【正文】 置。與一個(gè)基站采用兩個(gè)小區(qū)(兩個(gè)扇區(qū))的解決方案比較，橢圓形覆蓋概念將沿鐵路線越區(qū)切換的次數(shù)減少一半。根據(jù)這一設(shè)計(jì)需求，將重要基站設(shè)置在這些地區(qū)附近，以確保這些地區(qū)有良好的覆蓋，而且使切換區(qū)域遠(yuǎn)離車站及其兩邊 3km 范圍 (考慮接近連續(xù)式無線機(jī)車信號(hào))。 GSMR 在青藏鐵路上的的應(yīng)用及設(shè)計(jì) 調(diào)度通信列車調(diào)度通信是重要的鐵路行車通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)列車的位置和運(yùn)行方向，其主要用戶有：? 列調(diào)：調(diào)度員、車站值班員、助理值班員、機(jī)車司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長(zhǎng)、機(jī)務(wù)調(diào)度、巡道人員、道口等? 貨調(diào)：貨運(yùn)調(diào)度員、中間站貨運(yùn)室值班員、貨運(yùn)員 、其他人員? 電調(diào)：調(diào)度員、變電所值班員、車站值班員、接觸網(wǎng)工區(qū)值班員、開閉所值班員等 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)25? 站場(chǎng)：站場(chǎng)集中電話、駝峰調(diào)車電話、平面調(diào)車電話、貨運(yùn)電話、列檢電話、車號(hào)電話、商檢電話等 調(diào)度通信的實(shí)現(xiàn)利用GSMR進(jìn)行調(diào)度通信系統(tǒng)組網(wǎng)，既可以完全利用無線方式，也可以同有線方式結(jié)合起來，共同完成調(diào)度通信任務(wù)。各MSC之間通過E1接口相連接，接口采用 ； 部、局FAS通過Fa接口接入鄰近的MSC；車站FAS不直接與MSC 相連接；部、局 FAS之間通過Fa接口連接；路局FAS與車站FAS之間通過Fb接口連接。可包括車站基站區(qū)范圍內(nèi)的微蜂窩。? 固定終端按功能尋址呼叫移動(dòng)終端固定終端以功能號(hào)碼發(fā)起對(duì)移動(dòng)終端的個(gè)別呼叫；FAS收到呼叫，進(jìn)行號(hào)碼分析，判斷是移動(dòng)終端功能號(hào)碼，會(huì)把呼叫路由到GSMR 網(wǎng)絡(luò)；GSMR 網(wǎng)絡(luò)將移動(dòng)終端功能號(hào)轉(zhuǎn)換為被叫移動(dòng)終端的MSISDN ，并以MSISDN呼叫移動(dòng)終端，雙方建立通信；通話完畢，任意一方掛機(jī)，呼叫拆除。Ub 接口：選用 Z 接口、音頻 2/4 線接口、64kbit/s 同向接口、錄音接口等。其中車站臺(tái)和調(diào)度臺(tái)通過FAS連接到GSMR的MSC上，從而實(shí)現(xiàn)有線和無線用戶的通信。自由空間傳播條件下，覆蓋重疊長(zhǎng)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。 越區(qū)切換當(dāng)列車停在相鄰基站的邊界處時(shí)，由于無線信號(hào)衰落的變化，在兩個(gè)相鄰基站間會(huì)發(fā)生多次切換，即所謂的 “乒乓”效應(yīng)。即每個(gè)基站使用兩根定向天線，兩個(gè)不同的方向分別使用一根天線。拉薩移動(dòng)交換中心設(shè)移動(dòng)交換機(jī)和 GPRS 設(shè)備。根據(jù)青藏線列控系統(tǒng)對(duì) GSMR 系統(tǒng)的需求，GSMR 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按 ETCS 2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) [8]。青藏鐵路建設(shè)是中國(guó)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(zhǎng)、穿越凍土里程最長(zhǎng)的高原鐵路。 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。BSS 的總體結(jié)構(gòu)如圖 27 所示。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。操作和維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）是相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，為 GSMR 網(wǎng)絡(luò)提供管理和維護(hù)功能。移動(dòng)臺(tái)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(dòng)用戶提供了人機(jī)接口。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。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。我們?cè)噲D在 C/I 和同頻復(fù)用距離之間建立起聯(lián)系，來對(duì)小區(qū)的覆蓋進(jìn)行規(guī)劃。話音信道上的干擾會(huì)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(huì)導(dǎo)致誤碼率的升高，使呼叫遺漏或阻塞。0T蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)131237456234567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。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。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(dòng)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。? 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。