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淺談GMS-R鐵路移動(dòng)通信系統論文
本文對GSM-R鐵路移動(dòng)通信系統的基本原理、網(wǎng)絡(luò )結構、業(yè)務(wù)與應用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，明確GSM-R系統是我國鐵路移動(dòng)通信 發(fā)展的方向。
1、GMS-R在中國的發(fā)展
我國GSM-R發(fā)展的目標：在全路建立一張移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，利用通信的手段實(shí)現鐵路移動(dòng)設施和固定設施的無(wú)縫連接，確保列車(chē)安全、高速地運行。GSM-R技術(shù)順應時(shí)代的發(fā)展，是鐵路信息化和自動(dòng)化發(fā)展的基礎。
2、GSM-R基本原理
2.1區域覆蓋
2.1.1小區制
小區制是將整改服務(wù)區劃分成為若干個(gè)無(wú)線(xiàn)小區，每個(gè)無(wú)線(xiàn)小區設一基站負責小區內所有移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò )和控制，在網(wǎng)絡(luò )中設置一個(gè)移動(dòng)交換中心，統一控制這些基站協(xié)調的工作，保證移動(dòng)用戶(hù)只要在服務(wù)區內，不論在哪個(gè)基站的輻射區都能正常通信。
小區制分為：面狀服務(wù)覆蓋和線(xiàn)狀服務(wù)覆蓋。根據鐵路沿線(xiàn)的情況，GSM-R系統可以在鐵路線(xiàn)采用線(xiàn)狀覆蓋，在車(chē)站及樞紐地區采用面狀覆蓋。
2.1.2GSM-R系統無(wú)線(xiàn)覆蓋
GSM-R系統無(wú)線(xiàn)覆蓋是指沿著(zhù)鐵路線(xiàn)實(shí)現場(chǎng)強無(wú)線(xiàn)連續覆蓋并達到系統QoS(業(yè)務(wù)質(zhì)量)要求。
GSM-R系統沿著(zhù)路軌方向安裝定向天線(xiàn)，以形成沿軌的橢圓形小區，在話(huà)務(wù)量較大但對速度的要求較低的編組站內采用扇形小區覆蓋;在人口密度不高的低速路段和軌道交織處一般是采用全向覆蓋。每個(gè)小區有一個(gè)或幾個(gè)收發(fā)信機，數目的多少由話(huà)務(wù)量決定。
2.2多址技術(shù)
蜂窩系統中是以信道來(lái)區分通信對象的，一個(gè)信道只容納一個(gè)用戶(hù)進(jìn)行通話(huà)，許多用戶(hù)同時(shí)通話(huà)時(shí)，就要相互以信道來(lái)區分，這就產(chǎn)生多址問(wèn)題。解決多址問(wèn)題的方法叫做多址技術(shù)。多址技術(shù)分為頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)三種。在GSM-R系統中大多采用 TDMA。TDMA是通過(guò)時(shí)隙劃分使用戶(hù)共享無(wú)線(xiàn)資源。每個(gè)時(shí)隙僅允許一個(gè)用戶(hù)使用，每個(gè)用戶(hù)占用一個(gè)周期重復的時(shí)隙，因為可以把一個(gè)信道看做每一幀都會(huì )出現的特定時(shí)隙。TDMA系統發(fā)射數據是用緩存—突發(fā)法，因此對每一個(gè)用戶(hù)而言，發(fā)射都不是連續的。
2.3多信道共用
多信道共用是指在網(wǎng)內的大量用戶(hù)共享若干無(wú)線(xiàn)信道。一個(gè)無(wú)線(xiàn)區有N個(gè)信道，對若干個(gè)用戶(hù)分別指定一個(gè)信道，不同信道內的用戶(hù)不能互換信道，這就是獨立信道。當某個(gè)信道被某個(gè)一個(gè)用戶(hù)占用時(shí)，則在他通話(huà)結束前，屬于該信道的其他用戶(hù)都處于阻塞狀態(tài)而無(wú)法接通。但是，與此同時(shí)一些其他信道卻處于空閑狀態(tài)而又得不到運用。這樣就造成有些信道在緊張的排隊，而另一些信道卻處于空閑狀態(tài)，信道得不到充分利用。如果采用多信道共用方式，即在一個(gè)無(wú)線(xiàn)小區內的N個(gè)信道，為該區內所有用戶(hù)共用，則當K(K 2.4語(yǔ)音編碼技術(shù)
