【正文】 .................................................................................................22 謝辭 ...............................................................................................................................23 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................24 大連交通大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 鐵路旅客信息系統(tǒng)的發(fā)展 鐵路旅客信息系統(tǒng)是車站客運(yùn)服務(wù)的窗口，是車站信息化建設(shè)的關(guān)鍵。為了加快車站的信息化建設(shè)，進(jìn)一步提高車站的服務(wù)質(zhì)量，研究旅客信息系統(tǒng)具有重要的意義。 從 20 世紀(jì) 90 年代起，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，日本、法國、意大利以及英國等國家都采用先進(jìn)的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)人性化的鐵路旅客信息系統(tǒng)，各國鐵路運(yùn)輸企業(yè)建立了完全由計算機(jī)管理的旅客信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了列車的到發(fā)、中轉(zhuǎn)、停靠站臺、售票和列車運(yùn)行信息以及旅客休閑娛樂信息等的自動發(fā)布和交互式查詢。旅客信息系統(tǒng)由傳統(tǒng)的只提供單向靜態(tài)客運(yùn)服務(wù)信息的方式發(fā)展為動靜結(jié)合、實(shí)時發(fā)布、異地連網(wǎng)、交互查詢的旅客信息系統(tǒng)。 我國在鐵路系統(tǒng)已成功啟動了一批大型信息系統(tǒng)，如全路客票發(fā)售與預(yù)定系統(tǒng)、鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)、運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)等 。各鐵路局、客運(yùn)站也根據(jù)本單位的實(shí)際情況，開發(fā)了不同層面的業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的開發(fā)使用不僅滿足了本單位的需求，也為旅客信息系統(tǒng)的建設(shè)做了前期準(zhǔn)備。 4G 通信技術(shù)發(fā)展背景 移動通信技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了三個主要發(fā)展階段每一代的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新。新一代起源于 20 世紀(jì) 80 年代，主要采用模擬和頻分多址（ FDMA）技術(shù)。第二代（ 2G）起源于 90 年代初期，主要采用時分多址（ TDMA）和碼分多址（ CDMA）技術(shù)。第三代移動通信系統(tǒng)（ 3G）可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話音，還能傳輸高速數(shù)據(jù)，從而提供快 捷方便的無線應(yīng)用。然而，第三代移動通信系統(tǒng)仍是基于地面標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng)，盡管其傳輸速率可高達(dá) 2Mb/s，但仍無法滿足多媒體通信的要求。因此，第四代移動通信系統(tǒng)（ 4G）的研究隨之應(yīng)運(yùn)而生。 4G 通信技術(shù)是繼第三代以后的又一次無線通信技術(shù)演進(jìn)，其開發(fā)更加具有明確的目標(biāo)性：提高移動裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度 據(jù) 3G 市場分三個階段走的的發(fā)展計劃， 3G 的多媒體服務(wù)在 10 年后進(jìn)入第三個發(fā)展階段，此時覆蓋全球大連交通大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 的 3G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球 25%以上人口使用 第三代移動通信系統(tǒng) 。在 發(fā)達(dá)國家 ， 3G 服務(wù)的 普及率 更超過 60%，那么這時就需要有更新一代的系統(tǒng)來進(jìn)一步提升 服務(wù)質(zhì)量 。 LTE 采用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與 2G 的 GSM、 3G 的 UMTS 相比， LTE 具有更高的速率、更高的頻譜效率、更靈活的載波帶寬及更好的系統(tǒng)兼容性等特點(diǎn)，充分滿足寬帶無線接入的需求，真正實(shí)現(xiàn)了固定網(wǎng)和移動網(wǎng)的融合，提高了 3G 在新興的寬帶無線接入市場的競爭力，最終登上了未來無線技術(shù)統(tǒng)一者的舞臺。 