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淺談GMS-R鐵路移動通信系統(tǒng)論文
本文對GSM-R鐵路移動通信系統(tǒng)的基本原理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)與應(yīng)用進(jìn)行了簡單的介紹，明確GSM-R系統(tǒng)是我國鐵路移動通信 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(biāo)：在全路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)施和固定設(shè)施的無縫連接，確保列車安全、高速地運(yùn)行。GSM-R技術(shù)順應(yīng)時代的發(fā)展，是鐵路信息化和自動化發(fā)展的基礎(chǔ)。
2、GSM-R基本原理
2.1區(qū)域覆蓋
2.1.1小區(qū)制
小區(qū)制是將整改服務(wù)區(qū)劃分成為若干個無線小區(qū)，每個無線小區(qū)設(shè)一基站負(fù)責(zé)小區(qū)內(nèi)所有移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制，在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個移動交換中心，統(tǒng)一控制這些基站協(xié)調(diào)的工作，保證移動用戶只要在服務(wù)區(qū)內(nèi)，不論在哪個基站的輻射區(qū)都能正常通信。
小區(qū)制分為：面狀服務(wù)覆蓋和線狀服務(wù)覆蓋。根據(jù)鐵路沿線的情況，GSM-R系統(tǒng)可以在鐵路線采用線狀覆蓋，在車站及樞紐地區(qū)采用面狀覆蓋。
2.1.2GSM-R系統(tǒng)無線覆蓋
GSM-R系統(tǒng)無線覆蓋是指沿著鐵路線實現(xiàn)場強(qiáng)無線連續(xù)覆蓋并達(dá)到系統(tǒng)QoS(業(yè)務(wù)質(zhì)量)要求。
GSM-R系統(tǒng)沿著路軌方向安裝定向天線，以形成沿軌的橢圓形小區(qū)，在話務(wù)量較大但對速度的要求較低的編組站內(nèi)采用扇形小區(qū)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。每個小區(qū)有一個或幾個收發(fā)信機(jī)，數(shù)目的多少由話務(wù)量決定。
2.2多址技術(shù)
蜂窩系統(tǒng)中是以信道來區(qū)分通信對象的，一個信道只容納一個用戶進(jìn)行通話，許多用戶同時通話時，就要相互以信道來區(qū)分，這就產(chǎn)生多址問題。解決多址問題的方法叫做多址技術(shù)。多址技術(shù)分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)三種。在GSM-R系統(tǒng)中大多采用 TDMA。TDMA是通過時隙劃分使用戶共享無線資源。每個時隙僅允許一個用戶使用，每個用戶占用一個周期重復(fù)的時隙，因為可以把一個信道看做每一幀都會出現(xiàn)的特定時隙。TDMA系統(tǒng)發(fā)射數(shù)據(jù)是用緩存—突發(fā)法，因此對每一個用戶而言，發(fā)射都不是連續(xù)的。
2.3多信道共用
多信道共用是指在網(wǎng)內(nèi)的大量用戶共享若干無線信道。一個無線區(qū)有N個信道，對若干個用戶分別指定一個信道，不同信道內(nèi)的用戶不能互換信道，這就是獨(dú)立信道。當(dāng)某個信道被某個一個用戶占用時，則在他通話結(jié)束前，屬于該信道的其他用戶都處于阻塞狀態(tài)而無法接通。但是，與此同時一些其他信道卻處于空閑狀態(tài)而又得不到運(yùn)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，即在一個無線小區(qū)內(nèi)的N個信道，為該區(qū)內(nèi)所有用戶共用，則當(dāng)K(K 2.4語音編碼技術(shù)
GSM-R系統(tǒng)是數(shù)字移動通信系統(tǒng)，而原始的話音信號是模擬信號。因此要將模擬的話音信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)字信號。語音編碼技術(shù)分為：波形編碼、參量編碼和混合編碼。GSM-R系統(tǒng)采用的話音編碼方式稱為：規(guī)則脈沖激勵—長期預(yù)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(diào)制解調(diào)技術(shù)、分集接收、語音間斷傳輸、功率控制等。這里就不一一羅列。
3、GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
我國鐵路采用的GSM-R系統(tǒng)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終端。固定終端包括調(diào)度終端、車站終端和用戶電話機(jī)等。移動終端(移動臺)包括各類車載臺和手持臺。車載臺包括機(jī)車綜合無線通信設(shè)備(CIR)、列控機(jī)車無線通信設(shè)備、機(jī)車同步操作機(jī)車無線通信設(shè)備等。手持臺包括作業(yè)手持臺(OPH)、通用手持臺(GPH)、調(diào)車手持臺(OPS)等。
3.2基站子系統(tǒng)(BSS)
包括基站收發(fā)信機(jī)(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(tǒng)(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。
3.3網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)
包括移動交換中心(MSC)、網(wǎng)關(guān)移動交換中心(GMSC)、訪問位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、組呼寄存器(GCR)、鑒權(quán)中心(AuC)、短消息服務(wù)中心(SMSC)、確認(rèn)中心(AC)等設(shè)備。
3.4智能網(wǎng)子系統(tǒng)(IN)
