畢業(yè)設(shè)計(GSM-R)

1、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計1 摘要摘要GSM-R（GSM for Railway）是在 GSM 蜂窩系統(tǒng)上增加了調(diào)度通信功能和適合高速環(huán)境下使用的組成要素，能滿足國際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信要求的技術(shù)。由于 GSM-R 可實現(xiàn)跨越國界的高速和一般列車之間的通信，能將現(xiàn)有的鐵路通信應(yīng)用融合到單一網(wǎng)絡(luò)平臺中，以減少集成和運行費用，而且由于 GSM-R 是由已標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備改進(jìn)而成，GSM 平臺上已經(jīng)提供了大量的業(yè)務(wù)，因而引入鐵路專用的功能時只需最低限度地改動，故能保證價格低廉、性能可靠地實現(xiàn)和運行。GSM-R 目前在我國鐵路通信中的應(yīng)用主要有：調(diào)度通信功能、車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息的傳送功能、調(diào)度命

2、令傳送功能、列車尾部裝置信息傳送功能、調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸功能以及列車控制數(shù)據(jù)傳輸功能等等。調(diào)度通信在 GSM-R 中有非常重要的地位，是保證行車調(diào)度員與其管轄區(qū)段內(nèi)各個車站之間進(jìn)行良好業(yè)務(wù)聯(lián)系的專用通信系統(tǒng)，是為鐵路運輸行業(yè)提供實時信息、實現(xiàn)鐵路運輸統(tǒng)一指揮的重要手段。調(diào)度通信包括點對點呼叫、組呼和功能尋址等。GSM-R 調(diào)度通信系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)列車調(diào)度通信、貨運調(diào)度通信、牽引變電調(diào)度通信、其他調(diào)度及專用通信、站場通信、應(yīng)急通信、施工養(yǎng)護(hù)通信和道口通信等。利用 GSM-R 進(jìn)行調(diào)度通信系統(tǒng)組網(wǎng)，既可以完全利用無線方式，也可以同有線方式結(jié)合起來，共同完成調(diào)度通信任務(wù)。功能尋址是非常重要的

3、先進(jìn)尋址功能，是實現(xiàn)集群調(diào)度通信多的關(guān)鍵技術(shù)和必要手段。在功能尋址業(yè)務(wù)中，每個 MSISDN 可以建立與多個功能號碼的映射關(guān)系，但是一個功能號碼一次只能指定給一個用戶。功能尋址業(yè)務(wù)分為語音呼叫功能尋址和短消息功能尋址。論文從 GSM-R 的基礎(chǔ)即 GSM-R 原理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能等入手，闡述了 GSM-R在鐵路通信中的應(yīng)用,并結(jié)合青藏鐵路通信的現(xiàn)狀對 GSM-R 的部分功能在青藏鐵路通信中的應(yīng)用進(jìn)行了設(shè)計。當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)建成以后，網(wǎng)絡(luò)的管路理與維護(hù)也相當(dāng)重要，因此，在論文最后也對此做出了設(shè)計。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：GSM-R；調(diào)度通信；應(yīng)用；維護(hù)。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計2AbstractGSM-R (GSM

4、 for Railway) is a system which adds the scheduling communication function and the elements used in suitable for high-speed environment to the GSM cellular system, and is able to feet with the special railway scheduling communication technology requirements of the International Union of Railways. Be

5、cause GSM-R can control the communication between the cross-border high-speed trains with the general trains, can integrate the existing railway communications applications into a single network platform, to reduce integration and operating costs. And GSM-R is the improvement made by the standardiza

6、tion of equipment, and the GSM platform has provided a lot of business, thus only need minimally changing during the introduction of the railway special features, and it can ensure low prices, and reliable performance to achieve and operation .Currently the using of GSM-R is in Chinas railway commun

7、ications: scheduling communication functions, the information of transfer of train parked and the transfer of the train number functions, scheduling order transfer function, the train tail device messaging function, shunting locomotives, signal and control information system transfer capabilities, a

8、s well as train control data transmission function.GSM-R dispatch communication system is mainly responsible for the train dispatching communications, scheduling communications for cargo, traction substation dispatch communications, scheduling and private communication, station communications, emerg

9、ency communications, construction maintenance communications, and crossing communications. Dispatching communication system network using GSM-R, both can take full advantage of the wireless, can also be combined with wired together to accomplish the scheduling communication tasks.Functional addressi

10、ng is very important for advanced addressing, trunked dispatch communication technology and the necessary means. In the business of functional addressing, each MSISDN can be established with more than one function number mapping, but a function of number can only be assigned to a user. Functional ad

11、dressing business is divided into a voice calling capabilities addressing and the short message function addressing.The basis of the papers from the GSM-R that is GSM-R theory, network structure and functions on GSM-R railway communication, and the status of the Qinghai-Tibet railway 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計3comm

12、unication on the part of the GSM-R function in the Qinghai-Tibet railway communication the application has been designed. When a network is completed, the network of pipeline management and maintenance is very important, therefore, at the end of the paper on this to make the design.Keywords: GSM-R;

13、Scheduling Communication; Applications; Maintenance.目錄目錄摘要.11 緒論.11.1 引言 .11.2 鐵路通信的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 .11.3 現(xiàn)代鐵路運輸對無線通信的發(fā)展要求 .21.4 GSM-R 的發(fā)展歷史及技術(shù)特點.42 GSM-R 系統(tǒng)概述.52.1 GSM-R 基本原理.52.1.1 帶狀覆蓋.62.1.2 面狀覆蓋.82.2 GSM-R 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能.142.2.1 BSS 結(jié)構(gòu)和功能 .162.2.2 NSS 結(jié)構(gòu)和功能.172.2.3 OSS 結(jié)構(gòu)和功能.183 GSM-R 在青藏線中的應(yīng)用.193.1 青藏線 GSM-

14、R 系統(tǒng)介紹.193.1.1 GSM-R 設(shè)計的主要原則及標(biāo)準(zhǔn).193.1.2 GSM-R 傳輸網(wǎng)絡(luò).203.1.3 GSM-R 基站的設(shè)置.213.1.4 越區(qū)切換.223.2 GSM-R 在青藏鐵路上的的應(yīng)用及設(shè)計.223.2.1 調(diào)度通信.223.2.2 功能尋址.273.2.3 調(diào)度命令傳送.353.2.4 列尾裝置信息傳送.363.2.5 調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸.373.2.6 機(jī)車同步控制傳輸.38蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計13.2.7 其他應(yīng)用.394 GSM-R 的維護(hù)與管理.424.1 GSM-R 網(wǎng)絡(luò)管理.424.2 GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的維護(hù).44總結(jié).48致謝.49參考文