GSM-R系統是數字移動(dòng)通信系統，而原始的話(huà)音信號是模擬信號。因此要將模擬的話(huà)音信號轉換為二進(jìn)制的數字信號。語(yǔ)音編碼技術(shù)分為：波形編碼、參量編碼和混合編碼。GSM-R系統采用的話(huà)音編碼方式稱(chēng)為：規則脈沖激勵—長(cháng)期預測編碼(RPE-LTP)，屬于混合編碼。
2.5傳輸技術(shù)
傳輸技術(shù)主要涵蓋：信道編碼、交織編碼、均衡技術(shù)、調制解調技術(shù)、分集接收、語(yǔ)音間斷傳輸、功率控制等。這里就不一一羅列。
3、GSM-R網(wǎng)絡(luò )結構
我國鐵路采用的GSM-R系統主要由以下幾部分組成：
3.1 GSM-R終端
GSM-R終端包括固定終終端和移動(dòng)終端。固定終端包括調度終端、車(chē)站終端和用戶(hù)電話(huà)機等。移動(dòng)終端(移動(dòng)臺)包括各類(lèi)車(chē)載臺和手持臺。車(chē)載臺包括機車(chē)綜合無(wú)線(xiàn)通信設備(CIR)、列控機車(chē)無(wú)線(xiàn)通信設備、機車(chē)同步操作機車(chē)無(wú)線(xiàn)通信設備等。手持臺包括作業(yè)手持臺(OPH)、通用手持臺(GPH)、調車(chē)手持臺(OPS)等。
3.2基站子系統(BSS)
包括基站收發(fā)信機(BTS)、基站控制器(BSC)、編譯碼和速率適配單元(TRAU)等。從功能上看，基站子系統(BSS)通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口直接與移動(dòng)臺相連，負責無(wú)線(xiàn)發(fā)送接收和無(wú)線(xiàn)資源管理，通過(guò)A接口與NSS相連，實(shí)現移動(dòng)用戶(hù)之間或移動(dòng)用戶(hù)與固定網(wǎng)用戶(hù)之間的通信連接，并且傳送系統信令和用戶(hù)信息。
3.3網(wǎng)絡(luò )交換子系統(NSS)
包括移動(dòng)交換中心(MSC)、網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心(GMSC)、訪(fǎng)問(wèn)位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、組呼寄存器(GCR)、鑒權中心(AuC)、短消息服務(wù)中心(SMSC)、確認中心(AC)等設備。
3.4智能網(wǎng)子系統(IN)
包括業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)、業(yè)務(wù)交換點(diǎn)(SSP)、業(yè)務(wù)管理系統(SMS)等設備，HLR(歸屬位置寄存器)、MSC(移動(dòng)交換中心)也是重要的智能網(wǎng)業(yè)務(wù)節點(diǎn)。智能網(wǎng)的基本思想是依靠No.7信令網(wǎng)和大型集中數據庫的支持，將網(wǎng)絡(luò )的交換功能和控制功能相分離;簡(jiǎn)化交換機的軟件，使之只完成基本的接續功能，引入業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)，具體怎樣根據智能業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯完成呼叫的繼續步驟，由SCP來(lái)決定;交換機采用開(kāi)放式結構和標準接口與業(yè)務(wù)控制點(diǎn)相連。
3.5通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)子系統(GPRS)
