基于4G高鐵IPTV旅客信息系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于4G高鐵IPTV旅客信息系統(tǒng)的研究 學(xué)生姓名 陳允升 專業(yè)班級(jí) 通信工程112班 所在院系 電氣信息學(xué)院 指導(dǎo)教師 陳少華 職稱 講師 所在單位 通信教研室 教研室主任 馮慶勝 完成日期 2015年6月20日摘 要鐵路是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，隨著科技的不斷創(chuàng)新，我國(guó)鐵路迅速地發(fā)展。旅客信息系統(tǒng)是在鐵路既有的管理信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)筑的、面向旅客出行需求的信息系統(tǒng), 是鐵路站車客運(yùn)服務(wù)的窗口, 是鐵路客運(yùn)服務(wù)的形象工程。我國(guó)鐵路經(jīng)過(guò)不斷的提速，站車環(huán)境已經(jīng)大大改善，同時(shí)，提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的客運(yùn)信息也成為了發(fā)展不可缺少的一步，所以進(jìn)一步深化建設(shè)旅客信息系統(tǒng)成為了鐵

2、路發(fā)展當(dāng)中比較重要的課題之一。本課題從高鐵旅客信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀出發(fā)，將IPTV技術(shù)引入到列車的新媒體當(dāng)中，同時(shí)根據(jù)鐵路旅客信息系統(tǒng)的實(shí)際情況，并通過(guò)對(duì)4G通信的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)鐵路通信的發(fā)展進(jìn)行假設(shè)，設(shè)計(jì)出一套基于4G通信技術(shù)并且將IPTV運(yùn)用其中的高鐵旅客信息系統(tǒng)的方案。4G 作為新一代通信技術(shù)，其更加快速的無(wú)線通信速度獲得了越來(lái)越多人的青睞，也促進(jìn)了中國(guó)通信產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)張和跨越發(fā)展，如果將4G運(yùn)用于鐵路通信系統(tǒng)，必定會(huì)為鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)增添更高的工作效率。關(guān)鍵詞：旅客信息系統(tǒng) 4G IPTV 高速鐵路 AbstractRailway is the important basis of nat

3、ional economy in China. With the continuous innovation of science and technology, China's rapid development of railway. Passenger information system is a information system based on the railway existing management information system and control system, which is based on the passenger travel info

4、rmation system. It is the railway station car passenger service window, and the railway passenger service image project. China Railway after speed increasing, points to the environment has been greatly improved provides, at the same time, accurate, real-time passenger information has become indispen

5、sable to the development of a step, so to further deepen construction of passenger information system is becoming one of the railway development of the more important issue.This thesis from the status quo of the high-speed rail passenger information system of IPTV technology is introduced to the tra

6、in of the new media, also according to the actual situation of the railway passenger information system, and through the key technologies of 4G communication research, hypothesis of the development of railway communication, design based on a set of 4G communication technology and scheme of IPTV use

7、of the high-speed rail passenger information system.4G as a new generation of communication technology, the more rapid speed of wireless communication won the favor of more and more people, but also promote the China communication industry scale expansion and rapid development of, if the 4G used in

8、railway communication system will add more high work efficiency for the railway transportation system.Keywords: Passenger information system 4G IPTV High speed railway 目 錄第一章緒論1 1.1 鐵路旅客信息系統(tǒng)的發(fā)展1 1.2 4G通信技術(shù)發(fā)展背景1 1.3 IPTV技術(shù)發(fā)展背景2 1.4 課題研究意義3 1.5 課題發(fā)展前景4 1.6 論文完成的主要研究?jī)?nèi)容4第二章 關(guān)鍵技術(shù)及原理6 2.1 4G通信的核心技術(shù)6 2.2 4

9、G通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)8 2.3 IPTV的關(guān)鍵技術(shù)9 2.4 IPTV技術(shù)的整體架構(gòu)10 2.4.1 業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)11 2.4.2 IPTV網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)12第三章 高鐵旅客信息系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)13 3.1 旅客信息系統(tǒng)介紹13 3.2 旅客信息系統(tǒng)的功能13 3.3 旅客信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13 3.4鐵路旅客信息系統(tǒng)工作環(huán)境分析15 3.5鐵路旅客信息系統(tǒng)存在的問(wèn)題15 3.6 IPTV-R系統(tǒng)的研究16 3.6.1 IPTV-R系統(tǒng)功能17 3.7本章小結(jié)17第四章 鐵路下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE-R19 4.1 鐵路通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題19 4.2 引用4G技術(shù)19 4.3 高鐵4G專網(wǎng)覆蓋20 4.

10、4 本章小結(jié)21第五章 結(jié)束語(yǔ)22 5.1 總結(jié)22 5.2 展望22謝辭23參考文獻(xiàn)24大連交通大學(xué)2015屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論1.1 鐵路旅客信息系統(tǒng)的發(fā)展鐵路旅客信息系統(tǒng)是車站客運(yùn)服務(wù)的窗口，是車站信息化建設(shè)的關(guān)鍵。為了加快車站的信息化建設(shè)，進(jìn)一步提高車站的服務(wù)質(zhì)量，研究旅客信息系統(tǒng)具有重要的意義。從20世紀(jì)90年代起，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，日本、法國(guó)、意大利以及英國(guó)等國(guó)家都采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)人性化的鐵路旅客信息系統(tǒng)，各國(guó)鐵路運(yùn)輸企業(yè)建立了完全由計(jì)算機(jī)管理的旅客信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了列車的到發(fā)、中轉(zhuǎn)、?？空九_(tái)、售票和列車運(yùn)行信息以及旅客休閑娛樂(lè)信息等的自動(dòng)發(fā)布和交

11、互式查詢。旅客信息系統(tǒng)由傳統(tǒng)的只提供單向靜態(tài)客運(yùn)服務(wù)信息的方式發(fā)展為動(dòng)靜結(jié)合、實(shí)時(shí)發(fā)布、異地連網(wǎng)、交互查詢的旅客信息系統(tǒng)。我國(guó)在鐵路系統(tǒng)已成功啟動(dòng)了一批大型信息系統(tǒng)，如全路客票發(fā)售與預(yù)定系統(tǒng)、鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)、運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)等。各鐵路局、客運(yùn)站也根據(jù)本單位的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)了不同層面的業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)使用不僅滿足了本單位的需求，也為旅客信息系統(tǒng)的建設(shè)做了前期準(zhǔn)備。1.2 4G通信技術(shù)發(fā)展背景移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段每一代的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新。新一代起源于20世紀(jì)80年代，主要采用模擬和頻分多址（FDMA）技術(shù)。第二代（2G）起源于90年代初期，主要