15、獻(xiàn).50蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計21 1 緒論緒論1.11.1 引言引言鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，鐵路的運輸能力直接影響著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著鐵路跨越式的發(fā)展，鐵路通信系統(tǒng)也迎來了劃時代的轉(zhuǎn)變，近年來隨著運輸量的日益增長，使得列車重量加大，列車編組加長。GSM-R 技術(shù)是基于成熟、通用的公共移動無線通信系統(tǒng) GSM 平臺之上，專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式移動無線通信技術(shù)。在鐵路通信中，它能夠提供定制的附加功能，如優(yōu)先級和強(qiáng)插功能、話音組呼及廣播功能、位置尋址及功能尋址和安全數(shù)據(jù)通信等，是一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)2。鐵路無線全球通信系統(tǒng) GSM-R 的建設(shè)和使用

16、，表明中國鐵路正不斷吸取國外鐵路的先進(jìn)經(jīng)驗和成果，努力提升自身的經(jīng)濟(jì)技術(shù)結(jié)構(gòu)和規(guī)模水平，加快發(fā)展步伐，爭取在較短時間內(nèi)運輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。1.21.2 鐵路通信的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀鐵路通信的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀新中國成立初期，鐵路長途通信一直采用的是以架空明線和電纜為傳輸媒質(zhì)的載波通信設(shè)備，電話交換大量發(fā)展步進(jìn)制自動交換機(jī)及人工長途臺，在專用通信方面，全路調(diào)度、各站、養(yǎng)路等通信系統(tǒng)改造為鐵路支流脈沖選叫方式。進(jìn)入 70 年代，隨著國外鐵路開始應(yīng)用光纖技術(shù)，我國鐵路光纜、數(shù)字通信也隨之進(jìn)入研究階段；進(jìn)入 80年代中后期，數(shù)字光纖通信已經(jīng)在多條線上試用成

17、功；90 年代數(shù)字光纖通信已經(jīng)在鐵路通信中被廣泛使用，這一時期除光纜建設(shè)迅速發(fā)展以外，其他數(shù)字通信建設(shè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展在交換方面大量采用程控交換設(shè)備。90 年代末全路長途交換網(wǎng)基本形成，在數(shù)據(jù)交換方面根據(jù)鐵路運輸管理信息系統(tǒng) （TMIS）、客票預(yù)定和發(fā)售信息系統(tǒng)及鐵路其他信息業(yè)務(wù)的需要，建設(shè)了鐵路第一個分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)1。在專用通信方面由于光數(shù)字分插設(shè)備的應(yīng)用，區(qū)段通信電纜數(shù)大幅度增加，中間站通信條件大為提高。調(diào)度等共線電話也推廣采用了程控共線設(shè)備。鐵路無線通信系統(tǒng)使用的單信道模擬制式無線通信設(shè)備主要是為滿足話音通信設(shè)計的，主要使用 450M 頻段，共 58 對頻點，固定分配給了無線列調(diào)、站調(diào)

18、、公安等無線系統(tǒng)使用，各個部門間不能相互共享，造成頻率資源的極大浪費，無線通信系統(tǒng)采用頻點（信道）固定分配的方式，信道長期指配給某一系統(tǒng)（通常按專業(yè)劃分）用戶使用，當(dāng)一個信道遇忙時，其它用戶只能等待，往往造成該信道上的用戶爭搶或者出蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計3現(xiàn)阻塞，通信質(zhì)量得不到保證。而信道空閑時，別的系統(tǒng)用戶也并不能利用該信道進(jìn)行通信。這無疑是對頻率資源的一種浪費，也制約了用戶數(shù)量的進(jìn)一步發(fā)展。鐵路無線通信系統(tǒng)樞紐地區(qū)干擾嚴(yán)重，不具備網(wǎng)絡(luò)能力，移動終端對講距離受限，鄰站交界區(qū)易發(fā)生業(yè)務(wù)中斷，各個無線通信系統(tǒng)分散，不能聯(lián)合組網(wǎng)，使得各系統(tǒng)之間用戶無法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，無線、有線調(diào)度網(wǎng)基本獨立，無法形成有機(jī)

19、融合的整體。無線列調(diào)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，并未做任何鑒權(quán)加密處理，對用戶無需進(jìn)行身份識別，只要無線終端用戶頻點和調(diào)制方式與無線列調(diào)相同，便可以加入到無線列調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的通信。因此話音業(yè)務(wù)可以被接收或竊聽，給行車安全帶來極大的隱患。隨著我國鐵路信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，鐵路數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)量的多樣化和高速率，使得 GSM-R 系統(tǒng)在國內(nèi)有著廣闊的發(fā)展空間，GSM-R 技術(shù)也正是順應(yīng)時代的發(fā)展，利用其固有的 GSM-R 網(wǎng)絡(luò)特性，為鐵路信息化和自動化發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，利用通信的手段實現(xiàn)鐵路移動設(shè)施和固定設(shè)施的無縫連接，確保列車平穩(wěn)高速、安全地運行。GSM-R 進(jìn)入中國已有十余年的歷程，鐵道部早期也制定了我國建立

20、GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)：在全國建立一張移動通信網(wǎng)絡(luò)，利用通信的手段實現(xiàn)鐵路移動設(shè)施固定設(shè)施的無縫連接，確保列車平穩(wěn)、安全、高速的運行。經(jīng)過理論研究、技術(shù)之爭、政策審核、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、施工驗收等層層考驗，最終在 GSM-R 工程方面取得了驕人的成績，初步建設(shè)了分別代表高原、重載和繁忙干線的青藏線、大秦線、膠濟(jì)線三條 GSM-R 線路5。其中，青藏線是一條集多種領(lǐng)先技術(shù)于一身的往返于“世界屋脊”的鐵路；大秦線是使中國步入重載領(lǐng)域先進(jìn)行列的標(biāo)志性工程，突破性的實現(xiàn)了年運量 2 億噸的目標(biāo)，現(xiàn)在技術(shù)還在不斷創(chuàng)新，預(yù)計年運量將達(dá)到 4 億噸；膠濟(jì)線的建設(shè)是對 GSM-R 技術(shù)應(yīng)用于具有中國特色環(huán)境的一個嘗試

