項目十三-無線集群調(diào)度系統(tǒng)教學(xué)課件

[定義]以列車運輸調(diào)度為目的，利用無線電進行傳輸，完成移動體與固定體之間或移動體與移動體之間信息通信的系統(tǒng)，稱為列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)。7/20/20231一、移動通信的分類

1．移動通信的分類方法移動通信有以下多種分類方法：1)按使用對象可分為民用設(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；

7/20/202323)按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等；

FDMA頻分多址（frequencydivisionmultipleaccess），是把分配給無線蜂窩電話通訊的頻段分為30個信道，每一個信道都能夠傳輸語音通話、數(shù)字服務(wù)和數(shù)字數(shù)據(jù)。頻分多址是模擬高級移動電話服務(wù)(AMPS)中的一種基本的技術(shù)，是北美地區(qū)應(yīng)用最廣泛的蜂窩電話系統(tǒng)。采用頻分多址，每一個信道每一次只能分配給一個用戶。頻分多址還用于全接入通信系統(tǒng)(TACS)。7/20/20233TDMA：TimeDivisionMultipleAccess時分多址時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)，每一個幀再分割成若干個時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發(fā)向多個移動終端的信號都按順序安排在予定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分并接收下來。7/20/20234CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又稱碼分多址，是在無線通訊上使用的技術(shù)，CDMA允許所有使用者同時使用全部頻帶(1.2288Mhz)，且把其他使用者發(fā)出訊號視為雜訊，完全不必考慮到訊號碰撞(collision)問題。WidebandCDMA(WCDMA)寬帶碼分多址傳輸技術(shù)，為IMT-2000的重要基礎(chǔ)技術(shù)，將是第三代數(shù)字無線通信系統(tǒng)標準之一。7/20/202354)按覆蓋范圍可分為寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)；5)按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；“寬帶網(wǎng)”是指光纖+局域網(wǎng)（FTTX+LAN）的接入方式，也就是光纖到小區(qū)或樓棟，五類線入戶的方式?，F(xiàn)在小區(qū)里的寬帶接入大都采用這種方式，其到用戶終端的帶寬可以達到10Mbps。局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺計算機互聯(lián)成的計算機組。一般是方圓幾千米以內(nèi)。7/20/202366)按工作方式可分為同頻單工、雙頻單工、雙頻雙工和半雙工；7)按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；8)按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)；9)按交通工具形式可分為汽車、坦克、火車、船舶、飛機和航天飛行器等的移動通信，還有個人便攜移動通信；10)按應(yīng)用系統(tǒng)可分為蜂窩式公用移動通信系統(tǒng)、集群調(diào)度移動通信系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)、無線電尋呼系統(tǒng)、衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)、分組無線網(wǎng)等。7/20/202372．移動通信的工作方式移動通信有多種工作方式，包括單向信道的單工方式和雙向信道的單工、半雙工和雙工方式等。(1)單向單工方式單向單工即單方向工作，如圖13-1所示。最典型的是無線尋呼系統(tǒng)，即尋呼發(fā)射臺用單頻發(fā)出信息，用戶則以此頻率接收信息，這是一種單工工作方式。圖13-1單向單工方式(尋呼系統(tǒng))單工傳輸:

任意時刻只允許向一個方向進行信息傳輸，例如：廣播方式的傳輸。7/20/20238(2)雙向同頻單工方式指通信雙方使用同一個工作頻率，但各方收發(fā)設(shè)備不同時工作的通信方式。通常通信雙方都處于此頻率點上的接收守候狀態(tài)。當(dāng)A方講話時，按下講話鍵，此時發(fā)射機工作、接收機關(guān)閉，B方處于守候接收狀態(tài)；A方講完B方接收后，A方松開講話鍵變成接收狀態(tài)，B方按下講話鍵，仍在此頻率上進行講話，A方接收。如此反復(fù)交替工作，直到雙方信息交換完畢。圖13-2雙向同頻單工方式對講機7/20/20239(3)雙向異頻(雙頻)單工方式

通信雙方使用兩個不同頻率，兩頻率有一定的間隔，以防止發(fā)射機對接收機產(chǎn)生干擾。因而一個基地臺可同時使用多對頻率而不會引起干擾，容量也可擴展。

7/20/202310(4)雙向異頻(雙頻)半雙工方式

通信雙方收發(fā)信機分別使用兩個頻率，一方使用雙工方式，另一方使用單工方式。

基地臺是雙工方式，即收發(fā)信機同時工作，而移動臺是按鍵講話的異頻單工方式。基地臺用兩副天線(或采用天線共用器用一副天線)同時工作，移動臺通常處于收信守候狀態(tài)。半雙工傳輸:

