线也不能满足信 号电平要求,因此相比 GSM 系统,建议 GSM-R 更需要尽量避免高山基站的 选择。 3、电磁环境复杂区域慎选 由于 GSM-R 系统安全性要求很高,复杂的电磁环境对 GSM-R 系统有干扰 危险,因此对于可能有侵占 GSM-R 频段的设备需要协调清理,对于频段相近
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的无线设备要进行技术论证后进行选择,例如微波站,电视发射台等区域,对 于不会有干扰出现的区域但目前已有其他移动运营商设备的也需要在工程安装 时保证一定的天线距离。 4、尽量利用地势走向 在基站站址选择时也需要尽量利用地势走向, 例如基站选择可以选择在铁路 拐弯地带,对于山谷区域可以建在山谷直面的小山包上,对于有隧道的,若隧 道距离不长可以将基站安放在靠近洞口区域等。
注意:GSM-R系统选址也应该遵循GSM基站的所有选站原则,具体站址选择需要进 行具体环境具体分析后才能做出决定。

5.2 天馈合路系统配置
GSM-R 的天馈合路系统一般包括以下几种方案: 1、单小区单方向 单小区单方向和正常的 GSM 网络基站没有区别,就是一个小区一个方向, 例如根据需要某处需要两个小区,则系统需要配置两个小区数据,两个方向应 用各自的天线,馈线等天馈合路系统。

单小区单方向示意图

该方案主要会造成系统切换次数的增加, 切换次数的增加就意味着系统性能 将受到影响。在无线系统设计时主要需要考虑同一站点的不同方向之间的信号 交叠要深,可以选择前后瓣比比较小的天线来解决这一问题,虽可以增加同一 基站不同方向小区覆盖的连续性,但是增加切换次数依然不可避免。 2、功分器单小区双方向
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单小区双方向就是一个小区分裂为两个方向, 不同方向用不同天馈, 在数据 配置上为一个小区,实现单小区双方向需要增加外置设备功分器,功分器可以 使一个小区的信号均匀的分开通过不同馈线连接到不同方向的天线上。

单小区双方向示意图

采用单小区双方向可以消除相同基站内的切换, 但是由于功分器会带来 3dB 的 衰减,会使基站覆盖距离减小。 3、八字天线单小区双方向 和功分器单小区方向相比, 八字天线单小区双方向是采用八字天线使信号从 不同方向传播,并不需要增加馈线和多余的天线。但是由于八字天线的增益都 比较低,基站的覆盖范围不会很远,另外八字天线的天线方向图已经固定,对 于一些非直线的铁路覆盖将不会很有效,例“>”形状的铁路将无法应用八字 天线。 八字天线单小区双方向和功分器单小区双方向一样都会减少切换次数。

5.3 GSM-R天线的选择
GSM-R 天线选择需要根据不同情况进行,但是基本原则是选择高增益窄波 束,部分地区可以考虑八字天线。对于一些因为实际建站情况限制的区域如较 高建站需要考虑使用零点填充天线补充近基站覆盖。

5.4 GSM-R覆盖设计
GSM-R 覆盖比较特殊,因为在铁路上有比较多的隧道。在 GSM-R 中,和 正常网络的区别就是需要满足切换要求和弱场覆盖。

5.4.1 小区覆盖重叠设计要求
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列车高速运行时, 要保证切换正常进行, 相邻小区的覆盖必须要有一定覆盖 重叠区。 假设列车以 350KM/h 的速度行驶,GSM 信号解码和切换判决大约需要 5S 时间,那么重叠覆盖的铁路长度应该大于 350/3600*5=0.486km,以此建议小区 重叠区域应该为 500m 左右方能确保切换正常进行, 保证网络性能。 而对于一些 速度比较慢的列车线,这个重叠区可以减小。

