淺談GMS-R鐵路移動通信系統論文

　　本文對GSM-R鐵路移動通信系統的基本原理、網絡結構、業務與應用進行了簡單的介紹，明確GSM-R系統是我國鐵路移動通信 發展的方向。

　　1、GMS-R在中國的發展

　　我國GSM-R發展的目標：在全路建立一張移動通信網絡，利用通信的手段實現鐵路移動設施和固定設施的無縫連接，確保列車安全、高速地運行。GSM-R技術順應時代的發展，是鐵路信息化和自動化發展的基礎。

　　2、GSM-R基本原理

　　2.1區域覆蓋

　　2.1.1小區制

　　小區制是將整改服務區劃分成為若干個無線小區，每個無線小區設一基站負責小區內所有移動通信的聯絡和控制，在網絡中設置一個移動交換中心，統一控制這些基站協調的工作，保證移動用戶只要在服務區內，不論在哪個基站的輻射區都能正常通信。

　　小區制分為：面狀服務覆蓋和線狀服務覆蓋。根據鐵路沿線的情況，GSM-R系統可以在鐵路線采用線狀覆蓋，在車站及樞紐地區采用面狀覆蓋。

　　2.1.2GSM-R系統無線覆蓋

　　GSM-R系統無線覆蓋是指沿著鐵路線實現場強無線連續覆蓋并達到系統QoS(業務質量)要求。

　　GSM-R系統沿著路軌方向安裝定向天線，以形成沿軌的橢圓形小區，在話務量較大但對速度的要求較低的編組站內采用扇形小區覆蓋;在人口密度不高的低速路段和軌道交織處一般是采用全向覆蓋。每個小區有一個或幾個收發信機，數目的多少由話務量決定。

　　2.2多址技術

　　蜂窩系統中是以信道來區分通信對象的，一個信道只容納一個用戶進行通話，許多用戶同時通話時，就要相互以信道來區分，這就產生多址問題。解決多址問題的方法叫做多址技術。多址技術分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)三種。在GSM-R系統中大多采用 TDMA。TDMA是通過時隙劃分使用戶共享無線資源。每個時隙僅允許一個用戶使用，每個用戶占用一個周期重復的時隙，因為可以把一個信道看做每一幀都會出現的特定時隙。TDMA系統發射數據是用緩存—突發法，因此對每一個用戶而言，發射都不是連續的。

　　2.3多信道共用

　　多信道共用是指在網內的大量用戶共享若干無線信道。一個無線區有N個信道，對若干個用戶分別指定一個信道，不同信道內的用戶不能互換信道，這就是獨立信道。當某個信道被某個一個用戶占用時，則在他通話結束前，屬于該信道的其他用戶都處于阻塞狀態而無法接通。但是，與此同時一些其他信道卻處于空閑狀態而又得不到運用。這樣就造成有些信道在緊張的排隊，而另一些信道卻處于空閑狀態，信道得不到充分利用。如果采用多信道共用方式，即在一個無線小區內的N個信道，為該區內所有用戶共用，則當K(K  2.4語音編碼技術

　　GSM-R系統是數字移動通信系統，而原始的話音信號是模擬信號。因此要將模擬的話音信號轉換為二進制的數字信號。語音編碼技術分為：波形編碼、參量編碼和混合編碼。GSM-R系統采用的話音編碼方式稱為：規則脈沖激勵—長期預測編碼(RPE-LTP)，屬于混合編碼。

　　2.5傳輸技術

　　傳輸技術主要涵蓋：信道編碼、交織編碼、均衡技術、調制解調技術、分集接收、語音間斷傳輸、功率控制等。這里就不一一羅列。

　　3、GSM-R網絡結構

　　我國鐵路采用的GSM-R系統主要由以下幾部分組成：

　　3.1 GSM-R終端

　　GSM-R終端包括固定終終端和移動終端。固定終端包括調度終端、車站終端和用戶電話機等。移動終端(移動臺)包括各類車載臺和手持臺。車載臺包括機車綜合無線通信設備(CIR)、列控機車無線通信設備、機車同步操作機車無線通信設備等。手持臺包括作業手持臺(OPH)、通用手持臺(GPH)、調車手持臺(OPS)等。

　　3.2基站子系統(BSS)

　　包括基站收發信機(BTS)、基站控制器(BSC)、編譯碼和速率適配單元(TRAU)等。從功能上看，基站子系統(BSS)通過無線接口直接與移動臺相連，負責無線發送接收和無線資源管理，通過A接口與NSS相連，實現移動用戶之間或移動用戶與固定網用戶之間的通信連接，并且傳送系統信令和用戶信息。