12、采用時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）技術(shù)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話音，還能傳輸高速數(shù)據(jù)，從而提供快捷方便的無(wú)線應(yīng)用。然而，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)仍是基于地面標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng)，盡管其傳輸速率可高達(dá)2Mb/s，但仍無(wú)法滿足多媒體通信的要求。因此，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）的研究隨之應(yīng)運(yùn)而生。4G通信技術(shù)是繼第三代以后的又一次無(wú)線通信技術(shù)演進(jìn)，其開(kāi)發(fā)更加具有明確的目標(biāo)性：提高移動(dòng)裝置無(wú)線訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的速度-據(jù)3G市場(chǎng)分三個(gè)階段走的的發(fā)展計(jì)劃，3G的多媒體服務(wù)在10年后進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，此時(shí)覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動(dòng)通

13、信系統(tǒng)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，3G服務(wù)的普及率更超過(guò)60%，那么這時(shí)就需要有更新一代的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步提升服務(wù)質(zhì)量。LTE采用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與2G的GSM、3G的UMTS相比，LTE具有更高的速率、更高的頻譜效率、更靈活的載波帶寬及更好的系統(tǒng)兼容性等特點(diǎn)，充分滿足寬帶無(wú)線接入的需求，真正實(shí)現(xiàn)了固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的融合，提高了3G在新興的寬帶無(wú)線接入市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，最終登上了未來(lái)無(wú)線技術(shù)統(tǒng)一者的舞臺(tái)。GSM-R 作為我國(guó)鐵路移動(dòng)通信的主流技術(shù)，承載著車地之間大量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 包括調(diào)度通信、調(diào)度命令、車次號(hào)校核信息、列尾信息、列控信息、機(jī)車同步操作控制信息等。目前，我國(guó)多條高速和客運(yùn)專線， 如京津城際、京滬

14、、京廣、津秦、武廣、鄭西、滬寧、滬杭、合寧、石太、合武、甬臺(tái)溫、溫福、福廈等，均建設(shè)了GSM-R系統(tǒng)。雖然GSM-R在我國(guó)得到了快速的發(fā)展，但GSM-R作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)，屬于窄帶通信系統(tǒng)，頻譜利用率較低，其承載的數(shù)據(jù)速率較低，電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般僅為24009600 bit/s，分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率也僅能達(dá)到一百多kbit/s。這使得現(xiàn)有的 GSM-R 平臺(tái)承載視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議、鐵路旅客移動(dòng)信息服務(wù)等寬帶業(yè)務(wù)的難度非常大?？紤]到未來(lái)高速鐵路移動(dòng)通信的總體需求，國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）在2010年12月召開(kāi)的第七屆世界高速鐵路大會(huì)上,明確指出：高速鐵路移動(dòng)通信長(zhǎng)期演進(jìn)采用鐵路寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)

15、(LTE-R)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。也就是說(shuō)，高速鐵路通信將從2G的GSM-R技術(shù)跨越3G， 直接發(fā)展準(zhǔn)4G的“LTE-R”技術(shù)。1.3 IPTV技術(shù)發(fā)展背景所謂IPTV, 是Internet Protocol Television OR Interactive Personal Television 的英文縮寫, 即為交互式電視, 也稱之為網(wǎng)絡(luò)電視, 其本質(zhì)是基于TCP/ IP 協(xié)議, 在不同物理網(wǎng)絡(luò)( 如FHC、ADSL 等) 中傳送視音頻業(yè)務(wù)的終端。它將寬帶有線電視網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等技術(shù)融合，向家庭用戶提供多種交互式服務(wù)的新型技術(shù)。用戶足不出戶就可以享受兩種方式的IPTV服務(wù)：一是互聯(lián)

16、網(wǎng)，用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)收看影視節(jié)目等視頻或者欣賞音樂(lè)、聽(tīng)廣播等音頻；二是網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒+ 電視機(jī)，用戶安裝網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒，直接和家庭電視機(jī)連接，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒選擇收看網(wǎng)絡(luò)電視或者收聽(tīng)廣播。 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP來(lái)提供包括視頻節(jié)目在內(nèi)的多媒體實(shí)時(shí)交互式業(yè)務(wù)。所以用戶終端可以是IP 機(jī)頂盒加電視機(jī), 也可以是計(jì)算機(jī)PC, 還可以是手機(jī)等可以承載音視頻業(yè)務(wù)的智能顯示設(shè)備。IPTV技術(shù)的最主要的特點(diǎn)就是是電視業(yè)務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用成為了現(xiàn)實(shí)。IPTV利用寬帶業(yè)務(wù)給電視服務(wù)注入了新的服務(wù)內(nèi)容，集合電視業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)的優(yōu)勢(shì)，整合多種多媒體資源，它建立于寬帶技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。它特點(diǎn)顯著，應(yīng)用范圍廣泛，易于學(xué)習(xí)操作簡(jiǎn)

17、單，并且逐漸替代傳統(tǒng)的通訊技術(shù)，迅速成為主流的通訊技術(shù)。IPTV在我國(guó)發(fā)展迅猛，是我國(guó)電視下一步重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)。在三網(wǎng)融合機(jī)遇下，掌握IPTV技術(shù)必將成為電視產(chǎn)業(yè)革新的旗幟與標(biāo)桿。這種在近三年內(nèi)才發(fā)展起來(lái)的新媒體形態(tài)，其形式多樣復(fù)雜、內(nèi)容新穎獨(dú)特。與此同時(shí)，媒體價(jià)值及廣告效果尚待考證。因此，其推廣人員要想說(shuō)服廣告主、取得廣告主信任、甚至拿到廣告主訂單，需要付出幾倍于傳統(tǒng)媒體（電視、廣播、報(bào)紙、通信）推廣人員的努力。1.4 課題研究意義鑒于3G技術(shù)使用的頻點(diǎn)太高，不滿足鐵路部門希望經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在廣泛地域內(nèi)的覆蓋目標(biāo)，而且在語(yǔ)音業(yè)務(wù)上3G技術(shù)與2G技術(shù)并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別等諸多因素，國(guó)際鐵路聯(lián)盟

