1、GSM-R系统维护与应用系统维护与应用第1章 概论2第第1章章 概论概论 1.1 移动通信概述 1.1.1 无线通信与移动通信的关系 1.1.2 移动通信的发展简史 1.1.3 移动通信系统的特点和分类 1.2 GSM-R系统概述 1.2.1 GSM-R与GSM的关系 1.2.2 GSM-R系统简介 1.2.3 GSM-R系统在我国的应用31.1 移动通信概论移动通信概论l移动通信是指通信双方至少有一方在移动状态中进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人）和移动体之间的通信，移动体与固定点（固定无线台或有线用户）之间的通信。41.1 移动通信概论移动通信概论 “无线电之父”马可
2、尼于1895年设计出大功率的发射机和接收机，可收发远距离的电磁波，发送莫斯密码。l无线电原理：导体中电流强弱的变化会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达接收端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。51.1.1无线通信与移动通信的关系1.无线电波的特点：l无线电波在自然空间传播的电磁波，是无线通信信息传输的载体。无线电波主具有以下特点：（1）无线电波是正弦波，具有波的一切特性。它和水波一样能向四周传播，在传播的过程中能够发生折射、反射，它也具有一定的频率、波长 和波速。无线电波的传
3、播过程如图1.1所示。6图 1.1 无线电波的传播过程71.无线电波的特点：无线电波的特点：（2）无线电波不像其它波那样容易被人们的感官所接收。（3）无线电波具有惊人的运动速度，是世界上跑得最快的物质。每秒钟能跑30万公里，而其他物质，比如声波，在空气中每秒只能传播340米。81.无线电波的特点：无线电波的特点：（4）无线电波可以在真空中传播。（5）无线电波的频率往往比其它波的频率高得多。无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十兆赫兹。无线电波的波长、频率和振幅还可以按照人们的 需要用机器来调节。9表1.1无线电波谱的频率、波段、传播特性及主要用途 名称甚低频低频中频高频甚高频超高频特高频极高频符
4、号VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF频率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波波长100-1000Km1-10Km100-1000m10-100m1-10m0.1-1m1-10cm1-10mm传播特性空间波为主地波为主地波与天波天波与地波空间波空间波空间波空间波主要用途海岸潜艇通信；远距离通信超远距离导航；越洋通信中距离通信；地下岩层通信；远距离导航；船用通信业务；无线电通信移动通信中距离导航；远距离短波通信；国际定点通信；电离层散射(30-60MHz)
5、流星余迹通信人造电离层通信（30-144MHz）；对空间飞行体通信；移动通信；小容量微波中继通信(352-420MHz)对流层散射通信（700-10000MHz）中容量微波通信；大容量微波中继通信(3600-4200MHz)、(5850-8500MHz)；数字通信；卫星通信；国际海事卫星通信（1500-1600MHz）；再入大气层时的通信；波导通信；102.无线通信与移动通信的相互关系无线通信与移动通信的相互关系l移动通信就是要保持物体在移动状态中的通信，因而它必须是无线通信。短距离无线通信我们通常称为无线通信；长距离无线通信我们通常称为移动通信，移动通信可以算作无线通信的一个大的分支。111
6、.1.2移动通信发展简史l第一代移动通信系统(1G)是在20世纪80年代初提出的，它完成于20世纪90年代初，如NMT和AMPS，NMT于1981年投入运营。第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约24kbit/s。不同国家采用不同的工作系统。l第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996年提出了GSM Phase 2+，目的在于扩展和改进GSM Phase 1及Phase 2中原定的业务和性能。121.1.2移动通信发展简史l第三代移动通信系统(3G)，
7、也称IMT 2000，是正在全力开发的系统，其最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps，在用户高速移动是最大支持144Kbps，所占频带宽度5MHz左右 l第四代4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用
8、户对于无线服务的要求。131.1.3移动通信系统的特点和分类1.移动通信系统的特点：移动通信系统的特点：（1）移动通信必须利用无线电波进行信息传输移动通信必须利用无线电波进行信息传输 通信中的用户可以在一定范围内自由活动，其位置不受束缚，但传输特性差，有各种损秏且大。会产生多径效应,阴影效应,多普勒效应等。（2）通信是在复杂的干扰环境中运行的通信是在复杂的干扰环境中运行的 除去一些常见的外部干扰（如天电干扰、工业干扰和信道噪声）外，系统本身和不同系统之间还会产生这样和那样的干扰。如：（各种）多用户之间、基站与用户之间、各种收发信机之间等产生的干扰，主要有：邻道干扰、互调干扰、共道干扰、多址干扰
