gsm-r在鐵路通信中的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p><b>　　第一節(jié) 引言2</b></p&

2、gt;<p>　　第二節(jié) 鐵路通信的發(fā)展過程和現(xiàn)狀2</p><p>　　第三節(jié) GSM-R的歷史及技術(shù)特點(diǎn)2</p><p>　　第二章 GSM-R基礎(chǔ)2</p><p>　　第一節(jié) GSM-R基本原理2</p><p><b>　　一、面狀覆蓋2</b></p><

3、p><b>　　二、 線狀覆蓋2</b></p><p>　　第二節(jié) GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能2</p><p>　　一、BSS 結(jié)構(gòu)和功能2</p><p>　　二、NSS 結(jié)構(gòu)和功能2</p><p>　　三、OSS 結(jié)構(gòu)和功能2</p><p>　　第三章 GSM-R在鐵

4、路無線通信中的應(yīng)用2</p><p>　　第一節(jié) 功能尋址2</p><p>　　第二節(jié) 調(diào)度通信2</p><p>　　第三節(jié) 基于位置的路由2</p><p>　　第四節(jié) 增強(qiáng)多級優(yōu)先和強(qiáng)占業(yè)務(wù)（eMLPP）2</p><p>　　第五節(jié) 呼叫矩陣業(yè)務(wù)2</p><p>

5、　　第六節(jié) 鐵路緊急呼叫2</p><p>　　第四章 GSM-R在呼和浩特局鐵路通信中應(yīng)用的設(shè)計(jì)2</p><p>　　第一節(jié) GSM-R功能尋址的實(shí)現(xiàn)2</p><p>　　一、功能尋址的過程2</p><p>　　三、應(yīng)用及其解決方案2</p><p>　　第二節(jié) GSM-R調(diào)度通信的實(shí)現(xiàn)2&

6、lt;/p><p><b>　　一、系統(tǒng)構(gòu)成2</b></p><p><b>　　二、系統(tǒng)業(yè)務(wù)2</b></p><p>　　三、系統(tǒng)技術(shù)要求2</p><p><b>　　四、通信過程2</b></p><p>　　五、調(diào)度通信系統(tǒng)的功能2&l

7、t;/p><p>　　六、用GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)列車調(diào)度通信功能的設(shè)計(jì)2</p><p><b>　　第五章 總結(jié)2</b></p><p><b>　　致謝2</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)2</b></p><p><b>

8、;　　摘要</b></p><p>　　GSM-R （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)境下使用的要素組成，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)。GSM-R目前在我國鐵路通信中的應(yīng)用主要有：調(diào)度通信功能、車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息的傳送功能、調(diào)度命令傳送功能、列車尾部裝置信息傳送功能、調(diào)車機(jī)車信號和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸功能以及列車控制數(shù)據(jù)傳輸

9、功能。</p><p>　　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。在功能尋址業(yè)務(wù)中，每個MSISDN可以建立與多個功能號碼的映射關(guān)系，但是一個功能號碼一次只能指定給一個用戶。功能尋址業(yè)務(wù)分為語音呼叫功能尋址和短消息功能尋址[4]。</p><p>　　GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)列車調(diào)度通信、貨運(yùn)調(diào)度通信、牽引變電調(diào)度通信、其他調(diào)度及專用通信、站場通

10、信、應(yīng)急通信、施工養(yǎng)護(hù)通信和道口通信等。利用GSM-R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)。</p><p>　　論文從GSM-R的基礎(chǔ)即GSM-R原理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能等入手，闡述了GSM-R在鐵路通信中的應(yīng)用并結(jié)合呼和浩特鐵路通信的現(xiàn)狀對GSM-R的部分功能在呼局鐵路通信中的應(yīng)用進(jìn)行了設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　A

11、bstract</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　第一節(jié) 引言</b></p><p>　　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。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著鐵路跨越式的發(fā)展，鐵路通信系統(tǒng)也迎來了劃時代的轉(zhuǎn)變，近年來隨著運(yùn)輸量的日益

12、增長，使得列車重量加大，列車編組加長。GSM-R技術(shù)是基于成熟、通用的公共移動無線通信系統(tǒng)GSM平臺之上，專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式移動無線通信技術(shù)。在鐵路通信中，它能夠提供定制的附加功能，如優(yōu)先級和強(qiáng)插功能、話音組呼及廣播功能、位置尋址及功能尋址和安全數(shù)據(jù)通信等，是一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)。鐵路無線全球通信系統(tǒng)GSM-R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，

13、加快發(fā)展步伐，爭取在較短時間內(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[1]。</p><p>　　第二節(jié) 鐵路通信的發(fā)展過程和現(xiàn)狀</p><p>　　新中國成立初期，鐵路長途通信一直采用的是以架空明線和電纜為傳輸媒質(zhì)的載波通信設(shè)備，電話交換大量發(fā)展步進(jìn)制自動交換機(jī)及人工長途臺，在專用通信方面，全路調(diào)度、各站、養(yǎng)路等通信系統(tǒng)改造為鐵路支流脈沖選叫方式。進(jìn)

14、入70年代，隨著國外鐵路開始應(yīng)用光纖技術(shù)，我國鐵路光纜、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。90年代末全路長途交換網(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

15、分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)。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。調(diào)度等共線電話也推廣采用了程控共線設(shè)備[2]。</p><p>　　鐵路無線通信系統(tǒng)使用的單信道模擬制式無線通信設(shè)備主要是為滿足話音通信設(shè)計(jì)的，主要使用 450M頻段，共 58對頻點(diǎn)，固定分配給了無線列調(diào)、站調(diào)、公安等無線系統(tǒng)使用，各個部門間不能相互共享，造成頻率資源的極大浪費(fèi)，無線通信系統(tǒng)采用頻點(diǎn)（信道）固

16、定分配的方式，信道長期指配給某一系統(tǒng)（通常按專業(yè)劃分）用戶使用，當(dāng)一個信道遇忙時，其它用戶只能等待，往往造成該信道上的用戶爭搶或者出現(xiàn)阻塞，通信質(zhì)量得不到保證[2]。而信道空閑時，別的系統(tǒng)用戶也并不能利用該信道進(jìn)行通信。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。鐵路無線通信系統(tǒng)樞紐地區(qū)干擾嚴(yán)重，不具備網(wǎng)絡(luò)能力，移動終端對講距離受限，鄰站交界區(qū)易發(fā)生業(yè)務(wù)中斷，各個無線通信系統(tǒng)分散，不能聯(lián)合組網(wǎng)，使得各系統(tǒng)之間用戶無法進(jìn)行

17、聯(lián)絡(luò)，無線、有線調(diào)度網(wǎng)基本獨(dú)立，無法形成有機(jī)融合的整體。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，對用戶無需進(jìn)行身份識別，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。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。</p><p>　　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GSM-R系統(tǒng)在國內(nèi)有著廣闊的發(fā)展空間，GSM-R技術(shù)也

18、正是順應(yīng)時代的發(fā)展，利用其固有的GSM-R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。</p><p>　　第三節(jié) GSM-R的歷史及技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　最初開發(fā) GSM-R 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。1992 年，歐洲鐵路的主管組織UIC（國