18、（UIC）明確表示3G技術(shù)不適用于鐵路。雖然 GSM-R 在我國(guó)得到了快速的發(fā)展， 但 GSM-R 作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)， 屬于窄帶通信系統(tǒng)， 頻譜利用率較低，其承載的數(shù)據(jù)速率較低，電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般僅為 2 4009600 bit/s， 分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率也僅能達(dá)到一百多 kbit/s。這使得現(xiàn)有的 GSM-R 平臺(tái)承載視頻監(jiān)控、 視頻會(huì)議、 鐵路旅客移動(dòng)信息服務(wù)等寬帶業(yè)務(wù)的難度非常大?？紤]到未來(lái)高速鐵路移動(dòng)通信的總體需求， 國(guó)際鐵路聯(lián)盟 （UIC） 在 2010 年 12月召開(kāi)的第七屆世界高速鐵路大會(huì)上， 明確指出： 高速鐵路移動(dòng)通信長(zhǎng)期演進(jìn)采用鐵路寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng) ( LTE-R )

19、 技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，未來(lái)GSM-R不會(huì)過(guò)渡到3G，而是直接過(guò)渡到“準(zhǔn)4G”的LTE-R技術(shù)。隨著LTE在公眾運(yùn)營(yíng)網(wǎng)的引入，加速采納這一標(biāo)準(zhǔn)作為鐵路通信演進(jìn)方向的特殊需求也被提上日程，因?yàn)樵皆绲剡m應(yīng)新技術(shù)，鐵路部門就可以更靈活地應(yīng)對(duì)內(nèi)部及外部的通信需求，為未來(lái)的運(yùn)營(yíng)發(fā)展做好準(zhǔn)備。在GSM-R向 LTE-R平滑遷移時(shí)，鐵路部門需要注意以下幾點(diǎn)，例如，盡可能保護(hù)目前GSM-R的投資，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)共用；跨兩個(gè)域的移動(dòng)性與漫游需要透明；保證2G、LTE 業(yè)務(wù)質(zhì)量的一致性，提高QoS等。目前，UIC正在積極研究GSM-R向LTE-R的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，確保GSM-R的生命周期隨電信技術(shù)的不斷發(fā)展而獲得延長(zhǎng)。1.5

20、課題發(fā)展前景隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，也隨著公網(wǎng)移動(dòng)通信GSM 由 2G 向 3G、 4G 方向發(fā)展，GSM最終將淡出舞臺(tái)?；贕SM技術(shù)的 GSM-R 系統(tǒng)向鐵路寬帶移動(dòng)通信技術(shù)LTE-R演進(jìn)已成為必然。根據(jù)UIC提出的向LTE-R 演進(jìn)步驟的設(shè)想， 現(xiàn)階段GSM-R仍然是鐵路移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的承載平臺(tái)，而LTE/SAE系統(tǒng)處于研究、試驗(yàn)之中。未來(lái)510年內(nèi) GSM-R 系統(tǒng)將與 LTE-R 系統(tǒng)并存，GSM-R網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)與傳遞和列車運(yùn)行安全緊密相關(guān)的列控業(yè)務(wù)等，LTE-R 負(fù)責(zé)與非安全數(shù)據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)。再利用大約10年時(shí)間，將大力發(fā)展 LTE-R系統(tǒng)， 越來(lái)越多的業(yè)務(wù)會(huì)轉(zhuǎn)由 LTE-R 網(wǎng)絡(luò)

21、承載。直到最后全部業(yè)務(wù)都由 LTE-R 網(wǎng)絡(luò)承載，完全實(shí)現(xiàn) GSM-R 向 LTE-R 系統(tǒng)演進(jìn)。鐵路旅客信息系統(tǒng)是車站客運(yùn)服務(wù)的窗口，是車站信息化建設(shè)的關(guān)鍵。為了加快車站的信息化建設(shè)，進(jìn)一步提高車站的服務(wù)質(zhì)量，研究旅客信息系統(tǒng)具有重要的意義。針對(duì)鐵路通信的演進(jìn)需求，華為提出基于LTE技術(shù)的LTE-MAR（Multi-Access systemfor Railway）系統(tǒng)，滿足高鐵對(duì)鐵路信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。LTE-MAR的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要包括：滿足高鐵更高等級(jí)的安全監(jiān)控，尤其是視頻監(jiān)控的需求；保證列車高速移動(dòng)條件下對(duì)通信的保障，支持車內(nèi)各種制式的無(wú)線接入技術(shù)，滿足旅客的基本通信及上網(wǎng)的需求；提高系

22、統(tǒng)的兼容性，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)投資等。LTE-MAR系統(tǒng)能夠?yàn)楦咚僖苿?dòng)的列車提供100Mbps以上的接入速率和多種接入方式，支持未來(lái)各種制式終端的接入，為鐵路通信提供面向未來(lái)的解決方案，支持中國(guó)現(xiàn)代化鐵路建設(shè)。在積極推進(jìn)LTE商用進(jìn)程方面，華為目前已經(jīng)成為下一代移動(dòng)通信技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。在3GPP 成立LTE 研究項(xiàng)目之初，華為即開(kāi)始進(jìn)行LTE 研究。通過(guò)在工作組出任主席、副主席職務(wù)，華為承擔(dān)起了推動(dòng)3GPP標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的任務(wù)，在LTE 標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。截至2008年底，華為已經(jīng)累計(jì)向3GPP提交了900多篇LTE提案。1.6 論文完成的主要研究?jī)?nèi)容構(gòu)建統(tǒng)一的集成管理平臺(tái)，將各個(gè)子系統(tǒng)集成到管理平

23、臺(tái)上，對(duì)車站的信息管理系統(tǒng)進(jìn)行集中的控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息的共享。這樣，就可以解決很多旅客信息系統(tǒng)存在的問(wèn)題。本課題根據(jù)車站的實(shí)際情況給出旅客信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，詳細(xì)論述系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，介紹旅客信息系統(tǒng)中用到的顯示設(shè)備IPTV以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。該設(shè)計(jì)具有良好的發(fā)展前景，將會(huì)應(yīng)用到具體的火車站，為車站的信息化建設(shè)服務(wù)，為旅客的出行提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息，進(jìn)一步向更多的火車站推廣使用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。第二章 關(guān)鍵技術(shù)及原理2.1 4G通信的核心技術(shù)4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能

24、夠以100Mb/s的速率下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳速度也能達(dá)到20Mb/s，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。4G與3G之間的主要區(qū)別在于終端設(shè)備的類型， 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)以及構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)類型。終端設(shè)備除了手機(jī)之外應(yīng)當(dāng)包括頭戴式話機(jī)、PDA終端、膝上機(jī)、手表式話機(jī)、電視機(jī)、游戲機(jī)、DVD、零售機(jī)等等，凡是人所能構(gòu)想的和能夠識(shí)別IP地址的無(wú)線電收發(fā)信機(jī)。其次，4G是由多種技術(shù)組成的，包括彼此似乎不相干的技術(shù)，如Wi-Fi、超寬帶無(wú)線電、便攜式電腦、軟件無(wú)線電等技術(shù)構(gòu)成的高速全球通網(wǎng)絡(luò)。4G通信的關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）正交頻分復(fù)用（OFDM）：正交頻分復(fù)用技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將