21、，它的成功與否影響著 GSM-R 技術(shù)在時速200km/h 鐵路線路的普及率。1.31.3 現(xiàn)代鐵路運輸對無線通信的發(fā)展要求現(xiàn)代鐵路運輸對無線通信的發(fā)展要求1、鐵路信息化在鐵路主要干線建設(shè)分散自律、調(diào)度集中系統(tǒng)（CTCS） ，實現(xiàn)調(diào)度指揮現(xiàn)代化。為滿足以旅客為主體的移動信息服務(wù)系統(tǒng)的需要，包括車上訂票服務(wù)、電子移動商務(wù)、旅客移動增值服務(wù)等；滿足鐵路路網(wǎng)移動體(機(jī)車、車輛、集裝箱等)實時動態(tài)跟蹤信息傳輸?shù)男枰?，為開展實時網(wǎng)上信息查詢和各種管理信息系統(tǒng)提供移動傳輸通道。2、調(diào)度指揮和安全生產(chǎn)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計4 作為無線列調(diào)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，同時能夠滿足區(qū)間公務(wù)移動、緊急救援、調(diào)車編組作業(yè)、站場無

22、線等移動話音通信的需要；滿足 TDCS 無線車次號校核、列車尾部風(fēng)壓、機(jī)車狀態(tài)信息、車輛軸溫監(jiān)測、線橋隧道監(jiān)護(hù)、鐵路供電狀態(tài)監(jiān)視、道口防護(hù)等移動和固定無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?；滿足以移動列車為主體的安全信息分發(fā)與預(yù)告警系統(tǒng)的需要，確保沿鐵路線的施工、軌道養(yǎng)護(hù)、平交道口與車輛、車站等人員和設(shè)備的安全，減少事故。3、高速、客運專線鐵路提速、高速和客運專線網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)需要高度可靠、高度安全、快速接入的綜合移動通信系統(tǒng)，以及透明、雙向、大容量的車/地信息傳輸通道。4、機(jī)車綜合通信具有網(wǎng)絡(luò)以及功能號注冊、注銷功能；支持調(diào)度通信系統(tǒng)功能；支持通用數(shù)據(jù)傳輸功能；支持不同制式下的自動或手

23、動切換功能；可向用戶提供機(jī)車所在的小區(qū)位置信息、GPS 信息等。5、基于通信的列車控制隨著列車運行速度的不斷提高，鐵路智能交通系統(tǒng)中車地間的雙向通信顯然已經(jīng)無法通過這些傳統(tǒng)手段完成。為了實現(xiàn)鐵路運輸高效與安全，高速鐵路智能交通綜合信息系統(tǒng)在信息利用方面，必須采用基于通信的列車控制（CBTC）方式。與傳統(tǒng)的基于軌道電路的列車控制（Track Circuit Based Train Control System，簡稱 TBTC）系統(tǒng)相比，CBTC 有很多優(yōu)越性，其中最重要的是：1）列車和地面控制設(shè)備之間通過雙向無線通信傳遞信息，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使列車運行的安全性大大提高；2）CBTC 可以實現(xiàn)移

24、動閉塞方式（Moving Automatic-block System，簡稱 MAS） ，使兩列車追蹤間隔大大縮短，提高列車在區(qū)間追蹤運行的密度，從而大大提高鐵路運輸效率。目前國內(nèi)對移動閉塞進(jìn)行了初步研究。我國鐵路移動通信從無到有，從模擬到數(shù)字，從單一業(yè)務(wù)到多業(yè)務(wù)再到綜合業(yè)務(wù)，這一方面是鐵路運輸發(fā)展的需要，也是技術(shù)進(jìn)步的趨勢。IT 業(yè)在過去 20 年突飛猛進(jìn)，表現(xiàn)在：微電子技術(shù)從微米向納米技術(shù)過渡；交換網(wǎng)絡(luò)已程控化，從單一業(yè)務(wù)向智能多業(yè)務(wù)交換發(fā)展；骨干傳輸網(wǎng)朝著全光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展；接入網(wǎng)出現(xiàn)三網(wǎng)融合(計算機(jī)、通信、廣播)；蜂窩公眾移動通信已經(jīng)完成從模擬到數(shù)字的過渡，朝著寬帶多媒體發(fā)展；蘭州交通大

25、學(xué)畢業(yè)設(shè)計5無線局域網(wǎng)朝著寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) IP 化，移動 IP 和移動計算成為電子商務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。IT 業(yè)的這些技術(shù)進(jìn)步必將推動鐵路綜合數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。1.41.4 GSM-R 的發(fā)展歷史及技術(shù)特點的發(fā)展歷史及技術(shù)特點最初開發(fā) GSM-R 的原因是無線頻率的利用效率較低，鐵路網(wǎng)絡(luò)之間不同的通信系統(tǒng)的互操作性有限。1992 年，歐洲鐵路的主管組織 UIC（國際鐵路聯(lián)盟）認(rèn)為，GSM正在逐漸成為移動通信的實用標(biāo)準(zhǔn)，并發(fā)現(xiàn) GSM 的功能能夠為鐵路的新型數(shù)字通信系統(tǒng)提供一個理想的平臺。于是，作為 EIRENE（歐洲統(tǒng)一鐵路無線增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)）項目的一部分，關(guān)于 GSM-R 數(shù)字無線標(biāo)

26、準(zhǔn)規(guī)范化的工作陸續(xù)展開。1995 年，MORANE（歐洲鐵路移動無線電通信）項目啟動，EIRENE 制定的標(biāo)準(zhǔn)得到認(rèn)可，開始生效。GSM-R 是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無線通信系統(tǒng) GSM 平臺上的、專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式的無線通信系統(tǒng)，針對鐵路通信列車調(diào)度、列車控制、支持高速列車等特點，為鐵路運營提供定制的附加功能的一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合無線通信系統(tǒng)。從集群通信的角度來看，GSM-R 是一種數(shù)字式的集群系統(tǒng)，能提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、應(yīng)急通信、養(yǎng)護(hù)維修組通信等語音通信功能。GSM-R 能滿足列車運行速度為 0-500km/h 的無線通信要求，安全性好。此外，機(jī)車同步操控

27、信息傳送業(yè)務(wù)對無線通信系統(tǒng)還有一定的要求：全線不能存在無線通信盲區(qū)；傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包出現(xiàn)差錯時允許重傳，但傳輸連續(xù)失敗不能超過規(guī)定的時間；上、下行列車通信之間不能相互干擾；允許在同一車站內(nèi)同一個方向的多趟列車運行；從控和主控之間的通信不受距離限制。GSM-R 正是滿足上述要求的最佳系統(tǒng)，比基于常規(guī)對講無線通信方式要優(yōu)越的多。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計62 2 GSM-R 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2.12.1 GSM-R 基本原理基本原理GSM-R（GSM for Railway）是在 GSM 蜂窩系統(tǒng)上增加了調(diào)度通信功能和適合高速環(huán)境下使用的要素組成，能滿足國際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信要求的技術(shù)。由于 G