19、際鐵路聯(lián)盟）認(rèn)為，GSM正在逐漸成為移動通信的實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)，并發(fā)現(xiàn)GSM的功能能夠?yàn)殍F路的新型數(shù)字通信系統(tǒng)提供一個理想的平臺。于是，作為EIRENE（歐洲統(tǒng)一鐵路無線增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)）項(xiàng)目的一部分，關(guān)于GSM-R 數(shù)字無線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的工作陸續(xù)展開。1995 年，MORANE（歐洲鐵路移動無線電通信）項(xiàng)目啟動，EIRENE制定的標(biāo)準(zhǔn)得到認(rèn)可，開始生效。</p><p>　　GSM-R是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無線通

20、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)[4]。從集群通信的角度來看，GSM-R 是一種數(shù)字式的集群系統(tǒng)，能提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、應(yīng)急通信、養(yǎng)護(hù)維修組通信等語音通信功能。GSM-R 能滿足列車運(yùn)行速度為0-500km／小時的無線通信要求，安全性好。GSM-R 可作為信號及列控系統(tǒng)的良好傳輸

21、平臺。</p><p>　　第二章 GSM-R基礎(chǔ)</p><p>　　第一節(jié) GSM-R基本原理</p><p>　　GSM-R （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)境下使用的要素組成，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)。由于 GSM-R 可實(shí)現(xiàn)跨越國界的高速和一般列車之間的通信；能將現(xiàn)有的鐵

22、路通信應(yīng)用融合到單一網(wǎng)絡(luò)平臺中，以減少集成和運(yùn)行費(fèi)用；而且由于 GSM-R 是由已標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備改進(jìn)而成，GSM 平臺上已經(jīng)提供了大量的業(yè)務(wù)，因而引入鐵路專用的功能時只需最低限度地改動，故能保證價格低廉、性能可靠地實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行；在 GSM Phase 2＋中添加了 ASCI（增強(qiáng)的語音呼叫業(yè)務(wù)）特性，能靈活地提供專網(wǎng)中所需的語音調(diào)度服務(wù)如 VBS、VGCS 和 eMLPP，因此 GSM-R 是面向未來的技術(shù)，它將從廣闊的GSM 公網(wǎng)市場和

23、GSM 技術(shù)的不斷演進(jìn)中獲益，具有巨大的發(fā)展空間。GSM-R 在歐洲取得巨大的成功，目前超過 30個鐵路公司已承諾在其國際路網(wǎng)中使用該技術(shù)[3]。</p><p>　　GSM-R 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GSM-R 系統(tǒng)就是一個成熟可靠的系統(tǒng)，它的絕大多數(shù)軟硬件都已在現(xiàn)網(wǎng)中得到檢驗(yàn)。不僅如此，由于二者都可以工作在 900M頻段，因此在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面也是基本

24、相同的。 GSM-R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。GSM-R 的基本特性已在鐵路網(wǎng)的 MORANE 試驗(yàn)中得到安裝、測試和驗(yàn)證。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。向 UMTS的演進(jìn)將提供新的業(yè)務(wù)和更加強(qiáng)大的無線系統(tǒng)。GSM-R 據(jù)此可最大限度地引入新的業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)模型如圖2-1所示。 </p><p>　　圖2

25、-1 GSM與GSM-R的關(guān)系——業(yè)務(wù)模型</p><p>　　蜂窩移動通信系統(tǒng)誕生于 20 世紀(jì) 80 年代，第一代的模擬蜂窩系統(tǒng)解決了移動電話業(yè)務(wù)中長期存在的阻塞和服務(wù)質(zhì)量差的問題。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，模擬蜂窩系統(tǒng)在用了十年左右的時間就被淘汰了，新的數(shù)字移動通信系統(tǒng)成為移動通信的主流。本文將從面狀覆蓋和線狀覆蓋兩種覆蓋方式的角度來介紹GSM-R工作原理[10]。</p><p>

26、<b>　　一、面狀覆蓋</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┬^(qū)形狀</b></p><p>　　在面狀覆蓋的服務(wù)區(qū)中，通常采用正六邊形的小區(qū)形狀。六邊形比正方形和正三角形在半徑相同的情況下，覆蓋面積要多 30%~100%。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。</p><p><b>　　

27、（二）頻率復(fù)用 </b></p><p>　　在蜂窩系統(tǒng)中，系統(tǒng)會給每一個小區(qū)的基站分配一組信道，只要相隔距離足夠遠(yuǎn)，相同的信道可以在另一個小區(qū)重復(fù)使用，這就是頻率復(fù)用的思想。我們把由若干個使用全部頻率的小區(qū)組成的集合稱為一個簇，把不同簇中使用相同頻率的小區(qū)稱為同頻小區(qū)，任意兩個同頻小區(qū)之間的距離稱為同頻復(fù)用距離。為了避免同頻小區(qū)之間的干擾，必須選定一個合適的同頻復(fù)用距離。</p>&l

28、t;p>　　構(gòu)成一個簇必須滿足：簇的區(qū)域能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積；相鄰簇間同頻小區(qū)的距離相等且為最大。設(shè)一個簇中的小區(qū)數(shù)為,滿足以上條件的的取值是有限的，可以通過式 2-1 確定的值。 </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中，，為非零正整數(shù)。這一公式提供了尋找最近的同頻小區(qū)的方法：沿某一小區(qū)的任意一條六邊形鏈移動個小區(qū)

29、后，逆時針旋轉(zhuǎn) 60 度后再移動個小區(qū)，此時到達(dá)的小區(qū)即為同頻小區(qū)。圖 2-2 為 =3，=2，=19 的情況。設(shè)兩個同頻小區(qū)之間的同頻復(fù)用距離為，小區(qū)的半徑為可用下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　由 2-2 式可見，小區(qū)的半徑越小，同頻復(fù)用距離就越小，頻率利用率就越高。但是如果同頻復(fù)用距離越小，同頻小區(qū)之間的干擾就會越大。

30、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為衡量系統(tǒng)容量的一個重要參數(shù)，這一比值稱為同頻復(fù)用比，用來表示： </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　可見，的值只與簇的大小有關(guān)，的值越小，系統(tǒng)容量越大；但是值大可以提高傳播質(zhì)量，因?yàn)橥l干擾小。在實(shí)際的蜂窩系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要恰當(dāng)?shù)倪x擇值，在容量和干擾之間進(jìn)行折衷。目前常用

31、的蜂窩網(wǎng)簇的結(jié)構(gòu)有=12、9、7、4 和 3。</p><p>　　圖2-2 尋找同頻小區(qū)的方法</p><p>　　（三）提高系統(tǒng)容量的方法 </p><p>　　隨著用戶數(shù)量的增長，需要不斷地提高蜂窩系統(tǒng)的容量。實(shí)際中常使用的提高蜂窩系統(tǒng)容量的方法有小區(qū)分裂和劃分扇區(qū)。小區(qū)分裂根據(jù)用戶密度的變化，在現(xiàn)有小區(qū)的基礎(chǔ)上劃分更小的小區(qū)來提高頻率復(fù)用率。劃分扇區(qū)利用天

