【正文】 ional Purpose Handset)及其他固定終端等構(gòu)成。 自由空間傳播條件下，覆蓋重疊長度在 50m 范圍內(nèi) (正常情況下大約 210m)，可以滿 足最高速度 120km/h 系統(tǒng)的安全越區(qū)切換。這種設(shè)計使得在這些區(qū)域只出現(xiàn)一個強(qiáng)信號的蜂窩小區(qū)，切換只能發(fā)生在正常情況下不停車的區(qū)間。 越區(qū) 切換 當(dāng)列車停在相鄰基站的邊界處時，由于無線信號衰落的變化，在兩個相鄰基站間會發(fā)生多次切換，即所謂的 “ 乒乓 ” 效應(yīng)。為了滿足列控需要， 采用全冗余方式 的覆蓋。即每個基站使用兩根定向天線，兩個不同的方向分別使用一根天線。 BTS之間為環(huán)形連接 (傳輸系統(tǒng)可利用 SDH 的白愈環(huán)保護(hù)功能 )， 可靠性指標(biāo)可達(dá)到 %以上。拉薩移動交換中心設(shè)移動交換機(jī)和 GPRS 設(shè)備。為了確保兩個 MSC 之間的冗余通道，要求骨干傳輸網(wǎng)冗余設(shè)計，建立迂回備用通道。根據(jù)青藏線列控系統(tǒng)對 GSMR 系統(tǒng)的需求 ， GSMR 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按ETCS 2 級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 [8]。根據(jù)青藏鐵路的實(shí)際情況，結(jié)合當(dāng)前通信信號技術(shù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和今后的發(fā)展趨勢，青藏鐵路的通信信號應(yīng)該實(shí)現(xiàn)一體化。 青藏鐵路建設(shè)是中國西部開發(fā)的標(biāo)志性工程，是目前世界上海拔最高、線路最長、穿越凍土里程最長的高原鐵路。這些專門用于操作維護(hù)的設(shè)備被稱為操作維護(hù)中心 OMC。 OMCR 與 BSC 的連接 有兩種途徑：一種是直接通過 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與 BSC 相連；另一種是 BSC 先與 TRAU 相連，然后通過 MSC 再與 OMCR 連接。 NSS 提供的主要功能如下： ? 為用戶移動特征提供的特定功能，如尋呼 ? 呼叫過程中對無線資源的管理 ? 管理與 BSS 之間的信令協(xié)議 ? 位置登記，即 VLR 之間的互連 ? 切換過程 ? 查詢 HLR 獲得 MS 的漫游號碼 ? 與其他的移動功能實(shí)體交換信令信息 ? 管理語音組呼、語音廣播、增強(qiáng)多優(yōu)先級與強(qiáng)拆的呼叫建立 ? 用戶的鑒權(quán) 基本的 NSS 由六個功能實(shí)體組成，分別是：移動交換中心（ MSC），歸屬位置寄存器（ HLR），拜訪位置寄存器（ VLR），設(shè)備識別寄存器（ EIR）和互連功能單元（ IWF）。 BSS 的總體結(jié)構(gòu)如圖 27 所示 。 BSS 結(jié)構(gòu)和功能 BSS 是 GSMR 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中最基本的組成部分。 GSMR 網(wǎng)絡(luò)為支持基本業(yè)務(wù)提供以下功能： ? 呼叫處理 ? 用戶身份的鑒權(quán) ? 緊急呼叫 ? 語音組呼和語音廣播 ? 短消息業(yè)務(wù) ? 信令信息的加密 除此之外 ， GSMR 網(wǎng)絡(luò)還為支持各種補(bǔ)充業(yè)務(wù)提供了相應(yīng)的功能。組成 GSMR 網(wǎng)絡(luò)的各個子系統(tǒng)之間、 BSS與移動臺之間、與固定網(wǎng)絡(luò)之間的互連都提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口。 操作和維護(hù)子系統(tǒng)（ OSS）是相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，為 GSMR 網(wǎng)絡(luò)提供管理和維護(hù)功能。BSS 中還可能存在編碼速率適配單元（ TRAU），它實(shí)現(xiàn) 了 GSMR 編碼速率向標(biāo)準(zhǔn)的 PSTN 或 ISDN 速 率的轉(zhuǎn)換。移動臺除了具有通過無線接口（ Um）接入到 GSMR 系統(tǒng)的一般處理功能外，還為移動用戶提供了人機(jī)接口。 MSC 作為陸地移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的接入單元。通常用接收機(jī)的鄰道選擇性來表示抗鄰道干擾的能力，它主要由接收中頻濾波器的阻帶衰減特性決定。