28、SM-R 可實現(xiàn)跨越國界的高速和一般列車之間的通信；能將現(xiàn)有的鐵路通信應(yīng)用融合到單一網(wǎng)絡(luò)平臺中，以減少集成和運行費用；而且由于 GSM-R 是由已標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備改進(jìn)而成，GSM 平臺上已經(jīng)提供了大量的業(yè)務(wù)，因而引入鐵路專用的功能時只需最低限度地改動，故能保證價格低廉、性能可靠地實現(xiàn)和運行；在 GSM Phase 2中添加了 ASCI（增強(qiáng)的語音呼叫業(yè)務(wù)）特性，能靈活地提供專網(wǎng)中所需的語音調(diào)度服務(wù)如 VBS、VGCS 和 eMLPP，因此 GSM-R 是面向未來的技術(shù)，它將從廣闊的 GSM 公網(wǎng)市場和 GSM 技術(shù)的不斷演進(jìn)中獲益，具有巨大的發(fā)展空間。GSM-R 在歐洲取得巨大的成功，目前超過 3

29、0 個鐵路公司已承諾在其國際路網(wǎng)中使用該技術(shù)。GSM-R 系統(tǒng)很多技術(shù)借鑒了公網(wǎng)的 GSM 技術(shù)，保留了 GSM 的大體結(jié)構(gòu)，使得從一開始 GSM-R 系統(tǒng)就是一個成熟可靠的系統(tǒng)，它的絕大多數(shù)軟硬件都已在現(xiàn)網(wǎng)中得到檢驗。不僅如此，由于二者都可以工作在 900M 頻段，因此在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面也是基本相同的。GSM-R 系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計也可借助于已成熟的 GSM 系統(tǒng)工具，可以方便快捷地為用戶提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)計安裝。GSM-R 的基本特性已在鐵路網(wǎng)的 MORANE 試驗中得到安裝、測試和驗證。出于眾多的需要，GSM 新技術(shù)如 GPRS 已經(jīng)規(guī)范化并將安裝使用。向 UMTS 的演進(jìn)將提供新的業(yè)務(wù)和更加強(qiáng)大的

30、無線系統(tǒng)。GSM-R 據(jù)此可最大限度地引入新的業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)模型如圖 2-1 所示。 調(diào)度通信平面調(diào)車自動列控制（CTCS）遠(yuǎn)程控制鐵路緊急救援移動服務(wù)尾部風(fēng)壓檢測高速數(shù)字通信旅客綜合列車信息移動服務(wù)區(qū)間移動通信軌道維護(hù)移動服務(wù)功能尋址功能號的表示與位置有關(guān)的尋址介入矩陣eMLPPVBSVGCS鐵路應(yīng)用鐵路運營特色電信業(yè)務(wù)-ASCI圖 2-1 GSM 與 GSM-R 的關(guān)系業(yè)務(wù)模型蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計7GSM-R 系統(tǒng)保留了 GSM 的基本結(jié)構(gòu)，同時還需要一個存儲組呼屬性的寄存器來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能組呼寄存器(GCR)。GCR 實際上相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)庫，存儲有關(guān)語音組呼的信息。它被視為一個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可

31、以放在直接與 MSC 相連的 PABX 中，也可以放在 MSC 中，或者作為 HLR 的組成部分。在空中接口方面，GSM-R 在 GSM 的基礎(chǔ)上增加了通知信道 NCH，用來傳送包含組呼信息和組呼信道信息。NCH 的位置在 BCCH 的系統(tǒng)消息中廣播。本文將從面狀覆蓋和線狀覆蓋兩種覆蓋方式的角度來介紹 GSM-R 工作原理。2.1.12.1.1 帶狀覆蓋帶狀覆蓋在鐵路、公路、狹長的水面上這樣的呈帶狀的地區(qū)，往往采用線狀覆蓋的方式。線狀覆蓋使用的蜂窩基本原理與面狀覆蓋類似，只是在小區(qū)頻率組的分配和重疊區(qū)的問題上要單獨考慮13。1、頻率復(fù)用 在線狀覆蓋中，一般以圓形小區(qū)為模型來進(jìn)行分析和設(shè)計。在鐵

32、路和公路的覆蓋中，移動臺往往處于高速移動狀態(tài)，信號的場強(qiáng)變化復(fù)雜，很難確定相鄰小區(qū)的覆蓋邊界，通常從場強(qiáng)的平均變化這一意義上來理解覆蓋區(qū)域。 如圖 2-2 所示沿著覆蓋區(qū)域的分布按照 n 個小區(qū)為一組的間隔可以進(jìn)行頻率復(fù)用，n 的取值要考慮到頻率利用率、同頻干擾和建網(wǎng)成本，一般可以取 2 、3 、4 。.3R-2aaRdsd1=(2n-1)R-nann+1123圖 2-2 帶狀網(wǎng)的信干比示意圖在圖 2-2 中，假設(shè)小區(qū)半徑為 R，相鄰小區(qū)的交叉寬度為 a，第 n+1 區(qū)與第一區(qū)為同頻道小區(qū)。顯然，在移動臺處于覆蓋區(qū)邊緣時，同頻干擾最為嚴(yán)重。路徑損耗指數(shù)為 4，采用兩小區(qū)、三小區(qū)、n 小區(qū)的頻率

33、復(fù)用方案得到的移動臺接收 C/I 值分別為： 兩小區(qū)復(fù)用 (2-1)40log()32CRdBIRa 三小區(qū)復(fù)用 (2-2)40log()53CRdBIRa 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計8小區(qū)復(fù)用 (2-3)n40log()(21)CRdBInRna 因此，可以根據(jù)式 2-3 和的設(shè)計要求，求出重疊區(qū)的寬度。同時可以看出：C Ia對信干比要求高的系統(tǒng)，小區(qū)數(shù)多，因而頻率組多，基站數(shù)也增加。2、平衡設(shè)計 線性覆蓋在線性區(qū)域的兩側(cè)應(yīng)該是對稱的，在高速移動的環(huán)境中要盡量使小區(qū)的數(shù)目最小，中繼效率最大，每個小區(qū)的信道都可以為兩個方向的用戶服務(wù)，這就要求較高的基站發(fā)射功率。但是基站的高發(fā)射功率可能會造成上下行鏈

34、路的不平衡，結(jié)果上行鏈路會因為噪聲太大而無法使用。平衡的設(shè)計保證上下行鏈路具有同等的強(qiáng)度，使得任意小區(qū)的雙向用戶都有較好的接收質(zhì)量。平衡設(shè)計的關(guān)鍵是要在四面建立天線群系統(tǒng)。兩個發(fā)射天線和兩個接收天線分別指向道路兩邊，下行鏈路的信號從小區(qū)沿著道路向兩個方向輻射。兩個接收天線按同樣的方式朝向兩個方向。每個天線與一個多路耦合器連接，多路耦合器由預(yù)選濾波器、放大器和分離器組成。兩個接收機(jī)的多路耦合器連接一個接入信道和所有的話音信道。3、小區(qū)分層 根據(jù)覆蓋地區(qū)的人口密度和移動臺移動速度的要求，可以按照覆蓋范圍的大小將小區(qū)分為以下四種類型： 擴(kuò)展小區(qū)：半徑 35km120km ，主要由于沿海地區(qū)海域的覆蓋