25、給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號(hào)波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應(yīng)地分配傳輸負(fù)荷，這樣可以優(yōu)化總的傳輸速率。OFDM技術(shù)還能對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統(tǒng)中由于各個(gè)子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。移動(dòng)通信信道的突出特點(diǎn)之一就是信道存在多徑時(shí)延擴(kuò)展，它限制了數(shù)據(jù)速率的提高，因?yàn)槿绻麛?shù)據(jù)速率高于信道的相關(guān)帶寬，信號(hào)將產(chǎn)生嚴(yán)重失真，信號(hào)傳輸質(zhì)量大幅度下降。而OFDM技術(shù)由于具備上述特點(diǎn)，在FDMA、TDMA、CDMA

26、和OFDM等多址方式中，OFDM是4G系統(tǒng)最為合適的多址方案。因此，OFDM技術(shù)已基本被公認(rèn)為4G的核心技術(shù)之一。OFDM技術(shù)主要的技術(shù)難點(diǎn)是系統(tǒng)中的頻率和時(shí)間同步，基于導(dǎo)頻符號(hào)輔助的信道估計(jì)，峰平比問(wèn)題和多普勒頻偏的影響，以及基于OFDM、多載波技術(shù)的新一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方案的研究。（2）智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)：智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等只能功能，被認(rèn)為是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成型波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號(hào)，這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無(wú)線基站端使用天線陣和相關(guān)無(wú)線收發(fā)

27、機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的接收和發(fā)射。同時(shí)通過(guò)基帶數(shù)字信號(hào)處理器，對(duì)各個(gè)天線鏈路上接收到的信號(hào)按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種，全自適應(yīng)方式和基于多波束的波束切換方式。多入多出天線系統(tǒng)技術(shù)最早是由馬克尼于1908年提出的，它利用多天線來(lái)抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對(duì)于普通的SISO系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO系統(tǒng)和MISO系統(tǒng)。信道容量隨著天下愛(ài)你數(shù)量的增大而線性增大，利用MIMO信道可成倍的提高無(wú)線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍的提高。利用MIMO技術(shù)可以提高信道的容量，同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率，前者

28、是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。MIMO系統(tǒng)在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說(shuō)MIMO可以抗多徑衰落，但是對(duì)于頻率選擇性深衰落，MIMO系統(tǒng)依然是無(wú)能為力。目前解決MIMO系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術(shù)。還有一種是利用OFDM。大多數(shù)研究人員認(rèn)為OFDM技術(shù)是4G的核心技術(shù)，4G需要極高頻譜利用率的技術(shù)，而OFDM提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的，在OFDM的基礎(chǔ)上合理開(kāi)發(fā)空間資源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外OFDM由于碼率低和加入了時(shí)間保護(hù)間隔而具有極強(qiáng)的抗多徑干擾能力。由于多徑時(shí)延小于

29、保護(hù)間隔。所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網(wǎng)絡(luò)可以用于寬帶OFDM系統(tǒng)，依靠多天線來(lái)實(shí)現(xiàn)，即采用由大量低功率發(fā)射機(jī)組成的發(fā)射機(jī)陣列消除陰影效應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。（3）軟件無(wú)線電技術(shù)：軟件無(wú)線電是利用數(shù)字信號(hào)處理軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線功能的技術(shù)，能在同一硬件平臺(tái)上利用軟件處理基帶信號(hào)，通過(guò)加載不同的軟件，可實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)功能。它通過(guò)軟件方式，靈活完成硬件功能，具有良好的靈活性及可編程性，可代替昂貴的硬件電路，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，不會(huì)老化，便于系統(tǒng)升級(jí)，降低用戶設(shè)備費(fèi)用。軟件無(wú)線電技術(shù)被認(rèn)為是可以將不同形式的通信技術(shù)有效聯(lián)系在一起的唯一技術(shù)。在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，軟降將會(huì)變得非常復(fù)雜。

30、為此專家們提議引入軟件無(wú)線電技術(shù)，將其作為從第二代移動(dòng)通信桐鄉(xiāng)第三代和第四代移動(dòng)通信的橋梁。軟件無(wú)線電技術(shù)能夠?qū)⒛M信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程盡可能地接近天線，即將A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近RF前端。利用軟件無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行信道分離，調(diào)制解調(diào)和信道編譯碼等工作。軟件無(wú)線電技術(shù)旨在建立一個(gè)無(wú)線電通信平臺(tái)，在平臺(tái)上運(yùn)行各種軟件系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)多通路，多層次和多模式的無(wú)線通信。因此應(yīng)用軟件無(wú)線電技術(shù)，一個(gè)移動(dòng)終端就可以實(shí)現(xiàn)其在不同系統(tǒng)和平臺(tái)之間暢通無(wú)阻的使用。2.2 4G通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2.1 2G、3G、4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D4G系統(tǒng)針對(duì)各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng)，通過(guò)多媒體接入連接到基于IP的核心網(wǎng)中?；贗

31、P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實(shí)現(xiàn)在3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無(wú)縫漫游。4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。（1）物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。（2）中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。（3）物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開(kāi)放的，使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶，這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端，跨越多個(gè)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)商，提供更大范圍服務(wù)。4G網(wǎng)絡(luò)有如下特點(diǎn)：（1）支持現(xiàn)有的系統(tǒng)和將來(lái)系統(tǒng)通用接入的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；（2）與Internet集成統(tǒng)一，移動(dòng)通信網(wǎng)僅僅作為一個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)；（3

32、）具有開(kāi)放、靈活的結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展；（4）是一個(gè)可重構(gòu)的、自組織的、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；（5）智能化的環(huán)境，個(gè)人通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂(lè)等業(yè)務(wù)無(wú)縫連接為一個(gè)整體，滿足用戶的各種需求；（6）用戶在高速移動(dòng)中，能夠按需接入系統(tǒng)，并在不同系統(tǒng)無(wú)縫切換，傳送高速多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；（7）支持接入技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各自獨(dú)立發(fā)展。2.3 IPTV的關(guān)鍵技術(shù)IPTV 技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)。它能使音視頻內(nèi)容節(jié)目或信號(hào)，以IP 包的方式，在不同物理網(wǎng)絡(luò)中，被安全、有效且保質(zhì)地傳送或分發(fā)給不同用戶。它包括音視頻編解碼技術(shù)、音視頻服務(wù)器和存儲(chǔ)陣列技術(shù)、IP單播(unicast)和組播(multicast)技術(shù)、IP QoS技術(shù)、 I