32、線的方向性來控制干擾，從而提高系統(tǒng)容量。</p><p><b>　?。ㄋ模┪恢美碚?</b></p><p>　　在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中有以下幾類與區(qū)域有關(guān)的概念： </p><p>　　小區(qū)：一個 BTS所覆蓋的全部或部分區(qū)域（扇區(qū)），是最小的可尋址無線區(qū)域。 </p><p>　　位置區(qū)：移動臺可以任意移動但不需要進(jìn)行位置更

33、新的區(qū)域，一個位置區(qū)可由一個或多個小區(qū)組成。當(dāng) MSC 尋找移動臺時，只需要在移動臺所屬的位置區(qū)進(jìn)行呼叫，而不需要在整個 MSC 區(qū)內(nèi)呼叫移動臺，如圖 2-3所示。 </p><p>　　MSC區(qū)：一個 MSC 管轄下的所有覆蓋區(qū)域，一個 MSC 區(qū)可有一個或若干個位置區(qū)組成。 </p><p>　　服務(wù)區(qū)：移動用戶可以獲得服務(wù)的所有區(qū)域。 </p><p>　　

34、圖2-3 小區(qū)和位置區(qū)</p><p>　　MSC 可以通過位置區(qū)識別碼（LAI）和全球小區(qū)識別碼（GCI）來識別位置區(qū)和小區(qū)。位置區(qū)識別碼由三部分組成：LAI = MCC+MNC+LAC，全球小區(qū)識別碼是在 LAI的基礎(chǔ)上再加上小區(qū)識別碼（CI）構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)為 GCI = MCC+MNC+LAC+CI，GCI可以全球范圍內(nèi)唯一地標(biāo)識一個小區(qū)。 </p><p>　　MSC 可以通過

35、BSC 的信令點(diǎn)代碼（CCS7 地址）尋址一個小區(qū)，雖然在呼叫建立的過程中 MSC 不需要知道用戶所在小區(qū)的位置，但是為了測量話務(wù)量 MSC 仍需要知道用戶所在的小區(qū)。用戶在 MSC 的 VLR 中的位置不是建立在小區(qū)的基礎(chǔ)上的。在 VLR 中存儲的是用戶的位置區(qū)，即利用位置區(qū)來尋找用戶?？梢詫⒁粋€或多個位置區(qū)唯一地分配給一個 BSC，通過BSC 的信令點(diǎn)代碼在所在的 MSC 中實(shí)現(xiàn)位置區(qū)和所有小區(qū)的地址邏輯。還可以給小區(qū)分配一個位置標(biāo)

36、志碼，它是一個與小區(qū)相關(guān)的完整的電話號碼，可以用作 GSM 緊急呼叫的撥號信息，或者用來替代該信息，用作緊急呼叫的撥號短代碼。</p><p>　　越區(qū)切換時移動用戶從一個MSC/VLR切換到另一個MSC/VLR區(qū)域中， 因此前一個MSC必須知道后一個 MSC 的位置區(qū)。對于一個 MSC，它不僅應(yīng)該知道與它相鄰的、可能發(fā)生越區(qū)切換的 MSC 的位置區(qū)，還應(yīng)該知道其他的一些外部位置區(qū)。 </p>&l

37、t;p>　　移動用戶在位置區(qū)中必須進(jìn)行位置登記，移動臺的位置信息儲存在位置寄存器功能單元（HLR 和 VLR）中。移動臺要不斷地向 MSC 的 VLR 提供自己的位置信息，這一過程叫做位置更新。 </p><p>　　位置區(qū)的劃分要考慮兩方面的原因：登記和尋呼。如果一個位置區(qū)包括了整個 MSC 的業(yè)務(wù)域，那么它的登記的代價是最小的，即位置更新的次數(shù)最小，但是尋呼的代價是最大的，即 MSC 需要向所屬的所有移

38、動臺發(fā)出尋呼信息。反之，如果一個位置區(qū)就是一個小區(qū)，那么尋呼的代價最小，登記的代價最大。</p><p><b>　　二、 線狀覆蓋 </b></p><p>　　通常面狀覆蓋用于城市、鄉(xiāng)村等地域?qū)掗煹牡貛?，而在鐵路、公路、狹長的水面上這樣的呈帶狀的地區(qū)，往往采用線狀覆蓋的方式。本論文介紹的 GSM-R 系統(tǒng)應(yīng)用于鐵路，應(yīng)當(dāng)采用線狀覆蓋的方式。線狀覆蓋使用的蜂窩基本原

39、理與面狀覆蓋類似，只是在小區(qū)頻率組的分配和重疊區(qū)的問題上要單獨(dú)考慮。鐵路沿線的覆蓋示意圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 鐵路沿線的覆蓋示意</p><p>　?。ㄒ唬╊l率的分配 </p><p>　　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)，如圖 2-5所示。沿著覆蓋區(qū)域

40、的分布按照n個小區(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。</p><p>　　圖2-5 線狀覆蓋的頻率復(fù)用</p><p>　?。ǘ┲丿B區(qū)的確定 </p><p>　　在鐵路或公路的覆蓋中，移動臺往往處于高速移動狀態(tài)，信號的場強(qiáng)變化復(fù)雜，很難確定相鄰小區(qū)的覆蓋邊界，通常從場強(qiáng)的平均變化這一意義上來理

41、解覆蓋區(qū)域。為了保證在覆蓋區(qū)域盡可能不出現(xiàn)弱場區(qū)，要保證相鄰小區(qū)間有一定的重疊范圍。確定重疊區(qū)的大小是一個很復(fù)雜的問題，如果重疊區(qū)太小，可能會出現(xiàn)弱場區(qū)；重疊區(qū)太大同頻干擾增大，越區(qū)切換時間太長，不易控制，因此要恰當(dāng)設(shè)計(jì)重疊區(qū)域的大小。</p><p>　　圖2-6 線狀覆蓋的同頻干擾</p><p>　　在圖 2-6 中，假設(shè)移動臺位于小區(qū) A 的邊界 P 點(diǎn)，小區(qū)半徑為 R，路徑損耗

42、指數(shù)為 4。</p><p>　　采用兩小區(qū)、三小區(qū)、小區(qū)的頻率復(fù)用方案得到的移動臺接收 C/I 值分別為:</p><p>　　1）兩小區(qū)復(fù)用 　　　 　?。?-4）</p><p>　　2）三小區(qū)復(fù)用 　　　　　　 (2-5）</p><p>　　3）小區(qū)復(fù)用 　　　　　 （2-6）</p>&l

43、t;p>　　因此，可以根據(jù)式 2-6和的設(shè)計(jì)要求，求出重疊區(qū)的寬度。</p><p><b>　?。ㄈ┢胶庠O(shè)計(jì) </b></p><p>　　線性覆蓋在線性區(qū)域的兩側(cè)應(yīng)該是對稱的，在高速移動的環(huán)境中要盡量使小區(qū)的數(shù)目最小，中繼效率最大，每個小區(qū)的信道都可以為兩個方向的用戶服務(wù)，這就要求較高的基站發(fā)射功率。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

