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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、網絡結構、業(yè)務與應用進行了簡單的介紹，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：在全路建立一張移動通信網絡，利用通信的手段實現鐵路移動設施和固定設施的無縫連接，確保列車安全、高速地運行。GSM-R技術順應時代的發(fā)展，是鐵路信息化和自動化發(fā)展的基礎。
2、GSM-R基本原理
2.1區(qū)域覆蓋
2.1.1小區(qū)制
小區(qū)制是將整改服務區(qū)劃分成為若干個無線小區(qū)，每個無線小區(qū)設一基站負責小區(qū)內所有移動通信的聯絡和控制，在網絡中設置一個移動交換中心，統(tǒng)一控制這些基站協調的工作，保證移動用戶只要在服務區(qū)內，不論在哪個基站的輻射區(qū)都能正常通信。
小區(qū)制分為：面狀服務覆蓋和線狀服務覆蓋。根據鐵路沿線的情況，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場強無線連續(xù)覆蓋并達到系統(tǒng)QoS(業(yè)務質量)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)，在話務量較大但對速度的要求較低的編組站內采用扇形小區(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，數目的多少由話務量決定。
2.2多址技術
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，這就產生多址問題。解決多址問題的方法叫做多址技術。多址技術分為頻分多址(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的時隙，因為可以把一個信道看做每一幀都會出現的特定時隙。TDMA系統(tǒng)發(fā)射數據是用緩存—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內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，不同信道內的用戶不能互換信道，這就是獨立信道。當某個信道被某個一個用戶占用時，則在他通話結束前，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)內的N個信道，為該區(qū)內所有用戶共用，則當K(K 2.4語音編碼技術
GSM-R系統(tǒng)是數字移動通信系統(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換為二進制的數字信號。語音編碼技術分為：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—長期預測編碼(RPE-LTP)，屬于混合編碼。
2.5傳輸技術
傳輸技術主要涵蓋：信道編碼、交織編碼、均衡技術、調制解調技術、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網絡結構
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。固定終端包括調度終端、車站終端和用戶電話機等。移動終端(移動臺)包括各類車載臺和手持臺。車載臺包括機車綜合無線通信設備(CIR)、列控機車無線通信設備、機車同步操作機車無線通信設備等。手持臺包括作業(yè)手持臺(OPH)、通用手持臺(GPH)、調車手持臺(OPS)等。
3.2基站子系統(tǒng)(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(tǒng)(BSS)通過無線接口直接與移動臺相連，負責無線發(fā)送接收和無線資源管理，通過A接口與NSS相連，實現移動用戶之間或移動用戶與固定網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網絡交換子系統(tǒng)(NSS)
包括移動交換中心(MSC)、網關移動交換中心(GMSC)、訪問位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、組呼寄存器(GCR)、鑒權中心(AuC)、短消息服務中心(SMSC)、確認中心(AC)等設備。
3.4智能網子系統(tǒng)(IN)
包括業(yè)務控制點(SCP)、業(yè)務交換點(SSP)、業(yè)務管理系統(tǒng)(SMS)等設備，HLR(歸屬位置寄存器)、MSC(移動交換中心)也是重要的智能網業(yè)務節(jié)點。智能網的基本思想是依靠No.7信令網和大型集中數據庫的支持，將網絡的交換功能和控制功能相分離;簡化交換機的軟件，使之只完成基本的接續(xù)功能，引入業(yè)務控制點(SCP)，具體怎樣根據智能業(yè)務的業(yè)務邏輯完成呼叫的繼續(xù)步驟，由SCP來決定;交換機采用開放式結構和標準接口與業(yè)務控制點相連。
3.5通用分組無線業(yè)務子系統(tǒng)(GPRS)
包括網關支持節(jié)點(GGSN)、業(yè)務支持節(jié)點(SGSN)、分組控制單元(PCU)、域名服務器(DNS)、認證服務器(RADIUS)等設備。通用分組無線業(yè)務(GPRS)是在GSM技術的基礎上提供的一種端到端分組交換業(yè)務。GPRS最大限度重用已有的GSM網絡基礎設施，提供高效的無線資源利用率，無線接入速率可高達171.2kbit/s。GPRS在公眾移動網絡中是從GSM走向3G的一個必經階段。GPRS在鐵路GSM-R中的引入使移動通信與數據網絡合二為一，為鐵路數據業(yè)務的開展提供了空間。在GSM-R網絡應用GPRS系統(tǒng)，具有通信實時性好、數據量大、免維護、可靠性高等明顯優(yōu)勢。以無線方式實現數據傳輸或“永遠在線”實時監(jiān)測。
3.6運行和維護子系統(tǒng)(OSS)
包括交換網絡管理子系統(tǒng)(OMC-S)、無線網絡管理子系統(tǒng)(OMC-R)、GPRS網絡管理子系統(tǒng)(OMC-D)、直放站管理子系統(tǒng)(OMC-T)等。運行維護子系統(tǒng)是操作人員與系統(tǒng)設備之間的中介，實現了系統(tǒng)的集中運行與維護。
4、GSM-R業(yè)務與應用
GSM-R所提供的業(yè)務是面向鐵路運輸生產的，它以GSM-R業(yè)務為基礎，又加入適應鐵路需求的特殊業(yè)務，從而能夠為鐵路的運營和服務提供各種應用。
GSM-R是基于GSM的基礎設施及其提供的ASCI(高級語音呼叫業(yè)務)，其中包含eMLPP(增強型多優(yōu)先級與強拆)、VGCS(語音組呼)和VBS(語音廣播)，并提供鐵路特有的調度業(yè)務，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)各種鐵路應用。
4.1多優(yōu)先級與強拆(eMLPP)
eMLPP業(yè)務分為優(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呼叫提供某個較高的級別。強拆是指搶奪資源，在缺乏空閑資源的情況下，一個優(yōu)先級較低的呼叫會被一個優(yōu)先級較高的呼叫強拆。強拆還可以用于當一個優(yōu)先級較低的呼叫正在進行時，如果有一個優(yōu)先級較高的呼叫進入，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(VGCS)
VGCS是指一種由多方參加(GSM-R移動臺或固網電話)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，并給他們設置不同的優(yōu)先級。組成員撥打組ID號，在組呼區(qū)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語音廣播呼叫(VBS)
VBS允許一個業(yè)務用戶，將語音或者其他用語音編碼傳輸的信號發(fā)送到某個預先定義的地理區(qū)域內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、結束語：
GSM-R是專門為滿足鐵路應用而研發(fā)的數字移動無線通信技術。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通信系統(tǒng)，在鐵路骨架網絡建設中應積極推廣采用。
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