33、P信令技術(shù)（如SIP技術(shù)）、內(nèi)容分送網(wǎng)絡(luò)(CDN)技術(shù)、數(shù)字版權(quán)管理(DRM)技術(shù)、IP 機(jī)頂盒與EPG 技術(shù)、用戶管理和收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)等。它還涉及各種不同的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Cable Modem 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和ADSL 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等。IPTV 技術(shù)能用來(lái)提供將視音頻流媒體節(jié)目，如IP 電視節(jié)目，從節(jié)目中心（first mile）播出，并通過(guò)骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)（last mile）傳輸，直到被用戶接收之端到端的完整技術(shù)解決方案。一個(gè)端到端的IPTV系統(tǒng)一般具有節(jié)目采集、存儲(chǔ)和服務(wù)、節(jié)目傳送、用戶終端設(shè)備和相關(guān)軟件等五個(gè)功能部件。IPTV 前端一般具有完成節(jié)目采集與存儲(chǔ)和服務(wù)

34、二種功能。節(jié)目采集包含節(jié)目的接收（如從衛(wèi)星、CATV 網(wǎng)、地面無(wú)線和 I P / A T M 網(wǎng)絡(luò)等）、節(jié)目的壓縮編碼或變換編碼（transcoding）及格式化、加密和 DRM 打包、以及節(jié)目生成等。節(jié)目存儲(chǔ)和服務(wù)則完成對(duì)節(jié)目采集程序處理后生成節(jié)目的大規(guī)模存儲(chǔ)或播送服務(wù)。 這里的播送服務(wù)不僅要將加密的視音頻流媒體節(jié)目，以 IP 單播或組播的方式，從視頻服務(wù)器播送出去，而且還要對(duì)用戶或用戶終端設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證（authentication），并從DRM授權(quán)/密鑰服務(wù)器(DRM licenseserver)，向被認(rèn)證的用戶或用戶終端設(shè)備傳送DRM授權(quán)/ 密鑰，使用戶能夠?qū)σ呀邮盏募用芤曇纛l流媒體節(jié)目

35、進(jìn)行解密和播放。IPTV 所使用的 DRM 技術(shù)，與傳統(tǒng)的條件接收技術(shù)相比，具有二個(gè)基本的不同之處。一是前者是對(duì)視音頻流媒體內(nèi)容本身進(jìn)行加密，而后者是對(duì)連接 / 傳輸層如 MPEG2 系統(tǒng)復(fù)用層 / 流的加密；二是前者的 DRM 授權(quán) / 密鑰一般不與被加密的視音頻流媒體節(jié)目流一起傳送，而后者的密鑰如E C M 必須與被加密的視音頻流媒體節(jié)目流一起傳送。IPTV 系統(tǒng)的節(jié)目傳送功能是由IP 骨干網(wǎng)、IP 城域網(wǎng)、有線電視前端或電信中心站、以及相應(yīng)的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)完成的。對(duì)以IP 單播或組播方式發(fā)送的視音頻流媒體節(jié)目流進(jìn)行路由交換傳輸，是IP 骨干網(wǎng)和IP 城域網(wǎng)在IPTV 網(wǎng)絡(luò)中要發(fā)揮的基本功能

36、。一般而言，IP 骨干網(wǎng)和IP 城域網(wǎng)現(xiàn)有的路由器可以很容易地支持各種不同的IP 單播路由協(xié)議，但它們必須通過(guò)升級(jí)方能支持IP 組播路由交換。目前，各設(shè)備廠家普遍支持的IP 組播協(xié)議是IGMPv2。為了保證所傳送的IPTV 節(jié)目流的質(zhì)量和實(shí)時(shí)收看性，IP 骨干網(wǎng)和IP 城域網(wǎng)通常要采用各種不同的IP QoS技術(shù)，如Diffserv和MPLS 等。此外，為了提高對(duì)IPTV節(jié)目流點(diǎn)播的響應(yīng)和傳輸實(shí)時(shí)性，以及解決或減緩IPTV 點(diǎn)播請(qǐng)求之沖擊性和波動(dòng)性對(duì)IPTV 前端設(shè)計(jì)容量所造成的壓力，IP 骨干網(wǎng)和IP城域網(wǎng)上普遍采用了內(nèi)容分送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。IP 骨干網(wǎng)和IP 城域網(wǎng)也可以采用不同的低層物理網(wǎng)，以I

37、P over SDH/SONET（即packet over SDH/SONET）、IP over ATM 或 IP over DWD Moptical （如千兆/萬(wàn)兆光以太網(wǎng)）的方式提供傳輸服務(wù)。有線電視前端或電信中心站則根據(jù)相應(yīng)的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，如Cable Modem 網(wǎng)絡(luò)或DSL 網(wǎng)絡(luò)，將IP 視音頻流媒體節(jié)目流以IP over DOCSIS 或IP over DSL 的方式，通過(guò)放在有線電視前端的CMTS 鑒定或電信中心站的DSLAM 設(shè)備，向用戶發(fā)送。有線電視前端或電信中心站還往往配備有視音頻流媒體節(jié)目流內(nèi)容服務(wù)器和DRM 授權(quán)/ 密鑰服務(wù)器，具有節(jié)目存儲(chǔ)和服務(wù)功能。IPTV 用戶終端

38、設(shè)備被用來(lái)接收、存儲(chǔ)和播放及轉(zhuǎn)發(fā)IP 視音頻流媒體節(jié)目?；拘虸PTV 用戶終端設(shè)備的硬件沒(méi)有內(nèi)置cable modem 或DSL modem，它只提供一個(gè)以太網(wǎng)接口，與外部的cable modem 、DSL modem 或以太網(wǎng)HUB 相接。集成式的IPTV 用戶終端設(shè)備則內(nèi)置cable modem 或DSL modem，可與cable modem 或DSL 寬帶網(wǎng)絡(luò)直接相連。高端IPTV 用戶終端設(shè)備還帶有內(nèi)置硬盤，可以提供IPTV DVR 功能，甚至支持IEEE802.11 無(wú)線聯(lián)網(wǎng)功能,能將受DRM 保護(hù)的IP 視音頻流媒體節(jié)目通過(guò)無(wú)線傳輸給其它設(shè)備，如PC 機(jī)等。一個(gè)IPTV 用戶終