44、行鏈路會因?yàn)樵肼曁蠖鵁o法使用。平衡的設(shè)計(jì)保證上下行鏈路具有同等的強(qiáng)度，使得任意小區(qū)的雙向用戶都有較好的接收質(zhì)量。平衡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要在四面建立天線群系統(tǒng)。兩個發(fā)射天線和兩個接收天線分別指向道路兩邊，下行鏈路的信號從小區(qū)沿著道路向兩個方向輻射。兩個接收天線按同樣的方式朝向兩個方向。每個天線與一個多路耦合器連接，多路耦合器由預(yù)選濾波器、放大器和分離器組成。兩個接收機(jī)的多路耦合器連接一個接入信道和所有的話音信道。美國的農(nóng)村服務(wù)區(qū)高速公路系統(tǒng)采

45、用的就是這種方案。</p><p><b>　?。ㄋ模?小區(qū)分層 </b></p><p>　　根據(jù)覆蓋地區(qū)的人口密度和移動臺移動速度的要求，可以按照覆蓋范圍的大小將小區(qū)分為以下四種類型： </p><p>　　· 擴(kuò)展小區(qū)：半徑 35km~120km，主要用于沿海地區(qū)海域的覆蓋。 </p><p>　　&#

46、183; 宏小區(qū)：半徑 1km~35km，用于高速公路和人口較稠密的地區(qū)。要求具有高的抗干擾靈敏度和安全的頻率復(fù)用模型。 </p><p>　　· 微小區(qū)：半徑 0.1km~1km，用于城市繁華地段。要求用高的干擾隔離度，使用少量頻率就可以實(shí)現(xiàn)密集頻率復(fù)用。 </p><p>　　· 微微小區(qū)：半徑小于 0.1km，用于室內(nèi)環(huán)境，如商場、會議中心、辦公樓等。&l

47、t;/p><p>　　根據(jù)小區(qū)的大小不同，天線假設(shè)的高度也不一樣。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)的天線低于建筑物，微微小區(qū)的天線一般安裝在室內(nèi)。在進(jìn)行實(shí)際的覆蓋設(shè)計(jì)時，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。這里介紹分層小區(qū)的覆蓋。分層小區(qū)主要用于高速公路和城市主干道覆蓋，它解決了用戶的切換和大業(yè)務(wù)密度之間的矛盾。常采用的是兩層的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　第二節(jié)

48、 GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能</p><p>　　GSM-R 陸地移動網(wǎng)絡(luò)是由一個管理者或?qū)ｉT的機(jī)構(gòu)組織建立并執(zhí)行操作的，它的目的是為鐵路提供陸地移動通信的各種業(yè)務(wù)。GSM-R 陸地網(wǎng)絡(luò)可以看作是某個固定網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，如ISDN；或者是一個采用統(tǒng)一編號方案的 MSC 的集合。MSC 作為陸地移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的接入單元。作為鐵路專用的網(wǎng)絡(luò)，GSM-R 可以有限地、有條件地與地面的公眾或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連。 一個 GS

49、M-R 陸地移動系統(tǒng)由若干個功能實(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。GSM-R 陸地移動網(wǎng)絡(luò)由三個子系統(tǒng)組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示。</p><p>　　移動臺是接入 GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的用戶設(shè)備，包括移動終端（ME）和終端設(shè)備（TE），或通過終端適配器與 ME 連接的 TE。移動臺除了具有通過無線接口（Um）接入到

50、GSM-R 系統(tǒng)的一般處理功能外，還為移動用戶提供了人機(jī)接口[8]。 </p><p>　　基站子系統(tǒng)（BSS）由一個基站控制器（BSC）和若干個基站收發(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。BSC用來管理 BTS與 MSC之間的信息流。BTS與BSC之間通過Abis接口通信。BSS中還可能存在編碼速率適配單元（TRAU），它實(shí)現(xiàn)了GSM-R編碼速率向標(biāo)

51、準(zhǔn)的 PSTN或ISDN速率的轉(zhuǎn)換。TRAU與BSC通過 Ater接口連接。</p><p>　　圖2-7 GSM-R陸地移動網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）建立在移動交換中心（MSC）上，負(fù)責(zé)端到端的呼叫、用戶數(shù)據(jù)管理、移動性管理和與固定網(wǎng)絡(luò)的連接。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。 </p><p>　　

52、操作和維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）是相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，為GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供管理和維護(hù)功能。它的具體功能由操作維護(hù)中心（OMC）來完成，其中OMC-R負(fù)責(zé)管理BSS，OMC-S負(fù)責(zé)管理NSS。OSS主要提供移動用戶管理、移動設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)操作和控制三類功能。 </p><p>　　任何GSM-R陸地移動通信網(wǎng)絡(luò)都必須與固定網(wǎng)絡(luò)連接，一同完成移動用戶與移動用戶之間、移動用戶與固定用戶之間的通信。 </p>&l

53、t;p>　　組成GSM-R網(wǎng)絡(luò)的各個子系統(tǒng)之間、BSS與移動臺之間、與固定網(wǎng)絡(luò)之間的互連都提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口。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。</p><p>　　GSM-R網(wǎng)絡(luò)的信令系統(tǒng)采用NO.7信令網(wǎng)傳送呼叫控制信息和其他信令信息。 </p><p>　　GSM-R網(wǎng)絡(luò)為支持基本業(yè)務(wù)提供以下功能： </p><p><

54、;b>　　·呼叫處理</b></p><p><b>　　·用戶身份的鑒權(quán) </b></p><p><b>　　·緊急呼叫 </b></p><p>　　·語音組呼和語音廣播 </p><p><b>　　·短消息業(yè)務(wù)

55、</b></p><p><b>　　·信令信息的加密 </b></p><p>　　除此之外，GSM-R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。 </p><p>　　為支持蜂窩系統(tǒng)的操作提供以下功能： </p><p><b>　　·位置登記 </b></

56、p><p><b>　　·切換 </b></p><p><b>　　·呼叫重新建立 </b></p><p>　　GSM-R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。與GSM網(wǎng)追求最大用戶系統(tǒng)容量不同，GSM-R系統(tǒng)更側(cè)重于系統(tǒng)的有效性，這是鐵

57、路特殊的需求，因此GSM-R在網(wǎng)絡(luò)覆蓋上有更多的重疊，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施也采用冗余備份?？蛇x擇將GSM系統(tǒng)的MSC、VLR、EIR、GCR、SSP、HLR、AUC置于一個網(wǎng)元中，且隨著網(wǎng)絡(luò)的增長而分散到多個網(wǎng)元中，這樣可以形成一個經(jīng)濟(jì)、便于維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。典型的基于GSM/GSM-R的鐵路通信網(wǎng)與普通的 GSM PLMN并無大的區(qū)別，在其網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元、標(biāo)準(zhǔn)接口和連接的擴(kuò)展上也無大的區(qū)別。在公網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入一系列的新技術(shù)，即可用于鐵路部門。鐵路網(wǎng)與公

58、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。</p><p>　　一、BSS 結(jié)構(gòu)和功能 </p><p>　　BSS是 GSM-R 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中最基本的組成部分。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）。一臺 BSC 可以管理多達(dá)幾十個 BTS。此外，還有一種可選擇設(shè)備——速率適配單元（TRAU）[3] 。BSS 的總體結(jié)構(gòu)如圖 2-8 所

59、示：</p><p>　　GSM-R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。NSS提供的主要功能如下： </p><p>　　· 為用戶移動特征提供的特定功能，如尋呼 </p><p>　　· 呼叫過程中對無線資源的管理 </p><p>　　