鄰道干擾的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻邮諡V波器的阻帶衰減不夠陡峭引起了相鄰頻帶信號的泄漏。根據(jù)傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)量的變化情況，調(diào)整同頻復(fù)用距離和頻率分配方案，以適應(yīng)不同的 C/I。以上的討論僅基于基站使用全向天線的情況，當(dāng)使用定向天線時，同頻干擾的小區(qū)數(shù)會減少，計算 C/I 是要充分考慮 i0的取值和基站的位置。我們試圖在 C/I 和同頻復(fù)用距離之間建立起聯(lián)系，來對小區(qū)的覆蓋進(jìn)行規(guī)劃。同頻干擾不能簡單的通過增大發(fā)射機(jī)的功率來克服，因?yàn)檫@樣會導(dǎo)致相鄰小區(qū)之間的干擾。話音信道上的干擾會造成串話，或者用戶聽到很大的背景噪聲；信令信道上的干擾則會導(dǎo)致誤碼率的升高，使呼叫遺漏或阻塞。因此原小區(qū)的信道必須分為兩組，一組適應(yīng)半徑小的小區(qū)的復(fù)用要求，一組適應(yīng)大的小區(qū)的復(fù)用要求。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計 12 1237456234567 圖 25 小區(qū)分裂 可 以 發(fā)現(xiàn)在小區(qū)分裂的初期，兩種不同直徑的小區(qū)共存。每次小區(qū)分裂均保持相同的幾何關(guān)系。小區(qū)分裂通過增加基站數(shù)量，使得單位覆蓋面 積內(nèi)的信道數(shù)增加，從而提高頻率復(fù)用率，增大系統(tǒng)容量。小區(qū)分裂根據(jù)用戶密度的變化，在現(xiàn)有小區(qū)的基礎(chǔ)上劃分更小的小區(qū)來提高頻率復(fù)用率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是有效的利用了資源，降低了呼損率，但是由于在動態(tài)分配的過程中要監(jiān)視信道的使用情況，檢查所分配的信道是否滿足干擾的要求，需要收集和處理大量的數(shù)據(jù)，因此控制復(fù)雜，成本較高。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計 11 另一種方法是動態(tài)信道分配。 ? 頻率的規(guī)劃要結(jié)合蜂窩網(wǎng)容量和規(guī)模的后續(xù)發(fā)展。 ? 確定頻率之間互調(diào)干擾最小的分組方法。例如，某系統(tǒng)的服務(wù) 等 級為 3%，那就說明該系統(tǒng)內(nèi)的用戶每呼叫 100次，其中用三次未被接通。 uUAA? (27) 如果系統(tǒng)中的信道數(shù)為 C，則平均每個信道的話務(wù)量強(qiáng)度 用式 28 表示。話務(wù)量強(qiáng)度定義為在一定時間內(nèi)信道完全被占用的時間（或平均通話時間）與這段時間的比值，即信道的時間利用率，通常用 A 來表 示。 話務(wù)量和呼損率 在通信系統(tǒng)中，信道的資源是有限的，而用戶的數(shù)量是不斷增長 的，用戶在系統(tǒng)中占用資源的時間和頻率都是隨機(jī)的。這一公式提供了尋找最近的同頻小區(qū)的方法：沿某一小區(qū)的任意一條六邊形鏈移動個小區(qū)后，逆時針旋轉(zhuǎn) 60 度后再移動個 小區(qū)，此時到達(dá)的小區(qū)即為同頻小區(qū)。為了避免同頻小區(qū)之間的干擾，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計 9 必須選定一個合適的同頻復(fù)用距離 [4]。同樣，六邊形覆蓋的系統(tǒng)費(fèi)用也要低于正方形和正三角形 [13]。 236514 圖 23 圓形小區(qū)的覆蓋 我們可以用數(shù)學(xué)方法證明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個區(qū)域，可取的只有正六邊形、正 三角形和正方形。在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)，通常組成蜂窩式的網(wǎng)絡(luò) ，這將比帶狀網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多。兩層中的上層采用傘狀宏小區(qū)，主要負(fù)責(zé)快速移動用戶，避免頻繁的越區(qū)切換，它還可以填補(bǔ)微小區(qū)覆蓋的盲區(qū)。一般來講，宏小區(qū)的天線架設(shè)在建筑物的頂部，微小區(qū)的天線地域建筑物，微微小區(qū)的天線一般安裝在室內(nèi)。 小區(qū)分層 根據(jù)覆蓋地區(qū)的人口密度和移動 臺移動速度的要求，可以按照覆蓋范圍的大小將小區(qū)分為以下四種類型 ： ? 擴(kuò)展小區(qū)：半徑 35km~120km ，主 要由于沿海地區(qū)海域的覆蓋 ； ? 