39、端設(shè)備必須帶有IPTV 系統(tǒng)所使用的 DRM 技術(shù)的客戶端軟件。為了使IPTV 系統(tǒng)成為一個(gè)開(kāi)放式的業(yè)務(wù)平臺(tái)，IPTV 用戶終端設(shè)備通常還使用了中間件軟件。最后，EPG、用戶管理、媒體資產(chǎn)管理、收費(fèi)及各種應(yīng)用業(yè)務(wù)的相關(guān)軟件也是IPTV 系統(tǒng)之必須具有的部件。2.4 IPTV技術(shù)的整體架構(gòu)IPTV平臺(tái)采用業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)與內(nèi)容運(yùn)營(yíng)平臺(tái)分層的結(jié)構(gòu)，這樣有利于電信運(yùn)營(yíng)商與廣電進(jìn)行合作。業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)時(shí)可界定各自平臺(tái)的功能及接口，加快平臺(tái)的建設(shè)和業(yè)務(wù)的推出。其中內(nèi)容運(yùn)營(yíng)平臺(tái)完成內(nèi)容運(yùn)營(yíng)，主要完成EPG 制作和管理、內(nèi)容處理、播出控制、DRM管理和內(nèi)容運(yùn)營(yíng)管理等功能。業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)完成IPTV業(yè)務(wù)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)，包括業(yè)

40、務(wù)的認(rèn)證、內(nèi)容分發(fā)、運(yùn)維支撐等功能。2.4.1 業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)包括5個(gè)功能模塊：EPG 服務(wù)系統(tǒng)、內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理平臺(tái)、增值業(yè)務(wù)平臺(tái)和運(yùn)維支撐系統(tǒng)。（1）EPG 服務(wù)系統(tǒng)EPG 服務(wù)系統(tǒng)是用戶使用IPTV業(yè)務(wù)的門戶，主要功能是接受用戶請(qǐng)求，下發(fā)EPG 菜單，主要由EPG 源服務(wù)器、各本地網(wǎng)中心EPG 服務(wù)器、邊緣EPG 服務(wù)器組成。IPTV的EPG 服務(wù)系統(tǒng)采用分層、分布式部署的架構(gòu)。EPG 服務(wù)系統(tǒng)自身具有用戶請(qǐng)求調(diào)度、負(fù)載均衡、EPG 模板數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)同步等功能。（2）內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)從內(nèi)容運(yùn)營(yíng)平臺(tái)接收媒體內(nèi)容，完成媒體流的內(nèi)容管理和分發(fā)。內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)采用分層、分布

41、式部署的架構(gòu)，省級(jí)系統(tǒng)包括省級(jí)核心節(jié)點(diǎn)、地市核心節(jié)點(diǎn)、地市骨干節(jié)點(diǎn)、地市邊緣節(jié)點(diǎn)四層。（3）增值業(yè)務(wù)平臺(tái)增值業(yè)務(wù)平臺(tái)突出對(duì)業(yè)務(wù)支持的可擴(kuò)展性，為電信運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展信息服務(wù)、游戲、消息類等增值業(yè)務(wù)提供服務(wù)和接口，定義外部SP通過(guò)增值業(yè)務(wù)平臺(tái)提供增值業(yè)務(wù)服務(wù)，并對(duì)外部SP進(jìn)行統(tǒng)一接入管理。增值業(yè)務(wù)平臺(tái)包括：增值業(yè)務(wù)門戶、增值業(yè)務(wù)頻道、增值業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)、增值業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)。（4）業(yè)務(wù)管理平臺(tái)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)、用戶、CP/ SP的有效管理。業(yè)務(wù)功能包括：用戶管理、CP/ SP管理、業(yè)務(wù)管理、門戶服務(wù)、認(rèn)證鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)結(jié)算、終端管理等。（5）維護(hù)支撐系統(tǒng)IPTV運(yùn)維支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)IPTV業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)中其他

42、子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和管理，提供有效的業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)手段、故障檢測(cè)和定位手段，保障IPTV業(yè)務(wù)的順利運(yùn)營(yíng)。IPTV運(yùn)維支撐系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)層次，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）和網(wǎng)元管理系統(tǒng)（EMS）。各EMS對(duì)相應(yīng)的被管系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，具有以下功能模塊：配置管理、性能管理、故障管理、拓?fù)涔芾?、安全管理、系統(tǒng)管理。NMS通過(guò)EMS對(duì)所有被管系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)IPTV業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的全網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系管理、資源配置管理、端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、重大告警監(jiān)測(cè)。2.4.2 IPTV網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)第一層架構(gòu)為中心節(jié)點(diǎn)，在中心節(jié)點(diǎn)配置完整、高性能的MDN設(shè)備，負(fù)責(zé)與CMS、SMS等設(shè)備接口，完成內(nèi)容發(fā)布以及對(duì)全網(wǎng)的管

43、理。第二層架構(gòu)為區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)，在該中心一般放置部分MDN部件，如CS、MM、RRS設(shè)備，主要完成對(duì)所屬該區(qū)域各個(gè)POP點(diǎn)的內(nèi)容管理與用戶內(nèi)容請(qǐng)求的調(diào)度。同時(shí)還放置EPG服務(wù)系統(tǒng)的EDS模塊，該模塊完成對(duì)STB的登錄調(diào)度，把STB的登錄請(qǐng)求調(diào)度到合適的EPG服務(wù)器上，以便向STB用戶展現(xiàn)節(jié)目單。第三層架構(gòu)為邊緣節(jié)點(diǎn)，包括POP點(diǎn)以及EPG服務(wù)器，直接對(duì)STB用戶提供服務(wù)，POP點(diǎn)可能包括MM、RRS，一定包含ES部件，直接為STB用戶提供媒體服務(wù)。內(nèi)容運(yùn)營(yíng)平臺(tái)EPG制作及管理內(nèi)容處理系統(tǒng)DRM系統(tǒng)播出控制系統(tǒng)內(nèi)容運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)EPG服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)運(yùn)維支撐系統(tǒng)增值業(yè)務(wù)平臺(tái)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)O

