【正文】 ........................................................................36 調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸 ....................................................................37 機(jī)車同步控制傳輸 ................................................................................................38蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1 其他應(yīng)用 ................................................................................................................394 GSMR 的 維護(hù)與管理 .......................................................................................................42 GSMR 網(wǎng)絡(luò)管理 ..........................................................................................................42 GSMR 網(wǎng)絡(luò)的維護(hù) ......................................................................................................44總結(jié) ...........................................................................................................................................48致謝 ...........................................................................................................................................49參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................50蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)21 緒論 引言鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，鐵路的運(yùn)輸能力直接影響著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鐵路無線全球通信系統(tǒng) GSMR 的建設(shè)和使用，表明中國鐵路正不斷吸取國外鐵路的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和成果，努力提升自身的經(jīng)濟(jì)技術(shù)結(jié)構(gòu)和規(guī)模水平，加快發(fā)展步伐，爭取在較短時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。在專用通信方面由于光數(shù)字分插設(shè)備的應(yīng)用，區(qū)段通信電纜數(shù)大幅度增加，中間站通信條件大為提高。這無疑是對頻率資源的一種浪費(fèi)，也制約了用戶數(shù)量的進(jìn)一步發(fā)展。隨著我國鐵路信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，鐵路數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)量的多樣化和高速率，使得 GSMR 系統(tǒng)在國內(nèi)有著廣闊的發(fā)展空間， GSMR 技術(shù)也正是順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，利用其固有的 GSMR 網(wǎng)絡(luò)特性，為鐵路信息化和自動化發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，利用通信的手段實(shí)現(xiàn)鐵路移動設(shè)施和固定設(shè)施的無縫連接，確保列車平穩(wěn)高速、安全地運(yùn)行。 現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸對無線通信的發(fā)展要求鐵路信息化在鐵路主要干線建設(shè)分散自律、調(diào)度集中系統(tǒng)（CTCS） ，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮現(xiàn)代化。機(jī)車綜合通信? 具有網(wǎng)絡(luò)以及功能號注冊、注銷功能；? 支持調(diào)度通信系統(tǒng)功能；? 支持通用數(shù)據(jù)傳輸功能；? 支持不同制式下的自動或手動切換功能；? 可向用戶提供機(jī)車所在的小區(qū)位置信息、GPS 信息等。目前國內(nèi)對移動閉塞進(jìn)行了初步研究。 GSMR 的發(fā)展歷史及技術(shù)特點(diǎn)最初開發(fā) GSMR 的原因是無線頻率的利用效率較低，鐵路網(wǎng)絡(luò)之間不同的通信系統(tǒng)的互操作性有限。GSMR 是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無線通信系統(tǒng) GSM 平臺上的、專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式的無線通信系統(tǒng)，針對鐵路通信列車調(diào)度、列車控制、支持高速列車等特點(diǎn)，為鐵路運(yùn)營提供定制的附加功能的一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合無線通信系統(tǒng)。