宏小區(qū)：半徑 1km~35km，用于高速公路和人口較稠密的地區(qū)。兩個發(fā)射天線和兩個接收天線分別指向道路兩邊，下行鏈路的信號從小區(qū)沿著道路向兩個 方向輻射。 平衡設(shè)計 線性覆蓋在線性區(qū)域的兩側(cè)應(yīng)該是對稱的，在高速移動的環(huán)境中要盡量使小區(qū)的數(shù)目最小，中繼效率最大，每個小區(qū)的信道都可以為兩個方向的用戶服務(wù)，這就要求較高的基站發(fā)射功率。 . . .3 R 2 aaRd sd 1 = ( 2 n 1 ) R n ann + 112 3 圖 22 帶狀網(wǎng)的信干比示意圖 在圖 22 中，假設(shè)小區(qū)半徑為 R， 相鄰小區(qū)的交叉寬度為 a，第 n+1 區(qū)與第一區(qū)為同頻道小區(qū)。 線狀覆蓋使用的蜂窩基本原理與面狀覆蓋類似，只是在小區(qū)頻率組的分配和重疊區(qū)的問題上要單獨(dú)考慮 [13]。 在空中接口方面， GSMR 在 GSM 的基礎(chǔ)上增加了通知信道 NCH，用來傳送包含組呼信息和組呼信道信息。業(yè)務(wù)模型如圖 21 所示。 GSMR 的基本特性已在鐵路網(wǎng)的 MORANE 試驗(yàn)中得到安裝、測試和驗(yàn)證。 GSMR 在歐洲取得巨大的成功，目前超過 30 個鐵路公司已承諾在其國際路網(wǎng)中使用該技術(shù)。 此外，機(jī)車同步操控信息傳送業(yè)務(wù)對無線通信系統(tǒng)還有一定的要求： ? 全線不能存在無線通信盲區(qū)； ? 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包出現(xiàn)差錯時允許重傳，但傳輸連續(xù)失敗不能超過規(guī)定的時間； ? 上、下行列車通信之間不能相互干擾； ? 允許在同一車站內(nèi)同一個方向的多趟列車運(yùn)行； ? 從控和主控之間的通信不受距離限制。 1995 年， MORANE（歐洲鐵路移動無線電通信）項(xiàng)目啟動， EIRENE 制定的標(biāo)準(zhǔn)得到認(rèn)可，開始生效。 IT 業(yè)的這些技術(shù)進(jìn)步必將推動鐵路綜合數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。與傳統(tǒng)的基于軌道電路的列車控制（ Track Circuit Based Train Control System，簡稱 TBTC）系統(tǒng)相比，CBTC 有很多優(yōu)越性，其中最重要的是： 1）列車和地面控制設(shè)備之間通過雙向無線通信傳遞信息，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使列車運(yùn)行的安全性大大提高； 2） CBTC 可以實(shí)現(xiàn)移動閉塞方式（ Moving Automaticblock System，簡稱 MAS），使兩列車追蹤間隔大大縮短，提高列車在區(qū)間追蹤運(yùn)行的密度，從而大大提高鐵路運(yùn)輸效率。 高速、客運(yùn)專線 鐵路提速、高速和客運(yùn)專線網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)需要高度可靠、高度安全、快速接入的綜合移動通信系統(tǒng)，以及透明、雙向、大容量的車 /地信息傳輸通道。其中，青藏線是一條集多種領(lǐng)先技術(shù)于一身的往返于“世界屋脊”的鐵路；大秦線是使中國步入重載領(lǐng)域先進(jìn)行列的標(biāo)志性工程，突破性的實(shí)現(xiàn)了年運(yùn)量 2 億噸的目標(biāo)，現(xiàn)在技術(shù)還在不斷創(chuàng)新，預(yù)計年運(yùn)量將達(dá)到 4 億噸；膠濟(jì)線的建設(shè)是對 GSMR 技術(shù)應(yīng)用于具有中國特色環(huán)境的一個嘗試，它的成功與否影響著 GSMR 技術(shù)在時速 200km/h 鐵路線路的普及率 。因此話音業(yè)務(wù)可以被接收或竊聽，給行車安全帶來極大的隱患。而信道空閑時，別的系統(tǒng)用戶也并不能利用該信道進(jìn)行通信。 90 年代末全路長途交換網(wǎng)基本形成，在數(shù)據(jù)交換方面根據(jù)鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng) （ TMIS）、客票預(yù)定和發(fā)售信息系統(tǒng)及鐵路其他信息業(yè)務(wù)的需要，建設(shè)了鐵路第一個分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng) [1]。在鐵路通信中，它能夠提供定制的附加功能，如優(yōu)先級和強(qiáng)插功能、話音組呼及廣播功能、位置尋址及功能尋址和安全數(shù)據(jù)通信等，是一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng) [2]。 