GSMR系统维护与应用教学课件汇总完整版电子教案全书课件最新

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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1.2GSM-R系统概述1.2.1GSM-R与GSM的关系1.2.2GSM-R系统简介1.2.3GSM-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”马可尼于1895年设计出大功率的发射机和

2、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。无线电波的传播过程如图1.1所示。6图1.1无线电

3、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号VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF频

4、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)流星余迹通信人造电离层通信（30-144MHz

5、）；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。111.1.2移动通信发展简史l第一代移动通信系统(

6、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GSMPhase2+，目的在于扩展和改进GSMPhase1及Phase2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)，也称IMT2000，是正在全力开发的系统，其最基本的特征

7、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

8、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、（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。1

9、4（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。

10、（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

11、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

12、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

13、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1.5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.

14、6移动通信业务种类241.2GSM-R系统概述GSM-R（GlobalSystemForMobileCommunicationsForRailway）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

15、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1.7GSM-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

16、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（GlobalSystemForMobileCommunicationsForRailway）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/200KHzTDMA(885-889MHz/930-934MHz)多址方式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，

17、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GSMPhase2+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。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200

18、5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-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-

19、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GSM-R终端设备供应商有法国萨基姆（smrdn）、奥地利电信公司卡普施(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

20、公司提供GSM-R模块。北京中电华大公司提供GSM-RSIM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-RGSM-R科研、设计、施工和验收单位科研、设计、施工和验收单位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，GSM-R验收单位有电化局测试中心、中国铁

21、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 GSM-R运营和维护单位通信段可以为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 我国GSM-R系统的发展目标在我国，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。G

22、SM-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。GSM-R系统维护与应用系统维护与应用第二章GSM-R数字移动通信的关键技术第第2章章 GSM-R数字移动通信的关键技术数字移动通信的关键技术 2.1 GSM-R无线信道电波传播与干扰 2.1.1 电波传播特性 2.1.2 噪声与干扰2.2 GSM-R 语音处理的主要过程 2.2.1 编码技术 2.2.2 交织技术 2.2.3 加密技术 2.2.4 调制解调技术2.3 无线信道的空中接口技术 2.3.1 多址方式 2.3.2 分集接收技术 2.3.3 跳频技术 2.3.4 信道均衡 2.3.5 不连续发射DTX和

23、不连续接收DRX2.1 GSM-R无线信道电波传播与干扰无线信道电波传播与干扰2.1.1 电波传播特性电波传播特性 1.路径传播损耗路径传播损耗光波也是电磁波，只不过是频率不同的电磁波而已，电磁波的电场会因为距离而衰减是显然易见的，光波也是如此束手电筒的光照向夜空，要不了多远就基本看不到了。一是因为电磁波在空中四散传播，发散了，另一点是因为路径造成了能量的损耗，在无线通信中也有类似的效果，这是因为路径造成的场强的损耗遵循自由空间传播模型。1.路径传播损耗路径传播损耗假设无线电波是在完全无阻挡的视距内传播，没有反射、绕射和散射，这种理想的情形叫做自由空间的传播。自由空间的传播是电波传播最基本也是

24、最简单的一种理想情况，电磁波在自由空间中信号的强度将以距离平方的倒数衰减，这种损耗称为自由空间的传播损耗。假设收发天线之间的距离为d，发射频率为f，自由空间的损耗可由以下公式计算： （式2-1）其中，d的单位为km，f的单位为MHz。自由空间的损耗为路径传播损耗。2.衰落衰落 电磁波有三种基本的传播机制：反射、绕射和散射。当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地面、建筑物表面、水面。当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡产生的二次波散布于空间，甚至阻挡体的背面。当电磁波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。散射产生