9、、（以及近地无用强信号压制远地有用弱信号地现象）远近效应等。14（3 3）移动通信业务量的需求与日俱增移动通信业务量的需求与日俱增 如何提高系统的容量，始终是移动通信发展中的重点。解决的方法是：一方面开辟和启用新的频段；另一方面研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度和提高频谱利用率，如：信号处理技术,新的调制解调技术，多址技术，等等。（4 4）移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效）移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效 根据通信地区、地形的不同，移动通信网络可以组成带状（如铁路沿线、隧道等）、面状（覆盖一整个城市和地区）、立体状（地面通信设施与中低轨
10、道卫星通信系统一起组网或由微微蜂窝、微蜂窝和宏蜂窝组成的），等等。（5 5）移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用）移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用1.1.移动通信系统的特点：移动通信系统的特点：152.移动通信系统的分类移动通信系统的分类移动通信系统主要有以下分类：（1）按使用对象可分为民用设备和军用设备；（2）按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；（3）按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等；（4）按接入方式可分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）；（5）按覆盖范围可分为宽域网和局域网；16（6）按业
11、务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；（7）按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；（8）按服务范围可分为专用网和公用网；（9）按信号形式可分为模拟网和数字网。173.常见的移动通信系统常见的移动通信系统（1）蜂窝移动通信系统 183.常见的移动通信系统常见的移动通信系统（1）蜂窝移动通信系统 术 语定 义移动台 MS是在移动服务网中，在不确定的地点并在移动使用的终端。移动台可以是手持设备，或是安装在移动车辆上的设备。具有收、发信机和天馈线等设备基站BS移动无线系统中的固定站，用来和移动台进行无线通信。基站建在蜂窝小区内，设有收、发信机和架在塔上的发射、接收天线等设备移动交换中
12、心MSC在大范围服务区域中协调通信的中心、能将基站和移动台连到公用电话网上。无线小区每个基站发射机所覆盖范围的小块地理区域。无线小区的大小取决于基站的发射机功率和天线的高度用户使用移动通信服务而付费的使用者操作维护中心OMS负责管理维护移动交换网络193.常见的移动通信系统常见的移动通信系统（2）无绳电话系统203.常见的移动通信系统常见的移动通信系统（2）无绳电话系统 无绳电话是指用无线信道代替普通电话线，在限定的业务区内给无线用户提供移动或固定公共交换电话网（PSTN）业务的电话系统，也是一种无线接入系统。它由一个或若干个基站和多部手机组成，允许手机在一组信道内任选一个空闲信道进行通信。一
13、个基站形成一个微蜂窝，多个微蜂窝构成一个服务区，区内的手机都可通过基站得到服务。213.常见的移动通信系统常见的移动通信系统（3）集群移动通信系统 集群移动通信系统（简称集群系统）是一种共用无线频道的专用调度移动通信系统，它采用多信道共用和动态分配信道技术。集群是指无线信道不是仅给某一用户群所专用，而是若干个用户群共同使用。集群移动通信系统所采用的基本技术是频率共用技术。它的一个最重要的目的是尽可能地提高系统的频率利用率，以便在有限的频率空间内为更多用户服务。223.常见的移动通信系统常见的移动通信系统（4）移动卫星通信系统卫星控制中心基站关口站PSTN手机空中移动体海上移动体陆地移动体图 1
14、.5 移动卫星通信系统 234.移动通信系统的业务移动通信系统的业务 图 1.6 移动通信业务种类 241.2GSM-R系统概述 GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系统是铁路综合调度移动通信系统的简称，专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统，它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技术是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术体制。251.2.1 GSM-R与与GSM的关系的关系 1.铁路相对铁路相对GSM公网的特殊需求：公网的特殊需求：（1）用户级别不同（高级语音呼叫，包括：组呼、小区广播、增强多