60、· 管理與BSS之間的信令協(xié)議 </p><p>　　· 位置登記，即VLR之間的互連 </p><p><b>　　· 切換過程 </b></p><p>　　· 查詢HLR獲得MS的漫游號碼 </p><p>　　· 與其他的移動功能實(shí)體交換信令信息 <

61、;/p><p>　　· 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 </p><p><b>　　· 用戶的鑒權(quán) </b></p><p>　　圖2-8 BSS 的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　二、NSS 結(jié)構(gòu)和功能</p><p>　　基本的NSS 由六個功能實(shí)體

62、組成，分別是：移動交換中心（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） 。另外，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（SMS-SC）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。結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。</p><p>　　圖2-9 NSS 結(jié)構(gòu)和接口</p><p&g

63、t;　　三、OSS 結(jié)構(gòu)和功能 </p><p>　　OSS可以分為兩部分：對應(yīng)BSS的操作與維護(hù)中心（OMC-R）和對應(yīng)NSS的操作與維護(hù)中心（OMC-S）。OMC-R與BSC的連接有兩種途徑：一種是直接通過X.25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OMC-R連接。OMC-S通過OMN接口與MSC相連。 </p><p>　　OSS是操作人員與系統(tǒng)設(shè)

64、備之間的中介，它實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集中操作與維護(hù)，完成了包括移動用戶管理、移動設(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)。</p><p>　　第三章 GSM-R在鐵路無線通信中的應(yīng)用</p&g

65、t;<p><b>　　第一節(jié) 功能尋址</b></p><p>　　在鐵路應(yīng)用中，功能號碼用來表示一個工作崗位（如火車司機(jī)）而不是一個用戶MSISDN號碼。當(dāng)前在崗的人員通過將自己的MSISDN 登記到該功能號碼上，建立起功能號碼和真實(shí)用戶之間的聯(lián)系。調(diào)度臺通過呼叫功能號碼對當(dāng)前在崗的真實(shí)用戶進(jìn)行調(diào)度和指揮。</p><p>　　在功能尋址業(yè)務(wù)中，每

66、個MSISDN可以建立與多個功能號碼的映射關(guān)系，但是一個功能號碼一次只能指定給一個用戶。授權(quán)用戶可以通過USSD（非結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）操作將MSISDN登記到某一個功能號碼上，或者通過USSD操作注銷該MSISDN已經(jīng)登記的功能號碼。也可以由管理員修改MSISDN與功能號碼的對應(yīng)關(guān)系。</p><p>　　功能尋址業(yè)務(wù)分為語音呼叫功能尋址和短消息功能尋址。</p><p>　　按照EIR

67、ENE規(guī)范，MSC通過MAP操作SRI（SendRoutingInfo）從FFN（Follow-Me Function Node）查詢到與功能號碼對應(yīng)MSISDN，該過程與標(biāo)準(zhǔn)GSM網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中MSC通過SRI操作從HLR 查詢漫游號碼的流程完全相同，同時HLR 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能也能夠方便、可靠地管理功能號碼與MSISDN之間的對應(yīng)關(guān)系[5]。</p><p>　　例如，列車1234 在運(yùn)行過程中機(jī)車可能會更換，在機(jī)

68、車更換過程中需要注冊或注銷列車司機(jī)功能號對應(yīng)的機(jī)車司機(jī)號碼，以便可以依據(jù)列車1234 司機(jī)功能號碼呼叫到正在為列車1234 服務(wù)的機(jī)車司機(jī)。</p><p><b>　　第二節(jié) 調(diào)度通信</b></p><p>　　調(diào)度通信系統(tǒng)的組網(wǎng)如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 調(diào)度通信系統(tǒng)的組網(wǎng)示意圖</p><p&g

69、t;　　通過無線列調(diào)系統(tǒng)，可以進(jìn)行以下通信：</p><p><b>　　一、點(diǎn)對點(diǎn)呼叫</b></p><p>　　調(diào)度員通過調(diào)度臺，使用功能號碼可以直接呼叫其調(diào)度區(qū)域內(nèi)指定列車的機(jī)車移動臺，從而建立雙工的話音通道。</p><p>　　司機(jī)可以通過短號呼叫機(jī)車所在區(qū)域的調(diào)度員，也可以通過按緊急呼叫按鈕向所屬區(qū)間的調(diào)度員發(fā)起高優(yōu)先級的緊急呼叫

70、，該緊急呼叫被調(diào)度臺終端優(yōu)先接入或排隊(duì)等待處理[6]。</p><p>　　車站值班員、司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間均可進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的語音呼叫。</p><p>　　相鄰車站值班員之間也可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的語音呼叫。</p><p><b>　　二、組呼</b></p><p>　　調(diào)度員利用VGCS/VBS可以向其調(diào)度區(qū)域的所有司機(jī)發(fā)

71、起語音組呼或語音廣播。</p><p>　　司機(jī)利用VGCS/VBS可以向其所屬區(qū)域的所有司機(jī)和調(diào)度員發(fā)起語音組呼或語音廣播。</p><p>　　VGCS/VBS呼叫結(jié)束后，可由AC（確認(rèn)中心）保存相應(yīng)的組呼呼叫記錄。</p><p>　　簡單地說，VGCS就是要實(shí)現(xiàn)多個人可以講話（至多6 個講者），更多的人可以作為聽者（聽者數(shù)量無限制）的業(yè)務(wù)。</p>

72、;<p>　　參與VGCS呼叫的成員包括兩類：調(diào)度員和業(yè)務(wù)用戶。</p><p>　　·調(diào)度員：每個VGCS呼叫中最多可以有5個調(diào)度員，調(diào)度員可以是固定用戶或移動用戶，通過網(wǎng)絡(luò)為其建立的專用通道參與組呼的話音通信；</p><p>　　·業(yè)務(wù)用戶：簽約VGCS業(yè)務(wù)的移動用戶，如機(jī)車司機(jī)，被叫業(yè)務(wù)用戶通過組呼區(qū)域內(nèi)的組呼通道參與組呼的話音通信。</p&

73、gt;<p>　　VGCS業(yè)務(wù)呼叫在任何時刻只準(zhǔn)許1個業(yè)務(wù)用戶及至多5個調(diào)度員同時講話。處于聽狀態(tài)的業(yè)務(wù)用戶可以通過搶上行的操作（按PTT（Push To Talk）鍵）獲得講話權(quán)參與講話，搶上行的操作按照“先到先得”的方式進(jìn)行，誰先搶到誰說話，其他業(yè)務(wù)用戶只有當(dāng)上行空閑時才可以繼續(xù)搶上行的操作。調(diào)度員由于具有自己的專用通道，所以無需要搶上行的操作，隨時可以參與講話。</p><p>　　VGCS允

74、許用戶建立到屬于某一指定服務(wù)區(qū)和組識別號（Group ID）的一組用戶的呼叫，呼叫期間所有的調(diào)度員都可以發(fā)言，但是所有的業(yè)務(wù)用戶搶占一個上行通道。服務(wù)區(qū)可由若干屬于同一MSC或不同MSC的小區(qū)組成，呼叫時每個相關(guān)小區(qū)有一個組呼通道，其中上行鏈路僅供當(dāng)前講者使用（組發(fā)射模式），所有聽者守侯在下行鏈路上（組接收模式），有關(guān)組呼的通知消息在通知信道NCH（Notification Channel）上廣播[7]。</p><

