鐵路G網(wǎng)系統(tǒng)簡介和組成

1、gsm-r數(shù)字移動通信系統(tǒng),2009年4月7日 tel：02165161，fax：65150 email：,一、gsm-r簡介,gsm: global system for mobile communications 全球移動通信系統(tǒng) 是無線通信技術(shù)體制之一（其它cdma等等） 是世界上最廣泛應(yīng)用第二代數(shù)字移動通信標準（2g） 實現(xiàn)了從模擬傳輸?shù)綌?shù)字傳輸質(zhì)的飛躍 在全球普遍應(yīng)用，占82%的市場份額，是全球主流的無線通信技術(shù) 開放的標準、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、提供全球漫游服務(wù) 定位于公眾移動通信的商用網(wǎng)絡(luò)，用戶多、使得建網(wǎng)成本大幅下降 我國gsm移動用戶3.9億（總用戶數(shù)5.08億），占總用戶的77%，

2、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模全球位居第一,gsm基礎(chǔ)平臺,增強型語音呼叫功能asci emlpp 語音廣播vbs 語音組呼vgcs follow me,鐵路特有的應(yīng)用 無線列調(diào) 無線車次號傳遞等,嚴格的服務(wù)質(zhì)量要求,鐵路特有頻段,gsm-r,gsm與gsm-r的關(guān)系-六大關(guān)系 gsm-r理論建立在gsm理論基礎(chǔ)之上； gsm-r技術(shù)建立在gsm技術(shù)基礎(chǔ)之上； gsm-r工業(yè)以gsm工業(yè)為基礎(chǔ)； gsm-r工程建設(shè)以gsm工程經(jīng)驗為基礎(chǔ)； gsm-r應(yīng)用開發(fā)吸收gsm成功經(jīng)驗； gsm-r的市場鐵路專用，gsm公眾商用。,gsm-r: gsm for railways 全球鐵路移動通信系統(tǒng) 基于gsm（ phase

3、2+）技術(shù)發(fā)展的技術(shù) 結(jié)合鐵路需求、進行優(yōu)化而得到的系統(tǒng)（高速、調(diào)度通信） 定位于鐵路專用移動通信的系統(tǒng)（與公網(wǎng)在業(yè)務(wù)、服務(wù)質(zhì)量、用戶有所不同） 在歐洲鐵路得到廣泛推廣應(yīng)用，在亞洲、非洲、澳洲、美洲鐵路有應(yīng)用 是我國鐵路第二代移動通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了第一代模擬移動通信向數(shù)字移動通信的質(zhì)的飛躍,二、gsm-r基本原理,1、頻率資源 2、tdma技術(shù) 3、蜂窩原理,4、話音編碼和信道編碼 5、切換 7、業(yè)務(wù)和信令 6、漫游,1、無線資源,電磁波：是一系列不同頻率輻射的總稱，不同頻率（波長）的電磁波，表現(xiàn)差異，因此常將電磁波譜劃分成若干波段。按照頻率從低到高的順序可分為射線、x射線、紫外線、可見光、紅外

4、線與無線電波等等。 無線電波：3000ghz以下，不用人工波導(dǎo)、在自然空間傳播的電磁波，是無線通信信息傳輸?shù)妮d體。 無線頻率：是電磁譜的一部分，是寶貴的自然資源，是無線通信的首要條件。 無線頻率資源由國家統(tǒng)一管理、分配。使用部門需向國家提出使用申請，獲批準后方可使用。 移動通信使用的是超高頻頻段，如無線列調(diào)450m，gsm使用800m和1800mhz。,1)gsm頻率分配,歐洲gsm-r工作頻段：上行876-880，下行921-925mhz。 中國gsm-r工作頻段：上行885-889，下行930-934mhz。,gsm使用對稱無線信道,上行：終端發(fā)送、基站接收；下行：基站發(fā)送、終端接收。 g

5、sm系統(tǒng)是雙工通信，需要使用1對信道，1個用來提供終端到基站的傳輸，1個用來提供基站到終端的傳輸。每個載頻提供8個全速率的時分多址（tdma）信道。 gsm系統(tǒng)需占用指定頻譜內(nèi)的上、下行頻率，即工作頻段。 gsm系統(tǒng)中，頻點之間的間隔為200khz。上下行相差45mhz。,2)gsm-r的19對頻率,在我國，信產(chǎn)部分配給鐵道部900mhz頻段4mhz帶寬用于建設(shè)gsm-r，共計19個頻點。 統(tǒng)一頻率在一定距離間隔的區(qū)域可以重復(fù)使用，即頻率復(fù)用。工程中頻道分配應(yīng)避免同頻干擾、鄰頻干擾和互調(diào)干擾。 一般要求，同小區(qū)控制信道不小于600khz，業(yè)務(wù)信道不小于400khz；鄰小區(qū)新到載波間隔不小于40