GSMR 作為我國鐵路移動通信的主流技術(shù)，承載著車 — 地之間大量的語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 包括調(diào)度通信、調(diào)度命令、車次號校核信息、列尾信息、列控信息、 機(jī)車同步操作控制信息等。目前，我國多條高速和客運(yùn)專線， 如京津城際、京滬、京廣、津秦、武廣、鄭西、滬寧、滬杭、合寧、石太、合武、甬臺溫、溫福、福廈等，均建設(shè)了 GSMR 系統(tǒng)。雖然 GSMR 在我國得到了快速的發(fā)展，但GSMR 作為第二代移動通信技術(shù)，屬于窄帶通信系統(tǒng)，頻譜利用率較低，其承載的數(shù)據(jù)速率較低，電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般僅為 2400～ 9600 bit/s，分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率也僅能達(dá)到一百多 kbit/s。這使得現(xiàn)有的 GSMR 平臺承載視頻監(jiān)控、視頻會議、鐵路旅客移動信息服務(wù)等寬帶業(yè)務(wù)的難度非常大?？紤]到 未來高速鐵路移動通信的總體需求，國際鐵路聯(lián)盟（ UIC）在 2021 年 12 月召開的第七屆世界高速鐵路大會上 ,明確指出：高速鐵路移動通信長期演進(jìn)采用鐵路寬帶移動通信系統(tǒng) (LTER)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。也就是說，高速鐵路通信將從 2G 的 GSMR 技術(shù)跨越 3G， 直接發(fā)展準(zhǔn) 4G 的“ LTER”技術(shù)。 IPTV 技術(shù)發(fā)展背景 所謂 IPTV, 是 Inter Protocol Television OR Interactive Personal Television 的英文縮寫 , 即為交互式電視 , 也稱之為網(wǎng)絡(luò)電視 , 其本質(zhì)是基于 TCP/ IP 協(xié)議 , 在不同物理網(wǎng)絡(luò) ( 如 FHC、 ADSL 等 ) 中傳送視音頻業(yè)務(wù)的終端。它將寬帶有線電視網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等技術(shù)融合，向家庭用戶提供多種交互式服務(wù)的新型技術(shù)。用戶足不出戶就可以享受兩種方式的 IPTV 服務(wù)：一是互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)收看影視節(jié)目等視頻或者欣賞音樂、聽廣播等音頻；二是網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒 + 電視機(jī)，用戶安裝網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒，直接和家庭電視機(jī)連接，通過網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒選擇收看網(wǎng)絡(luò)電視或者收聽廣播。 通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 IP 來提供包括視頻節(jié)目在內(nèi)的多媒體實(shí)時交互式業(yè)務(wù)。所以用戶終端可以是 IP 機(jī)頂盒加電視機(jī) , 也可以是計算機(jī) PC, 還可以是手機(jī)等可以承載音視頻業(yè)務(wù)的智能顯示設(shè)備。 IPTV 技術(shù)的最主要的特點(diǎn)就是是電視業(yè)務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用成為了現(xiàn)實(shí)。大連交通大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 IPTV 利用寬帶業(yè)務(wù)給電視服務(wù)注入了新的服務(wù)內(nèi)容，集合電視業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)的優(yōu)勢，整合多種多媒體資源，它建立于寬帶技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展勢頭迅猛。它特點(diǎn)顯著，應(yīng)用范圍廣泛，易于學(xué)習(xí)操作簡單，并且逐漸替代傳統(tǒng)的通訊技術(shù)，迅速成為主流的通訊技術(shù)。 IPTV 在我國發(fā)展迅猛，是我國電視下一步重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)。在三網(wǎng)融合機(jī)遇下，掌握 IPTV 技術(shù)必將成為電視產(chǎn)業(yè)革新的旗幟與標(biāo)桿。這種在近三年內(nèi)才 發(fā)展 起來 的新 媒體形態(tài)，其形式多樣復(fù)雜、內(nèi)容新穎獨(dú)特。