《GSM-R系統(tǒng)維護(hù)與應(yīng)用》課件第一章

GSM-R系統(tǒng)維護(hù)與應(yīng)用第1章概論2第1章概論1.1移動通信概述

1.1.1無線通信與移動通信的關(guān)系

1.1.2移動通信的發(fā)展簡史

1.1.3移動通信系統(tǒng)的特點和分類

1.2GSM-R系統(tǒng)概述

1.2.1GSM-R與GSM的關(guān)系

1.2.2GSM-R系統(tǒng)簡介

1.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用31.1移動通信概論移動通信是指通信雙方至少有一方在移動狀態(tài)中進(jìn)行信息傳輸和交換，這包括移動體（車輛、船舶、飛機(jī)或行人）和移動體之間的通信，移動體與固定點（固定無線臺或有線用戶）之間的通信。41.1移動通信概論“無線電之父”馬可尼于1895年設(shè)計出大功率的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，可收發(fā)遠(yuǎn)距離的電磁波，發(fā)送莫斯密碼。無線電原理：導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的變化會產(chǎn)生無線電波。利用這一現(xiàn)象，通過調(diào)制可將信息加載于無線電波之上。當(dāng)電波通過空間傳播到達(dá)接收端，電波引起的電磁場變化又會在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。通過解調(diào)將信息從電流變化中提取出來，就達(dá)到了信息傳遞的目的。51.1.1無線通信與移動通信的關(guān)系1.無線電波的特點：無線電波在自然空間傳播的電磁波，是無線通信信息傳輸?shù)妮d體。無線電波主具有以下特點：（1）無線電波是正弦波，具有波的一切特性。它和水波一樣能向四周傳播，在傳播的過程中能夠發(fā)生折射、反射，它也具有一定的頻率、波長和波速。無線電波的傳播過程如圖1.1所示。6圖1.1無線電波的傳播過程71.無線電波的特點：（2）無線電波不像其它波那樣容易被人們的感官所接收。（3）無線電波具有驚人的運動速度，是世界上跑得最快的物質(zhì)。每秒鐘能跑30萬公里，而其他物質(zhì)，比如聲波，在空氣中每秒只能傳播340米。81.無線電波的特點：（4）無線電波可以在真空中傳播。（5）無線電波的頻率往往比其它波的頻率高得多。無線電波的頻率可以達(dá)到幾萬赫茲、幾十兆赫茲。無線電波的波長、頻率和振幅還可以按照人們的需要用機(jī)器來調(diào)節(jié)。9表1.1無線電波譜的頻率、波段、傳播特性及主要用途名稱甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF頻率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超長波長波中波短波米波分米波厘米波毫米波波長100-1000Km1-10Km100-1000m10-100m1-10m0.1-1m1-10cm1-10mm傳播特性空間波為主地波為主地波與天波天波與地波空間波空間波空間波空間波主要用途海岸潛艇通信；遠(yuǎn)距離通信超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航；越洋通信中距離通信；地下巖層通信；遠(yuǎn)距離導(dǎo)航；船用通信業(yè)務(wù)；無線電通信移動通信中距離導(dǎo)航；遠(yuǎn)距離短波通信；國際定點通信；電離層散射(30-60MHz)流星余跡通信人造電離層通信（30-144MHz）；對空間飛行體通信；移動通信；小容量微波中繼通信(352-420MHz)對流層散射通信（700-10000MHz）中容量微波通信；大容量微波中繼通信(3600-4200MHz)、(5850-8500MHz)；數(shù)字通信；衛(wèi)星通信；國際海事衛(wèi)星通信（1500-1600MHz）；再入大氣層時的通信；波導(dǎo)通信；102.無線通信與移動通信的相互關(guān)系移動通信就是要保持物體在移動狀態(tài)中的通信，因而它必須是無線通信。短距離無線通信我們通常稱為無線通信；長距離無線通信我們通常稱為移動通信，移動通信可以算作無線通信的一個大的分支。111.1.2移動通信發(fā)展簡史第一代移動通信系統(tǒng)(1G)是在20世紀(jì)80年代初提出的，它完成于20世紀(jì)90年代初，如NMT和AMPS，NMT于1981年投入運營。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)?，其特點是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、交全性差、沒有加密和速度低。1G主要基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，直接使用模擬語音調(diào)制技術(shù)，傳輸速率約2．4kbit/s。不同國家采用不同的工作系統(tǒng)。第二代移動通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于擴(kuò)展和改進(jìn)GSMPhase1及Phase2中原定的業(yè)務(wù)和性能。121.1.2移動通信發(fā)展簡史第三代移動通信系統(tǒng)(3G)，也稱IMT2000，是正在全力開發(fā)的系統(tǒng)，其最基本的特征是智能信號處理技術(shù)，智能信號處理單元將成為基本功能模塊，支持話音和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可以提供前兩代產(chǎn)品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務(wù)，例如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等。如WCDMA的傳輸速率在用戶靜止時最大為2Mbps，在用戶高速移動是最大支持144Kbps，所占頻帶寬度5MHz左右

