《GSM-R系統(tǒng)維護(hù)與應(yīng)用》課件第一章

GSM-R系統(tǒng)維護(hù)與應(yīng)用第1章概論2第1章概論1.1移動(dòng)通信概述

1.1.1無(wú)線(xiàn)通信與移動(dòng)通信的關(guān)系

1.1.2移動(dòng)通信的發(fā)展簡(jiǎn)史

1.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和分類(lèi)

1.2GSM-R系統(tǒng)概述

1.2.1GSM-R與GSM的關(guān)系

1.2.2GSM-R系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用31.1移動(dòng)通信概論移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)狀態(tài)中進(jìn)行信息傳輸和交換，這包括移動(dòng)體（車(chē)輛、船舶、飛機(jī)或行人）和移動(dòng)體之間的通信，移動(dòng)體與固定點(diǎn)（固定無(wú)線(xiàn)臺(tái)或有線(xiàn)用戶(hù)）之間的通信。41.1移動(dòng)通信概論“無(wú)線(xiàn)電之父”馬可尼于1895年設(shè)計(jì)出大功率的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，可收發(fā)遠(yuǎn)距離的電磁波，發(fā)送莫斯密碼。無(wú)線(xiàn)電原理：導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的變化會(huì)產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電波。利用這一現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)制可將信息加載于無(wú)線(xiàn)電波之上。當(dāng)電波通過(guò)空間傳播到達(dá)接收端，電波引起的電磁場(chǎng)變化又會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。通過(guò)解調(diào)將信息從電流變化中提取出來(lái)，就達(dá)到了信息傳遞的目的。51.1.1無(wú)線(xiàn)通信與移動(dòng)通信的關(guān)系1.無(wú)線(xiàn)電波的特點(diǎn)：無(wú)線(xiàn)電波在自然空間傳播的電磁波，是無(wú)線(xiàn)通信信息傳輸?shù)妮d體。無(wú)線(xiàn)電波主具有以下特點(diǎn)：（1）無(wú)線(xiàn)電波是正弦波，具有波的一切特性。它和水波一樣能向四周傳播，在傳播的過(guò)程中能夠發(fā)生折射、反射，它也具有一定的頻率、波長(zhǎng)和波速。無(wú)線(xiàn)電波的傳播過(guò)程如圖1.1所示。6圖1.1無(wú)線(xiàn)電波的傳播過(guò)程71.無(wú)線(xiàn)電波的特點(diǎn)：（2）無(wú)線(xiàn)電波不像其它波那樣容易被人們的感官所接收。（3）無(wú)線(xiàn)電波具有驚人的運(yùn)動(dòng)速度，是世界上跑得最快的物質(zhì)。每秒鐘能跑30萬(wàn)公里，而其他物質(zhì)，比如聲波，在空氣中每秒只能傳播340米。81.無(wú)線(xiàn)電波的特點(diǎn)：（4）無(wú)線(xiàn)電波可以在真空中傳播。（5）無(wú)線(xiàn)電波的頻率往往比其它波的頻率高得多。無(wú)線(xiàn)電波的頻率可以達(dá)到幾萬(wàn)赫茲、幾十兆赫茲。無(wú)線(xiàn)電波的波長(zhǎng)、頻率和振幅還可以按照人們的需要用機(jī)器來(lái)調(diào)節(jié)。9表1.1無(wú)線(xiàn)電波譜的頻率、波段、傳播特性及主要用途名稱(chēng)甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號(hào)VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF頻率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波短波米波分米波厘米波毫米波波長(zhǎng)100-1000Km1-10Km100-1000m10-100m1-10m0.1-1m1-10cm1-10mm傳播特性空間波為主地波為主地波與天波天波與地波空間波空間波空間波空間波主要用途海岸潛艇通信；遠(yuǎn)距離通信超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航；越洋通信中距離通信；地下巖層通信；遠(yuǎn)距離導(dǎo)航；船用通信業(yè)務(wù)；無(wú)線(xiàn)電通信移動(dòng)通信中距離導(dǎo)航；遠(yuǎn)距離短波通信；國(guó)際定點(diǎn)通信；電離層散射(30-60MHz)流星余跡通信人造電離層通信（30-144MHz）；對(duì)空間飛行體通信；移動(dòng)通信；小容量微波中繼通信(352-420MHz)對(duì)流層散射通信（700-10000MHz）中容量微波通信；大容量微波中繼通信(3600-4200MHz)、(5850-8500MHz)；數(shù)字通信；衛(wèi)星通信；國(guó)際海事衛(wèi)星通信（1500-1600MHz）；再入大氣層時(shí)的通信；波導(dǎo)通信；102.無(wú)線(xiàn)通信與移動(dòng)通信的相互關(guān)系移動(dòng)通信就是要保持物體在移動(dòng)狀態(tài)中的通信，因而它必須是無(wú)線(xiàn)通信。短距離無(wú)線(xiàn)通信我們通常稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)通信；長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)通信我們通常稱(chēng)為移動(dòng)通信，移動(dòng)通信可以算作無(wú)線(xiàn)通信的一個(gè)大的分支。111.1.2移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)是在20世紀(jì)80年代初提出的，它完成于20世紀(jì)90年代初，如NMT和AMPS，NMT于1981年投入運(yùn)營(yíng)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)?，其特點(diǎn)是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、交全性差、沒(méi)有加密和速度低。1G主要基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，直接使用模擬語(yǔ)音調(diào)制技術(shù)，傳輸速率約2．4kbit/s。不同國(guó)家采用不同的工作系統(tǒng)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于擴(kuò)展和改進(jìn)GSMPhase1及Phase2中原定的業(yè)務(wù)和性能。121.1.2移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)，也稱(chēng)IMT2000，是正在全力開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，其最基本的特征是智能信號(hào)處理技術(shù)，智能信號(hào)處理單元將成為基本功能模塊，支持話(huà)音和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可以提供前兩代產(chǎn)品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務(wù)，例如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等。如WCDMA的傳輸速率在用戶(hù)靜止時(shí)最大為2Mbps，在用戶(hù)高速移動(dòng)是最大支持144Kbps，所占頻帶寬度5MHz左右