5.4.2 GSM-R弱场覆盖解决
在 GSM-R 系统中,尽量做到隧道内信号分布均匀,避免两辆火车错车时信 号快速衰减而导致掉话或者切换失败,解决弱场覆盖的基本方案是:基站+光 纤直放站+泄露电缆方案。 从目前各类泄露电缆性能指标来看, 对于 7/8 泄露电缆, 接收电平为-85dBm 一般都是 950m 长度为限 (具体的可以通过实际需求进行计算) 光纤直放站分 , 为近段站和远端站,下图就是一个隧道弱场解决方案。

隧道弱场解决方案

在上图中,每段泄露电缆长度最大长度大约在 950m,根据目前已经应用过 的某厂家的光纤直放站性能,一个近端机可以最大带 8 个远端机,在规划时必 须重点考虑下行链路的场强、载噪比,以确保隧道、出入口移动信号的覆盖效
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果。

5.5 列车出入隧道切换分析
列车在出入隧道时,由于隧道内外信号变化较大,车速较快,会使隧道内、 外两个小区信号之间来不及切换而产生掉话。因此,必须加长隧道内、外信号 的重叠区域(切换区) ,确保移动台信号在两小区间顺利切换,以保证用户通话 的顺利进行。

5.5.1 对于列车出隧道的切换
根据隧道、 地铁移动电话信号覆盖的经验, 在隧道出口的泄漏电缆末端加一 副定向天线,向隧道外发射信号以延长隧道内小区的覆盖范围即可解决列车出 隧道时的切换问题。

5.5.2 对于列车入隧道前的切换
在隧道入口处,由于隧道的屏蔽作用,造成隧道外信号锐减,从而来不及切 换而产生掉话。但可以在隧道口架设天线将隧道内能量向外辐射,天线的波束 要求很窄, 能够有效的将能量集中发射, 那么列车在隧道外就已经完成了切换。 如果隧道内能量到隧道口时已经很小,可以将隧道外信号引入隧道内,在隧道 口安装一台直放站,将隧道外信号放大后引入泄漏电缆以增强信号重叠区(切 换区)的信号,从而解决切换问题。 根据以上分析,铁路列车进出隧道的解决办法如下: 1. 列车出隧道时, 采用在泄漏电缆末端加装定向天线的办法, 以加长隧道 内外无线信号的重叠区域,保证切换的顺利进行。 2. 列车进隧道时,采用在隧道口架设天线,将隧道内信号辐射到隧道外, 列车在外面就完成切换。 或者用直放站将隧道外的信号引入隧道内, 以 加长隧道内外无线信号的重叠区域保证切换的顺利进行。

5.6 GSM-R频率规划
GSM-R 是基于 GSM 技术来解决铁路通信的新技术,是 GSM 技术在铁路
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方面应用的延伸,GSM-R 在常规业务方面都延续了 GSM 特点,GSM-R 网络 规划技术也同 GSM 技术大致相同,但是由于铁路覆盖和铁路业务需求有其自 身的特点,因此在 GSM-R 系统的网络规划时和 GSM 技术会有所不同,而频 率规划是目前 GSM 制式网络规划的重要环节,良好的频率规划将奠定网络质 量好坏的基础。 与常规的频率计划相比而言,GSM-R 规划相对比较简单,频率规划复用更 加紧密,但由于邻区数目比较少,同频之间距离也比较远,若有 20 个频点, 可以采用 BCCH 应用 8~9 个频点,TCH 应用 9~10 个频点,可以预留两个频 点做补充。20 频点在完全保证通信的情况下平均每扇区可以配置到 3 个载频。