44、SS/管賬系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò) 圖2.2 IPTV平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)第三章 高鐵旅客信息系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1 旅客信息系統(tǒng)介紹 旅客信息系統(tǒng)PIS（Passenger Information System）也可稱為導(dǎo)向管理子系統(tǒng)，是車站信息管理系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分。依托多媒體技術(shù)，視頻編碼，傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心，以車站和車載顯示終端為媒介，向旅客提供各種乘車、廣告和天氣預(yù)報(bào)等信息的服務(wù)系統(tǒng)。3.2 旅客信息系統(tǒng)的功能（1）列車服務(wù)信息顯示功能?？刂浦行膶?shí)時(shí)接收到發(fā)管理系統(tǒng)的服務(wù)信息，提供列車到站時(shí)間、運(yùn)行方向、列車變更等信息。（2）實(shí)時(shí)信息顯示功能。包括新聞、天氣、通告等

45、。（3）定時(shí)自動(dòng)播出功能。系統(tǒng)可以根據(jù)事先編輯設(shè)定好的播出列表自動(dòng)進(jìn)行資訊的播出，無(wú)需人為操作。（4）時(shí)鐘顯示功能。讀取時(shí)鐘系統(tǒng)的時(shí)鐘基準(zhǔn)，同步整個(gè)車站旅客導(dǎo)向系統(tǒng)所有設(shè)備的時(shí)鐘，確保終端顯示屏?xí)r鐘的準(zhǔn)確性。（5）城市形象宣傳功能?？梢胍粋€(gè)多媒體形象的展示平臺(tái)，通過(guò)形象視頻、圖片、文字的播出，為城市帶來(lái)更多的形象宣傳。（6）緊急疏散功能。3.3 旅客信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)主要有應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器、DVB-IP、視音頻切換矩陣、LED 同步控制器、LED 異步控制器、PDP 控制器、LED 顯示屏和到發(fā)通告終端等設(shè)備組成。系統(tǒng)架構(gòu)如下圖。2、系統(tǒng)的功能模塊與部分?jǐn)?shù)據(jù)流程

46、系統(tǒng)包括業(yè)務(wù)信息顯示模塊、專題信息顯示模塊、人工導(dǎo)向信息顯示模塊、到發(fā)通告模塊、票務(wù)信息顯示模塊、操作日志和在線幫助，系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如下圖。圖3.1 旅客信息系統(tǒng)的架構(gòu)旅客信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息顯示模塊專題信息顯示模塊人工導(dǎo)向信息顯示模塊到發(fā)通告模塊票務(wù)信息顯示模塊版式編輯模塊在線幫助操作日志圖3.2 旅客信息系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)3.4鐵路旅客信息系統(tǒng)工作環(huán)境分析鐵路是我國(guó)交通綜合運(yùn)輸體系的骨干,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈。自1975年鐵道部電子中心開(kāi)始籌備以來(lái),經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展歷程,鐵路信息化事業(yè)從無(wú)到有、從小到大逐步發(fā)展,建立了一支全路統(tǒng)一管理的信息化隊(duì)伍,先后 發(fā)了TDCS、PMIS等應(yīng)用信息系統(tǒng),鐵路計(jì)算

47、機(jī)應(yīng)用已達(dá)到一定水平,成功地完成了鐵路傳統(tǒng)化管理向信息化管理的重大轉(zhuǎn)變。3.5鐵路旅客信息系統(tǒng)存在的問(wèn)題我國(guó)鐵路雖然已完成了向信息化的成功轉(zhuǎn)型,但還存在以下四個(gè)方面的問(wèn)題:（1）旅客與鐵路客運(yùn)部門互動(dòng)性差我國(guó)現(xiàn)有鐵路業(yè)務(wù)應(yīng)用信息系統(tǒng)大都是基于PC機(jī)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)的,系統(tǒng)的主要面向?qū)ο笫氰F路客運(yùn)站相關(guān)管理與工作人員,使得旅客的主體地位得不到體現(xiàn),導(dǎo)致旅客與鐵路客運(yùn)部門之間不能進(jìn)行有效的溝通與互動(dòng),不符合“以旅客為中心”的服務(wù)理念。（2）信息獲取渠道缺少多樣化。我國(guó)鐵路旅客中存在相當(dāng)數(shù)量的農(nóng)民工、服務(wù)行業(yè)人員和戶外工作人員等,他們受到工作時(shí)間、工作環(huán)境、文化水平等諸多客觀因素的限制,不能有效的通過(guò)現(xiàn)

48、有的自動(dòng)售票機(jī)、呼叫中心、互聯(lián)網(wǎng)等手段進(jìn)行信息獲取與服務(wù)消費(fèi), 導(dǎo)致信息獲取渠道和服務(wù)環(huán)境缺失了公平性與廣泛性。（3）信息獲取方式缺少實(shí)時(shí)便捷性。當(dāng)前旅客主要利用車站或列車上現(xiàn)有系統(tǒng)在乘車前獲取出行信息,缺少一種能夠在乘車前、乘車中、乘車后的整個(gè)出行過(guò)程中隨時(shí)、隨地獲取列車正晚點(diǎn)情況、到站時(shí)間、客票發(fā)售情況等出行相關(guān)信息的獲取方式。（4）服務(wù)信息范圍狹窄。鐵路客運(yùn)專線旅客服務(wù)信息系統(tǒng)是一個(gè)僅提供列車進(jìn)站時(shí)間、列車?？空九_(tái)、列車出站時(shí)間、列車途經(jīng)站點(diǎn)等與列車運(yùn)行相關(guān)信息的孤立的系統(tǒng),尚未與旅游、餐飲、住宿、娛樂(lè)、氣候、交通等和旅客出行密切相關(guān)的社會(huì)綜合服務(wù)信息系統(tǒng)進(jìn)行有效地整合,為旅客提供全方位

49、、多元化的信息服務(wù)以滿足日益增強(qiáng)的旅客出行需求。3.6 IPTV-R系統(tǒng)的研究圖3.3 IPTV-R架構(gòu)IPTV-R的設(shè)計(jì)思路來(lái)源于融合。IPTV-R計(jì)劃通過(guò)普通的核心架構(gòu)來(lái)提供各種業(yè)務(wù)。這種架構(gòu)包括CSCF（會(huì)話控制功能）、MRF（媒體資源功能）、HSS（用戶歸屬服務(wù)）等等。各種IP連接網(wǎng)都可以實(shí)現(xiàn)IPTV-R服務(wù)。IPTV-R主要包括智能控制，視頻會(huì)議，視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)。整個(gè)架構(gòu)以IP網(wǎng)為承載網(wǎng)，在IP承載網(wǎng)上架構(gòu)IMS（IP Multimedia Subsystem）核心網(wǎng)，通過(guò)IMS核心網(wǎng)集成多種應(yīng)用服務(wù)器和媒體服務(wù)器，主要包括視頻監(jiān)控的應(yīng)用服務(wù)器和視頻會(huì)議的應(yīng)用服務(wù)器，分別完成視頻監(jiān)控