包括網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)(GGSN)、業(yè)務(wù)支持節點(diǎn)(SGSN)、分組控制單元(PCU)、域名服務(wù)器(DNS)、認證服務(wù)器(RADIUS)等設備。通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(GPRS)是在GSM技術(shù)的基礎上提供的一種端到端分組交換業(yè)務(wù)。GPRS最大限度重用已有的GSM網(wǎng)絡(luò )基礎設施，提供高效的無(wú)線(xiàn)資源利用率，無(wú)線(xiàn)接入速率可高達171.2kbit/s。GPRS在公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中是從GSM走向3G的一個(gè)必經(jīng)階段。GPRS在鐵路GSM-R中的引入使移動(dòng)通信與數據網(wǎng)絡(luò )合二為一，為鐵路數據業(yè)務(wù)的開(kāi)展提供了空間。在GSM-R網(wǎng)絡(luò )應用GPRS系統，具有通信實(shí)時(shí)性好、數據量大、免維護、可靠性高等明顯優(yōu)勢。以無(wú)線(xiàn)方式實(shí)現數據傳輸或“永遠在線(xiàn)”實(shí)時(shí)監測。
3.6運行和維護子系統(OSS)
包括交換網(wǎng)絡(luò )管理子系統(OMC-S)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理子系統(OMC-R)、GPRS網(wǎng)絡(luò )管理子系統(OMC-D)、直放站管理子系統(OMC-T)等。運行維護子系統是操作人員與系統設備之間的中介，實(shí)現了系統的集中運行與維護。
4、GSM-R業(yè)務(wù)與應用
GSM-R所提供的業(yè)務(wù)是面向鐵路運輸生產(chǎn)的，它以GSM-R業(yè)務(wù)為基礎，又加入適應鐵路需求的特殊業(yè)務(wù)，從而能夠為鐵路的運營(yíng)和服務(wù)提供各種應用。
GSM-R是基于GSM的基礎設施及其提供的ASCI(高級語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù))，其中包含eMLPP(增強型多優(yōu)先級與強拆)、VGCS(語(yǔ)音組呼)和VBS(語(yǔ)音廣播)，并提供鐵路特有的調度業(yè)務(wù)，包括：功能尋址、功能號表示、接入矩陣和基于位置的尋址，并此作為信息化平臺，使鐵路部門(mén)用戶(hù)可以在此信息平臺上開(kāi)發(fā)各種鐵路應用。
4.1多優(yōu)先級與強拆(eMLPP)
eMLPP業(yè)務(wù)分為優(yōu)先級與強拆兩部分。優(yōu)先級是指結合快速呼叫的建立為一個(gè)呼叫提供某個(gè)較高的級別。強拆是指搶奪資源，在缺乏空閑資源的情況下，一個(gè)優(yōu)先級較低的呼叫會(huì )被一個(gè)優(yōu)先級較高的呼叫強拆。強拆還可以用于當一個(gè)優(yōu)先級較低的呼叫正在進(jìn)行時(shí)，如果有一個(gè)優(yōu)先級較高的呼叫進(jìn)入，優(yōu)先級較高的呼叫可以切斷優(yōu)先級較低的呼叫。
4.2語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)(VGCS)
VGCS是指一種由多方參加(GSM-R移動(dòng)臺或固網(wǎng)電話(huà))的語(yǔ)音通信方式，其中一人講話(huà)、多方聆聽(tīng)，講話(huà)者角色可以轉換，工作于半雙工模式下。一個(gè)特定的VGCS通信組有組功能碼(組ID)和組呼區域唯一確定。用戶(hù)可以同時(shí)簽約多個(gè)組ID，并給他們設置不同的優(yōu)先級。組成員撥打組ID號，在組呼區域內呼叫簽約了該組所有組員。組成員接收到通知消息即可加入，非本組成員忽略此消息。
4.3語(yǔ)音廣播呼叫(VBS)
VBS允許一個(gè)業(yè)務(wù)用戶(hù)，將語(yǔ)音或者其他用語(yǔ)音編碼傳輸的信號發(fā)送到某個(gè)預先定義的地理區域內的所有用戶(hù)或者用戶(hù)組。處于單工模式下，可以看做VGCS的最簡(jiǎn)單形式。
5、結束語(yǔ)：
GSM-R是專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足鐵路應用而研發(fā)的數字移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。在鐵路通信中，它能夠提供特定的附加功能，是一種可靠高效的綜合數字移動(dòng)通信系統，在鐵路骨架網(wǎng)絡(luò )建設中應積極推廣采用。
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