75、p>　　組呼建立時間小于2秒。</p><p>　　第三節(jié) 基于位置的路由</p><p>　　在鐵路通信實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以用同一個短號碼表示多個職責(zé)相同但調(diào)度區(qū)域不同的調(diào)度員。作業(yè)人員在與當(dāng)時所在地調(diào)度員聯(lián)系時可以撥打統(tǒng)一的短號碼，系統(tǒng)利用依賴位置尋址業(yè)務(wù)將當(dāng)前呼叫路由到合適的調(diào)度員。</p><p>　　基于位置的路由是指網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶所拔打的短號和用戶

76、自身位置確定目標(biāo)地址的路由。</p><p>　　該業(yè)務(wù)用于機(jī)車司機(jī)通過短號呼叫機(jī)車所在區(qū)域的調(diào)度員。如列車司機(jī)在A 區(qū)域撥打調(diào)度員號碼1234 則接續(xù)到A區(qū)域的調(diào)度員A，而在B區(qū)域撥打同一號碼1234則接續(xù)到B區(qū)域的調(diào)度員B。</p><p>　　在當(dāng)前EIRENE規(guī)范框架內(nèi)，該位置信息是基于GSM網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的小區(qū)ID，MSC完全可以解析呼叫建立消息當(dāng)中的小區(qū)ID信息，并根據(jù)小區(qū)ID信息與

77、短號從MSC內(nèi)置數(shù)據(jù)庫查詢得到合適調(diào)度員的號碼并將呼叫路由到合適的調(diào)度員。這種解決方案可在MSC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，不牽涉其它網(wǎng)元，與不同供應(yīng)商設(shè)備之間的兼容性好，同時由于這種翻譯關(guān)系是從內(nèi)置數(shù)據(jù)庫中查詢得到，避免網(wǎng)元間信息交互，呼叫處理速度快[1]。</p><p>　　功能尋址與基于位置的路由的MSC實(shí)現(xiàn)方式與智能網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方式相比有以下幾個特點(diǎn)：</p><p><b>　　·

78、 兼容性好；</b></p><p>　　· 呼叫處理速度快；</p><p><b>　　·節(jié)省智能網(wǎng)投資。</b></p><p>　　第四節(jié) 增強(qiáng)多級優(yōu)先和強(qiáng)占業(yè)務(wù)（eMLPP）</p><p>　　eMLPP（Enhanced Multi-Level Precedence and

79、 Pre-emption）業(yè)務(wù)允許網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶的不同優(yōu)先級在網(wǎng)絡(luò)資源被占用的情況下實(shí)施不同的策略：排隊(duì)和搶占，另外還可采用不同的呼叫建立和指配過程以滿足不同優(yōu)先級呼叫對時延的要求[11]。</p><p>　　eMLPP作為一種補(bǔ)充業(yè)務(wù)既適用點(diǎn)對點(diǎn)話音或數(shù)據(jù)呼叫，也適用于廣播呼叫和組呼。</p><p>　　在增強(qiáng)多級優(yōu)先和強(qiáng)占業(yè)務(wù)（eMLPP）中，每個GSM用戶被分配一個或多個特定的優(yōu)先

80、級權(quán)限，用戶可以在自己的權(quán)限內(nèi)選擇每個特定呼叫使用的優(yōu)先級，不同優(yōu)先級的呼叫占用網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)先級別不同。另外，每個優(yōu)先級的呼叫還可以選擇不同的呼叫建立方式。</p><p>　　eMLPP業(yè)務(wù)包含兩個部分：快速呼叫建立、排隊(duì)和搶占。</p><p>　　快速呼叫建立是指對于每個優(yōu)先級的呼叫，可以選擇是否采用快速呼叫建立流程。</p><p>　　排隊(duì)和搶占是指在缺乏

81、網(wǎng)絡(luò)資源（包括處理能力、信令信道和業(yè)務(wù)信道）的情況下，高優(yōu)先級的呼叫不會釋放，可以優(yōu)先排隊(duì)，甚至可以搶占低優(yōu)先級呼叫的資源。</p><p>　　eMLPP業(yè)務(wù)可以提供多至7級（A、B、0、1、2、3、4、5）其中最高的兩個優(yōu)先級（A 和B）供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者內(nèi)部使用，例如用于緊急呼叫或特殊的VGCS/VBS呼叫，這兩級僅供本地使用，即在一個MSC/VLR范圍內(nèi)有效，在本MSC/VLR之外被作為0級對待。其它5級供用戶

82、使用，這5級可以在所有支持eMLPP業(yè)務(wù)的地方使用，可以和提供MLPP業(yè)務(wù)的ISDN網(wǎng)絡(luò)互通。</p><p>　　第五節(jié) 呼叫矩陣業(yè)務(wù)</p><p>　　呼叫矩陣業(yè)務(wù)僅應(yīng)用于點(diǎn)對點(diǎn)呼叫，VGCS/VBS呼叫不在本業(yè)務(wù)的應(yīng)用范圍內(nèi)。</p><p>　　鐵路運(yùn)營中，不同身份的用戶擁有不同的功能號碼。通過定義呼叫矩陣表，根據(jù)主、被叫的身份進(jìn)行呼叫裁決，判斷是否允許

83、呼叫繼續(xù)。從而定義GSM-R網(wǎng)絡(luò)中主叫方與被叫方的接入關(guān)系[9]。</p><p>　　第六節(jié) 鐵路緊急呼叫</p><p>　　鐵路緊急呼叫為具有最高優(yōu)先級的語音廣播呼叫，包括列車緊急呼叫和調(diào)車緊急呼叫兩種呼叫。呼叫的類別由基于移動臺的操作模式自動確定：移動臺在調(diào)車模式時按動緊急呼叫按鈕發(fā)起的呼叫為調(diào)車緊急呼叫，其他情況下的緊急呼叫即為列車緊急呼叫。</p><p&

84、gt;　　緊急呼叫建立時間小于1秒。</p><p><b>　　· 列車緊急呼叫</b></p><p>　　列車緊急呼叫應(yīng)在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)發(fā)送給所有司機(jī)及調(diào)度員，應(yīng)通知適當(dāng)?shù)腞BC（無線區(qū)域中心）某地發(fā)起了一個列車緊急呼叫[2]。</p><p><b>　　· 調(diào)車緊急呼叫</b></p>

85、;<p>　　調(diào)車緊急呼叫應(yīng)發(fā)送給在調(diào)車區(qū)域內(nèi)涉及調(diào)車操作的所有用2、3、4的優(yōu)先級劃分。</p><p>　　第四章 GSM-R在呼和浩特局鐵路通信中應(yīng)用的設(shè)計(jì)</p><p>　　呼和浩特鐵路局位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部。管內(nèi)大部分線路北傍陰山，南沿黃河，由西向東穿越自治區(qū)二盟（阿拉善、錫林郭勒）、六市（呼和浩特、包頭、烏海、鄂爾多斯、巴彥淖爾、烏蘭察布），是連接西北、華北