6、0khz。因此，工程設(shè)計中，既要考慮容量、又要考慮服務(wù)質(zhì)量要求進行頻率規(guī)劃。,2、tdma時分多址,區(qū)分信號的方法：按頻率區(qū)分，fdma，如無線列調(diào)；按時間區(qū)分信號，tdma，如gsm-r。按擴頻碼區(qū)分信號，cdma。 在gsm中，無線路徑上是采用時分多址（tdma）方式。每一頻點（頻道或叫載頻trx）上可分成8個時隙，每一時隙為一個信道，因此，一個trx最多可有8個移動客戶同時使用。 例如：鐵路gsm-r系統(tǒng)，沿線區(qū)間采用o2基站（2個trx信道機），2個載頻，16個信道。,fdma與tdma比較,tdma特點： 每載頻多路。 突發(fā)脈沖序列傳輸。移動臺信號功率的發(fā)射是不連續(xù)的，只在規(guī)定時間內(nèi)

7、發(fā)射突發(fā)脈沖。 移動臺比較復(fù)雜。,3、 蜂窩原理,每個gsm-r小區(qū)支持用戶容量（呼叫的數(shù)量）有限，具體呼叫容量取決于基站配置的規(guī)模（o2、o3）。 頻率復(fù)用：是指在不同的地理區(qū)域上用相同的載波頻率進行覆蓋。這些區(qū)域必須隔開足夠的距離，以致所產(chǎn)生的同頻道及鄰頻道干擾的影響可忽略不計。,4、 話音編碼及信道編碼,話音編碼： 數(shù)字通信系統(tǒng)，話音信號需進行數(shù)字化處理（模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換）常用的pcm分三步：取樣（8000次/秒），量化（8bit），編碼，因此，1路話音信號64kbit/s。 gsm/gsm-r系統(tǒng)：無線帶寬受限，采用低速率話音編碼，1路話音信號13kbit/s。 信道編碼： 加入糾錯編碼

8、，目的在于檢出和校正接收比特流中的差錯。 包括分組編碼和卷積編碼。,trau,64 kbit/s,64,64,64,64 kbit/s,64,64,64,64 kbit/s,64,64,64,64 kbit/s,64,64,64,16,16,16,16,b s c,m s c,64 kbit/s,64,64,64,16,16,16,16,子復(fù)用,語音壓縮: 64kbit/s 13 or 5.6 kbit/s + 帶內(nèi)信令 數(shù)據(jù)傳輸:“64 kbit/s” 0.3 - 9.6 kbit/s + 帶內(nèi)信令 信令:透明傳輸,trau宜與msc同址，節(jié)省中繼線路75%,asub,a,圖. 10 (tm

9、2100eu02tm_0001 gsm plmn, 21),5、越區(qū)切換,概念：一般指移動臺在通話過程中從一個基站覆蓋區(qū)移動到另外一個基站覆蓋區(qū)，繼續(xù)保持通話的過程。 gsm/gsm-r是硬切換，即必須改變原有的話音通道，因此，切換會造成話音或數(shù)據(jù)傳輸中斷。 切換是移動通信的重要技術(shù)，設(shè)計不妥會造成掉話。因此，是網(wǎng)絡(luò)運行考核的重要指標，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、優(yōu)化的重點內(nèi)容。,越區(qū)切換類型,6、漫游,概念：是指在某個國家或地區(qū)的gsm網(wǎng)（歸屬網(wǎng)）中登記使用的用戶，當他到達另外一個國家或地區(qū)后，仍可獲得同歸屬區(qū)相同的服務(wù)。 gsm網(wǎng)絡(luò)基于ss7信令網(wǎng)，根據(jù)用戶號碼進行網(wǎng)絡(luò)區(qū)分，不同的號碼段屬于不同的網(wǎng)絡(luò)，用

10、戶的簽約數(shù)據(jù)存儲在歸屬地hlr。如：139xxxx（hlr號）abcd（用戶號）。hlr：1170等，北京；0371等鄭州 。 gsm用戶漫游到其他拜訪網(wǎng)絡(luò)后，通過相應(yīng)的初始化流程登記到漫游地msc/vlr，漫游地msc/vlr通過對歸屬地hlr查詢，獲得用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并保存在本地。 用戶在漫游地發(fā)起主叫業(yè)務(wù)時，不需要歸屬地hlr和msc的參與，直接由漫游地msc/vlr進行呼叫接續(xù)和業(yè)務(wù)控制。 用戶在漫游地做被叫時，漫游地vlr分配一個臨時使用的漫游號碼msrn。主叫通過查詢歸屬地hlr獲得用戶msrn，直接和漫游地msc/vlr進行呼叫接續(xù)，整個呼叫過程也不需要歸屬地msc的參與。,列控線路