可以交替改變方向的信息傳輸，但在任一特定時刻，信息只能向一個方向傳輸，即半雙工傳輸是一種可切換方向的單工傳輸，例如：對話方式的傳輸。7/20/202311(5)雙向異頻(雙頻)雙工方式是指每個方向使用一個頻率，通話時無需按下發(fā)話鍵，與普通手機使用情況類似。收發(fā)話音可同時進行。圖13—4雙向異頻(雙頻)雙工方式全雙工傳輸:

任意時刻信息都可進行雙向的信息傳輸。全雙工傳輸是兩個單工傳輸?shù)慕Y(jié)合，要求收發(fā)設(shè)備都具有獨立的收發(fā)能力。7/20/202312二、集群通信系統(tǒng)介紹l.集群通信系統(tǒng)的工作方式集群通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)是：

調(diào)度臺的收發(fā)信機與一群(組)移動臺之間建立一條單工或半雙工的無線通信線路，或移動臺用戶(車載臺或手持臺)之間建立一條單工或半雙工的無線通信線路。“集群”是指：向正在申請服務(wù)的用戶自動分配信道；7/20/202313(1)信息集群消息集群，整個通話期間，給該通話組用戶分配一條無線信道。從移動臺按鍵開始，此信道就被占用，只有通話雙方結(jié)束通話后一定時間，此信道才被釋放。這種技術(shù)效率低。(2)傳輸集群發(fā)射集群。當(dāng)A、B雙方用戶在單工或半雙工工作時，A用戶按下講話鍵后，就占用一個空閑信道，當(dāng)A用戶第一個消息發(fā)送完畢松開講話鍵時，就有一個“傳輸完畢”的信令送到基地臺的控制器，這個信令用來指示基地臺這個信道可以被別的用戶使用。因而在傳輸集群方式中不會由于通話暫停而仍然占用信道，從而提高信道利用率。集群系統(tǒng)分配信道的基本技術(shù)7/20/202314

(3)準傳輸集群

準發(fā)射集群，它是相對于傳輸集群而言的，是為了克服傳輸集群的缺點而改進的。準傳輸集群兼顧信息集群和傳輸集群的優(yōu)點，它縮短了信道的保留時間，用戶每次發(fā)話完畢，松開講話鍵后，信道保留約為0．5～1s，而不會使消息中斷。7/20/2023152．集群通信系統(tǒng)技術(shù)

(1)多址技術(shù)

集群通信系統(tǒng)由基地臺和移動臺組成。一個移動臺由一個用戶使用，為單路，而基地臺是多路的。集群通信也是單路和多路混合的一種特殊通信方式。目前多址方式有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)、混合多址以及隨機多址等方式。7/20/202316(2)信道控制技術(shù)

信道共用的體制。多個無線信道同時為多個移動臺所共用，提高信道利用率。多信道共用的信道分配方式是根據(jù)需要實時地將空閑信道分配給申請通話的用戶使用，信道的指配是動態(tài)的，每個信道可以被任意用戶使用。

信道定義：在兩點之間用于收發(fā)信號的單向或雙向通路。7/20/202317(3)信令技術(shù)

信令是移動臺與交換系統(tǒng)之間、交換系統(tǒng)與交換系統(tǒng)之間相互傳送的地址信息、管理信息等。為了將集群通信系統(tǒng)中用于通話的有用信號區(qū)別開來，把話音信號以外用于控制系統(tǒng)正常工作的非話音信號及指令系統(tǒng)稱為“信令”。組合成集群通信系統(tǒng)的信令系統(tǒng)，它可以稱為集群通信系統(tǒng)的神經(jīng)。7/20/202318什么是信令摘機信息：一種連續(xù)的嗡嗡聲，這是交換機發(fā)出的告訴我們可以撥號的信息；撥通對方后又會聽到噠噠的呼叫對方的聲音這是交換局發(fā)出的告訴我們正在呼叫對方接電話的信息…….用以建立維持解除通信關(guān)系的信息稱為信令。7/20/202319集群通信系統(tǒng)的信令主要有下列三種分類方式：1)按信令的功能分為：控制信令、選呼信令、撥號信令。2)按信令的形式分為：模擬信令和數(shù)字信令。3)按信令的傳輸方式分為：共路信令和隨路信令。

控制信令選呼信令7/20/202320

(4)數(shù)字通信技術(shù)

1)數(shù)字話音編碼。集群移動通信中，使用最多的信息是話音信號，話音編碼為信源編碼，是將模擬話音信號變成數(shù)字信號以便在信道中傳輸。這是從模擬網(wǎng)到數(shù)字網(wǎng)至關(guān)重要的一步。．