35、；宏小區(qū)：半徑 1km35km，用于高速公路和人口較稠密的地區(qū)。要求具有高的抗干擾靈敏度和安全的頻率復(fù)用模型； 微小區(qū)：半徑 0.1km1km ，用于城市繁華地段。要求用高的干擾隔離度，使用少量頻率就可以實現(xiàn)密集頻率復(fù)用；微微小區(qū)：半徑小于 0.1km，用于室內(nèi)環(huán)境，如商場、會議中心、辦公樓等。 根據(jù)小區(qū)的大小不同，天線假設(shè)的高度也不一樣。一般來講，宏小區(qū)的天線架設(shè)在建筑物的頂部，微小區(qū)的天線地域建筑物，微微小區(qū)的天線一般安裝在室內(nèi)。 在進(jìn)行實際的覆蓋設(shè)計時，可以根據(jù)實際的地形環(huán)境和業(yè)務(wù)密度將集中小區(qū)結(jié)合使用。這里介紹分層小區(qū)的覆蓋。分層小區(qū)主要用于高速公路和城市主干道覆蓋，它解決了用戶的切換

36、和大業(yè)務(wù)密度之間的矛盾。兩層中的上層采用傘狀宏小區(qū)，主要負(fù)責(zé)快速移動用戶，避免頻繁的越區(qū)切換，它還可以填補(bǔ)微小區(qū)覆蓋的盲區(qū)。下層是微小區(qū)覆蓋，主要負(fù)責(zé)步行移動用戶，另外當(dāng)發(fā)生堵車這樣的業(yè)務(wù)密度突然增大的情況，也可以由蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計9宏小區(qū)覆蓋轉(zhuǎn)換為微小區(qū)覆蓋。這樣就可以在上下層間進(jìn)行切換，滿足不同用戶的需求。2.1.22.1.2 面狀覆蓋面狀覆蓋當(dāng)服務(wù)區(qū)不呈條狀而是一個寬廣的平面時，稱為面狀服務(wù)區(qū)。在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)，通常組成蜂窩式的網(wǎng)絡(luò)，這將比帶狀網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多。1、小區(qū)形狀 在移動通信中，如果使用全向天線，人們很容易聯(lián)想到應(yīng)該采用圓形的小區(qū)，但是從電磁波傳播的角度考慮，圓形并不是最理

37、想的形狀。如圖 2-3 所示，使用圓形的面狀覆蓋存在許多重疊區(qū)域和無覆蓋區(qū)域。為確保無盲區(qū)的完全覆蓋，通常使用多邊形的小區(qū)。236514圖 2-3 圓形小區(qū)的覆蓋我們可以用數(shù)學(xué)方法證明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個區(qū)域，可取的只有正六邊形、正三角形和正方形。而面狀覆蓋的服務(wù)區(qū)中，通常采用正六邊形的小區(qū)形狀。六邊形比正方形和正三角形在半徑相同的情況下，覆蓋面積要多 30%100%，如圖 2-4 所示。因此采用六邊形的設(shè)計需要較少的小區(qū)，較少的發(fā)射基站。同樣，六邊形覆蓋的系統(tǒng)費用也要低于正方形和正三角形13。需要指出的是，正六邊形的小區(qū)形狀只具有理論分析和設(shè)計上的意義，在實際工程中，小區(qū)的

38、形狀取決于電波傳播的條件和天線的方向性。RRR圖 2-4 多邊形小區(qū)2、頻率復(fù)用在蜂窩系統(tǒng)中，系統(tǒng)會給每一個小區(qū)的基站分配一組信道，只要相隔距離足夠遠(yuǎn)，相同的信道可以在另一個小區(qū)重復(fù)使用，這就是頻率復(fù)用的思想。我們把由若干個使蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計10用全部頻率的小區(qū)組成的集合稱為一個簇，把不同簇中使用相同頻率的小區(qū)稱為同頻小區(qū)，任意兩個同頻小區(qū)之間的距離稱為同頻復(fù)用距離。為了避免同頻小區(qū)之間的干擾，必須選定一個合適的同頻復(fù)用距離4。構(gòu)成一個簇必須滿足：簇的區(qū)域能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積；相鄰簇間同頻小區(qū)的距離相等且為最大。設(shè)一個簇中的小區(qū)數(shù)為,滿足以上條件的的取值NN是有限的，可以通過式

39、 2-4 確定的值。 N (2-4)22Niijj式 2-4 中， 、為非零正整數(shù)。這一公式提供了尋找最近的同頻小區(qū)的方法：沿某一ij小區(qū)的任意一條六邊形鏈移動個小區(qū)后，逆時針旋轉(zhuǎn) 60 度后再移動個小區(qū)，此時到達(dá)的小區(qū)即為同頻小區(qū)。為了更好的表達(dá)頻率復(fù)用率與系統(tǒng)容量之間的關(guān)系，我們引用與的比值來作DR為衡量系統(tǒng)容量的一個重要參數(shù)，這一比值稱為同頻復(fù)用比，用來表示： Q (2-5)3DQNR可見，的值只與簇的大小有關(guān)，的值越小，系統(tǒng)容量越大；但是值大可以QQQ提高傳播質(zhì)量，因為同頻干擾小。在實際的蜂窩系統(tǒng)設(shè)計中，要恰當(dāng)?shù)倪x擇值，在Q容量和干擾之間進(jìn)行折衷。目前常用的蜂窩網(wǎng)簇的結(jié)構(gòu)有=12、9、

40、7、4 和 3。N3、話務(wù)量和呼損率在通信系統(tǒng)中，信道的資源是有限的，而用戶的數(shù)量是不斷增長的，用戶在系統(tǒng)中占用資源的時間和頻率都是隨機(jī)的。要想衡量資源的使用率，只能采取統(tǒng)計的方法來表達(dá)這個隨機(jī)的系統(tǒng)。蜂窩系統(tǒng)采用中繼的概念，在中繼的無線通信系統(tǒng)中，每個用戶只有在呼叫時才分配給一個信道，一旦通話結(jié)束，原先占用的信道就立即釋放，可以再被其他用戶使用。在中繼系統(tǒng)中用話務(wù)量強(qiáng)度來表達(dá)資源的占用率，這個概念是丹麥的數(shù)學(xué)家愛爾蘭（Erlang）提出的，因此使用他的名字來作為話務(wù)量強(qiáng)度的單位。話務(wù)量強(qiáng)度定義為在一定時間內(nèi)信道完全被占用的時間（或平均通話時間）與這段時間的比值，即信道的時間利用率，通常用 A