與此同時，媒體價值及廣告效果尚待考證。因此，其推廣人員要想說服廣告主、取得廣告主信任、甚至拿到廣告主訂單，需要付出幾倍于傳統(tǒng)媒體（電視、廣播、報紙、通信）推廣人員的努力。 課題研究意義 鑒于 3G 技術(shù)使用的頻點(diǎn)太高，不滿足鐵路部門希望經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在廣泛地域內(nèi)的覆蓋目標(biāo)，而且在 語音業(yè)務(wù)上 3G 技術(shù)與 2G 技術(shù)并沒有本質(zhì)區(qū)別等諸多因素，國際鐵路聯(lián)盟（ UIC）明確表示 3G 技術(shù)不適用于鐵路。 雖然 GSMR 在我國得到了快速的發(fā)展， 但 GSMR 作為第二代移動通信技術(shù)， 屬于窄帶通信系統(tǒng)， 頻譜利用率較低，其承載的數(shù)據(jù)速率較低，電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般僅為 2 400~9600 bit/s， 分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率也僅能達(dá)到一百多 kbit/s。這使得現(xiàn)有的 GSMR 平臺承載視頻監(jiān)控、 視頻會議、 鐵路旅客移動信息服務(wù)等寬帶業(yè)務(wù)的難度非常大。考慮到未來高速 鐵路移動通信的總體需求， 國際 鐵路聯(lián)盟 （ UIC） 在 2021 年 12 月召開的第七屆世界高速鐵路大會上， 明確指出： 高速鐵路移動通信長期演進(jìn)采用鐵路寬帶移動通信系統(tǒng) ( LTER ) 技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，未來 GSMR 不會過渡到3G，而是直接過渡到“準(zhǔn) 4G”的 LTER 技術(shù)。隨著 LTE 在公眾運(yùn)營網(wǎng)的引入，加速采納這一標(biāo)準(zhǔn)作為鐵路通信演進(jìn)方向的特殊需求也被提上日程，因?yàn)樵皆绲剡m應(yīng)新技術(shù)，鐵路部門就可以更靈活地應(yīng)對內(nèi)部及外部的通信需求，為未來的運(yùn)營發(fā)展做好準(zhǔn)備。 在 GSMR 向 LTER 平滑遷移時，鐵路部門需要注意以下幾點(diǎn)，例如， 盡可能保護(hù)目前 GSMR 的投資，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)共用；跨兩個域的移動性與漫游需要透明；保證 2G、 LTE 業(yè)務(wù)質(zhì)量的一致性，提高 QoS 等。目前， UIC 正在積極研究 GSMR向 LTER的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，確保 GSMR的生命周期隨電信技術(shù)的不斷發(fā)展而獲得延長。 大連交通大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 課題發(fā)展前景 隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，也隨著公網(wǎng)移動通信 GSM 由 2G 向 3G、 4G 方向發(fā)展， GSM 最終將淡出舞臺?；?GSM 技術(shù)的 GSMR 系統(tǒng)向鐵路寬帶移動通信技術(shù) LTER演進(jìn)已成為必然。根據(jù) UIC提出的向 LTER 演進(jìn)步驟的設(shè)想， 現(xiàn)階段 GSMR 仍然是鐵路移動通信業(yè)務(wù)的承載平臺，而 LTE/SAE 系統(tǒng)處于研究、試驗(yàn)之中。未來 5～ 10 年內(nèi) GSMR 系統(tǒng)將與 LTER 系統(tǒng)并存， GSMR 網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)與傳遞和列車運(yùn)行安全緊密相關(guān)的列控業(yè)務(wù)等， LTER 負(fù)責(zé)與非安全數(shù)據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)。再利用大約 10 年時間，將大力發(fā)展 LTER 系統(tǒng)， 越來越多的業(yè)務(wù)會轉(zhuǎn)由 LTER 網(wǎng)絡(luò)承載。直到最后全部業(yè)務(wù)都由 LTER 網(wǎng)絡(luò)承載，完全實(shí)現(xiàn) GSMR 向 LTER 系統(tǒng)演進(jìn)。 鐵路旅客信息系統(tǒng)是車站客運(yùn)服務(wù)的窗口，是車站信息化建設(shè)的關(guān)鍵。為了加快車站的信息化建設(shè)，進(jìn)一步提高車站的服務(wù)質(zhì)量，研究旅客信息系統(tǒng)具有重要的意義。 針對鐵路通信的演進(jìn)需求，華為提出基于 LTE技術(shù)的 LTEMAR（ MultiAccess systemfor Railway）系統(tǒng)，滿足高鐵對鐵路信息系統(tǒng)的設(shè)計要求。 