高質(zhì)量、低速率的話音編碼技術(shù)與高效率數(shù)字調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，是數(shù)字集群移動通信網(wǎng)優(yōu)于模擬集群移動通信網(wǎng)的重要保障。7/20/202321不同話音編碼（CVSD/PCM）體制的系統(tǒng)語音通信轉(zhuǎn)接的典型應(yīng)用7/20/2023222)數(shù)字調(diào)制技術(shù)在不同的小區(qū)半徑和應(yīng)用環(huán)境下，移動信道將呈現(xiàn)不同的衰落特性。目前國際上選用的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)技術(shù)有：正交振幅調(diào)制(QAM)、正交移相鍵控(QPSK)、高斯最小頻移鍵控(QMSK)、四電平頻率調(diào)制(4L—FM)、鎖相環(huán)移相鍵控(PLL—QPSK)、相關(guān)移相鍵控(COR—PSK)、通用平滑調(diào)頻(GTFM)等。7/20/202323

3．集群通信系統(tǒng)的分類

(1)按信令方式分有共路信令方式和隨路信令方式。共路信令：設(shè)定一個專門的控制信道傳送信令，優(yōu)點是信令速度快，電路容易實現(xiàn)，但占用信道。隨路信令：在一個信道中同時傳話音和信令，信令不單獨占用信道，可節(jié)約信道，缺點是接續(xù)速度慢。

(2)按信令占有信道方式分有固定式和搜索式。固定式：消息傳送占用固定信道。搜索式：發(fā)起呼叫時占用隨機信道，需不斷搜索變化的信令信道，忙時信令信道可作話音信道，新空閑出來的話音信道可接替控制信道。7/20/202324

3．集群通信系統(tǒng)的分類

(3)按通話占用信道分有信息集群、傳輸集群和準傳輸集群。(4)按呼叫處理方式分有損失制系統(tǒng)和等待制系統(tǒng)。(5)按控制方式分有集中控制方式和分散控制方式。集中控制式：由一個智能終端控制，統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)話務(wù)信道的方式。分散式：每一信道都有單獨的智能控制終端的管理方式。7/20/2023254．集群通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照覆蓋區(qū)半徑的大小，分為大區(qū)網(wǎng)、中區(qū)網(wǎng)和小區(qū)網(wǎng)；根據(jù)服務(wù)區(qū)的幾何形狀，可分為帶狀服務(wù)區(qū)和和面狀服務(wù)區(qū)．(1)單區(qū)、單點、單中心網(wǎng)絡(luò)圖13-5單區(qū)、單點、單中心網(wǎng)絡(luò)7/20/202326單區(qū)單基站系統(tǒng)

集群系統(tǒng)最基本的組網(wǎng)形式，主要應(yīng)用于覆蓋范圍要求不大的地區(qū)。

7/20/2023271)基站由若干基本無線收發(fā)信機、控制部分、天線共用器、天饋線系統(tǒng)和電源等設(shè)備組成。天線共用器包括發(fā)信合路器和接收多路分路器。天饋線系統(tǒng)包括接收天線、發(fā)射天線和饋線。

7/20/2023282)移動臺運行中或停留在某未定地點進行通信的用戶臺；包括車載臺、便攜的手持臺等，由收發(fā)信機、控制單元、天饋線(或雙工臺)和電源組成。7/20/2023293)調(diào)度臺對移動臺進行指揮、調(diào)度和管理的設(shè)備，分有線和無線調(diào)度臺兩種。

無線調(diào)度臺由收發(fā)機、控制單元、天饋線(或雙工臺)、電源和操作臺組成；

有線調(diào)度臺包括操作臺、電源、與控制中心設(shè)備連接的接口轉(zhuǎn)換器等。無線調(diào)度臺有線調(diào)度臺7/20/2023304)控制中心控制中心包括系統(tǒng)控制器、系統(tǒng)交換和電源等設(shè)備，主要控制和管理整個集群通信系統(tǒng)的運行、交換和接續(xù)等。由接口電源、交換矩陣、集群控制邏輯電路、有線接口電路、監(jiān)控系統(tǒng)、電源和微機組成。

7/20/2023315)系統(tǒng)管理終端

維護使用人員通過此終端對系統(tǒng)進行管理控制，包括修改運行方式、信道狀態(tài)報告、用戶入網(wǎng)控制、設(shè)備狀態(tài)控制、告警及各種報表打印輸出等。6)傳輸設(shè)備

