【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 R 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(duì)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(duì)鐵路信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 LTEMAR 的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要包括：滿足高鐵更高等級(jí)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(dòng)條件下對(duì)通信的保障，支持車內(nèi)各種制式的無(wú)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?dòng)的列車提供 100Mbps 以上的接入速率和多種接入方式，支持未來(lái)各種制式終端的接入，為鐵路通信提供面向未來(lái)的解決方案，支持中國(guó)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(dòng)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(kāi)始進(jìn)行 LTE 研究。通過(guò)在工作組出任主席、副主席職務(wù)，華為承擔(dān)起了推動(dòng) 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的任務(wù)，在 LTE 標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。截至 2020 年底，華為已經(jīng)累計(jì)向 3GPP提交了 900 多篇 LTE 提案。 論文完成的主要研究?jī)?nèi)容 構(gòu)建統(tǒng)一的集成管理平臺(tái)，將各個(gè) 子系統(tǒng)集成到管理平臺(tái)上，對(duì)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(wèn)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(jì)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(kù)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，介紹旅客信息系統(tǒng)中大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 用到的顯示設(shè)備 IPTV 以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。該設(shè)計(jì)具有良好的發(fā)展前景，將會(huì)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(shí)、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(huì)效益。 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(hào)上網(wǎng)快 2020 倍，上傳速度也能達(dá)到 20Mb/s，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)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(shí)別 IP 地址的無(wú)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(wú)線電、便攜式電腦、軟件無(wú)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(gè)子信道上使用一個(gè)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(hào)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(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在 OFDM 系統(tǒng)中由于各個(gè)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(shí)又提高了頻譜利用率。 移動(dòng)通信信道的突出特點(diǎn)之一就是信道存在多徑時(shí)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(hào)將產(chǎn)生嚴(yán)重失真，信號(hào)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， OFDM 技術(shù)已基本被公認(rèn)為 4G 的核心技術(shù)之一。 OFDM 技術(shù)主要的技術(shù)難點(diǎn)是系統(tǒng)中的頻率和時(shí)間同步，基于導(dǎo)頻符號(hào)輔助的信道估計(jì)，峰平比問(wèn)題和多普勒頻偏的影響，以及基于 OFDM、多載波技術(shù)的新一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方案的研究 。 （ 2）智能天線（ SA）與多入多出天線（ MIMO）技術(shù)：智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等只能功能，被認(rèn)為是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成型波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 號(hào)，這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無(wú)線基站端使用天線陣和相關(guān)無(wú)線收發(fā)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的接收和發(fā)射。同時(shí)通過(guò)基帶數(shù)字信號(hào)處理器，對(duì)各個(gè)天線鏈路上接收到的信號(hào)按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種，全自適應(yīng)方式和基于多波束的波束切換方式。 多 入多出天線系統(tǒng)技術(shù)最早是由馬克尼于 1908 年提出的，它利用多天線來(lái)抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對(duì)于普通的 SISO 系統(tǒng)， MIMO 還可以包括 SIMO 系統(tǒng)和 MISO 系統(tǒng)。 信道容量隨著天下愛(ài)你數(shù)量的增大而線性增大，利用 MIMO 信道可成倍的提高無(wú)線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍的提高。 利用 MIMO 技術(shù)可以提高信道的容量，同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率，前者是利用 MIMO 信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用 MIMO 信道提供的空間分集增益。 MIMO 系統(tǒng)在一定程度上可 以利用傳播中多徑分量，也就是說(shuō) MIMO 可以抗多徑衰落，但是對(duì)于頻率選擇性深衰落， MIMO 系統(tǒng)依然是無(wú)能為力。目前解決 MIMO系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術(shù)。還有一種是利用 OFDM。大多數(shù)研究人員認(rèn)為 OFDM 技術(shù)是 4G 的核心技術(shù)， 4G 需要極高頻譜利用率的技術(shù)，而 OFDM 提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的，在 OFDM 的基礎(chǔ)上合理開(kāi)發(fā)空間資源，也就是 MIMO+OFDM，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外 OFDM 由于碼率低和加入了時(shí)間保護(hù)間隔而具有極強(qiáng)的抗多徑干擾能力。由于多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔。所以系統(tǒng) 不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網(wǎng)絡(luò)可以用于寬帶 OFDM系統(tǒng)，依靠多天線來(lái)實(shí)現(xiàn)，即采用由大量低功率發(fā)射機(jī)組成的發(fā)射機(jī)陣列消除陰影效應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。 （ 3）軟件無(wú)線電技術(shù)：軟件無(wú)線電是利用數(shù)字信號(hào)處理軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線功能的技術(shù)，能在同一硬件平臺(tái)上利用軟件處理基帶信號(hào)，通過(guò)加載不同的軟件，可實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)功能。它通過(guò)軟件方式，靈活完成硬件功能，具有良好的靈活性及可編程性，可代替昂貴的硬件電路，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，不會(huì)老化，便于系統(tǒng)升級(jí)，降低用戶設(shè)備費(fèi)用。 軟件無(wú)線電技術(shù)被認(rèn)為是可以將不同形式的通信 技術(shù)有效聯(lián)系在一起的唯一技術(shù)。在 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中，軟降將會(huì)變得非常復(fù)雜。為此專家們提議引入軟件無(wú)線電技術(shù)，將其作為從第二代移動(dòng)通信桐鄉(xiāng)第三代和第四代移動(dòng)通信的橋梁。軟件無(wú)線電技術(shù)能夠?qū)⒛M信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程盡可能地接近天線，即將 A/D和 D/A 轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近 RF 前端。利用軟件無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行信道分離，調(diào)制大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 解調(diào)和信道編譯碼等工作。軟件無(wú)線電技術(shù)旨在建立一個(gè)無(wú)線電通信平臺(tái)，在平臺(tái)上運(yùn)行各種軟件系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)多通路，多層次和多模式的無(wú)線通信。因此應(yīng)用軟件無(wú)線電技術(shù)，一個(gè)移動(dòng)終端就可以實(shí)現(xiàn)其在不同系統(tǒng)和平臺(tái)之間暢通無(wú) 阻的使用。 4G 通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖 2G、 3G、 4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 4G 系統(tǒng)針對(duì)各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng)，通過(guò)多媒體接入連接到基于 IP 的核心網(wǎng)中。基于 IP 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實(shí)現(xiàn)在 3G、 4G、 WLAN 及固定網(wǎng)間無(wú)縫漫游。 4G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。 （ 1）物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。 （ 2）中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。 （ 3）物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開(kāi)放的，使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶，這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端，跨越多個(gè)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)商，提供更大范圍服務(wù)。 4G 網(wǎng)絡(luò)有如下特點(diǎn)： （ 1）支持現(xiàn)有的系統(tǒng)和將來(lái)系統(tǒng)通用接入的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)； （ 2）與 Inter 集成統(tǒng)一，移動(dòng)通信網(wǎng)僅僅作為一個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)； 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （ 3）具有開(kāi)放、靈活的結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展； （ 4）是一個(gè)可重構(gòu)的、自組織的、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)； （ 5）智能化的環(huán)境，個(gè)人通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂(lè)等業(yè)務(wù)無(wú) 縫連接為一個(gè)整體，滿足用戶的各種需求； （ 6）用戶在高速移動(dòng)中，能夠按需接入系統(tǒng)，并在不同系統(tǒng)無(wú)縫切換，傳送高速多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)； （ 7）支持接入技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各自獨(dú)立發(fā)展。 IPTV 的關(guān)鍵技術(shù) IPTV 技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)。它能使音視頻內(nèi)容節(jié)目或信號(hào)，以 IP 包的方式，在不同物理網(wǎng)絡(luò)中，被安全、有效且保質(zhì)地傳送或分發(fā)給不同用戶。它包括音視頻編解碼技術(shù)、音視頻服務(wù)器和存儲(chǔ)陣列技術(shù)、 IP 單播 (unicast)和組播(multicast)技術(shù)、 IP QoS 技術(shù)、 IP 信令技術(shù)（如 SIP 技術(shù)）、內(nèi)容分送網(wǎng)絡(luò) (CDN)技術(shù)、數(shù)字版權(quán)管理 (DRM)技術(shù)、 IP 機(jī)頂盒與 EPG 技術(shù)、用戶管理和收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)等。它還涉及各種不同的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如 Cable Modem 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和 ADSL 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等。 IPTV 技術(shù)能用來(lái)提供將視音頻流媒體節(jié)目，如 IP 電視節(jié)目，從節(jié)目中心（ first mile）播出，并通過(guò)骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)（ last mile）傳輸，直到被用戶接收之端到端的完整技 術(shù)解決方案。一個(gè)端到端的 IPTV 系統(tǒng)一般具有節(jié)目采集、存儲(chǔ)和服務(wù)、 節(jié)目傳送、用戶終端設(shè)備和相關(guān)軟件等五個(gè)功能部件。 IPTV 前端一般具有完成節(jié)目采集與存儲(chǔ)和服務(wù)二種功能。節(jié)目采集包含節(jié)目的接收（如從衛(wèi)星、 CATV 網(wǎng)、地面無(wú)線和 I P / A T M 網(wǎng)絡(luò)等）、節(jié)目的壓縮編碼或變換編碼（ transcoding）及格式化、加密和 DRM 打包、以及節(jié)目生成等。節(jié)目存儲(chǔ)和服務(wù)則完成對(duì)節(jié)目采集程序處理后生成節(jié)目的大規(guī)模存儲(chǔ)或播送服務(wù)。 這里的播送服務(wù)不僅要將加密的視音頻流媒體節(jié)目，以 IP 單播或組播的方式，從視頻服務(wù)器播送出去，而且還要對(duì)用戶或用戶終端設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證（ authentication），并從 DRM 授權(quán) /密鑰服務(wù)器 (DRM licenseserver)，向被認(rèn)證的用戶或用戶終端設(shè)備傳送 DRM 授權(quán) / 密鑰，使用戶能夠?qū)σ呀邮盏募用芤曇纛l流媒體節(jié)目進(jìn)行解密和播放。 IPTV 所使用的 DRM 技術(shù)，與傳統(tǒng)的條件接收技術(shù)相比，具有二個(gè)基本的不同之處。一是前者是對(duì)視音頻流媒體內(nèi)容本身進(jìn)行加密，而后者是對(duì)連接 / 傳輸層如 MPEG2 系統(tǒng)復(fù)用層 / 流的加密；二是前者的