11、基站不能太密,列控業(yè)務(wù) 滿足subset093規(guī)定，并隨其修改而修改。 對于列控應(yīng)用業(yè)務(wù)線路，由于gsm-r系統(tǒng)的越區(qū)切換為硬切換，每次切換將導(dǎo)致evc-rbc間的列控csd業(yè)務(wù)中斷300-500ms，為了滿足列控對gsm-r系統(tǒng)無錯誤傳輸周期的要求，兩次連續(xù)越區(qū)切換間隔大于20s，即基站的間距不小于2km為宜（350km/h）。,業(yè)務(wù),信令,你好！今天上午9：00開會，請按時參加., “振鈴”指令 ,鈴，鈴，鈴,network,7、業(yè)務(wù)/信令,0100111000,gsm-r在通信網(wǎng)中的地位與作用 基礎(chǔ)傳送網(wǎng)：提供透明傳輸通道 業(yè)務(wù)網(wǎng)：面向用戶、提供通信服務(wù) 支撐網(wǎng)：支撐網(wǎng)絡(luò)正常運行,三、g

12、sm-r系統(tǒng)構(gòu)成,三、gsm-r系統(tǒng)構(gòu)成圖,2、交換子系統(tǒng)概述（1）,sss主要完成gsm-r系統(tǒng)的基本交換功能、呼叫接續(xù)功能以及用戶數(shù)據(jù)管理和移動性管理。 提供的業(yè)務(wù)：基本話音呼叫業(yè)務(wù)；電路域數(shù)據(jù)傳輸。 話音呼叫：點對點話音呼叫（ms之間，ms與有線ft之間）；組呼、廣播呼叫、多方通信、公眾緊急呼叫。 電路域數(shù)據(jù)傳輸：提供透明傳輸通道。如與列控rbc節(jié)點、機車同步操控地面節(jié)點之間進行互聯(lián)，實現(xiàn)車地、車車之間數(shù)據(jù)信息傳送。 組成：由msc、hlr、vlr、gcr、ac、smsc等組成。,msc 移動業(yè)務(wù)交換中心,呼叫處理功能 (類似固定網(wǎng)的交換機),移動通信特定的功能,nss 的核心 服務(wù)幾個

13、 bss (bsc) 建立并交換用戶話務(wù)和信令 與 vlr 合設(shè)于同一物理實體 與hlr/auc可合設(shè)（如交大實驗室），也可分設(shè) 網(wǎng)關(guān) msc（gmsc）：到外網(wǎng)的關(guān)口，可與msc合設(shè)，也可分設(shè) 來訪 msc: 服務(wù) ms 的 msc,msc 移動業(yè)務(wù)交換中心,呼叫處理功能 (類似固定網(wǎng)的交換機),信令 / 用戶話務(wù)連接的建立 信令分析 確定目的地 連接路徑選擇 不正常信令信息的處理 支持補充業(yè)務(wù) 呼叫監(jiān)視 話務(wù)監(jiān)視和測量 預(yù)防過負荷 計費 優(yōu)先控制 (例如:緊急呼叫) 支持操作維護 o 2、負責(zé)機車臺關(guān)于gris的 ip地址更新：存儲全國鐵 路局管轄范圍（經(jīng)緯度、公里 標、小區(qū)號等位置信息以

14、及 gris的ip地址）,gprs子系統(tǒng)功能實體（1）sgsn設(shè)備,sgsn是移動終端提供業(yè)務(wù)的節(jié)點，激活gprs業(yè)務(wù)時，sgsn建立一個移動性管理的環(huán)境。 sgsn主要負責(zé)移動臺當前位置信息的登記，負責(zé)移動臺和網(wǎng)絡(luò)之間完成移動分組數(shù)據(jù)的存儲與轉(zhuǎn)發(fā) ： 移動性管理 會話管理 用戶數(shù)據(jù)管理 安全性 計費,網(wǎng)關(guān)功能 會話管理 ip 地址分配 安全性 計費,gprs子系統(tǒng)功能實體（2）ggsn設(shè)備,gprs子系統(tǒng)功能實體（3）dns,dns：負責(zé)域名解析，將網(wǎng)元域名轉(zhuǎn)換成為實際ip的地址。 如哈局的列尾主機：lwzj車次號hebmsgprs 鐵路gprs網(wǎng)的域名解析主要有四個用途： 在pdp上下文激