LTEMAR 的設(shè)計目標(biāo)主要包括：滿足高鐵更高等級的安全監(jiān)控，尤其是視頻監(jiān)控的需求；保證列車高速移動條件下對通信的保障，支持車內(nèi)各種制式的無線接入技術(shù)，滿足旅客的基本通信及上網(wǎng)的需求；提高系統(tǒng)的兼容性，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)投資等。 LTEMAR系統(tǒng)能夠?yàn)楦咚僖苿拥牧熊囂峁?100Mbps 以上的接入速率和多種接入方式，支持未來各種制式終端的接入，為鐵路通信提供面向未來的解決方案，支持中國現(xiàn)代化鐵路建設(shè)。在積極推進(jìn) LTE 商用進(jìn)程方面，華為目前已經(jīng)成為下一代移動通信技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。在 3GPP 成立 LTE 研究項(xiàng)目之初，華為即開始進(jìn)行 LTE 研究。通過在工作組出任主席、副主席職務(wù)，華為承擔(dān)起了推動 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的任務(wù)，在 LTE 標(biāo)準(zhǔn)制定過程中發(fā)揮了重要作用。截至 2021 年底，華為已經(jīng)累計向 3GPP提交了 900 多篇 LTE 提案。 論文完成的主要研究內(nèi)容 構(gòu)建統(tǒng)一的集成管理平臺，將各個 子系統(tǒng)集成到管理平臺上，對車站的信息管理系統(tǒng)進(jìn)行集中的控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息的共享。這樣，就可以解決很多旅客信息系統(tǒng)存在的問題。本課題根據(jù)車站的實(shí)際情況給出旅客信息系統(tǒng)設(shè)計的方案，詳細(xì)論述系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。同時，介紹旅客信息系統(tǒng)中大連交通大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 用到的顯示設(shè)備 IPTV 以及系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)。該設(shè)計具有良好的發(fā)展前景，將會應(yīng)用到具體的火車站，為車站的信息化建設(shè)服務(wù)，為旅客的出行提供及時、準(zhǔn)確的信息，進(jìn)一步向更多的火車站推廣使用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 大連交通大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第二章 關(guān)鍵技 術(shù)及原理 4G 通信的核心技術(shù) 4G 是集 3G 與 WLAN 于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。 4G 系統(tǒng)能夠以 100Mb/s 的速率下載，比撥號上網(wǎng)快 2021 倍，上傳速度也能達(dá)到 20Mb/s，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。 4G 與 3G 之間的主要區(qū)別在于終端設(shè)備的類型， 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)以及構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)類型。終端設(shè)備除了手機(jī)之外應(yīng)當(dāng)包括頭戴式話機(jī)、 PDA 終端、膝上機(jī)、手表式話機(jī)、電視機(jī)、游戲機(jī)、 DVD、零售機(jī)等等，凡是人所能構(gòu)想的和能夠識別 IP 地址的無線電收發(fā)信機(jī) 。其次， 4G 是由多種技術(shù)組成的，包括彼此似乎不相干的技術(shù)，如 WiFi、超寬帶無線電、便攜式電腦、軟件無線電等技術(shù)構(gòu)成的高速全球通網(wǎng)絡(luò)。 4G 通信的關(guān)鍵技術(shù)包括： （ 1）正交頻分復(fù)用（ OFDM）：正交頻分復(fù)用技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號波形間的干擾。 OFDM 還可以在不同的子信道上自適應(yīng)地分配傳輸負(fù)荷，這樣可以優(yōu)化總的傳輸速率。 OFDM 技術(shù)還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在 OFDM 系統(tǒng)中由于各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。 移動通信信道的突出特點(diǎn)之一就是信道存在多徑時延擴(kuò)展，它限制了數(shù)據(jù)速率的提高，因?yàn)槿绻麛?shù)據(jù)速率高于信道的相關(guān)帶寬，信號將產(chǎn)生嚴(yán)重失真，信號傳輸質(zhì)量大幅度下降。而 OFDM 技術(shù)由于具備上述特點(diǎn)，在 FDMA、 TDMA、 CDMA和 OFDM 等多址方式中， OFDM 是 4G系統(tǒng)最為合適的多址方案。因此，