50、和視頻會(huì)議的服務(wù)控制。本架構(gòu)主要分A、B兩個(gè)區(qū)域，分別代表前端和后端，兩端的終端設(shè)備既包括各種移動(dòng)設(shè)備，也包括固定設(shè)備，前端主要包括視頻監(jiān)控前端，主要為監(jiān)控?cái)z像頭和前端服務(wù)器；視頻會(huì)議的終端主要為L(zhǎng)TE-R（后面涉及到）網(wǎng)絡(luò)終端和PSTN (Public Switched Telephone Network )網(wǎng)絡(luò)終端。后端主要包括視頻監(jiān)控后端控制中心，和視頻會(huì)議終端。3.6.1 IPTV-R系統(tǒng)功能常規(guī)視頻監(jiān)控：常規(guī)視頻監(jiān)控、捕捉、數(shù)字化、便于管理員以后回放進(jìn)行視頻存檔。集成視頻監(jiān)控和視頻會(huì)議：在視頻會(huì)議中集成視頻監(jiān)控顯示，通過(guò)點(diǎn)擊按鈕來(lái)開(kāi)始視頻會(huì)議的會(huì)話功能。IPTV需求：在高鐵

51、上提供視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)。IPTV廣播業(yè)務(wù)：為高鐵提供預(yù)訂的視頻節(jié)目。3.7本章小結(jié)IPTV-R架構(gòu)希望能夠覆蓋多領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，包括視頻監(jiān)控，視頻會(huì)議，和IPTV點(diǎn)播，當(dāng)用戶更深入的確定IPTV點(diǎn)播需求和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)后，還需要更深入的研究方案。第四章 鐵路下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE-R4.1 鐵路通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題GSM-R作為我國(guó)鐵路移動(dòng)通信的主流技術(shù)，承載著車地之間大量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 包括調(diào)度通信、調(diào)度命令、車次號(hào)校核信息、列尾信息、列控信息、機(jī)車同步操作控制信息等。雖然GSM-R在我國(guó)得到了快速的發(fā)展，但GSM-R作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)，屬于窄帶通信系統(tǒng)，頻譜利用率較低，其承載的數(shù)

52、據(jù)速率較低，這使得現(xiàn)有的GSM-R平臺(tái)承載視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議、鐵路旅客移動(dòng)信息服務(wù)等寬帶業(yè)務(wù)的難度非常大。4.2 引用4G技術(shù)考慮到未來(lái)高速鐵路移動(dòng)通信的總體需求，國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）在2010年12月召開(kāi)的第七屆世界高速鐵路大會(huì)上，明確指出：高速鐵路移動(dòng)通信長(zhǎng)期演進(jìn)采用鐵路寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)(LTE-R)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。也就是說(shuō)，高速鐵路通信將從2G的GSM-R技術(shù)跨越3G，直接發(fā)展準(zhǔn)4G的“LTE-R”技術(shù)。圖4.1 GSM-R系統(tǒng)與LTE-R系統(tǒng)對(duì)比示意圖4.3 高鐵4G專網(wǎng)覆蓋1、設(shè)備選型：高鐵4G專網(wǎng)采用多模RRU+多模天線方案，專網(wǎng)小區(qū)可靈活變更D或F頻段，既為優(yōu)化提供便利，充分挖掘

53、設(shè)備和組網(wǎng)潛力，面向未來(lái)可演進(jìn)：（1）采用FAD四通道多模天線，支持的頻段范圍包括了TDS的FA頻段和LTE的F、D頻段，為后期優(yōu)化充分預(yù)留空間 （2）組網(wǎng)采用FAD三頻RRU，兼顧覆蓋容量，同時(shí)支持FA+D頻段，其中D頻段支持3*20MHz，同多模天線相互匹配 （3）可快速擴(kuò)容到D頻段2*20M或FD跨頻段載波聚合，充分挖掘組網(wǎng)潛力，提升整體容量圖4.22、覆蓋提升：根據(jù)站點(diǎn)位置選擇不同增益的天線4G專網(wǎng)站點(diǎn)距鐵路在200米內(nèi)可以使用21dBi天線，超過(guò)200米需使用18dBi天線 （21dBi天線雖然增益更高，但水平半功率角較小，距鐵路較遠(yuǎn)時(shí)有效覆蓋范圍小于18dBi天線 ）。4G專網(wǎng)天線

54、全部為新增，工程階段合理的方位角、傾角設(shè)置可有效規(guī)避覆蓋異常問(wèn)題，減少后期調(diào)整。根據(jù)鐵路位置、天線高出鐵軌高度、站間距、天線水平、垂直半功率角，制定下傾角和方位角初始值測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)，提供工程人員安裝。 3、參數(shù)優(yōu)化：統(tǒng)一互操作策略確保234G專網(wǎng)無(wú)縫銜接整體策略： 4G終端在4G專網(wǎng)只重選/重定向至2G專網(wǎng)，在2G專網(wǎng)可直接重選回4G專網(wǎng)（若無(wú)4G信號(hào)也可重選到3G專網(wǎng)），減少互操作復(fù)雜性；3G終端在3G專網(wǎng)可重選/切換至2G專網(wǎng)，在2G專網(wǎng)可重選回3G專網(wǎng)； 2G終端占用2G專網(wǎng)。4.4 本章小結(jié)4G通信技術(shù)具有十分明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這是今后一個(gè)時(shí)期引領(lǐng)現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)器。但也必須認(rèn)清當(dāng)前存在的諸多問(wèn)題缺陷和實(shí)際困難，人們有理由相信，隨著4G通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及配套技術(shù)的進(jìn)一步完善，這些缺點(diǎn)和困難都將能夠得到克服和解決。因此，4G通信技術(shù)的完善和推廣，要積極整合以往通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并著力從配套技術(shù)體系的完善上下功夫，4G通信技術(shù)的廣闊前景才會(huì)變成現(xiàn)實(shí)。第五章 結(jié)束語(yǔ)5.1 總結(jié)本課題我們對(duì)4G通信技術(shù)和IPTV技術(shù)進(jìn)行了研究，尤其是對(duì)LTE-R，以及將IPTV技術(shù)引入到列車的方案的設(shè)計(jì)與研究。通過(guò)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)和研究，對(duì)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)和旅客信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及4G通信技術(shù)和IPTV技術(shù)有了