15、活過程中，sgsn將apn提交給dns進行解析，獲得用戶所使用的ggsn的ip地址。 在sgsn間路由區(qū)更新過程中，新的sgsn通過域名解析查找原sgsn的ip地址。 實現(xiàn)系統(tǒng)各網(wǎng)元之間通信時網(wǎng)元域名至網(wǎng)元ip地址間的解析。 機車臺、列尾主機等車載gprs設(shè)備的域名至其ip地址的解析。,gprs子系統(tǒng)功能實體（3）其他,radius服務(wù)器： 負責(zé)存儲用戶身份信息，對用戶認證請求（用戶名、密碼）進行確認，給用戶分配權(quán)限，完成用戶的認證和鑒權(quán)功能。 存儲所有機車號、車次號與ip地址的映射表。 pcu：負責(zé)數(shù)據(jù)分組、無線信道的管理、錯誤發(fā)送檢測和自動重發(fā)。,ms,ms,ms,bts,um,abis,

16、gb,pb,pcu,舉例：華為gprs bss的實現(xiàn)形式,b,s,c,sgsn/slr,ggsn,bts,p c u,gi,gb,fig. 1 general layout of a siemens gsm phase 2+ network (tm2110eu01tm_0004 gprs - siemens solutions, 3),bts,舉例：西門子gprs bss的實現(xiàn)形式,gb接口網(wǎng)路組織,p c u,frame relay network,gsn,msc,e1/ds1-line,e1/ds1- line,e1/ds1-line,e1/ds1-line,1,2,3,4,multipl

17、e nailed-up circuits, each 64 kbit/s,dedicated frame relay resources,hlr軟件升級： 新增gprs用戶信息,trau,trau,trau,bsc, ,基站控制中心 bsc（2）, ,bss 系統(tǒng)控制 交換在 trau bts 之間 無線資源管理 收集 bss 中的錯誤信息 與 omc-b 通信 儲存數(shù)據(jù)庫,bss 的軟件,asub,abis,圖. 8 (tm2100eu02tm_0001 gsm plmn, 17),trau,64 kbit/s,64,64,64,64 kbit/s,64,64,64,64 kbit/s,64

18、,64,64,64 kbit/s,64,64,64,16,16,16,16,b s c,m s c,64 kbit/s,64,64,64,16,16,16,16,子復(fù)用,語音壓縮: 64kbit/s 13 or 5.6 kbit/s + 帶內(nèi)信令 數(shù)據(jù)傳輸:“64 kbit/s” 0.3 - 9.6 kbit/s + 帶內(nèi)信令 信令:透明傳輸,編譯碼轉(zhuǎn)換和速率適配單元trau,asub,a,圖. 10 (tm2100eu02tm_0001 gsm plmn, 21),um,奇偶校驗,卷積編碼,交織,信道編碼,形成突發(fā)脈沖,突發(fā)脈沖復(fù)用,發(fā)送傳輸,hf 產(chǎn)生,調(diào)制,調(diào)制,用戶和信令信息,abis

19、,接收,最大 16 載頻/小區(qū),跳頻 同步 (時間和頻率) 傳輸質(zhì)量的監(jiān)視和優(yōu)化 功率控制 pc 時間提前 ta,加密,基站收發(fā)設(shè)備bts,+,圖. 9 (tm2100eu02tm_0001 gsm plmn, 19),六種無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋,無線子系統(tǒng)接口,bsc與bts間的abis接口(e1 pcm)：不開放。 bsc與trau間的ater接口 msc與trau的a接口：開放。 bsc與omc-r間的監(jiān)控鏈路,bts,bsc,trau,msc,13kbit/s,16kbit/s,64kbit/s,abis接口組網(wǎng)方式,可以根據(jù)需要采用多種abis接口組網(wǎng)方式,環(huán)形結(jié)構(gòu)是abis接口最佳配置,注：

20、基站環(huán)網(wǎng)的保護方式不能完全解決傳輸引起的業(yè)務(wù)中斷,應(yīng)在傳輸通道設(shè)計上采取自愈環(huán)的保護方式。,35個基站共用1+1個2mb/s中繼電路并形成環(huán)形連接 。 當某段鏈路斷開時，仍可實現(xiàn)bsc與各bts之間的連接。,技術(shù) 極化分集情況下，-114dbm 接收靈敏度保證值 44.8 dbm (30 w)發(fā)射功率 1.4 db雙工器損耗 先進的接收分集 標準的gsm功能 合成跳頻 話音激活檢測/不連續(xù)發(fā)射（vad/dtx）和射頻功率控制 干擾消除端法 工程設(shè)計 bsc和bts環(huán)形連接 集成的sdh傳輸系統(tǒng)(室外站) 高可靠性: 全冗余 站型配置：o1, o1+1, o2, s11, s22, s1+1, s1+1,s111,s222, s1+1,1+1,1+1,s8002 室外,設(shè)備實例,s8000 室內(nèi),s8000 室外,s8003 室內(nèi)外,ws,用戶和設(shè)備數(shù)據(jù)的管理 例如: sim卡 網(wǎng)絡(luò)操作, 配置和管理 收集網(wǎng)絡(luò)負荷信息并編輯統(tǒng)計報告 錯誤檢測并糾正 安全管理 性能控制,omc 操