第四代4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿(mǎn)足幾乎所有用戶(hù)對(duì)于無(wú)線(xiàn)服務(wù)的要求。131.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和分類(lèi)1.移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)：

（1）移動(dòng)通信必須利用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行信息傳輸通信中的用戶(hù)可以在一定范圍內(nèi)自由活動(dòng)，其位置不受束縛，但傳輸特性差，有各種損秏且大。會(huì)產(chǎn)生多徑效應(yīng),陰影效應(yīng),多普勒效應(yīng)等。（2）通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的除去一些常見(jiàn)的外部干擾（如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲）外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間還會(huì)產(chǎn)生這樣和那樣的干擾。如：（各種）多用戶(hù)之間、基站與用戶(hù)之間、各種收發(fā)信機(jī)之間等產(chǎn)生的干擾，主要有：鄰道干擾、互調(diào)干擾、共道干擾、多址干擾、（以及近地?zé)o用強(qiáng)信號(hào)壓制遠(yuǎn)地有用弱信號(hào)地現(xiàn)象）遠(yuǎn)近效應(yīng)等。14（3）移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的需求與日俱增如何提高系統(tǒng)的容量，始終是移動(dòng)通信發(fā)展中的重點(diǎn)。解決的方法是：一方面開(kāi)辟和啟用新的頻段；另一方面研究各種新技術(shù)和新措施，以壓縮信號(hào)所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率，如：信號(hào)處理技術(shù),新的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，多址技術(shù)，等等。（4）移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效根據(jù)通信地區(qū)、地形的不同，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀（如鐵路沿線(xiàn)、隧道等）、面狀（覆蓋一整個(gè)城市和地區(qū)）、立體狀（地面通信設(shè)施與中低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)一起組網(wǎng)或由微微蜂窩、微蜂窩和宏蜂窩組成的），等等。（5）移動(dòng)通信設(shè)備（主要是移動(dòng)臺(tái)）必須適于在移動(dòng)環(huán)境中使用1.移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)：152.移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類(lèi)移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有以下分類(lèi)：（1）按使用對(duì)象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；（2）按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；（3）按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等；（4）按接入方式可分為頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）；（5）按覆蓋范圍可分為寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)；16（6）按業(yè)務(wù)類(lèi)型可分為電話(huà)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；（7）按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；（8）按服務(wù)范圍可分為專(zhuān)用網(wǎng)和公用網(wǎng)；（9）按信號(hào)形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。173.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（1）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)183.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（1）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)定義移動(dòng)臺(tái)