第四代4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。131.1.3移動通信系統(tǒng)的特點和分類1.移動通信系統(tǒng)的特點：

（1）移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動，其位置不受束縛，但傳輸特性差，有各種損秏且大。會產(chǎn)生多徑效應(yīng),陰影效應(yīng),多普勒效應(yīng)等。（2）通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運行的除去一些常見的外部干擾（如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲）外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間還會產(chǎn)生這樣和那樣的干擾。如：（各種）多用戶之間、基站與用戶之間、各種收發(fā)信機(jī)之間等產(chǎn)生的干擾，主要有：鄰道干擾、互調(diào)干擾、共道干擾、多址干擾、（以及近地?zé)o用強(qiáng)信號壓制遠(yuǎn)地有用弱信號地現(xiàn)象）遠(yuǎn)近效應(yīng)等。14（3）移動通信業(yè)務(wù)量的需求與日俱增如何提高系統(tǒng)的容量，始終是移動通信發(fā)展中的重點。解決的方法是：一方面開辟和啟用新的頻段；另一方面研究各種新技術(shù)和新措施，以壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率，如：信號處理技術(shù),新的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，多址技術(shù)，等等。（4）移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效根據(jù)通信地區(qū)、地形的不同，移動通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀（如鐵路沿線、隧道等）、面狀（覆蓋一整個城市和地區(qū)）、立體狀（地面通信設(shè)施與中低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)一起組網(wǎng)或由微微蜂窩、微蜂窩和宏蜂窩組成的），等等。（5）移動通信設(shè)備（主要是移動臺）必須適于在移動環(huán)境中使用1.移動通信系統(tǒng)的特點：152.移動通信系統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)主要有以下分類：（1）按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；（2）按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；（3）按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等；（4）按接入方式可分為頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）；（5）按覆蓋范圍可分為寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)；16（6）按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；（7）按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；（8）按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；（9）按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。173.常見的移動通信系統(tǒng)（1）蜂窩移動通信系統(tǒng)183.常見的移動通信系統(tǒng)（1）蜂窩移動通信系統(tǒng)術(shù)語定義移動臺

MS是在移動服務(wù)網(wǎng)中，在不確定的地點并在移動使用的終端。移動臺可以是手持設(shè)備，或是安裝在移動車輛上的設(shè)備。具有收、發(fā)信機(jī)和天饋線等設(shè)備基站BS移動無線系統(tǒng)中的固定站，用來和移動臺進(jìn)行無線通信?；窘ㄔ诜涓C小區(qū)內(nèi)，設(shè)有收、發(fā)信機(jī)和架在塔上的發(fā)射、接收天線等設(shè)備移動交換中心MSC在大范圍服務(wù)區(qū)域中協(xié)調(diào)通信的中心、能將基站和移動臺連到公用電話網(wǎng)上。無線小區(qū)每個基站發(fā)射機(jī)所覆蓋范圍的小塊地理區(qū)域。無線小區(qū)的大小取決于基站的發(fā)射機(jī)功率和天線的高度用戶使用移動通信服務(wù)而付費的使用者操作維護(hù)中心OMS負(fù)責(zé)管理維護(hù)移動交換網(wǎng)絡(luò)193.常見的移動通信系統(tǒng)（2）無繩電話系統(tǒng)203.常見的移動通信系統(tǒng)（2）無繩電話系統(tǒng)無繩電話是指用無線信道代替普通電話線，在限定的業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)給無線用戶提供移動或固定公共交換電話網(wǎng)（PSTN）業(yè)務(wù)的電話系統(tǒng)，也是一種無線接入系統(tǒng)。它由一個或若干個基站和多部手機(jī)組成，允許手機(jī)在一組信道內(nèi)任選一個空閑信道進(jìn)行通信。一個基站形成一個微蜂窩，多個微蜂窩構(gòu)成一個服務(wù)區(qū)，區(qū)內(nèi)的手機(jī)都可通過基站得到服務(wù)。213.常見的移動通信系統(tǒng)（3）集群移動通信系統(tǒng)集群移動通信系統(tǒng)（簡稱集群系統(tǒng)）是一種共用無線頻道的專用調(diào)度移動通信系統(tǒng)，它采用多信道共用和動態(tài)分配信道技術(shù)。集群是指無線信道不是僅給某一用戶群所專用，而是若干個用戶群共同使用。集群移動通信系統(tǒng)所采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)。它的一個最重要的目的是盡可能地提高系統(tǒng)的頻率利用率，以便在有限的頻率空間內(nèi)為更多用戶服務(wù)。223.常見的移動通信系統(tǒng)（4）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星控制中心基站關(guān)口站PSTN手機(jī)空中移動體海上移動體陸地移動體圖1.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)234.移動通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)圖1.6移動通信業(yè)務(wù)種類241.2GSM-R系統(tǒng)概述GSM-R（GlobalSystemForMobileCommunicationsForRailway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動通信系統(tǒng)的簡稱，專門針對鐵路對移動通信的需求而推出的專用系統(tǒng)，它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技術(shù)是通過無線通信方式實現(xiàn)移動話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù)體制。251.2.1GSM-R與GSM的關(guān)系1.鐵路相對GSM公網(wǎng)的特殊需求：（1）用戶級別不同（高級語音呼叫，包括：組呼、小區(qū)廣播、增強(qiáng)多優(yōu)先級與強(qiáng)拆）（2）功能尋址（調(diào)度）（3）基于位置的尋址（機(jī)車呼叫前方車站、后方車站）（4）高速情況下的移動通信（5）大量特殊的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求（列控、列尾、車次號等）262.GSM與GSM-R的關(guān)系GSM基礎(chǔ)平臺增強(qiáng)型語音呼叫功能ASCI優(yōu)先權(quán)eMLPP語音廣播VBS語音組呼VGCS鐵路特有的應(yīng)用無線列調(diào)無線車次號傳遞等嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量要求鐵路特有頻段GSM-R圖1.7GSM-R與GSM的關(guān)系271.2.2GSM-R系統(tǒng)簡介1.GSM－R系統(tǒng)組成