5.7 GSM-R网络规划特殊参数
因为 GSM-R 有别于普通的 GSM 系统,部分 GSM 技术将不能应用到 GSM-R 系统。 l DTX不使用 数据通信是 GSM-R 系统的一个重要需求,而 DTX 的使用将会影响信号强 度和信号质量,影响列控信息传输的可靠性,因此 DTX 在 GSM-R 中将不被使 用。 l 功控不使用 根据 GSM 协议,功控命令的实现将带来 3 个 TDMA 帧延迟,引起信号波 动,因此功控也将不被使用。 l TA限定 GSM-R 中要求小区控制准确,调度尽量在基站所覆盖的范围内发生,但是 由于组网和实际建站条件的限制,会导致越区覆盖,除调整硬件来控制每个基 站工作范围外,可以通过设置 TA 确定基站小区的实际服务范围。 l 载频互助 考虑到铁路通信的安全, 需要应用小区内载频互助, 这样在其中一块出现故 障后,不至于小区瘫痪,保证通信的安全和不间断。
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l 同心圆技术 同心圆技术可以有效提高系统容量, 但由于同心圆技术将会使系统切换的几 率增加,因此同心圆技术不被使用。

6. GSM集群、GSM-R、GSM相互关系
6.1 GSM集群与GSM-R共同点
GSM 集群和 GSM-R 系统,都是基于 GSM 系统基础上,进行相应集群调 度业务开发。 GSM 集群与 GSM-R 都起源于 GSM,都遵从 ASCI 协议要求。 GSM 集群和 GSM-R 的集群调度业务的基础——组呼和广播呼叫,都是遵 循 GSM ASCI 先进语音呼叫项的 VGCS/VBS 协议。

6.2 GSM集群与GSM-R不同点
1、业务应用不同,针对的用户不同: GSM-R 是 GSM for railway 的缩写, 也就是铁路的 GSM 系统, 是在 GSM 基础上根据 PHASE II+ ASCI 标准进行 VGCS/VBS/eMLPP 的功能开发,同时 针对铁路调度需求开发出基于位置的路由、呼叫区域限制、功能号码寻址、呼 叫矩阵、AC 功能、优选小区、无线列调、平面调车等功能,构成 GSM-R 的业 务平台基础。 GSM 集群通讯系统,是在 GSM 基础上,根据 PHASE II+ ASCI 标准进行 VGCS/VBS/eMLPP 的功能开发,同时针对公网数字集群的需求开发出基于位 置的路由、呼叫区域限制、功能号码寻址、讲话方识别、动态重组、PTT 优先 级抢占、私密呼叫、群发短消息、调度台子系统、虚拟调度专网等功能,构成 GSM 集群的业务平台基础。 2、工作频段不同 GSM-R 采用 GSM 900MHz 的工作频段。上行:885-889MHz,下行:
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930-934MHz;共 4M 频率。 GSM 集群可工作于 800M、900M、1800M、1900M,可根据各地情况灵 活设置工作频段。 3、体系结构不同 GSM-R 核心网络一般采用大本地网方式建设。GSM-R 的无线网络规划 的目标是为铁路沿线和枢纽地区提供连续覆盖。 铁路枢纽地区 BSC 与 MSC 同 机房设置,同归属;铁路干线和没有 MSC 的枢纽,BSC 设置在大通信站,铁 路支线不设置 BSC。基站站址应该尽量靠近铁路线,充分利用车站、区间通讯 站的资源。 基于 GSM 基础的 GSM 集群系统,在网络结构上,除了增加集群调度子 系统外,其它和 GSM 一样。为了运营和管理方便,GSM 集群运营者在每个大 中城市都会建立一个本地 GSM 集群网络,各城市的本地 GSM 集群网络通过 上一级的汇接局进行互联。

6.3 GSM集群、GSM-R、GSM的包容关系
GSM 集群和 GSM-R 系统都是基于 GSM 系统,同时具有相同的基础集 群调度业务实现机制,是 GSM 集群和 GSM-R 系统融合的基础。从上面比较 得出, GSM 集群很容易扩充 GSM-R 的所有业务, 可以把 GSM-R 看作是 GSM 集群的子集,把 GSM 集群看作是对 GSM-R 的扩充。因此 GSM 集群网络、 GSM-R 网络、GSM 网络存在包容关系,如下图所示。 GSM 集群网络 GSM-R 网络 GSM 网络

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