例如，某系統(tǒng)的服務(wù)等級(jí)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。話務(wù)量強(qiáng)度定義為在一定時(shí)間內(nèi)信道完全被占用的時(shí)間（或平均通話時(shí)間）與這段時(shí)間的比值，即信道的時(shí)間利用率，通常用 A 來表示。這一公式提供了尋找最近的同頻小區(qū)的方法：沿某一ij小區(qū)的任意一條六邊形鏈移動(dòng)個(gè)小區(qū)后，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 60 度后再移動(dòng)個(gè)小區(qū)，此時(shí)到達(dá)的小區(qū)即為同頻小區(qū)。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]。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。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)。兩個(gè)發(fā)射天線和兩個(gè)接收天線分別指向道路兩邊，下行鏈路的信號(hào)從小區(qū)沿著道路向兩個(gè)方向輻射。. . .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)。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。GSMR 的基本特性已在鐵路網(wǎng)的 MORANE 試驗(yàn)中得到安裝、測(cè)試和驗(yàn)證。此外，機(jī)車同步操控信息傳送業(yè)務(wù)對(duì)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(cuò)時(shí)允許重傳，但傳輸連續(xù)失敗不能超過規(guī)定的時(shí)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(gè)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。IT 業(yè)的這些技術(shù)進(jìn)步必將推動(dòng)鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。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(dòng)通信系統(tǒng)，以及透明、雙向、大容量的車/地信息傳輸通道。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。90 年代末全路長(zhǎng)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(gè)分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng) [1]。 Applications。在功能尋址業(yè)務(wù)中，每個(gè) MSISDN 可以建立與多個(gè)功能號(hào)碼的映射關(guān)系，但是一個(gè)功能號(hào)碼一次只能指定給一個(gè)用戶。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(guó)際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信要求的技術(shù)。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。 Scheduling Communication。進(jìn)入 70 年代，隨著國(guó)外鐵路開始應(yīng)用光纖技術(shù)，我國(guó)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(shí)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。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(duì)用戶無需進(jìn)行身份識(shí)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。調(diào)度指揮和安全生產(chǎn)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)4 作為無線列調(diào)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，同時(shí)能夠滿足區(qū)間公務(wù)移動(dòng)、緊急救援、調(diào)車編組作業(yè)、站場(chǎng)無線等移動(dòng)話音通信的需要；滿足 TDCS 無線車次號(hào)校核、列車尾部風(fēng)壓、機(jī)車狀態(tài)信息、車輛軸溫監(jiān)測(cè)、線橋隧道監(jiān)護(hù)、鐵路供電狀態(tài)監(jiān)視、道口防護(hù)等移動(dòng)和固定無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰粷M足以移動(dòng)列車為主體的安全信息分發(fā)與預(yù)告警系統(tǒng)的需要，確保沿鐵路線的施工、軌道養(yǎng)護(hù)、平交道口與車輛、車站等人員和設(shè)備的安全，減少事故。IT 業(yè)在過去 20 年突飛猛進(jìn)，表現(xiàn)在：微電子技術(shù)從微米向納米技術(shù)過渡；交換網(wǎng)絡(luò)已程控化，從單一業(yè)務(wù)向智能多業(yè)務(wù)交換發(fā)展；骨干傳輸網(wǎng)朝著全光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展；接入網(wǎng)出現(xiàn)三網(wǎng)融合(計(jì)算機(jī)、通信、廣播)；蜂窩公眾移動(dòng)通信已經(jīng)完成從模擬到數(shù)字的過渡，朝著寬帶多媒體發(fā)展；蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5無線局域網(wǎng)朝著寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) IP 化，移動(dòng) IP 和移動(dòng)計(jì)算成為電子商務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。