GSMR 正是滿足上述要求的最佳系統(tǒng)，比基于常規(guī)對講無線通信方式要優(yōu)越的多。GSMR 系統(tǒng)很多技術(shù)借鑒了公網(wǎng)的 GSM 技術(shù)，保留了 GSM 的大體結(jié)構(gòu)，使得從一開始 GSMR 系統(tǒng)就是一個(gè)成熟可靠的系統(tǒng)，它的絕大多數(shù)軟硬件都已在現(xiàn)網(wǎng)中得到檢驗(yàn)。出于眾多的需要，GSM 新技術(shù)如 GPRS 已經(jīng)規(guī)范化并將安裝使用。 調(diào)度通信平面調(diào)車自動列控制 （ C T C S ）遠(yuǎn)程控制鐵路緊急救援移動服務(wù)尾部風(fēng)壓檢測高速數(shù)字通信旅客綜合列車信息移動服務(wù)區(qū)間移動通信軌道維護(hù)移動服務(wù)功能尋址 功能號的表示 與位置有關(guān)的尋址介入矩陣e M L P P V B S V G C S鐵路應(yīng)用鐵路運(yùn)營特色電信業(yè)務(wù) A S C I圖 21 GSM 與 GSMR 的關(guān)系——業(yè)務(wù)模型蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7GSMR 系統(tǒng)保留了 GSM 的基本結(jié)構(gòu)，同時(shí)還需要一個(gè)存儲組呼屬性的寄存器來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能——組呼寄存器(GCR)。NCH 的位置在 BCCH 的系統(tǒng)消息中廣播。頻率復(fù)用 在線狀覆蓋中，一般以圓形小區(qū)為模型來進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。顯然，在移動臺處于覆蓋區(qū)邊緣時(shí)，同頻干擾最為嚴(yán)重。但是基站的高發(fā)射功率可能會造成上下行鏈路的不平衡，結(jié)果上行鏈路會因?yàn)樵肼曁蠖鵁o法使用。兩個(gè)接收天線按同樣的方式朝向兩個(gè)方向。要求具有高的抗干擾靈敏度和安全的頻率復(fù)用模型； ? 微小區(qū)：半徑 ~1km ，用于城市繁華地段。 在進(jìn)行實(shí)際的覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際的地形環(huán)境和業(yè)務(wù)密度將集中小區(qū)結(jié)合使用。下層是微小區(qū)覆蓋，主要負(fù)責(zé)步行移動用戶，另外當(dāng)發(fā)生堵車這樣的業(yè)務(wù)密度突然增大的情況，也可以由蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9宏小區(qū)覆蓋轉(zhuǎn)換為微小區(qū)覆蓋。小區(qū)形狀 在移動通信中，如果使用全向天線，人們很容易聯(lián)想到應(yīng)該采用圓形的小區(qū)，但是從電磁波傳播的角度考慮，圓形并不是最理想的形狀。而面狀覆蓋的服務(wù)區(qū)中，通常采用正六邊形的小區(qū)形狀。需要指出的是，正六邊形的小區(qū)形狀只具有理論分析和設(shè)計(jì)上的意義，在實(shí)際工程中，小區(qū)的形狀取決于電波傳播的條件和天線的方向性。構(gòu)成一個(gè)簇必須滿足：簇的區(qū)域能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個(gè)面積；相鄰簇間同頻小區(qū)的距離相等且為最大。為了更好的表達(dá)頻率復(fù)用率與系統(tǒng)容量之間的關(guān)系，我們引用 與 的比值來作DR為衡量系統(tǒng)容量的一個(gè)重要參數(shù)，這一比值稱為同頻復(fù)用比，用 來表示： Q (25)3DQNR?可見， 的值只與簇的大小有關(guān)， 的值越小，系統(tǒng)容量越大；但是 值大可以Q提高傳播質(zhì)量，因?yàn)橥l干擾小。要想衡量資源的使用率，只能采取統(tǒng)計(jì)的方法來表達(dá)這個(gè)隨機(jī)的系統(tǒng)。例如一個(gè)信道在一小時(shí)內(nèi)平均通話時(shí)間為 3 分鐘，它的話務(wù)量強(qiáng)度為 3/60=。 (28)CAu?由于系統(tǒng)擁塞導(dǎo)致呼叫無法完成的概率，或是呼叫的延遲時(shí)間大于排隊(duì)時(shí)間的概率叫做呼損率。信道分配策略蜂窩系統(tǒng)的信道分配分為兩個(gè)步驟：首先要將所有的頻率資源分組，其次以動態(tài)的或固定的方法為用戶分配信道。? 考慮天線類型，基站發(fā)射功率，服務(wù)質(zhì)量等因素，在盡量減小同頻干擾的前提下確定分組的組數(shù)。在對頻率資源進(jìn)行分組后，可以采用兩種方式為蜂窩小區(qū)分配信道組：固定信道分配和動態(tài)信道分配。這種方法不是固定小區(qū)所使用的信道，而是多個(gè)小區(qū)可以使用相同的信道，每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)時(shí)不固定的。但是與固定信道的分配方式相比，信道利用率可以提高 20%?50%。劃分扇區(qū)利用天線的方向性來控制干擾，從而提高系統(tǒng)容量。在圖中用同心圓表示原基站，用小黑點(diǎn)表示分裂后新小區(qū)的基站。 如圖 25 所示 ，如果采用分裂后的小區(qū)半徑為原小區(qū)半徑一般的分裂方案，則分裂后小區(qū)的面積為原小區(qū)面積的四分之一。為了避免同頻干擾，同頻復(fù)用比必須有一個(gè)最小值。在分裂的初期，小半徑小區(qū)的信道數(shù)分配的少一些，隨著用戶數(shù)量的增長，分裂不斷進(jìn)行，這時(shí)小半徑小區(qū)的信道數(shù)就會增加。蜂窩系統(tǒng)中的干擾主要由兩種類型：同頻干擾和鄰道干擾。同頻干擾又有兩種形式，前向鏈路的干擾和反向鏈路的干擾?？紤]到電磁波在無線信道中的傳輸功率隨著傳輸距離的增大而衰減，用下式來估算距離發(fā)射天線 d 處的接收點(diǎn)接收到的平均信號功率： (212)nrdP??)(0式中 Pr是接收功率，P 0 是距發(fā)射天線 d0 處的參考點(diǎn)的功率，n 是路徑衰減指數(shù)。解決同頻干擾可以采取以下幾種措施：? 定向天線覆蓋。? 天線高度和傾角的調(diào)整。