MS是在移動(dòng)服務(wù)網(wǎng)中，在不確定的地點(diǎn)并在移動(dòng)使用的終端。移動(dòng)臺(tái)可以是手持設(shè)備，或是安裝在移動(dòng)車(chē)輛上的設(shè)備。具有收、發(fā)信機(jī)和天饋線(xiàn)等設(shè)備基站BS移動(dòng)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中的固定站，用來(lái)和移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信?；窘ㄔ诜涓C小區(qū)內(nèi)，設(shè)有收、發(fā)信機(jī)和架在塔上的發(fā)射、接收天線(xiàn)等設(shè)備移動(dòng)交換中心MSC在大范圍服務(wù)區(qū)域中協(xié)調(diào)通信的中心、能將基站和移動(dòng)臺(tái)連到公用電話(huà)網(wǎng)上。無(wú)線(xiàn)小區(qū)每個(gè)基站發(fā)射機(jī)所覆蓋范圍的小塊地理區(qū)域。無(wú)線(xiàn)小區(qū)的大小取決于基站的發(fā)射機(jī)功率和天線(xiàn)的高度用戶(hù)使用移動(dòng)通信服務(wù)而付費(fèi)的使用者操作維護(hù)中心OMS負(fù)責(zé)管理維護(hù)移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)193.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（2）無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)203.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（2）無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)無(wú)繩電話(huà)是指用無(wú)線(xiàn)信道代替普通電話(huà)線(xiàn)，在限定的業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)給無(wú)線(xiàn)用戶(hù)提供移動(dòng)或固定公共交換電話(huà)網(wǎng)（PSTN）業(yè)務(wù)的電話(huà)系統(tǒng)，也是一種無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)。它由一個(gè)或若干個(gè)基站和多部手機(jī)組成，允許手機(jī)在一組信道內(nèi)任選一個(gè)空閑信道進(jìn)行通信。一個(gè)基站形成一個(gè)微蜂窩，多個(gè)微蜂窩構(gòu)成一個(gè)服務(wù)區(qū)，區(qū)內(nèi)的手機(jī)都可通過(guò)基站得到服務(wù)。213.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（3）集群移動(dòng)通信系統(tǒng)集群移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)集群系統(tǒng)）是一種共用無(wú)線(xiàn)頻道的專(zhuān)用調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，它采用多信道共用和動(dòng)態(tài)分配信道技術(shù)。集群是指無(wú)線(xiàn)信道不是僅給某一用戶(hù)群所專(zhuān)用，而是若干個(gè)用戶(hù)群共同使用。集群移動(dòng)通信系統(tǒng)所采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)。它的一個(gè)最重要的目的是盡可能地提高系統(tǒng)的頻率利用率，以便在有限的頻率空間內(nèi)為更多用戶(hù)服務(wù)。223.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（4）移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星控制中心基站關(guān)口站PSTN手機(jī)空中移動(dòng)體海上移動(dòng)體陸地移動(dòng)體圖1.5移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)234.移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)圖1.6移動(dòng)通信業(yè)務(wù)種類(lèi)241.2GSM-R系統(tǒng)概述GSM-R（GlobalSystemForMobileCommunicationsForRailway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)鐵路對(duì)移動(dòng)通信的需求而推出的專(zhuān)用系統(tǒng)，它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技術(shù)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)話(huà)音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù)體制。251.2.1GSM-R與GSM的關(guān)系1.鐵路相對(duì)GSM公網(wǎng)的特殊需求：（1）用戶(hù)級(jí)別不同（高級(jí)語(yǔ)音呼叫，包括：組呼、小區(qū)廣播、增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆）（2）功能尋址（調(diào)度）（3）基于位置的尋址（機(jī)車(chē)呼叫前方車(chē)站、后方車(chē)站）（4）高速情況下的移動(dòng)通信（5）大量特殊的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求（列控、列尾、車(chē)次號(hào)等）262.GSM與GSM-R的關(guān)系GSM基礎(chǔ)平臺(tái)增強(qiáng)型語(yǔ)音呼叫功能ASCI優(yōu)先權(quán)eMLPP語(yǔ)音廣播VBS語(yǔ)音組呼VGCS鐵路特有的應(yīng)用無(wú)線(xiàn)列調(diào)無(wú)線(xiàn)車(chē)次號(hào)傳遞等嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量要求鐵路特有頻段GSM-R圖1.7GSM-R與GSM的關(guān)系271.2.2GSM-R系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.GSM－R系統(tǒng)組成