包括業(yè)務(wù)控制點(SCP)、業(yè)務(wù)交換點(SSP)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)(SMS)等設(shè)備，HLR(歸屬位置寄存器)、MSC(移動交換中心)也是重要的智能網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點。智能網(wǎng)的基本思想是依靠No.7信令網(wǎng)和大型集中數(shù)據(jù)庫的支持，將網(wǎng)絡(luò)的交換功能和控制功能相分離;簡化交換機(jī)的軟件，使之只完成基本的接續(xù)功能，引入業(yè)務(wù)控制點(SCP)，具體怎樣根據(jù)智能業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯完成呼叫的繼續(xù)步驟，由SCP來決定;交換機(jī)采用開放式結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)接口與業(yè)務(wù)控制點相連。
3.5通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)(GPRS)
包括網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(GGSN)、業(yè)務(wù)支持節(jié)點(SGSN)、分組控制單元(PCU)、域名服務(wù)器(DNS)、認(rèn)證服務(wù)器(RADIUS)等設(shè)備。通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)是在GSM技術(shù)的基礎(chǔ)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(chǔ)設(shè)施，提供高效的無線資源利用率，無線接入速率可高達(dá)171.2kbit/s。GPRS在公眾移動網(wǎng)絡(luò)中是從GSM走向3G的一個必經(jīng)階段。GPRS在鐵路GSM-R中的引入使移動通信與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，為鐵路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開展提供了空間。在GSM-R網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用GPRS系統(tǒng)，具有通信實時性好、數(shù)據(jù)量大、免維護(hù)、可靠性高等明顯優(yōu)勢。以無線方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸或“永遠(yuǎn)在線”實時監(jiān)測。
3.6運(yùn)行和維護(hù)子系統(tǒng)(OSS)
包括交換網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)(OMC-S)、無線網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)(OMC-R)、GPRS網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)(OMC-D)、直放站管理子系統(tǒng)(OMC-T)等。運(yùn)行維護(hù)子系統(tǒng)是操作人員與系統(tǒng)設(shè)備之間的中介，實現(xiàn)了系統(tǒng)的集中運(yùn)行與維護(hù)。
4、GSM-R業(yè)務(wù)與應(yīng)用
GSM-R所提供的業(yè)務(wù)是面向鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的，它以GSM-R業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，又加入適應(yīng)鐵路需求的特殊業(yè)務(wù)，從而能夠為鐵路的運(yùn)營和服務(wù)提供各種應(yīng)用。
GSM-R是基于GSM的基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的ASCI(高級語音呼叫業(yè)務(wù))，其中包含eMLPP(增強(qiáng)型多優(yōu)先級與強(qiáng)拆)、VGCS(語音組呼)和VBS(語音廣播)，并提供鐵路特有的調(diào)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，使鐵路部門用戶可以在此信息平臺上開發(fā)各種鐵路應(yīng)用。
4.1多優(yōu)先級與強(qiáng)拆(eMLPP)
eMLPP業(yè)務(wù)分為優(yōu)先級與強(qiáng)拆兩部分。優(yōu)先級是指結(jié)合快速呼叫的建立為一個呼叫提供某個較高的級別。強(qiáng)拆是指搶奪資源，在缺乏空閑資源的情況下，一個優(yōu)先級較低的呼叫會被一個優(yōu)先級較高的呼叫強(qiáng)拆。強(qiáng)拆還可以用于當(dāng)一個優(yōu)先級較低的呼叫正在進(jìn)行時，如果有一個優(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語音組呼業(yè)務(wù)(VGCS)
VGCS是指一種由多方參加(GSM-R移動臺或固網(wǎng)電話)的語音通信方式，其中一人講話、多方聆聽，講話者角色可以轉(zhuǎn)換，工作于半雙工模式下。一個特定的VGCS通信組有組功能碼(組ID)和組呼區(qū)域唯一確定。用戶可以同時簽約多個組ID，并給他們設(shè)置不同的優(yōu)先級。組成員撥打組ID號，在組呼區(qū)域內(nèi)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語音廣播呼叫(VBS)
VBS允許一個業(yè)務(wù)用戶，將語音或者其他用語音編碼傳輸?shù)男盘柊l(fā)送到某個預(yù)先定義的地理區(qū)域內(nèi)的所有用戶或者用戶組。處于單工模式下，可以看做VGCS的最簡單形式。
5、結(jié)束語：
GSM-R是專門為滿足鐵路應(yīng)用而研發(fā)的數(shù)字移動無線通信技術(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(shù)字移動通信系統(tǒng)，在鐵路骨架網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)積極推廣采用。
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