Applications。 關(guān)鍵詞 ： GSMR； 調(diào)度通信；應(yīng)用；維護(hù)。 在功能尋址業(yè)務(wù)中，每個 MSISDN 可以建立與多個功能號碼的映射 關(guān)系，但是一個功能號碼一次只能指定給一個用戶。調(diào)度通信包括 點(diǎn)對點(diǎn)呼叫、 組呼和功能尋址等。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計 1 摘要 GSMR（ GSM for Railway） 是在 GSM 蜂窩系統(tǒng)上增加了調(diào)度通信功能和適合高速環(huán)境下使用的組成要素，能滿足國際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信要求的技術(shù)。 調(diào)度通信在 GSMR 中有非常重要的地位，是保證行車調(diào)度員與其管轄區(qū)段內(nèi)各個車站之間進(jìn)行良好業(yè)務(wù)聯(lián)系的專用通信系統(tǒng)，是為鐵路運(yùn)輸行業(yè)提供實(shí)時信息、實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸統(tǒng)一指揮的重要手段。 功能尋址是非常重要的先進(jìn)尋址功能，是實(shí)現(xiàn)集群調(diào)度通信多的關(guān)鍵技術(shù)和必要手段。當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)建成以后，網(wǎng)絡(luò)的管路理與維護(hù)也相當(dāng)重要，因此，在論文最后也對此做出了設(shè)計。 Scheduling Communication。 GSMR 技術(shù)是基于成熟、通用的公共移動無線通信系統(tǒng) GSM 平臺之上，專門為滿足 鐵路 應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式移動無線通信技術(shù)。進(jìn)入 70 年代，隨著國外鐵路開始應(yīng)用光纖技術(shù)，我國鐵路光纜、數(shù)字通信也隨之進(jìn)入研究階段；進(jìn)入 80 年代中后期，數(shù)字光纖通信已經(jīng)在多條線上試用成功； 90 年代數(shù)字光 纖通信已經(jīng)在鐵路通信中被廣泛使用，這一時期除光纜建設(shè)迅速發(fā)展以外，其他數(shù)字通信建設(shè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展在交換方面大量采用程控交換設(shè)備。 鐵路無線通信系統(tǒng)使用的單信道模擬制式無線通信設(shè)備主要是為滿足話音通信設(shè)計的 ，主要使用 450M 頻段，共 58 對頻點(diǎn)，固定分配給了無線列調(diào)、站調(diào)、公安等無線系統(tǒng)使用，各個部門間不能相互共享，造成頻率資源的極大浪費(fèi)，無線通信系統(tǒng)采用頻點(diǎn)（信道）固定分配的方式，信道長期指配給某一系統(tǒng)（通常按專業(yè)劃分）用戶使用，當(dāng)一個信道遇忙時，其它用戶只能等待，往往造成該信道上的用戶爭搶或者出現(xiàn)阻塞，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計 2 通信質(zhì)量得不到保證。無線列調(diào)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，并未做任何鑒權(quán)加密處理，對用戶無需進(jìn)行身份識別，只要無線終端用戶頻點(diǎn)和調(diào)制方式與無線列調(diào)相同，便可以加入到無線列調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的通信。 經(jīng)過理論研究、技術(shù)之爭、政策審核、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、施工驗(yàn)收等層層考驗(yàn)，最終在 GSMR 工程方面取得了驕人的成績 ， 初步建設(shè)了分別代表高原、重載和繁忙干線的青藏線、大秦線、膠濟(jì)線三條 GSMR 線路 [5]。 調(diào)度指揮和安全生產(chǎn) 作為無線列調(diào)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，同時能夠滿足區(qū)間公務(wù)移動、緊急救援、調(diào)車蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計 3 編組作業(yè)、站場無線等移動話音通信的需要；滿足 TDCS 無線車次號校核、列車尾部風(fēng)壓、機(jī)車狀態(tài)信息、車輛軸溫監(jiān)測、線橋隧