41、 來表示。例如一個信道在一小時內(nèi)平均通話時間為 3 分鐘，它的話務(wù)量強(qiáng)度為 3/60=0.05Erlang。話務(wù)量強(qiáng)度是一個無量綱的值，可以用來表征單個或多個信道的時間利用率。系統(tǒng)中每個用戶的話務(wù)量強(qiáng)度可以用呼叫次數(shù)（）和平均呼叫保持時間 Hu的乘積來表示：蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計11 (2-6)uuAH對于系統(tǒng)中總的用戶數(shù)為 U 時，系統(tǒng)中總的話務(wù)量 A 可以用式 2-7 表示。 (2-7)uUAA 如果系統(tǒng)中的信道數(shù)為 C，則平均每個信道的話務(wù)量強(qiáng)度用式 2-8 表示。 (2-8)CUAAu由于系統(tǒng)擁塞導(dǎo)致呼叫無法完成的概率，或是呼叫的延遲時間大于排隊時間的概率叫做呼損率?？偟脑拕?wù)量與完成話務(wù)

42、量之差即為損失話務(wù)量。由此我們可以得到呼損率的計算公式： (2-9)uuAABA由此可見，呼損率越小，成功呼叫的概率越大，用戶就越滿意因此呼損率也是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的主要指標(biāo)。例如，某系統(tǒng)的服務(wù)等級為 3%，那就說明該系統(tǒng)內(nèi)的用戶每呼叫100 次，其中用三次未被接通。4、信道分配策略蜂窩系統(tǒng)的信道分配分為兩個步驟：首先要將所有的頻率資源分組，其次以動態(tài)的或固定的方法為用戶分配信道。信道分配應(yīng)遵循以下幾個原則：確定載頻的中心頻率、信道間隔、收發(fā)雙工間隔等參數(shù)值。如 R-GSM（鐵路GSM）系統(tǒng)，工作的頻段為 876MHz915MHz/921MHz960MHz，信道間隔為200KHz，雙工間隔為 45

43、MHz。確定頻率之間互調(diào)干擾最小的分組方法?？紤]天線類型，基站發(fā)射功率，服務(wù)質(zhì)量等因素，在盡量減小同頻干擾的前提下確定分組的組數(shù)。在同一組中，不能采用連續(xù)的頻率，減小鄰道干擾。相鄰的信道不分配給相鄰的小區(qū)或扇區(qū)。頻率的規(guī)劃要結(jié)合蜂窩網(wǎng)容量和規(guī)模的后續(xù)發(fā)展。在對頻率資源進(jìn)行分組后，可以采用兩種方式為蜂窩小區(qū)分配信道組：固定信道分配和動態(tài)信道分配。在固定信道分配方案中，每個小區(qū)分給一組信道，該小區(qū)的用戶只能使用這一組信道，如果出現(xiàn)信道全部被占用情況，新的呼叫就會被拒絕，只有蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計12存在空閑信道時，才能再發(fā)起呼叫。這種方式的優(yōu)點是管理和控制過程容易，缺點是系統(tǒng)的資源不能得到有效利用，

44、尤其是當(dāng)用戶數(shù)量突然增加時，系統(tǒng)的呼損率較大。另一種方法是動態(tài)信道分配。這種方法不是固定小區(qū)所使用的信道，而是多個小區(qū)可以使用相同的信道，每個小區(qū)的信道數(shù)時不固定的。當(dāng)業(yè)務(wù)量大時，分配給該小區(qū)的信道數(shù)就多，業(yè)務(wù)量減小時還可以再把這些信道分配給其他小區(qū)使用。在這種方式中，信道都由 MSC（移動交換中心）來管理和執(zhí)行分配。這種方法的優(yōu)點是有效的利用了資源，降低了呼損率，但是由于在動態(tài)分配的過程中要監(jiān)視信道的使用情況，檢查所分配的信道是否滿足干擾的要求，需要收集和處理大量的數(shù)據(jù)，因此控制復(fù)雜，成本較高。但是與固定信道的分配方式相比，信道利用率可以提高 20%50%。5、提高系統(tǒng)容量的方法 隨著用戶數(shù)

45、量的增長，需要不斷地提高蜂窩系統(tǒng)的容量。實際中常使用的提高蜂窩系統(tǒng)容量的方法有小區(qū)分裂和劃分扇區(qū)。小區(qū)分裂根據(jù)用戶密度的變化，在現(xiàn)有小區(qū)的基礎(chǔ)上劃分更小的小區(qū)來提高頻率復(fù)用率。劃分扇區(qū)利用天線的方向性來控制干擾，從而提高系統(tǒng)容量。 下面我們重點介紹一下小區(qū)分裂的原理13。小區(qū)分裂是將業(yè)務(wù)量增大的小區(qū)分成更小的小區(qū)，分裂后的每個小區(qū)都有自己的基站，基站的天線高度要相應(yīng)降低，發(fā)射機(jī)功率也要減小。小區(qū)分裂通過增加基站數(shù)量，使得單位覆蓋面積內(nèi)的信道數(shù)增加，從而提高頻率復(fù)用率，增大系統(tǒng)容量。在圖中用同心圓表示原基站，用小黑點表示分裂后新小區(qū)的基站。原基站 1 的周圍新增加了 2-7 六個新基站，每個新基

46、站位于兩個原基站之間。同頻基站之間的距離稍大于一個原小區(qū)的直徑。每次小區(qū)分裂均保持相同的幾何關(guān)系。 如圖 2-5 所示 ，如果采用分裂后的小區(qū)半徑為原小區(qū)半徑一般的分裂方案，則分裂后小區(qū)的面積為原小區(qū)面積的四分之一。這種分裂方法可以使小區(qū)的容量增加到原容量的 4 倍。假如在此基礎(chǔ)上分裂 K 次，那么原區(qū)中可容納的業(yè)務(wù)量增加為 (2-10)04KnTT式中，為分裂前原小區(qū)業(yè)務(wù)量。0T蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計131237456234567圖 2-5 小區(qū)分裂可以發(fā)現(xiàn)在小區(qū)分裂的初期，兩種不同直徑的小區(qū)共存。為了避免同頻干擾，同頻復(fù)用比必須有一個最小值。對于圖 2-5 的情況，半徑小的小區(qū)的 Q（同頻復(fù)