GSM-R通信系統(tǒng)包括：交換機(jī)、基站、機(jī)車綜合通信設(shè)備、手機(jī)等設(shè)備組成。交換機(jī)是GSM-R系統(tǒng)的核心，其主CPU處理器及各個功能模塊的CPU處理器，交換矩陣，內(nèi)部總線等都是雙備份配置。281.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用GSM-R技術(shù)順應(yīng)時代的發(fā)展，其固有的“網(wǎng)絡(luò)”特性，是鐵路信息化和自動化發(fā)展的基礎(chǔ)。291.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用

GSM-R（GlobalSystemForMobileCommunicationsForRailway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動通信系統(tǒng)的簡稱。是專門為鐵路通信設(shè)計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)。它是在8時隙/200KHzTDMA(885-889MHz/930-934MHz)多址方式GSM蜂窩系統(tǒng)上增加調(diào)度通信功能構(gòu)成的一個綜合專用移動通信系統(tǒng)。它基于GSM的基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的高級語音呼叫業(yè)務(wù)，提供鐵路特有的調(diào)度業(yè)務(wù)，并以此為信息化平臺，使鐵路部門可以在這個平臺上實現(xiàn)鐵路管理信息的共享。301.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用

1993年國際鐵路聯(lián)盟(UIC)與歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)協(xié)商，提出了歐洲各國鐵路下一代無線通信以GSMPhase2+為標(biāo)準(zhǔn)的GSM-R技術(shù)，這一提議在1995年經(jīng)UIC評估并最終確認(rèn)。

1997年，24個國家的32個組織共同簽署了諒解備忘錄，決定采用GSM-R作為鐵路專用通信技術(shù)，并至少要將GSM-R用于過境運輸通信。311.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用

采用GSM-R的國家

1999年2個國家

2002年7個國家

2005年15個國家德國、瑞典、意大利、英國、荷蘭、西班牙、比利時、芬蘭、法國、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中國

2008年達(dá)到30多個國家321.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用

歐洲GSM-R系統(tǒng)的成功運用，為我國鐵路通信信號技術(shù)發(fā)展提供了良好的技術(shù)借鑒。

2006年7月1日，隨著青藏鐵路的全線通車，標(biāo)記著我國鐵路采用GSM-R移動通信系統(tǒng)的正式啟動。331.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用

GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商

GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商有西門子、北電和華為等，三個廠商在GSM都有著豐富的工程經(jīng)驗。西門子在運輸、車輛、通信信號等交通領(lǐng)域綜合實力很強(qiáng)，其GSM-R設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用在瑞典、荷蘭、英國等國家和我國膠濟(jì)鐵路。北電網(wǎng)絡(luò)公司的GSM-R設(shè)備已應(yīng)用到德國、法國、英國等國家和我國青藏鐵路。華為公司是國內(nèi)能夠提供GSM-R成套設(shè)備的廠商，其設(shè)備已應(yīng)用于大秦鐵路。GSM-R固定用戶接入交換機(jī)(FAS)供應(yīng)商有北京佳訊飛鴻公司、北京中軟公司、濟(jì)南天龍公司等，他們完成了和GSM-R交換子系統(tǒng)的互聯(lián)互通。341.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國的應(yīng)用

GSM-R終端設(shè)備供應(yīng)商

GSM-R終端設(shè)備供應(yīng)商有法國薩基姆（smrdn）、奧地利電信公司卡普施(Kapsch)、英國馬可尼公司和北京中電華大公司等。薩基