铁路G网的概述剖析.ppt

GSM-RGSM-R概述概述GSM-R概述 一、什么是GSM-R？二、为什么要建设GSM-R?三、GSM-R原理1、面状覆盖2、线状覆盖3、蜂窝系统的评价指标4、无线信道的特性5、传输技术6、信息处理技术 GSM-RGSM-R概述概述一、什么是GSM-R？GSM-R（Globle System of Mobile for Railway）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GSM-RGSM-R概述概述GSM与GSM-R的联系和区别GSM-R（GSM for Railway）全球铁路移动通信系统GSM（ Global System For Mobile Communications）全球移动通信系统名词缩写GSM-RGSM-R概述概述GSM与GSM-R的关系六大关系 GSM-R理论建立在GSM理论基础之上； GSM-R技术建立在GSM技术基础之上； GSM-R工业以GSM工业为基础； GSM-R工程建设以GSM工程经验为基础； GSM-R应用开发吸收GSM成功经验； GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。

GSM-RGSM-R概述概述GSM基础平台增强型语音呼叫功能ASCI eMLPP 语音广播VBS 语音组呼VGCS Follow Me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铁路特有频段GSM-RGSM与GSM-R的关系业务模型GSM-RGSM-R概述概述铁路相对GSM公网的特殊需求：（1）用户级别不同（高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、增强多优先级与强拆）（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）GSM-RGSM-R概述概述公网技术体制：GSM、CDMA铁路专网技术体制：（1）无线列调（2）模拟集群： SMRATZONE（广深试验）、MPT1327（北京局、柳南）、UNIDEN（北京、成都、上海等） （3）数字集群：TETRA（秦沈）、GT800（重庆）、GOTA（长春） （4）GSM-R（欧洲）GSM-RGSM-R概述概述GSM系统上行/ MHz下行/ MHz带宽 / MHz双工间隔/ MHz双工信道数GSM900890 915935 9602 2545124GSM900E880 915925 9602 3545174GSM18001710 17851805 18802 7595374GSM190018501910193019902 6080299工作频段GSM与GSM-R的工作频段GSM-RGSM-R概述概述q频道间隔m每载频占200 KHz带宽，采用TDMA，含8个物理信道q频道配置mGSM900MHz频段：lfu(n)=890.2MHz+(n-1)*0.2MHzlfd(n)= fu(n)+45MHzmGSM1800MHz频段：lfu(n)=1710.2MHz+(n-512)*0.2MHzlfd(n)= fu(n)+95MHzfu(n)：上行频率，移动台发，基站收fd(n)：下行频率，基站发，移动台收GSM-RGSM-R概述概述 GSM-R工作频率 采用900MHz工作频段， 885MHz889MHz（移动台发，基站收） 930MHz934MHz（基站发，移动台收） 4MHz频率带宽。

双工收发频率间隔45MHz，相邻频 道间隔为200kHz 按等间隔频道配置的方法，共有21个载频频道 序号从9991019，扣除低端 999和高端1019做为 隔离保护，实际可用频道19个，频道序号为1000 1018GSM-RGSM-R概述概述频道序号和频道标称中心频率的关系为：fL(n)=890.000MHz+(n-1024)0.200MHz（移动台发，基站收）fH(n)=fL(n)+45MHz（基站发，移动台收）n=9991019GSM-RGSM-R概述概述1、现有铁路无线通信系统存在许多问题2、铁路发展出现许多新业务需求3、欧洲选择GSM-R的原因和发展状况二、为什么要建设GSM-R?GSM-RGSM-R概述概述1、现有铁路无线通信系统存在许多问题1）投资方面：系统分散建设，投资浪费2）系统功能方面：功能单一，不具备网络能力；频率利用率低，容量有限；话音、数据业务争抢信道，传输可靠性低，数据传输能力差3）存在的问题：枢纽地区干扰严重；是开放系统，不具保密性GSM-RGSM-R概述概述2、铁路发展出现许多新业务需求：（1）客运专线的业务需求（2）货运专线机车同步控制传输（3）车地信息化数据传输的需要（4）有线、无线调度两网融合的需求可见，既有系统无法满足铁路新业务需求，应建立一个能完善解决铁路新业务需求、高安全可靠性、联网能力强、可满足高速、重载运输及信息化需求的通信系统。

GSM-RGSM-R概述概述3、欧洲选择GSM-R的原因（1）取代落后的模拟设备、提升系统性能的需要；（2）欧洲铁路互通性的需要；（3）新业务的需要（欧洲列车控制系统2级以上）GSM-RGSM-R概述概述GSM-R在欧洲的发展状况： 目前已在欧洲13个国家开始广泛实施，具体包括：德国、英国、法国、意大利、斯洛伐克、荷兰、瑞典、瑞士、西班牙、捷克、芬兰、挪威、比利时其中，瑞典、德国、意大利、瑞士、挪威、西班牙、荷兰等7个国家开通了商用GSM-R网络l最早开始建设的国家：瑞典（1998年）l在全国范围内普速干线建设的国家：意大利（7500km）、荷兰（2800km）lGSM-R覆盖里程最长的国家：德国（36000km）l最早在高速线开通ETCS2的国家：意大利，罗马那不勒斯 ，2005年12月21日商用，运营时速347km/h；米兰都灵2006年2月10日正式商用运行，设计时速350km/hGSM-RGSM-R概述概述 诞生于20 世纪60 年代末，它是用许多小功率的发射机来代替单个的大功率发射机，每个小覆盖区域只提供服务范围内的一小部分覆盖给相邻的基站分配不同的信道，以避免临近小区间的干扰。