86、物資運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，集二線又是通往蒙古國、俄羅斯及東歐的國際干線。</p><p>　　管界東起京包線（北京—包頭）的古店站與孤山站間K380+500處與太原局毗鄰；西至包蘭線（包頭東—蘭州）的落石灘站與惠農(nóng)站間K423+000處與蘭州局相連；北到集二線的二連站至蒙古國扎門烏德站間K335+601處與蒙古國接壤。</p><p>　　呼局管轄干線8條：京包線、包蘭線、集二線、臨策線、包西線

87、、集張線、臨哈線、集通線。支線9條（含一條環(huán)線）：包滿線、包石線、包環(huán)線、烏吉線、海公線、郭查線、包神線、呼準(zhǔn)線、錫多線。管內(nèi)線路總延展長3801.675公里，其中準(zhǔn)軌正線2540公里，寬軌正線5.3公里。雙線長度902.4公里，營業(yè)里程1630.6公里，全部實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車牽引。道岔總計(jì)4049組，其中準(zhǔn)軌正線道岔1352組，寬軌線路道岔104組。橋梁1451座38138延長米。隧道9座3937延長米，涵渠1423座30755延長米。 &

88、lt;/p><p>　　車站133個，其中，一等站8個、二等站6個。配屬機(jī)車545臺，其中，內(nèi)燃機(jī)車495臺、蒸汽機(jī)車51臺。配屬客車1192輛，其中硬座車346輛，硬臥車456輛，軟臥車97輛，餐車49輛，軟座車4輛，雙層客車28輛，發(fā)電車29輛。 </p><p>　　信號設(shè)備總計(jì)1641.4公里，其中復(fù)線883公里；繼電集中車站75個，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖站59個；駝峰編組場6個，自動閉塞488.

89、9公里，半自動閉塞1154公里；一體化機(jī)車信號202臺，通用式機(jī)車信號318臺，道口信號18處；聯(lián)鎖道岔3602組，無聯(lián)鎖道岔254組，全局設(shè)備換算道岔45196組。固定資產(chǎn)1122035萬元。 </p><p>　　我國鐵路移動通信從20世紀(jì)的60年代開始,設(shè)備不斷發(fā)展,制式不斷完善,至今已形成鐵路全網(wǎng)的規(guī)模,成為保障鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn)的重要手段。截至2002年底，我國鐵路營運(yùn)里程已達(dá)71500km,位居世界第三

90、位。預(yù)計(jì)到2020年,全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到90000km左右。在這樣龐大的鐵路交通運(yùn)輸網(wǎng)中,要想大幅度提高鐵路復(fù)線率、電氣化率、自動閉塞比重, 實(shí)現(xiàn)主要繁忙干線客貨分線運(yùn)輸,原有鐵路模擬通信制式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要,選擇一種新的鐵路數(shù)字移動通信技術(shù)勢在必行。</p><p>　　我國從1994年就開始對專用移動通信技術(shù)跟蹤研究,當(dāng)時的重點(diǎn)是對GSM-R和TETRA(陸上集群無線電通信)系統(tǒng)進(jìn)行比較,經(jīng)過專家們的論

91、證認(rèn)為GSM-R具有更適應(yīng)鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)的功能優(yōu)勢, 更成熟的技術(shù)優(yōu)勢以及更符合通信信號一體化技術(shù)發(fā)展的需要,更重要的是GSM-R支持鐵路移動通信的可持續(xù)發(fā)展[6。</p><p>　　2002年10月26日,鐵道部在北京交通大學(xué)投資建成了第一個正式的GSM-R科研實(shí)驗(yàn)室—GSM-R研究與應(yīng)用模擬系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室由北京交通大學(xué)和西門子聯(lián)合薩基姆、Kapsch、中鐵等公司共同建設(shè)和研究,并得到國家教育部的全力支持。

92、此實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)對既有線提速、客運(yùn)專線、青藏線建設(shè)和高速鐵路等各種無線通信需求的研究。實(shí)驗(yàn)室成立至今,已經(jīng)開發(fā)出功能尋址、基于位置的尋址、無線列車調(diào)度通信(包括“大三角”通信和“小三角”通信)、區(qū)間移動通信、尾部風(fēng)壓檢測、車次號傳遞、列車位置跟蹤、短消息業(yè)務(wù)、高速傳真、接近連續(xù)式的無線機(jī)車信號等。目前已經(jīng)完成CTCS(中國鐵路控制系統(tǒng))三級的研究,以及通信協(xié)議軟件,GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng),機(jī)車同步操控系統(tǒng)等的開發(fā)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證和研究

93、證明,中國鐵路采用GSM-R系統(tǒng)完全符合發(fā)展需要。鐵道部非常重視GSM-R網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),目前已在青藏線、大秦線、膠濟(jì)線等運(yùn)用了GSM-R技術(shù)[3]。</p><p>　　GSM-R目前在我國鐵路通信中的應(yīng)用主要有：調(diào)度通信功能、車次號傳輸與列車停穩(wěn)信息的傳送功能、調(diào)度命令傳送功能、列車尾部裝置信息傳送功能、調(diào)車機(jī)車信號和監(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。</p><p>　　本章

94、將對GSM-R的部分功能在呼局鐵路通信中的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　第一節(jié) GSM-R功能尋址的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　功能尋址是指用戶可以由它們當(dāng)時所擔(dān)當(dāng)?shù)墓δ芙巧?，GSM-R系統(tǒng)從某個角度也可以看做是在一定數(shù)量的物理終端上運(yùn)行的一系列應(yīng)用和功能。每一個應(yīng)用和功能利用了最基本的電信業(yè)務(wù)（承載業(yè)務(wù)或終端業(yè)務(wù)）。一個物理終端可以是一個移動終端或移動終端的支持實(shí)體。功能號識別的是

95、用戶的功能，而不是終端號碼。以下將對GSM-R的功能尋址在呼局鐵路通信中的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　一、功能尋址的過程</b></p><p>　　功能尋址分為兩個階段：</p><p>　　·初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以允許進(jìn)行功能尋址的過程（Follow Me過程）</p><p>　　·呼

96、叫過程使用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對功能尋址進(jìn)行處理（無條件呼叫前轉(zhuǎn)過程）</p><p>　　FM是一個補(bǔ)充業(yè)務(wù)，它允許把用戶的功能同激活該功能的移動臺的MSISDN號碼關(guān)聯(lián)起來。為了處理Follow Me，將要執(zhí)行下面的用戶過程：</p><p>　　·Follow Me注冊——在功能號和MSISDN號間建立關(guān)聯(lián)；</p><p>　　·Follow M

97、e注銷——刪除先前建立的關(guān)聯(lián)；</p><p>　　·Follow Me查詢——查詢用戶簽約文檔。</p><p>　　那些發(fā)起過Follow Me注冊的用戶可以進(jìn)行Follow Me注銷操作，另外，其他的授權(quán)用戶也可以執(zhí)行強(qiáng)制注銷。在第二種情況下，應(yīng)該給注冊了該功能的用戶（MSISDN）發(fā)出通知，以便告知移動臺其狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生了改變，同時也觸發(fā)移動臺的相關(guān)操作。</p>