控制中心與基站進行連接的部分，為基站與控制中心之間信息傳輸提供通道，可采取有線或無線方式。7/20/202332

(2)單區(qū)、多點、單中心網(wǎng)絡(luò)由一個控制中心、多個基站、有線或無線調(diào)度臺及網(wǎng)中若干移動臺組成。網(wǎng)絡(luò)適用于一個地區(qū)內(nèi)多個部門共同使用的集群移動通信系統(tǒng)，各部門可自己組成系統(tǒng)，共享網(wǎng)內(nèi)的頻率資源。各基站可通過無線或有線傳輸鏈路連接到控制中心。圖13—6單區(qū)、多點、單中心網(wǎng)絡(luò)7/20/202333單區(qū)多基站系統(tǒng)

主要應(yīng)用于覆蓋范圍要求較大的地區(qū)。接口可以由微波或光纖提供的E1接口配合PCM復(fù)用設(shè)備提供。整體覆蓋范圍相當(dāng)于幾個單基站的覆蓋范圍總和。7/20/202334

(3)多區(qū)、多中心、多層次網(wǎng)絡(luò)

由多個控制中心和多基站組成而形成整個服務(wù)區(qū)。各控制中心通過有線或無線傳輸電路連接至區(qū)域控制中心，各控制中心受到上一級的區(qū)域控制中心控制及管理。圖13-7多區(qū)多中心網(wǎng)絡(luò)7/20/202335多區(qū)多基站系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

主要應(yīng)用于各地市之間以及地市和各縣之間的集群系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，從而使各集群系統(tǒng)的覆蓋范圍從本地擴展到全省。7/20/202336

控制中心主要處理所管轄區(qū)內(nèi)基站和越區(qū)至本基站區(qū)內(nèi)移動用戶的業(yè)務(wù)，越區(qū)用戶識別碼的登記、控制頻道分配、有線或無線用戶尋找越區(qū)用戶的業(yè)務(wù)，將由區(qū)域控制中心處理。這樣就形成了二級管理的區(qū)域網(wǎng)。圖13—8多區(qū)多層次多中心網(wǎng)絡(luò)7/20/202337(4)帶狀網(wǎng)、面狀網(wǎng)

1)帶狀服務(wù)區(qū)指用戶的分布呈帶狀，如鐵路、軌道交通、公路、狹長城市、沿海水域、河流等；頻率配置方式為每個基地臺覆蓋范圍設(shè)置一個頻點，可進行A、B兩頻點復(fù)用方式。圖13-9帶狀服務(wù)區(qū)及頻率配置方式7/20/2023382)面狀服務(wù)區(qū)指用戶分布成一個寬廣的平面，其網(wǎng)絡(luò)形式類似于蜂窩，故又稱為蜂窩網(wǎng)；如手機；其頻率配置基本原則為每個基地臺覆蓋范圍設(shè)置的頻點與相鄰基地臺設(shè)置頻點不能相同，以免造成同頻干擾。圖13-10面狀服務(wù)區(qū)7/20/2023395．集群通信系統(tǒng)的特點

1)共用頻率：將原來配給各部門專有的頻率加以集中管理，供各家共用；

2)共用設(shè)施：由于頻率共用，就有可能將各家分建的控制中心和基站等設(shè)施集中合建、共同管理；

3)共享覆蓋區(qū)：可將各家鄰近覆蓋區(qū)的網(wǎng)絡(luò)互連起來，從而獲得更大覆蓋區(qū)；

4)共享通信業(yè)務(wù)：可利用網(wǎng)絡(luò)有組織地發(fā)送各種專業(yè)信息為大家服務(wù)；

5)改善服務(wù)：由于多信道共用，可調(diào)劑余缺、集中建網(wǎng)，可加強管理、維修，因此提高了服務(wù)等級，增加了系統(tǒng)功能；7/20/202340

6)分擔(dān)費用：共同建網(wǎng)可以大大降低機房、電源等建網(wǎng)投資，減少運營維護人員，并可分攤費用；

7)具有調(diào)度指揮功能；

8)兼容有線通信；

9)智能化，微機軟件化，增加了系統(tǒng)功能；10)具有控制、交換、中繼功能；11)呼叫信道分級管理，高級別優(yōu)先分配信道工作；12)具有緊急呼叫功能；13)可以進行除話音以外的數(shù)據(jù)、傳真等業(yè)務(wù)通信。