GSM-R通信系統(tǒng)包括：交換機(jī)、基站、機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備、手機(jī)等設(shè)備組成。交換機(jī)是GSM-R系統(tǒng)的核心，其主CPU處理器及各個(gè)功能模塊的CPU處理器，交換矩陣，內(nèi)部總線(xiàn)等都是雙備份配置。281.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用GSM-R技術(shù)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，其固有的“網(wǎng)絡(luò)”特性，是鐵路信息化和自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)。291.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用

GSM-R（GlobalSystemForMobileCommunicationsForRailway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)。是專(zhuān)門(mén)為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專(zhuān)用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。它是在8時(shí)隙/200KHzTDMA(885-889MHz/930-934MHz)多址方式GSM蜂窩系統(tǒng)上增加調(diào)度通信功能構(gòu)成的一個(gè)綜合專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)。它基于GSM的基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的高級(jí)語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)，提供鐵路特有的調(diào)度業(yè)務(wù)，并以此為信息化平臺(tái)，使鐵路部門(mén)可以在這個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)鐵路管理信息的共享。301.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用

1993年國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC)與歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)協(xié)商，提出了歐洲各國(guó)鐵路下一代無(wú)線(xiàn)通信以GSMPhase2+為標(biāo)準(zhǔn)的GSM-R技術(shù)，這一提議在1995年經(jīng)UIC評(píng)估并最終確認(rèn)。

1997年，24個(gè)國(guó)家的32個(gè)組織共同簽署了諒解備忘錄，決定采用GSM-R作為鐵路專(zhuān)用通信技術(shù)，并至少要將GSM-R用于過(guò)境運(yùn)輸通信。311.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用

采用GSM-R的國(guó)家

1999年2個(gè)國(guó)家

2002年7個(gè)國(guó)家

2005年15個(gè)國(guó)家德國(guó)、瑞典、意大利、英國(guó)、荷蘭、西班牙、比利時(shí)、芬蘭、法國(guó)、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中國(guó)

2008年達(dá)到30多個(gè)國(guó)家321.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用

歐洲GSM-R系統(tǒng)的成功運(yùn)用，為我國(guó)鐵路通信信號(hào)技術(shù)發(fā)展提供了良好的技術(shù)借鑒。

2006年7月1日，隨著青藏鐵路的全線(xiàn)通車(chē)，標(biāo)記著我國(guó)鐵路采用GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)的正式啟動(dòng)。331.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用

GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商

GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商有西門(mén)子、北電和華為等，三個(gè)廠商在GSM都有著豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。西門(mén)子在運(yùn)輸、車(chē)輛、通信信號(hào)等交通領(lǐng)域綜合實(shí)力很強(qiáng)，其GSM-R設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用在瑞典、荷蘭、英國(guó)等國(guó)家和我國(guó)膠濟(jì)鐵路。北電網(wǎng)絡(luò)公司的GSM-R設(shè)備已應(yīng)用到德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等國(guó)家和我國(guó)青藏鐵路。華為公司是國(guó)內(nèi)能夠提供GSM-R成套設(shè)備的廠商，其設(shè)備已應(yīng)用于大秦鐵路。GSM-R固定用戶(hù)接入交換機(jī)(FAS)供應(yīng)商有北京佳訊飛鴻公司、北京中軟公司、濟(jì)南天龍公司等，他們完成了和GSM-R交換子系統(tǒng)的互聯(lián)互通。341.2.3GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用

GSM-R終端設(shè)備供應(yīng)商

GSM-R終端設(shè)備供應(yīng)商有法國(guó)薩基姆（smrdn）、奧地利電信公司卡普施(Kapsch)、英國(guó)馬可尼公司和北京中電華大公司等。薩基