98、;<p>　　所有的Follow Me過程都使用USSD（Unstructured Supplementary Service Data，無結(jié)構(gòu)補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）補(bǔ)充業(yè)務(wù)，以便在網(wǎng)絡(luò)上攜帶信息。所有的USSD請求信息都有一個USSD響應(yīng)信息，其中可能包含了請求數(shù)據(jù)。</p><p>　　FM業(yè)務(wù)是由FMm和FMf功能聯(lián)合提供的。這些功能位于兩個不同的邏輯設(shè)備上（也可能位于不同的物理設(shè)備）：FMm位于HL

99、R，F(xiàn)Mf位于FFN（Follow Me功能節(jié)點(diǎn)）。</p><p>　　由Follow Me補(bǔ)充業(yè)務(wù)來管理的功能號類型包括列車功能號、維護(hù)業(yè)務(wù)功能號以及車號。</p><p>　　1.Follow Me注冊</p><p>　　Follow Me注冊過程在功能號和MSISDN號之間建立了臨時的關(guān)聯(lián)。用戶要為其終端支持的每個功能進(jìn)行注冊。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該將注冊的結(jié)果送回移動

100、臺。如果注冊失敗，結(jié)果中還應(yīng)包含失敗的原因。</p><p>　　移動臺可以在同一時刻最多注冊3個不同的功能號組，但每一條命令（即每個USSD請求）只能注冊一個功能號。</p><p>　　如圖4-1所示，移動臺通過第3層信令向HLR發(fā)送USSD請求，HLR對該請求進(jìn)行驗(yàn)證，然后繼續(xù)向FFN發(fā)送請求。FFN的主體是一個大型的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)其收到HLR發(fā)來的注冊請求后，它添加一條包含功能號和MS

101、ISDN號對應(yīng)關(guān)系的記錄。</p><p>　　圖4-1 FM注冊過程示意圖</p><p>　　（1）移動臺里的過程</p><p>　　當(dāng)觸發(fā)注冊時，每個移動臺都要提供下面的數(shù)據(jù)：</p><p>　　·過程類型標(biāo)識（注冊）；</p><p>　　·用于Follow Me業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)代碼（SC）

102、；</p><p><b>　　·功能號（FN）。</b></p><p>　　功能號（FN）的格式如下：</p><p>　　FN=RAC+RSN=RAC+FUNCTIONAL NUMBER TYPE+ROOT+BRANCH</p><p>　　其中，RAC為鐵路接入碼；RSN為鐵路用戶號碼。</p&g

103、t;<p>　　功能尋址接口規(guī)范中包含了特定串的結(jié)構(gòu)。如果成功，上面的數(shù)據(jù)都會存儲在SIM卡上。</p><p>　　（2）MSC中的過程</p><p>　　信息無改變地通過MSC。</p><p>　?。?）VLR中的過程</p><p>　　信息無改變地通過VLR。</p><p>　　（4）HLR

104、中的FMm過程</p><p>　　當(dāng)觸發(fā)注冊過程時，HLR必須要求FFN為接收到的功能號激活呼叫前轉(zhuǎn)。FMm功能(位于HLR中，并從移動臺接收數(shù)據(jù))要執(zhí)行下面所列出的操作：</p><p>　　·執(zhí)行對簽約數(shù)據(jù)和功能的校驗(yàn)，以驗(yàn)證移動臺有資格請求該過程，另外，它也檢查消息中的分支部分；</p><p>　　·負(fù)責(zé)獲得相應(yīng)承載業(yè)務(wù)（BS）的MSI

105、SDN，而來自IMSI的注冊請求中的功能號指示了這些承載業(yè)務(wù)；</p><p>　　·構(gòu)造從HLR發(fā)送到FFN的USSD請求消息。該消息將激活FMf（位于由RAC識別的FFN中）。消息中將包含所有為激活呼叫前轉(zhuǎn)所需的數(shù)據(jù)（如功能號和獲得的MSISDN）；</p><p>　　·等待FMf的響應(yīng)消息（由FFN傳送到HLR）。</p><p>　　F

106、Mm（HLR）將來自FMf（FFN）的響應(yīng)消息中繼到移動臺。USSD串要么包含成功的結(jié)果代碼，要么包含由于Follow Me錯誤導(dǎo)致的失敗結(jié)果代碼。</p><p>　?。?）FFN中的FMf過程</p><p>　　位于FFN中的FMf功能獲得功能號碼（RAC、功能號碼類型、root和branch），并將它作為用戶號碼來使用。FMf要確保當(dāng)前沒有任何在該號碼上激活的呼叫前轉(zhuǎn)。在校驗(yàn)了功能

107、號后，F(xiàn)Mf激活與該功能號相關(guān)的所有業(yè)務(wù)的呼叫前轉(zhuǎn)。</p><p>　　FMf（FFN）向FMm（HLR）返回接受請求或拒絕請求（僅當(dāng)發(fā)生Follow Me錯誤時）的通知。該通知可以有選擇地包含前轉(zhuǎn)的號碼。完成該通知要使用包含USSD串的USSD響應(yīng)消息。USSD串由成功結(jié)果代碼或由Follow Me錯誤而導(dǎo)致的失敗結(jié)果代碼組成。</p><p>　　2. Follow Me注銷<

108、/p><p>　　Follow Me注銷過程解除功能號和MSISDN號之間的關(guān)聯(lián)，即解除對該功能號的呼叫前轉(zhuǎn)激活。注銷的結(jié)果是解除了功能號上的Follow Me業(yè)務(wù)的激活，其中前轉(zhuǎn)號碼即為MSISDN號碼，它標(biāo)識了不再激活該功能號所代表的功能的移動臺。</p><p>　　可以使用下列兩種方法將先前的注冊操作注銷：</p><p>　　·用戶或FM業(yè)務(wù)監(jiān)督者使

109、用適當(dāng)?shù)目刂七^程能夠特定地注銷先前的注冊操作；</p><p>　　·所有的信息都將隨著補(bǔ)充業(yè)務(wù)的取消（管理處理）而消失。</p><p>　　FM的注銷過程如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 FM注銷示意圖</p><p><b>　　移動臺中的過程</b></p><p&g

110、t;　　移動臺觸發(fā)注銷時，要提供下列數(shù)據(jù)：</p><p>　　·過程類型標(biāo)識（注銷）；</p><p>　　·用于Follow Me業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)代碼（SC）；</p><p><b>　　·功能號（FN）；</b></p><p>　　·監(jiān)督指示符（用于強(qiáng)制注銷）和要注銷的MSIS

111、DN。</p><p>　　功能號應(yīng)該為下面的格式：</p><p>　　FN=RAC+RSN=RAC+FUNCTIONAL NUMBER TYPE+ROOT+BRANCH</p><p>　　執(zhí)行完成后，保存在SIM卡上的數(shù)據(jù)將相應(yīng)地進(jìn)行更新。</p><p><b>　　MSC中的過程</b></p>

112、<p>　　信息無改變地通過MSC。</p><p>　?。?）VLR中的過程</p><p>　　信息無改變地通過VLR。</p><p>　?。?）HLR中的FMm過程</p><p>　　當(dāng)觸發(fā)注銷過程時，HLR必須請求FFN去激活其收到的功能號的呼叫前轉(zhuǎn)功能。</p><p>　　HLR應(yīng)該執(zhí)行下列由