【導(dǎo)讀】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)。限度地改動(dòng)，故能保證價(jià)格低廉、性能可靠地實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行。和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸功能以及列車控制數(shù)據(jù)傳輸功能等等。路運(yùn)輸統(tǒng)一指揮的重要手段。調(diào)度通信包括點(diǎn)對點(diǎn)呼叫、組呼和功能尋址等。其他調(diào)度及專用通信、站場通信、應(yīng)急通信、施工養(yǎng)護(hù)通信和道口通信等。在功能尋址業(yè)務(wù)中，每個(gè)MSISDN可以建立與多個(gè)功能號碼的映射關(guān)系，但是一。個(gè)功能號碼一次只能指定給一個(gè)用戶。中的應(yīng)用進(jìn)行了設(shè)計(jì)。當(dāng)一個(gè)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(jì)。

　　

【正文】 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(dòng)環(huán)境下通信提供的特定功能。 NSS 提供的主要功能如下： ? 為用戶移動(dòng)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(dòng)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(gè)功能實(shí)體組成，分別是：移動(dòng)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）。如圖 28 所示。 NSS 中還可以有實(shí)現(xiàn)語音組呼和語音廣播的實(shí)體（ GCR），用于短消息業(yè)務(wù)的短消息服務(wù)中心（ SMSSC）和統(tǒng)計(jì)服務(wù)器，這些功能實(shí)體可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行選 擇。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 18 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：對應(yīng) BSS 的操作與維護(hù)中心（ OMCR）和對應(yīng) NSS 的操作與維護(hù)中心（ OMCS）。 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。 OMCS 通過 OMN 接口與 MSC 相連。 OSS 是操作人員與系統(tǒng)設(shè)備之間的中介，它實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集中操作與維護(hù)，完成了包括移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理及網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)等功能。它的一側(cè)與設(shè)備相連（不包括 BTS，對 BTS 的操作維護(hù)是經(jīng)過 BSC 進(jìn)行管理）， 另一側(cè)是作為人機(jī)接口的計(jì)算機(jī)工作站。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。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)。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 19 3 GSMR 在 青藏 線 中的應(yīng)用 青藏線 GSMR 系統(tǒng)介紹 青藏線 北起青海省格爾木市，基本沿青藏公路南行，途經(jīng)納赤臺、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山進(jìn)入西藏自治區(qū)境內(nèi)后，經(jīng)安多、那曲、當(dāng)雄至西藏自治區(qū)首府拉薩市，全長約 1142km。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 。 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。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。為了將青藏線建設(shè)成為世界上一流的鐵路，鐵道部決定目前唯一能夠承載列車控制信息的GSMR 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對列車的有效控制，從而提高鐵路運(yùn)輸效率，降低運(yùn)營成本。 建立青藏鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)信息平臺不僅體現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟(jì)效益，而且會(huì)減少維護(hù)工作量，提高全線的運(yùn)輸指揮能力。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。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。 GSMR 作為信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)在車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)之間雙向傳輸無線機(jī)車信號信息和列車的位置，以及速度信息等確保車站兩邊 3 公里范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信和全線的語音通信。 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 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 ? 信號強(qiáng)度大于 92dBm ? 根據(jù)所使用的業(yè)務(wù)，傳輸通道和網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備必須有很高的可用性 ? 橋內(nèi)，隧道內(nèi)的 良好 覆蓋 ? 車站和編組站場內(nèi)的良好覆蓋 ? 呼叫建立時(shí)間 6s(95%) ? 呼叫建立失敗的概率 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 20 ? 呼損概率 ? 數(shù)據(jù)傳輸端到端時(shí)延 500ms ? 傳輸干擾誤碼率： GSMR 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 ， 覆蓋級別被定義為車頂天線處的場強(qiáng)值 (通常離軌道的高度為 4 米 )， 假定全向天線的增益為 0dB， 在覆蓋區(qū)域內(nèi) ， 以一定的時(shí)間概率和地點(diǎn)概率滿足覆蓋要求。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(jì) [8]。 青藏線 服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)的要求 見 表 31。 表 31 青藏線 服務(wù)質(zhì)量指標(biāo) 項(xiàng)目 定義 指標(biāo) 連接建立時(shí)間 從連接建立的請求到連接成功建立標(biāo)志之間的時(shí)間 (95%) 15s(100%) 連接建立的失敗比例 不成功的連接建立嘗試次數(shù)占所有連接建立的請求的比例 1%(最大時(shí)延 10s) 用戶數(shù)據(jù)塊的傳送時(shí)延 從承載數(shù)據(jù)發(fā)送請求發(fā)出到數(shù)據(jù)成功接收標(biāo)志之間的時(shí)間 500ms 連接中斷比例 在累計(jì)時(shí)間內(nèi)發(fā)生的連接釋放次數(shù) 100 小時(shí)內(nèi) 1 次 傳輸干擾率 傳輸干擾的次數(shù) 100 小時(shí)內(nèi) 1 次 GSMR 傳 輸網(wǎng)絡(luò) 如圖 31 所示，青藏鐵路 GSMR 網(wǎng)采用光網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺，確保高可靠大容量的傳輸。 