只有當(dāng)兩個(gè)相鄰頻率的接收機(jī)距離很近，干擾信號的強(qiáng)度超過了接收機(jī)靈敏度時(shí)，鄰道干擾才會對接蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15收機(jī)的正常工作造成影響。因?yàn)槊總€(gè)小區(qū)只是分給所有可用信道中的一部分，因此在可以通過避免在相鄰小區(qū)之間分配連續(xù)的頻率，同時(shí)使相鄰小區(qū)之間的頻率間隔最大來減小鄰道干擾。 一個(gè) GSMR 陸地移動系統(tǒng)由若干個(gè)功能實(shí)體組成，這些功能實(shí)體所實(shí)現(xiàn)的功能的集合就是網(wǎng)絡(luò)能夠提供給用戶的所有基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，以及對于用戶數(shù)據(jù)和移動性的操作和管理。 基站子系統(tǒng)（BSS）由一個(gè)基站控制器（ BSC）和若干個(gè)基站收發(fā)信機(jī)（BTS）組成，BTS 主要負(fù)責(zé)與一定覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動臺（MS）進(jìn)行通信，并對空中接口進(jìn)行管理。 TRAU 與 BSC 通過 Ater 接口連接。它的具體功能由操作維護(hù)中心（OMC）來完成，其中 OMCR 負(fù)責(zé)管理BSS， OMCS 負(fù)責(zé)管理 NSS。網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備可以通過標(biāo)準(zhǔn)的接口來實(shí)現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的本地和國際互連。為支持蜂窩系統(tǒng)的操作提供以下功能： ? 位置登記 ? 切換 ? 呼叫重新建立GSMR 網(wǎng)絡(luò)還具有網(wǎng)絡(luò)管理功能和一些附加功能，如呼叫處理的排隊(duì)、安全功能、不連續(xù)發(fā)送和接收（DTX/DTR）等。它有兩種基本組成設(shè)備，分別是基站收發(fā)信機(jī)（BTS ）和基站控制器（BSC）。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)18圖 27 BSS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSMR 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS ）提供了處理建立、維持和清除呼叫的所有信令協(xié)議的功能，以及為移動環(huán)境下通信提供的特定功能。如圖 28 所示。OMCS 通過 OMN 接口與 MSC 相連。系統(tǒng)的每個(gè)組成部分都可以通過特有的網(wǎng)絡(luò)連接至 OMC，從而實(shí)現(xiàn)集中維護(hù)。青藏鐵路穿越海拔 4000 米以上地段 960 公里，最高點(diǎn)為海拔 5072 米的唐古拉山埡口，平均海拔 4500 米，穿越多年凍土地帶 550 多公里。其接近連續(xù)式無線機(jī)車信號的傳輸方式應(yīng)采用由 GSMR 網(wǎng)絡(luò)所提供的數(shù)據(jù)傳輸通道。青藏線服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)的要求見表 31。STM1 基站環(huán)用于連接所有基站，青藏鐵路全線設(shè)拉薩、那曲、沱沱河、格爾木等 4 個(gè) STM1 基站環(huán)。格爾木通信站和拉薩移動交換中心各設(shè)兩臺基站控制器。在其它鐵路沿線地區(qū)，GSMR 系統(tǒng)只用于話音和普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不提供無線機(jī)車信號的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，因此采用單基站環(huán)形覆蓋結(jié)構(gòu)。與公眾 GSM 網(wǎng)絡(luò)不同，兩根天線通過一個(gè)功率分配器合成起來，然后連接到基站內(nèi)相同的收發(fā)信機(jī)，從而形成橢圓形覆蓋。這種基站既能滿足線型覆蓋，又能減少越區(qū)切換次數(shù)，非常適用于鐵路沿線。為避免這種情況的發(fā)生，如果不考慮智能切換的概念，切換區(qū)域應(yīng)該遠(yuǎn)離車站等列車經(jīng)常停靠的地方或是無線信號衰落極為嚴(yán)重的地區(qū)。想鄰基站的覆蓋重疊需要有足夠的長度，才能確保列車最大速度運(yùn)行條件下安全越區(qū)切換。這樣，允許第一次切換失敗后 (很少發(fā)生)，有足夠的時(shí)間嘗試再次切換。系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式如圖32所示，其接口及信令在圖中都已標(biāo)明 [11]。系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)主要由SSS （包括MSC、HLR、AUC、VLR、 GCR等）、BSS（包括BSC、BTS）、 OSS、FAS、調(diào)度臺、車站臺、CIR 、OPH及其他固定終端等構(gòu)成。Fa 接口：ISDN 基群速率接口(30B+D)，DSS1 信令。調(diào)度通信組呼區(qū)域劃分GSMR 組呼區(qū)域原則上可以分為四種劃分類型：? 以調(diào)度轄區(qū)作為 GSMR 組呼區(qū)域? 以相鄰三個(gè)車站及其兩區(qū)間作為 GSMR 組呼區(qū)域? 以相鄰的三個(gè)小區(qū)作為 GSMR 組呼區(qū)域? 以車站基站區(qū)作為 GSMR 組呼區(qū)域?yàn)楸ＷC車站基站區(qū)的 GSMR 組呼區(qū)域，在小區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證車站基站區(qū)在車站兩邊覆蓋至少各 2km。? 移動終端按ISDN號碼尋址呼叫固定終端 移動終端以被叫固定終端的ISDN號碼發(fā)起呼叫；GSMR 網(wǎng)絡(luò)收到ISDN號碼，進(jìn)行號碼分析后，把呼叫路由到FAS，并向FAS 發(fā)送被叫固定終端ISDN 號碼；FAS根據(jù)ISDN號碼呼叫固定終端，雙方建立通信；通話完畢，任意一方掛機(jī)，呼叫拆除。? 固定終端呼叫固定終端固定終端以被叫固定終端ISDN號碼發(fā)起呼叫；FAS收到呼叫