交通運(yùn)輸概論課件：高速鐵路移動(dòng)通信

第五章交通運(yùn)輸通信技術(shù)5.12高速鐵路移動(dòng)通信5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理5.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能5.12.3

GSM-R主要業(yè)務(wù)5.12.4主要通信過程25.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理GSM/GSM-R基本原理頻率規(guī)劃3無線覆蓋4面狀覆蓋圓形小區(qū)的覆蓋多邊形小區(qū)的覆蓋5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理無線覆蓋5線狀覆蓋線狀覆蓋的頻率復(fù)用5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理無線信道6鐵路無線信道的特性多普勒效應(yīng)嚴(yán)重越區(qū)切換頻繁無線覆蓋存在弱場強(qiáng)區(qū)和場強(qiáng)盲區(qū)快衰落嚴(yán)重5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理無線信道分類7按照不同距離內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度變化的快慢

（1）大尺度衰落信道

（2）中尺度衰落信道（3）小尺度衰落信道按照信號(hào)與信道變化快慢的程度

（1）慢衰落信道（2）快衰落信道按照不同頻率分量的衰落一致性與否（1）頻率選擇性衰落信道（2）平坦衰落信道5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理無線信道傳輸模型8Hata模型

宏小區(qū)和微小區(qū)都可以使用Hata模型。COST231-Walfish-Ikegami模型適用于宏小區(qū)和微小區(qū)，但不適用于微微小區(qū)。5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理鏈路預(yù)算9

鏈路預(yù)算是對(duì)一條通信鏈路中的各種損耗和增益的核算。（1）上行鏈路預(yù)算

上行鏈路是指由移動(dòng)臺(tái)到基站的鏈路。上行鏈路預(yù)算基站接收功率公式為：（2）下行鏈路預(yù)算

下行鏈路和上行鏈路相反，是指由基站到移動(dòng)臺(tái)的鏈路。下行鏈路預(yù)算移動(dòng)臺(tái)接收功率公式為：5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理鏈路預(yù)算10上行鏈路預(yù)算模型5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理鏈路預(yù)算11下行鏈路預(yù)算模型5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理傳輸和信息處理技術(shù)12信息傳輸框圖5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理GSM-R工作頻段分配13現(xiàn)階段我國GSM-R系統(tǒng)采用900MHz工作頻段，即885MHz～889MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站收）、930MHz～934MHz（基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)收）。GSM-R相鄰頻道間隔為200kHz。每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入方式分為8個(gè)時(shí)隙。5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理頻率復(fù)用的原理14

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，衡量系統(tǒng)容量，提出了同頻復(fù)用比的概念。同頻復(fù)用比用Q表示，它是D與R的比值：5.12.1GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)原理5.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基站子系統(tǒng)（BSS）移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SSS）通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）子系統(tǒng)移動(dòng)智能網(wǎng)（IN）子系統(tǒng)運(yùn)營與支撐子系統(tǒng)（OSS）終端15GSM-R系統(tǒng)主要包括：基站子系統(tǒng)（BSS）、電路域的移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SSS）、分組域的通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)（GPRS）、移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)（IN）、運(yùn)營與支撐子系統(tǒng)（OSS）165.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能5.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能基站子系統(tǒng)（BSS）

是有線與無線的接口。通過無線接口與移動(dòng)臺(tái)交互，負(fù)責(zé)無線發(fā)送/接收和無線資源管理；通過A接口與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶和固定網(wǎng)用戶之間的通信連接，并且傳送系統(tǒng)信令和用戶信息等。175.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SSS）

主要完成用戶的業(yè)務(wù)交換功能以及用戶數(shù)據(jù)管理，移動(dòng)性管理、安全性管理等功能。18SSS總體結(jié)構(gòu)5.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）子系統(tǒng)19

為用戶提供分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，與GSM-R系統(tǒng)共用頻率資源；利用GSM-R系統(tǒng)的基站實(shí)現(xiàn)無線覆蓋，無需單獨(dú)增加GPRS系統(tǒng)基站。GPRS總體結(jié)構(gòu)5.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能移動(dòng)智能網(wǎng)（IN）子系統(tǒng)20

IN子系統(tǒng)是在SSS中引入的智能網(wǎng)功能實(shí)體，將網(wǎng)絡(luò)交換功能和業(yè)務(wù)控制功能相分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)呼叫的智能控制。GSM-R智能網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)5.12.2GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能運(yùn)營與支撐子系統(tǒng)（OSS）21

OSS包括網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（以下簡稱“網(wǎng)管系統(tǒng)”）、監(jiān)測系統(tǒng)以及SIM卡管理系統(tǒng)等，具有網(wǎng)絡(luò)管理、接口監(jiān)測、SIM卡管理等功能。終端