總之，集群通信系統(tǒng)是共享資源，分擔(dān)費用，向用戶提供優(yōu)良服務(wù)的多用途、高效能而又廉價的先進無線調(diào)度通信系統(tǒng)。7/20/202341三、無線集群調(diào)度系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用1．城市軌道交通中無線集群調(diào)度通信系統(tǒng)的組成城市軌道交通中無線集群系統(tǒng)主要解決：固定人員(調(diào)度員、值班員)與流動人員(駕駛員、站務(wù)、維修人員與列檢人員等)及其相互之間的通話及數(shù)據(jù)傳輸問題。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般為帶狀網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)主要包括以下幾部分：控制中心交換設(shè)備、控制中心網(wǎng)絡(luò)管理終端、調(diào)度臺、基站、移動設(shè)備(便攜式手持臺、車載電臺、車站用固定臺)、傳輸設(shè)備等。7/20/202342例13-11集群調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7/20/202343城市軌道交通無線集群調(diào)度系統(tǒng)在功能組成上一般分為六個無線通信子系統(tǒng)：

行車調(diào)度通信子系統(tǒng)、站務(wù)通信子系統(tǒng)、車輛段調(diào)度通信子系統(tǒng)、維修調(diào)度通信子系統(tǒng)、公安調(diào)度通信子系統(tǒng)、防災(zāi)調(diào)度通信子系統(tǒng)。

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行車調(diào)度通信子系統(tǒng)負責(zé)完成正線行車調(diào)度員與機車駕駛員的通信聯(lián)系，傳送行車指揮話音和數(shù)據(jù)指揮命令。呼叫方式采用選號呼叫，行車調(diào)度員通過行車調(diào)度臺完成對機車駕駛員的一對一個別選呼，并可以發(fā)送數(shù)據(jù)指令和接收列車上傳來的信息。車輛段調(diào)度通信子系統(tǒng)負責(zé)完成段、廠內(nèi)的行車調(diào)度員與機車駕駛員的通信聯(lián)系，傳送行車指揮話音和數(shù)據(jù)指揮命令。7/20/202345站務(wù)通信子系統(tǒng)負責(zé)完成車站車控室內(nèi)勤人員與車站外勤人員及本站控制內(nèi)列車駕駛員間通話。車站人員與駕駛員間通話由調(diào)度派接，在本站采取組呼方式進行通話。

維修調(diào)度通信子系統(tǒng)提供維修調(diào)度、各專業(yè)調(diào)度員及本專業(yè)維修人員的無線調(diào)度通信，一般采取組呼方式。

公安調(diào)度通信子系統(tǒng)、防災(zāi)調(diào)度通信子系統(tǒng)提供公安、防災(zāi)調(diào)度員、沿線指揮人員和搶險救災(zāi)人員之間的調(diào)度通信(采用組呼方式)。7/20/202346

2．城市軌道交通中無線集群調(diào)度通信系統(tǒng)的功能

(1)通話功能1)無線用戶可與有線用戶進行通話，移動臺呼叫調(diào)度臺。2)有線用戶可與無線用戶選址通話(個人直呼和組呼)，調(diào)度臺呼叫移動臺。3)無線用戶之間進行通話(個人選呼和組呼)，移動臺通過撥打移動臺號碼進行的選呼，還可進行同組移動臺之間的組呼。4)呼叫類型(調(diào)度功能)包括個別呼叫(單呼)、組呼、全呼(通播呼叫所有通話組)、電話呼叫(有線、無線互聯(lián)呼叫)等。7/20/202347

(2)系統(tǒng)入網(wǎng)功能

1)自動重發(fā)：按下m開關(guān)時，自動重發(fā)電話號碼，直到接通為止。

2)忙時排隊自動回叫：當(dāng)所有話務(wù)信道都在使用時，請求入網(wǎng)的用戶進入排隊等候。當(dāng)信道空閑時中央控制器自動依照先來先服務(wù)的原則為用戶分配信道，讓其通話。

3)緊急呼叫：遇到緊急情況，用戶按緊急呼叫鍵，系統(tǒng)保證開放一條信道用于緊急呼叫。

4)限時通話：系統(tǒng)可設(shè)置用戶通話時間，當(dāng)?shù)竭_通話設(shè)定時間后，系統(tǒng)將釋放占用信道。

5)私密通話：移動用戶之間通過撥打?qū)Ψ缴矸萏柤碔D號碼進行通話。

7/20/202348(3)優(yōu)先級別

系統(tǒng)有5—8個優(yōu)先級別，特權(quán)用戶具有強插、通話不限時、全呼、選呼功能。(4)特殊功能

1)常用掃描：移動臺可設(shè)置對幾個通話組進行掃描監(jiān)聽，當(dāng)某一組有通話時自動建立通話。

2)自動多站選擇：移動臺可根據(jù)接收信號的強弱選擇注冊的基地臺。

3)無線電禁止：系統(tǒng)可以將遺失或有問題的電臺關(guān)機