GSMR 能滿足列車運(yùn)行速度為 0500km/h 的無線通信要求，安全性好。GSMR 系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)也可借助于已成熟的 GSM 系統(tǒng)工具，可以方便快捷地為用戶提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)安裝。它被視為一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可以放在直接與 MSC 相連的 PABX 中，也可以放在 MSC 中，或者作為 HLR 的組成部分。 如圖 22 所示沿著覆蓋區(qū)域的分布按照 n 個(gè)小區(qū)為一組的間隔可以進(jìn)行頻率復(fù)用，n 的取值要考慮到頻率利用率、同頻干擾和建網(wǎng)成本，一般可以取 2 、3 、4 。平衡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要在四面建立天線群系統(tǒng)。 根據(jù)小區(qū)的大小不同，天線假設(shè)的高度也不一樣。 面狀覆蓋當(dāng)服務(wù)區(qū)不呈條狀而是一個(gè)寬廣的平面時(shí)，稱為面狀服務(wù)區(qū)。因此采用六邊形的設(shè)計(jì)需要較少的小區(qū)，較少的發(fā)射基站。 N (24)22ij??式 24 中， 、 為非零正整數(shù)。在中繼系統(tǒng)中用話務(wù)量強(qiáng)度來表達(dá)資源的占用率，這個(gè)概念是丹麥的數(shù)學(xué)家愛爾蘭（Erlang）提出的，因此使用他的名字來作為話務(wù)量強(qiáng)度的單位。由此我們可以得到呼損率的計(jì)算公式： (29)uuAB???由此可見，呼損率越小，成功呼叫的概率越大，用戶就越滿意因此呼損率也是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的主要指標(biāo)。? 相鄰的信道不分配給相鄰的小區(qū)或扇區(qū)。在這種方式中，信道都由 MSC（移動(dòng)交換中心）來管理和執(zhí)行分配。小區(qū)分裂是將業(yè)務(wù)量增大的小區(qū)分成更小的小區(qū)，分裂后的每個(gè)小區(qū)都有自己的基站，基站的天線高度要相應(yīng)降低，發(fā)射機(jī)功率也要減小。假如在此基礎(chǔ)上分裂 K 次，那么原區(qū)中可容納的業(yè)務(wù)量增加為 (210)04nT?式中， 為分裂前原小區(qū)業(yè)務(wù)量。干擾限制和防護(hù)干擾是制約蜂窩系統(tǒng)容量的一個(gè)重要因素。設(shè)同頻干擾的小區(qū)數(shù)為 i0，那么前向鏈路移動(dòng)臺(tái)的接收信噪比就可以表示為：蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)14 (211)01iiiCSII??其中，C 是移動(dòng)臺(tái)接收到的基站載波信號(hào)的功率， 是第 個(gè)同頻小區(qū)的基站信號(hào)對(duì)i移動(dòng)臺(tái)的干擾功率。 ? 優(yōu)化同頻復(fù)用距離和頻率分配方案。鄰道干擾可以通過提高濾波器的精度和合理的信道分配而減到最小程度。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)16P S T N 、 I S D N 、 P S D NG M S CV L RG C RE I R信令系統(tǒng) N o . 7 S S 7H L R A U CM S CV L RB S CO M N 接口O M C R O M C ST R A UM SB T S B T SB S S基站子系統(tǒng)O S S 操作維護(hù)子系統(tǒng)A 接口A b i s 接口A t e r 接口U m接口圖 26 GSMR 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動(dòng)臺(tái)是接入 GSMR 網(wǎng)絡(luò)的用戶設(shè)備，包括移動(dòng)終端（ME）和終端設(shè)備（TE），或通過終端適配器與 ME 連接的 TE。NSS 通過 A 接口連接 BSS，與固定網(wǎng)絡(luò)的接口決定于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的類型。鐵路網(wǎng)與公網(wǎng)的主要區(qū)別在于由鐵路網(wǎng)特殊需求引起的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃上的區(qū)別。此外，還有一種可選擇設(shè)備——速率適配單元（TRAU ）。G C R V L RB S S其他G S M R P S T NI S D N統(tǒng)計(jì)服務(wù)器I W FH L RA U CV L RG C RE I R統(tǒng)計(jì)服務(wù)器S M S S CI W FB S S其他G S M R P S T NI S D NM S CG M S C圖 28 NSS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) OSS 結(jié)構(gòu)和功能 OSS 可以分為兩部分：對(duì)應(yīng) BSS 的操作與維護(hù)中心（OMCR）和對(duì)應(yīng) NSS 的操作與維護(hù)中心（OMCS ）。全線遠(yuǎn)近期設(shè)格爾木、望昆、五道梁、沱沱河、安多、那曲、當(dāng)雄、羊八井、拉薩等 34 個(gè)車站。 GSMR 設(shè)計(jì)的主要原則及標(biāo)準(zhǔn) 在這樣的高原環(huán)境下青藏鐵路的建設(shè)對(duì) GSMR 提出了以下技術(shù)指標(biāo)要求 [14] (以下各項(xiàng)指標(biāo)的適用范圍均為車站兩邊 3km 的范圍之內(nèi) )：? 時(shí)速 120Km/h 下的無縫通信? 載干比 (C/I)至少 12dB? 95％的時(shí)間和地點(diǎn)覆蓋率 ? 信號(hào)強(qiáng)度大于92dBm ? 根據(jù)