GSMR 網(wǎng)絡(luò)本身不建設(shè)自己的骨干傳輸系統(tǒng)，拉薩和格爾木的交換機(jī)子系統(tǒng)之間采用光纖骨干網(wǎng)傳輸?shù)姆绞?(STM4 骨干環(huán) )。為了確保兩個(gè) MSC 之間的冗余通道，要求骨干傳輸網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，建立迂回備用通道。 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)。 GSMR 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有固定終端，例如車站固定臺等，都可以采用統(tǒng)一的本地接入系統(tǒng)，連接到拉薩和格爾木的 MSC 以便于統(tǒng)一管理與維 護(hù) 。 青藏 GSMR 工程核心網(wǎng)在西寧移動(dòng)交換中心設(shè)移動(dòng)交換機(jī)、業(yè)務(wù)控制點(diǎn)和 GPRS設(shè)備。拉薩移動(dòng)交換中心設(shè)移動(dòng)交換機(jī)和 GPRS 設(shè)備。格爾木通信站和拉薩移動(dòng)交換中心各設(shè)兩臺基站控制器。網(wǎng)管設(shè)備在各移動(dòng)交換中心均有設(shè)置。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 21 服 務(wù) 器M S CC R T C 交 換 機(jī)服 務(wù) 器M S CC R T C 交 換 機(jī)S T M 4 骨 干 環(huán)O N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UO N UP B XE 1拉 薩S T M I 基站 環(huán)那 曲S T M 1 基站 環(huán)沱 沱 河S T M 1 基 站環(huán)格 爾 木S T M 1 基 站環(huán)O T L C （ 光纖 終 端 ）O N U （ 光 網(wǎng)絡(luò) 單 元 ）A D M（ S D H ）拉 薩格 爾 木沱 沱 河那 曲格 爾 木拉薩 圖 31 青藏線 GSMR 傳輸網(wǎng)絡(luò) GSMR 基站的設(shè)置 由于在車站兩邊 3~5 公里范圍內(nèi)， GSMR 無線通信系統(tǒng)必須提供接近連續(xù)式無線機(jī)車信號的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，因此從網(wǎng)絡(luò)可靠性角度考慮， 青藏線 采用高可靠性 的交換平臺和 雙倍 冗余的 BSC/TCU 配置，并在沿線 30 個(gè)車站使用雙備份基站進(jìn)行覆蓋。 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。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) 。 車站基站 要達(dá)到 接近連續(xù)式無線機(jī)車信號在車站兩側(cè) 3km 范圍內(nèi) 的要求 ，盡量避免出現(xiàn)越區(qū)切換。因此，針對 GSMR 基站采用所謂的橢圓形覆蓋。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。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。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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 22 區(qū)間基站 由于鐵路沿線話務(wù)量較低，但對速度的要求較高，因此鐵路沿線的 BTS 站 設(shè)置雙套基站設(shè)備， 沿鐵路方向呈橢圓型覆蓋 。為了滿足列控需要， 采用全冗余方式 的覆蓋。 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。根據(jù)規(guī)范要求， GSMR 覆蓋效果應(yīng)達(dá)到室外 95％ (98dBm)，按此規(guī)范 要求，經(jīng)工程計(jì)算，沿線基站 (1800MHZ) 的平均站間距 按 10 公里進(jìn)行設(shè)計(jì)。 這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠保證當(dāng)任何和一個(gè)基站或基站控制器發(fā)生故障時(shí)，青藏鐵路全線仍有 GSMR 網(wǎng)絡(luò)覆蓋。 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)。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?？康牡胤交蚴菬o線信號衰落極為嚴(yán)重的地區(qū)。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 )。列車?？奎c(diǎn)、編組作業(yè)場地等等。這種設(shè)計(jì)使得在這些區(qū)域只出現(xiàn)一個(gè)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。 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。兩個(gè)小區(qū)在重疊區(qū)內(nèi)的電平應(yīng)大于所要求的最小接收電平 92dBm(隧道內(nèi)為 70 dBm)。 通過分別對機(jī)車臺、手持臺進(jìn)行鏈路運(yùn)算后得到最差路徑損耗為 。 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。 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、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) 23 ? 站場：站場集中電話、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)。事實(shí)上，在鐵路上的有線通信已經(jīng)比較完善，因此完全可以利用現(xiàn)有的有線資源，構(gòu)成 GSMR＋ FAS（即固定用戶接入交換機(jī)）的無線 /有線混合網(wǎng)絡(luò)。這種混合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)主要由 NSS（包括 MSC、 HLR、 AUC、 VLR、 GCR等）、 BSS（包括 BSC、 BTS）、 OSS、固定用戶接入交換機(jī)（ Fixed Access Switching，簡稱 FAS）、調(diào)度臺、車站臺、機(jī)車綜合通信設(shè)備、作業(yè)手持臺 OPH（ Operational Purpose Handset)及其他固定終端等構(gòu)成。 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]。 圖 32 GSMR調(diào)度通信系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式示意圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 24 鐵路沿線采用無線覆蓋，機(jī)車上采用無線終端，即機(jī)車綜合通信設(shè)備，而車站臺和調(diào)度臺都是有線終端。采用有線 /無線組網(wǎng)方式。其中車站臺和調(diào)度臺通過 FAS連接到GSMR的 MSC上，從而實(shí)現(xiàn)有線和無線用戶的通信。 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。 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。 調(diào)度臺和車站臺通過 Ua接口接入 FAS；其他固定終端通過 Ub接口接入 FAS。 CIR和 OPH內(nèi)部設(shè)置有 GSMR信道機(jī)模塊，通過空中 Um接口接入 GSMR網(wǎng)絡(luò)。 Fa 接口 ： ISDN 基群速率接口 (30B+D)， DSS1 信令。 Fb 接口： IS