47、用比）與半徑大的小區(qū)的 Q 相同。在兩種小區(qū)中發(fā)射功率也要發(fā)生變化，既要防止半徑不同的同頻小區(qū)之間的同頻干擾，也不能只降低大區(qū)的發(fā)射功率而造成盲區(qū)的出現(xiàn)。因此原小區(qū)的信道必須分為兩組，一組適應(yīng)半徑小的小區(qū)的復(fù)用要求，一組適應(yīng)大的小區(qū)的復(fù)用要求。在分裂的初期，小半徑小區(qū)的信道數(shù)分配的少一些，隨著用戶數(shù)量的增長，分裂不斷進(jìn)行，這時小半徑小區(qū)的信道數(shù)就會增加。實際中常采用天線下傾的方式來減小水平方向的覆蓋范圍，構(gòu)成分裂后小區(qū)的覆蓋。6、干擾限制和防護(hù)干擾是制約蜂窩系統(tǒng)容量的一個重要因素。話音信道上的干擾會造成串話，或者用戶聽到很大的背景噪聲；信令信道上的干擾則會導(dǎo)致誤碼率的升高，使呼叫遺漏或阻塞。蜂

48、窩系統(tǒng)中的干擾主要由兩種類型：同頻干擾和鄰道干擾。針對這兩種類型的干擾，在蜂窩系統(tǒng)中采取了調(diào)節(jié)天線覆蓋方式，發(fā)射功率，合理分配頻率的方法來對干擾進(jìn)行防護(hù)。1)同頻干擾同頻干擾是由于采用了頻率復(fù)用，在同頻小區(qū)之間產(chǎn)生的干擾。同頻干擾不能簡單的通過增大發(fā)射機(jī)的功率來克服，因為這樣會導(dǎo)致相鄰小區(qū)之間的干擾。同頻干擾又有兩種形式，前向鏈路的干擾和反向鏈路的干擾。我們用同頻干擾信噪比 C/I 來衡量接受機(jī)的接收質(zhì)量。設(shè)同頻干擾的小區(qū)數(shù)為 i0，那么前向鏈路移動臺的接收信噪比就可以表示為：蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計14 (2-11)01iiiCSII其中，C 是移動臺接收到的基站載波信號的功率，是第 個同頻小區(qū)

49、的基站信號對iIi移動臺的干擾功率。我們試圖在 C/I 和同頻復(fù)用距離之間建立起聯(lián)系，來對小區(qū)的覆蓋進(jìn)行規(guī)劃?？紤]到電磁波在無線信道中的傳輸功率隨著傳輸距離的增大而衰減，用下式來估算距離發(fā)射天線 d 處的接收點接收到的平均信號功率： (2-12)nrddPP)(00式中 Pr是接收功率，P0是距發(fā)射天線 d0處的參考點的功率，n 是路徑衰減指數(shù)。由式2-12 可建立起同頻基站的干擾功率與同頻復(fù)用距離的關(guān)系。因此，假設(shè)每個同頻基站的發(fā)射功率相等，路徑衰減指數(shù)也相同，則移動臺的接收信噪比可以近似的表示為： (2-13) 01iininDRIC在實際設(shè)計中由于移動臺在小區(qū)中位置的變化，基站位置偏差，

50、傳播環(huán)境的起伏，小區(qū)形狀的扭曲，實際得到的 C/I 值要比理論計算的結(jié)果差，因此要以最差的 C/I 為依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。以上的討論僅基于基站使用全向天線的情況，當(dāng)使用定向天線時，同頻干擾的小區(qū)數(shù)會減少，計算 C/I 是要充分考慮 i0的取值和基站的位置。解決同頻干擾可以采取以下幾種措施：定向天線覆蓋。使用定向天線可以減少同頻干擾的小區(qū)數(shù) i0，從而提高接收信噪比，減小同頻干擾。 優(yōu)化同頻復(fù)用距離和頻率分配方案。根據(jù)傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)量的變化情況，調(diào)整同頻復(fù)用距離和頻率分配方案，以適應(yīng)不同的 C/I。天線高度和傾角的調(diào)整。調(diào)整天線高度和傾角可以改變小區(qū)的覆蓋范圍和小區(qū)形狀，減小同頻干擾。2)鄰道干擾

51、由與所使用頻率相鄰的頻率產(chǎn)生的信號干擾稱為鄰道干擾。鄰道干擾的產(chǎn)生主要是因為接收濾波器的阻帶衰減不夠陡峭引起了相鄰頻帶信號的泄漏。只有當(dāng)兩個相鄰頻率的接收機(jī)距離很近，干擾信號的強(qiáng)度超過了接收機(jī)靈敏度時，鄰道干擾才會對接蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計15收機(jī)的正常工作造成影響。這種移動臺被臨近頻率的發(fā)射機(jī)俘獲的現(xiàn)象成為遠(yuǎn)近效應(yīng)。鄰道干擾可以通過提高濾波器的精度和合理的信道分配而減到最小程度。通常用接收機(jī)的鄰道選擇性來表示抗鄰道干擾的能力，它主要由接收中頻濾波器的阻帶衰減特性決定。因為每個小區(qū)只是分給所有可用信道中的一部分，因此在可以通過避免在相鄰小區(qū)之間分配連續(xù)的頻率，同時使相鄰小區(qū)之間的頻率間隔最大來減

52、小鄰道干擾。2.22.2 GSM-R 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能GSM-R 陸地移動網(wǎng)絡(luò)是由一個管理者或?qū)ｉT的機(jī)構(gòu)組織建立并執(zhí)行操作的，它的目的是為鐵路提供陸地移動通信的各種業(yè)務(wù)。GSM-R 陸地網(wǎng)絡(luò)可以看作是某個固定網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，如 ISDN；或者是一個采用統(tǒng)一編號方案的 MSC 的集合。MSC 作為陸地移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的接入單元。 一個 GSM-R 陸地移動系統(tǒng)由若干個功能實體組成，這些功能實體所實現(xiàn)的功能的集合就是網(wǎng)絡(luò)能夠提供給用戶的所有基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，以及對于用戶數(shù)據(jù)和移動性的操作和管理。GSM-R 陸地移動網(wǎng)絡(luò)由三個子系統(tǒng)組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖 2-6 所示。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)

53、設(shè)計16PSTN 、ISDN、PSDNGMSCVLRGCREIR信令系統(tǒng)No.7 SS7HLR-AUCMSCVLRBSCOMN接口OMC-ROMC-STRAUMSBTSBTSBSS基站子系統(tǒng)OSS操作維護(hù)子系統(tǒng)A接口Abis接口Ater接口Um接口圖 2-6 GSM-R 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動臺是接入 GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的用戶設(shè)備，包括移動終端（ME）和終端設(shè)備（TE），或通過終端適配器與 ME 連接的 TE。移動臺除了具有通過無線接口（Um）接入到 GSM-R 系統(tǒng)的一般處理功能外，還為移動用戶提供了人機(jī)接口。 基站子系統(tǒng)（BSS）由一個基站控制器（BSC）和若干個基站收發(fā)信機(jī)（BTS）組成，BTS

