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基于铁路专用通信GSM-R的无线路测系统的研究与实现

西安铁路职业技术学院 张重阳?? 2009年11月18日 ?? 收藏0

  0 引 言

  GSM-R是基于GSM技术的一种专用通信系统——铁路综合数字移动通信系统。与传统的GSM技术相比,GSM-R除了能提供一系列铁路通信业务外,还能保证列车在500 km/h的情况下进行高可靠性、高接通率、高传输质量的通信。当前,GSM-R技术成为国际国内铁路通信发展的焦点,我国在GSM-R技术上也有了一定的进展。2004年开始在青藏铁路、大秦线电气化改造和京护高速铁路的建设中进行GSM-R铁路专用通信网络的规划、建设和试运营。与此同时,由于目前国内的GSM-R路测系统十分稀少,对GSM-R无线网络优化也开始成为GSM-R移动通信网络建设中的一个当务之急。为了真正了解GSM-R网络,调测 GSM-R网络,优化GSM-R网络,本文提出并设计出了一种既适用于GSM网络又适用于GSM-R网络的无线路测系统。一方面,在GSM-R网络建设的初期,通过本系统的辅助能够合理地进行频率分配、小区参数的调整:另一方面,可以优化已建GSM和GSM-R网络的性能,提高通信质量。

  1 GSM-R网络介绍

  1.1 网络结构与功能

  一个GSM-R移动通信网络由若干个功能实体组成。各个功能实体所实现的功能的集合就是GSM-R网络提供给用户的基本业务与补充业务。GSM-R移动通信网络结构基于GSM移动通信网络,主要由基站子系统(BSS)、网络子系统(NSS)、操作与维护子系统(OSS)三部分组成,其基本结构如图1所示。

网络结构

  BSS主要由基站控制器(BSC)、基站收发信台(BTS)组成。通过无线接口(Um)与移动台(MS)相连,A接口与NSS相连。BTS是网络固定部分与无线部分之间进行通信的中继,MS通过空中接口与BTS进行连接,是移动通信网络的无线接入部分,是终端用户最直接感受网络质量的部分。一个或几个 BTS连接到一个BSC上,BSC主要提供在其覆盖区域内的无线电资源管理与移动性管理的功能,以及提供无线电网络的运营与维护功能。BSS还有可能存在编码速率适配单元(TRAU),实现编码速率转换。

  NSS一般由六个功能实体组成,分别是移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、拜访位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、设备识别寄存器(EIR),组呼寄存器(GCR)。NSS主要负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和固定网络的连接。其中MSC是NSS的核心,用于建立业务信道和在MSC之间或与其他网络之间交换信令消息。与MSC相连的是VLR,VLR管理在一个MSC区内漫游移动用户信息的动态数据库。HLR存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态信息,如用户信息、承载和定制的用户信息等。AUC完成对用户的鉴权及为移动台与网络之间的无线通信进行加密。EIR用来存储IMEI(国际移动设备识别符)。作为GSM-R网络的特有组件GCR,用于存储移动用户的组ID、移动台发起语音组呼(VGCS)和语音广播 (VBS)参考的小区信息及发起呼叫的MSC是否负责处理呼叫的指示。

  OSS可分为对应BSS的操作与维护中心OMC-R及对应NSS的操作与维护中心OMC-S。OSS是操作人员与系统设备之间的中介,它实现了系统的集中操作与维护。完成了包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连,另一侧是作为人机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心OMC。系统的每个组成部分都可以通过特有的网络连接至OMC,从而实现集中维护。

  1.2 业务模型

  GSM-R是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统,它基于GSM的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务,其中包括增强多优先级与强拆(eM- LPP)、VGCS和VBS,并提供铁路特有的调度业务,包括:功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址.并以此作为信息化平台,使铁路部分可以在此信息平台上开发各种应用。GSM-R的业务模型如图2所示。

GSM-R的业务模型

  2 无线接口协议

  无线接口(Um)是MS与BTS之间的通信接口,又称为空中接口(airinterface),用于移动台与GSM-R系统固定部分之间的通信,其物理连接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。

  2.1 协议分层(三层)

  空中接口对应于OSI(开放系统互连)模型的低三层,分为物理层、链路层和网络层。与OSI的分层模型不是严格对应。

  物理层(PHL):支持TDMA帧、FDMA和逻辑信道复用。提供无线链路的传输通道,为高层提供不同功能的逻辑信道,如业务信道与控制信道。物理层在MAC层的控制下,负责数据或数据分组的收发。


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铁路? GSM-R? 无线路测? OSI?

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