将网络中的所有小区分成若干簇，在不同的簇内使用相同的信道资源1、面状覆盖1、低功率发射机和小覆盖区域 2、频率复用3、灵活的提高系统容量 4、业务密度的适应性5、切换和系统层控制 6、位置原理现代数字蜂窝系统的特性:蜂窝思想:三、 GSM-R原理GSM-RGSM-R概述概述1）小区形状n缺点：存在许多重叠区域和无覆盖区域n六边形比正方形和正三角形在半径相同的情况下，覆盖面积要多30%100%，如图所示GSM-RGSM-R概述概述2）频率复用（1）频率复用：在蜂窝系统中，系统会给每一个小区的基站分配一组信道，只要相隔距离足够远，相同的信道可以在另一个小区重复使用2）同频小区：把由若干个使用全部频率的小区组成的集合称为一个簇，把不同簇中使用相同频率的小区称为同频小区3）构成一个簇满足的条件：簇的区域能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积；相邻簇间同频小区的距离相等其中， N为一个簇中的小区数，i，j 为非零正整数GSM-RGSM-R概述概述（4）如图2-3所示，i=3，j=2，N=19，A表示同频小区（5）其中D为同频复用距离，R为小区的半径6）同频复用比：（7）目前常用的蜂窝网簇的结构有N=19、12、7和3。

GSM-RGSM-R概述概述 干扰是制约蜂窝系统容量的一个重要因素话音信道上的干扰会造成串话，或者用户听到很大的背景噪声；信令信道上的干扰则会导致误码率的升高，使呼叫遗漏或阻塞 蜂窝系统中的干扰主要由两种类型：同频干扰和邻道干扰针对这两种类型的干扰，在蜂窝系统中采取了调节天线覆盖方式，发射功率，合理分配频率的方法来对干扰进行防护干扰限制和防护GSM-RGSM-R概述概述u 解决同频干扰可以采取以下几种措施： 定向天线覆盖； 优化同频复用距离和频率分配方案； 天线高度和倾角的调整同频干扰是由于采用了频率复用，在同频小区之间产生的干扰 GSM-RGSM-R概述概述 定向天线：指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线 采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天线的主要目的是增加抗干扰能力 全向天线：在水平方向图上表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大 GSM-RGSM-R概述概述邻道干扰是由与所使用频率相邻的频率产生的信号干扰。

邻道干扰的产生主要是因为接收滤波器的阻带衰减不够陡峭引起了相邻频带信号的泄漏只有当两个相邻频率的接收机距离很近，干扰信号的强度超过了接收机灵敏度时，邻道干扰才会对接收机的正常工作造成影响这种移动台被临近频率的发射机“俘获”的现象成为远近效 应GSM-RGSM-R概述概述 信道分配的两个步骤：所有的频率资源分组，其次以动态的或固定的方法为用户分配信道固定信道分配：每个小区分给一组信道，该小区的用户只能使用这一组信道，如果出现信道全部被占用情况，新的呼叫就会被拒绝，只有存在空闲信道时，才能再发起呼叫优点：管理和控制过程容易；缺点：系统的资源不能得到有效利用，尤其是当用户数量突然增加时，系统的呼损率较大信道分配策略GSM-RGSM-R概述概述动态信道分配：多个小区可以使用相同的信道，每个小区的信道数时不固定的当业务量大时，分配给该小区的信道数就多，业务量减小时还可以再把这些信道分配给其他小区使用优点：有效的利用了资源，降低了呼损率，信道利用率可以提高20%50%；缺点：控制复杂，成本较高GSM-RGSM-R概述概述位置理论小区：一个BTS 所覆盖的全部或部分区域（扇区），是最小的可寻址无线区域。

位置区：移动台可以任意移动但不需要进行位置更新的区域，一个位置区可由一个或多个小区组成当MSC 寻找移动台时，只需要在移动台所属的位置区进行呼叫，而不需要在整个MSC 区内呼叫移动台MSC 区：一个MSC 管辖下的所有覆盖区域，一个MSC 区可有一个或若干个位置区组成服务区：移动用户可以获得服务的所有区域GSM-RGSM-R概述概述小区和位置区GSM-RGSM-R概述概述 2、线状覆盖GSM-RGSM-R概述概述1）频率的分配n 的取值要考虑到频率利用率、同频干扰和建网成本，一般可取2、3、4GSM-RGSM-R概述概述2）重叠区的确定 假设移动台位于小区A的边界P点，小区半径为R，路径损耗指数为4利用相关算式，可得到采用两小区、三小区、n小区的频率复用方案得到的移动台接收C/I值GSM-RGSM-R概述概述两小区复用：三小区复用：n小区复用：移动台接收C/I 值分别：GSM-RGSM-R概述概述3）平衡设计保证上下行链路具有同等的强度，使得任意小区的双向用户都有较好的接收质量关键:要在四面建立天线群系统两个发射天线和两个接收天线分别指向道路两边，下行链路的信号从小区沿着道路向两个方向辐射。

两个接收天线按同样的方式朝向两个方向每个天线与一个多路耦合器连接，多路耦合其又预选滤波器、放大器和分离器组成两个接收机的多路耦合器连接一个接入信道和所有的话音信道.GSM-RGSM-R概述概述4）小区分层扩展小区：半径35km120km，主要由于沿海地区海域的覆盖宏小区：半径1km35km，用于高速公路和人口较稠密的地区要求具有高的抗干扰灵敏度和安全的频率复用模型微小区：半径0.1km1km，用于城市繁华地段要求用高的干扰隔离度，使用少量频率就可以实现密集频率复用微微小区：半径小于0.1km，用于室内环境，如商场、会议中心、办公楼等GSM-RGSM-R概述概述GSM-RGSM-R概述概述1）频谱效率(三种解释)每兆赫的信道数；地理上的，每平方公里的信道数；综合的，每平方公里每兆赫的话。