終端是供GSM-R系統(tǒng)用戶直接操作、使用，用來接入GSM-R網(wǎng)的設(shè)備，終端由終端設(shè)備和SIM卡組成，包括移動(dòng)臺(tái)和無線固定臺(tái)。5.12.3GSM-R主要業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù)：個(gè)呼、組呼、廣播呼叫等等。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、短消息。智能網(wǎng)業(yè)務(wù)：功能尋址、（精確）位置尋址。補(bǔ)充業(yè)務(wù)：主叫號(hào)碼顯示、呼叫限制、多方通信、增強(qiáng)型多優(yōu)先級(jí)

強(qiáng)插與強(qiáng)拆、功能號(hào)顯示等等。22GSM-R的主要業(yè)務(wù)5.12.4主要通信過程電路域業(yè)務(wù)通信流程23

電路域就是傳輸采用傳統(tǒng)的以電路連接為基礎(chǔ)的交換方式，電路域業(yè)務(wù)傳輸?shù)恼麄€(gè)過程大致分為建立線路、占用線路并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、釋放線路三個(gè)階段。GSM-R電路域業(yè)務(wù)具有話音通信（列調(diào)通信）和數(shù)據(jù)通信（列控命令）功能。5.12.4主要通信過程電路域話音業(yè)務(wù)通信流程1.電路域話音通信主動(dòng)呼叫24電路域語音通信主動(dòng)呼叫流程5.12.4主要通信過程電路域話音業(yè)務(wù)通信流程2.電路域語音通信來話處理25電路域語音通信來話處理流程5.12.4主要通信過程電路域話音業(yè)務(wù)通信流程3.電路域語音組呼通信流程26

VGCS即語音組呼業(yè)務(wù)，又簡稱組呼，它是一種電路域業(yè)務(wù)。組呼業(yè)務(wù)定義了一種由多方參加，其中一部分人可以講話、多方聆聽的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)語音通信方式，VGCS業(yè)務(wù)用一個(gè)組功能碼（組ID）就能呼到所有該組的成員。語音組呼建立過程語音組呼通知過程語音組呼通話過程離開語音組呼終止語音組呼5.12.4主要通信過程

電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信流程27

GSM-R網(wǎng)絡(luò)作為CTCS-3級(jí)列控（電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）車地傳輸?shù)耐ǖ?，?shí)現(xiàn)了車-地之間安全信息的雙向傳輸。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)之間的接口為IFIX接口、IGSM-R接口。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)接口示意圖5.12.4主要通信過程智能業(yè)務(wù)通信流程28GSM-R智能網(wǎng)采用CAMEL3協(xié)議，靈活、方便地實(shí)現(xiàn)部分鐵路特定的業(yè)務(wù)，并在將來引入新業(yè)務(wù)的時(shí)候，減少對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)改造。在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)智能網(wǎng)主要是用來管理移動(dòng)用戶功能號(hào)碼的注冊(cè)、注銷和查詢過程，針對(duì)具有不同功能角色的移動(dòng)用戶之間、固定用戶和移動(dòng)用戶之間的呼叫，進(jìn)行功能號(hào)碼和MSISDN號(hào)碼的翻譯，從而實(shí)現(xiàn)鐵路所特有的功能尋址和位置尋址。5.12.4主要通信過程智能業(yè)務(wù)通信流程29（一）功能尋址有線終端（如調(diào)度臺(tái)）使用功能號(hào)發(fā)起一個(gè)常規(guī)呼叫，該呼叫請(qǐng)求通過調(diào)度交換機(jī)到達(dá)MSC，MSC從IAM消息中的被叫方信息中分析出該號(hào)碼是一個(gè)功能號(hào)，則向SCP發(fā)送請(qǐng)求，查詢對(duì)應(yīng)的MSISDN號(hào)碼。SCP在查詢到結(jié)果后，將相應(yīng)的號(hào)碼返回給MSC。功能尋址信令流程5.12.4主要通信過程智能業(yè)務(wù)通信流程30（二）位置尋址無線終端（如司機(jī)）使用短號(hào)碼發(fā)起一個(gè)常規(guī)呼叫，該呼叫請(qǐng)求MSC，MSC從setup消息中的被叫方信息中分析出該號(hào)碼是一個(gè)短號(hào)碼，則向SCP發(fā)送請(qǐng)求，查詢對(duì)應(yīng)的MSISDN號(hào)碼。SCP在查詢到結(jié)果后，將相應(yīng)的號(hào)