　　3.3網絡交換子系統(NSS)

　　包括移動交換中心(MSC)、網關移動交換中心(GMSC)、訪問位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、組呼寄存器(GCR)、鑒權中心(AuC)、短消息服務中心(SMSC)、確認中心(AC)等設備。

　　3.4智能網子系統(IN)

　　包括業務控制點(SCP)、業務交換點(SSP)、業務管理系統(SMS)等設備，HLR(歸屬位置寄存器)、MSC(移動交換中心)也是重要的智能網業務節點。智能網的基本思想是依靠No.7信令網和大型集中數據庫的支持，將網絡的交換功能和控制功能相分離;簡化交換機的軟件，使之只完成基本的接續功能，引入業務控制點(SCP)，具體怎樣根據智能業務的業務邏輯完成呼叫的繼續步驟，由SCP來決定;交換機采用開放式結構和標準接口與業務控制點相連。

　　3.5通用分組無線業務子系統(GPRS)

　　包括網關支持節點(GGSN)、業務支持節點(SGSN)、分組控制單元(PCU)、域名服務器(DNS)、認證服務器(RADIUS)等設備。通用分組無線業務(GPRS)是在GSM技術的基礎上提供的一種端到端分組交換業務。GPRS最大限度重用已有的GSM網絡基礎設施，提供高效的無線資源利用率，無線接入速率可高達171.2kbit/s。GPRS在公眾移動網絡中是從GSM走向3G的一個必經階段。GPRS在鐵路GSM-R中的引入使移動通信與數據網絡合二為一，為鐵路數據業務的開展提供了空間。在GSM-R網絡應用GPRS系統，具有通信實時性好、數據量大、免維護、可靠性高等明顯優勢。以無線方式實現數據傳輸或“永遠在線”實時監測。

　　3.6運行和維護子系統(OSS)

　　包括交換網絡管理子系統(OMC-S)、無線網絡管理子系統(OMC-R)、GPRS網絡管理子系統(OMC-D)、直放站管理子系統(OMC-T)等。運行維護子系統是操作人員與系統設備之間的中介，實現了系統的集中運行與維護。

　　4、GSM-R業務與應用

　　GSM-R所提供的業務是面向鐵路運輸生產的，它以GSM-R業務為基礎，又加入適應鐵路需求的特殊業務，從而能夠為鐵路的運營和服務提供各種應用。

　　GSM-R是基于GSM的基礎設施及其提供的ASCI(高級語音呼叫業務)，其中包含eMLPP(增強型多優先級與強拆)、VGCS(語音組呼)和VBS(語音廣播)，并提供鐵路特有的調度業務，包括：功能尋址、功能號表示、接入矩陣和基于位置的尋址，并此作為信息化平臺，使鐵路部門用戶可以在此信息平臺上開發各種鐵路應用。

　　4.1多優先級與強拆(eMLPP)

　　eMLPP業務分為優先級與強拆兩部分。優先級是指結合快速呼叫的建立為一個呼叫提供某個較高的級別。強拆是指搶奪資源，在缺乏空閑資源的情況下，一個優先級較低的呼叫會被一個優先級較高的呼叫強拆。強拆還可以用于當一個優先級較低的呼叫正在進行時，如果有一個優先級較高的呼叫進入，優先級較高的呼叫可以切斷優先級較低的呼叫。

　　4.2語音組呼業務(VGCS)

　　VGCS是指一種由多方參加(GSM-R移動臺或固網電話)的語音通信方式，其中一人講話、多方聆聽，講話者角色可以轉換，工作于半雙工模式下。一個特定的VGCS通信組有組功能碼(組ID)和組呼區域唯一確定。用戶可以同時簽約多個組ID，并給他們設置不同的優先級。組成員撥打組ID號，在組呼區域內呼叫簽約了該組所有組員。組成員接收到通知消息即可加入，非本組成員忽略此消息。

　　4.3語音廣播呼叫(VBS)

　　VBS允許一個業務用戶，將語音或者其他用語音編碼傳輸的信號發送到某個預先定義的地理區域內的所有用戶或者用戶組。處于單工模式下，可以看做VGCS的最簡單形式。

　　5、結束語：

　　GSM-R是專門為滿足鐵路應用而研發的數字移動無線通信技術。在鐵路通信中，它能夠提供特定的附加功能，是一種可靠高效的綜合數字移動通信系統，在鐵路骨架網絡建設中應積極推廣采用。

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