15、优先级与强拆）（2）功能寻址（调度）（3）基于位置的寻址（机车呼叫前方车站、后方车站）（4）高速情况下的移动通信（5）大量特殊的数据业务需求（列控、列尾、车次号等）262.GSM与与GSM-R的关系的关系GSM基础平台增强型语音呼叫功能增强型语音呼叫功能ASCI优先权eMLPP语音广播VBS语音组呼VGCS铁路特有的应用铁路特有的应用无线列调 无线车次号传递等严格的服务质量要求严格的服务质量要求铁路特有频段铁路特有频段GSM-R图 1.7 GSM-R与GSM的关系 271.2.2GSM-R系统简介1.GSMR系统组成 GSM-R通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。交换
16、机是GSM-R系统的核心，其主CPU处理器及各个功能模块的CPU处理器，交换矩阵，内部总线等都是双备份配置。281.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 GSM-R技术顺应时代的发展，其固有的“网络”特性，是铁路信息化和自动化发展的基础。291.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系统是铁路综合调度移动通信系统的简称。是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它是在8时隙/200KHz TDMA(885-889MHz/930-934MHz)多址
17、方式GSM蜂窝系统上增加调度通信功能构成的一个综合专用移动通信系统。它基于GSM的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务，提供铁路特有的调度业务，并以此为信息化平台，使铁路部门可以在这个平台上实现铁路管理信息的共享。301.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 1993年国际铁路联盟(UIC)与欧洲电信标准组织(ETSI)协商，提出了欧洲各国铁路下一代无线通信以GSM Phase 2+为标准的GSM-R技术，这一提议在1995年经UIC评估并最终确认。1997年，24个国家的32个组织共同签署了谅解备忘录，决定采用GSM-R作为铁路专用通信技术，并至少要将GSM-R用于过境运输通信。
18、311.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 采用 GSM-R的国家 1999年2个国家 2002年7个国家 2005年15个国家 德国、瑞典、意大利、英国、荷兰、西班牙、比利时、芬兰、法国、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中国 2008年达到30多个国家321.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 欧洲GSM-R系统的成功运用，为我国铁路通信信号技术发展提供了良好的技术借鉴。2006年7月1日，随着青藏铁路的全线通车，标记着我国铁路采用GSM-R移动通信系统的正式启动。331.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 GSM-R网络设备供应商 GSM-
19、R网络设备商有西门子、北电和华为等，三个厂商在GSM都有着丰富的工程经验。西门子在运输、车辆、通信信号等交通领域综合实力很强，其GSM-R设备已经应用在瑞典、荷兰、英国等国家和我国胶济铁路。北电网络公司的GSM-R设备已应用到德国、法国、英国等国家和我国青藏铁路。华为公司是国内能够提供GSM-R成套设备的厂商，其设备已应用于大秦铁路。GSM-R固定用户接入交换机(FAS)供应商有北京佳讯飞鸿公司、北京中软公司、济南天龙公司等，他们完成了和GSM-R交换子系统的互联互通。341.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 GSM-R终端设备供应商有法国萨基姆（smrdn）、奥地利电信公司
20、卡普施(Kapsch)、英国马可尼公司和北京中电华大公司等。萨基姆和马可尼提供GSM-R手机和模块。Kapsch公司提供GSM-R模块。北京中电华大公司提供GSM-R SIM卡和SIM卡管理维护系统。另外，国内已有11家机车综合通信设备供应商，实现了与GSM-R网络的互联互通。351.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 GSM-R科研单位有铁道部GSM-R实验室，北京交通大学和铁道科学研究院等单位，承担了铁道部一系列科研项目，取得了很多研究成果。GSM-R设计单位有第一、第二、第三、第四铁路勘测设计院、北京全路通号设计院和电化局设计院。参与GSM-R施工的单位有二十多个工程局，
21、GSM-R验收单位有电化局测试中心、中国铁道通信信号上海电信测试中心、铁道部GSM-R实验室。361.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 通信段可以为GSM-R的建设和发展提供可靠的传输网、同步网，在无线列调和有线调度通信方面有着丰富的运营维护经验，对铁路运输行业、现代铁路对通信的要求有着深刻的认识，经过GSM-R人才队伍的培养，能够承担GSM-R运营和维护工作。371.2.3 GSM-R系统在我国的应用系统在我国的应用 在我国，发展GSM-R的目标是：在全路建立一张移动通信网络，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车平稳、高速、安全地运行。GSM-R技术顺应时代的发展，其固有的“网络”特性，是铁路信息化和自动化发展的基础。