54、主要負(fù)責(zé)與一定覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動臺（MS）進(jìn)行通信，并對空中接口進(jìn)行管理。BSC 用來管理 BTS 與 MSC 之間的信息流。BTS 與 BSC 之間通過 Abis 接口通信。BSS 中還可能存在編碼速率適配單元（TRAU），它實現(xiàn)了 GSM-R 編碼速率向標(biāo)準(zhǔn)的 PSTN 或 ISDN 速率的轉(zhuǎn)換。TRAU 與 BSC 通過 Ater 接口連接。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）建立在移動交換中心（MSC）上，負(fù)責(zé)端到端的呼叫、用戶數(shù)據(jù)管理、移動性管理和與固定網(wǎng)絡(luò)的連接。NSS 通過 A 接口連接 BSS，與固定網(wǎng)絡(luò)的接口決定于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的類型。操作和維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）是相對獨立的子系統(tǒng)，為 GSM-R 網(wǎng)

55、絡(luò)提供管理和維護(hù)功能。它的具體功能由操作維護(hù)中心（OMC）來完成，其中 OMC-R 負(fù)責(zé)管理BSS，OMC-S 負(fù)責(zé)管理 NSS。OSS 主要提供移動用戶管理、移動設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)操作和控制三類功能。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計17任何 GSM-R 陸地移動通信網(wǎng)絡(luò)都必須與固定網(wǎng)絡(luò)連接，一同完成移動用戶與移動用戶之間、移動用戶與固定用戶之間的通信。組成 GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的各個子系統(tǒng)之間、BSS 與移動臺之間、與固定網(wǎng)絡(luò)之間的互連都提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口。網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備可以通過標(biāo)準(zhǔn)的接口來實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的本地和國際互連。GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的信令系統(tǒng)采用NO.7 信令網(wǎng)傳送呼叫控制信息和其他信令信息。鐵路網(wǎng)與公網(wǎng)的

56、主要區(qū)別在于由鐵路網(wǎng)特殊需求引起的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃上的區(qū)別。GSM-R 網(wǎng)絡(luò)為支持基本業(yè)務(wù)提供以下功能： 呼叫處理用戶身份的鑒權(quán) 緊急呼叫 語音組呼和語音廣播 短消息業(yè)務(wù) 信令信息的加密 除此之外，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)還為支持各種補(bǔ)充業(yè)務(wù)提供了相應(yīng)的功能。為支持蜂窩系統(tǒng)的操作提供以下功能： 位置登記 切換 呼叫重新建立GSM-R 網(wǎng)絡(luò)還具有網(wǎng)絡(luò)管理功能和一些附加功能，如呼叫處理的排隊、安全功能、不連續(xù)發(fā)送和接收（DTX/DTR）等。與 GSM 網(wǎng)追求最大用戶系統(tǒng)容量不同，GSM-R系統(tǒng)更側(cè)重于系統(tǒng)的有效性，這是鐵路特殊的需求，因此 GSM-R 在網(wǎng)絡(luò)覆蓋上有更多的重疊，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施也采用冗余備份?？蛇x擇

57、將 GSM 系統(tǒng)的MSC、VLR、EIR、GCR、SSP、HLR、AUC 置于一個網(wǎng)元中，且隨著網(wǎng)絡(luò)的增長而分散到多個網(wǎng)元中，這樣可以形成一個經(jīng)濟(jì)、便于維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2.2.12.2.1 BSS 結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能 BSS 是 GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中最基本的組成部分。它有兩種基本組成設(shè)備，分別是基站收發(fā)信機(jī)（BTS）和基站控制器（BSC）。一臺 BSC 可以管理多達(dá)幾十個 BTS。此外，還有一種可選擇設(shè)備速率適配單元（TRAU）。BSS 的總體結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計18圖 2-7 BSS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM-R 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）提供了處理建立、維持和清除呼叫的所

58、有信令協(xié)議的功能，以及為移動環(huán)境下通信提供的特定功能。NSS 提供的主要功能如下： 為用戶移動特征提供的特定功能，如尋呼 呼叫過程中對無線資源的管理 管理與 BSS 之間的信令協(xié)議 位置登記，即 VLR 之間的互連切換過程查詢 HLR 獲得 MS 的漫游號碼 與其他的移動功能實體交換信令信息 管理語音組呼、語音廣播、增強(qiáng)多優(yōu)先級與強(qiáng)拆的呼叫建立 用戶的鑒權(quán) 從功能上看，BSS 通過無線接口直接與移動臺相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送接收和無線資源管理；通過 A 接口與 NSS 相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)用戶之間的通信連接，并且傳送系統(tǒng)信令和用戶信息等。2.2.22.2.2 NSS 結(jié)構(gòu)和功能結(jié)

59、構(gòu)和功能GSM-R 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）提供了處理建立、維持和清除呼叫的所有信令協(xié)議的功能，以及為移動環(huán)境下通信提供的特定功能。NSS 提供的主要功能如下：為用戶移動特征提供的特定功能，如尋呼呼叫過程中對無線資源的管理管理與 BSS 之間的信令協(xié)議NSSOMC-R公共電話網(wǎng)TUAR室外BTSBSCBTS室內(nèi)BTSMSAbis接口BSSAter接口A接口OMN接口蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計19位置登記，即 VLR 之間的互連切換過程查詢 HLR 獲得 MS 的漫游號碼與其他的移動功能實體交換信令信息管理語音組呼、語音廣播、增強(qiáng)多優(yōu)先級與強(qiáng)拆的呼叫建立用戶的鑒權(quán)基本的 NSS 由六個功能實體組成，

60、分別是：移動交換中心（MSC） ，歸屬位置寄存器（HLR） ，拜訪位置寄存器（VLR） ，設(shè)備識別寄存器（EIR）和互連功能單元（IWF） 。如圖 2-8 所示。NSS 中還可以有實現(xiàn)語音組呼和語音廣播的實體（GCR） ，用于短消息業(yè)務(wù)的短消息服務(wù)中心（SMS-SC）和統(tǒng)計服務(wù)器，這些功能實體可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行選擇。GCRVLRBSS其他GSM-R PSTNISDN統(tǒng)計服務(wù)器IWFHLRAUCVLRGCREIR統(tǒng)計服務(wù)器SMS-SCIWFBSS其他GSM-R PSTNISDNMSCGMSC圖 2-8 NSS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.2.32.2.3 OSS 結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能 OSS 可以分為兩部分