25、于粗糙表面、小物体或其他不规则物体，如树叶。电磁波在传播的过程中会经历两种类型的衰落：大尺度衰落（也称慢衰落）和小尺度衰落（也称快衰落）。大尺度和小尺度是按照波长来进行划分的。（1）大尺度衰落）大尺度衰落 大尺度衰落主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物行的阻挡而产生的损耗，它反映了在中等范围内（数百波长级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势，其变化率比传送信息率慢，故称为慢衰落。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴

26、影效应在光波里也有，比如你拿一张纸遮住日光灯的灯光那从背面透过来的灯光就明显弱了很多。（2）小尺度衰落）小尺度衰落小尺度效应又称小尺度衰落，它反映了移动台的移动距离只有几个波长时，移动时接收电平平均值的起伏变化趋势。小尺度效应一般由是由多径传播引起的。由于到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强（方向相同），有时迭加而减弱（方向相反）。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由多径引起的，所以称为多径衰落。（3）多普勒效

27、应）多普勒效应 另一种类型的衰落时由于移动台相对于发射机的运动产生的。这种相对运动导致了无线信道的快慢变化，从而引起了对信号的随机频率调制，即多普勒频移。多普勒频移是多普勒效应在无线电领域的一种体现。多普勒效应定义多普勒效应定义：由于发射机和接收机间的相对运动，接收机接收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值，该差值就是多普勒频移。（4）远近效应）远近效应 由于手机用户在一个小区内是随机分布的，而且是经常变化的，同一手机用户可能有时处在小区的边缘，有时靠近基站。如果手机的发射功率按照最大通信距离设计，则当手机靠近基站时，功率必定有过剩，而且形成有害的电磁辐射。解决这个问题的方法是

28、根据通信距离的不同，实时地调整手机的发射功率，即功率控制。2.1.2 噪声与干扰无线通信信道中的噪声干扰，是指无意或有意产生，随机性很强，影响无线通信接收机信号接收准确性的信道中产生的信号。噪声噪声主要可按以下两种进行分类：一是按按噪声来源分类，可分为人为噪声和自然噪声；二是按噪声性质分类，可分为脉冲噪声（突发性地产生的，幅度很大，其持续时间短，频谱宽）、窄带噪声（频谱或频率位置通常是确知或可测）和起伏噪声（包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等）。2.1.2 噪声与干扰干扰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

29、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。1.同频干扰同频干扰 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。同频干扰不能简单的通过增大发射机的功率来克服，因为这样会导致相邻小区之间的干扰。解决同频干扰可以采取以下几种措施：（1）定向天线覆盖。使用定向天线可以减少同频干扰的小区数i0，从而提高接收信噪比，减小同频干扰。（2）优化同频复用距离和频率分配方案。根据传播环境和业务量的变化情况，调整同频复用距离和频率分配方案，以适应不同的C/

30、I。（3）天线高度和倾角的调整。调整天线高度和倾角可以改变小区的覆盖范围和小区形状，减小同频干扰。2.邻道干扰邻道干扰 由于所使用频率是相邻的频率而产生的信号干扰称为邻道干扰。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。邻道干扰可以通过提高滤波器的精度和合理的信道分配而减到最小程度。通常用接收机的邻道选择性来表示抗邻道干扰的能力，它主要由接收中频滤波器的阻带衰减特性决定。因为每个小区只是分给所有可用信道中的一部分，因此在可以通过避免在相邻小区之间分配

31、连续的频率，同时使相邻小区之间的频率间隔最大来减小邻道干扰。3.互调干扰互调干扰 当两个或多个干扰信号同时加到接收机时，由于非线性的作用，这两个干扰的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收机，其中三阶互调最严重。三阶互调是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波产生差拍（混频）后所产生的寄生信号。比如F1的二次谐波是2F1，他与F2产生了寄生信号2F1-F2。由于一个信号是二次谐波（二阶信号），另一个信号是基波信号（一阶信号），他们俩合成为三阶信号,其中2F1-F2被称为三阶互调信号，它是在调制过程中产生的。又因为是这两个信号的相互

32、调制而产生差拍信号，所以这个新产生的信号称为三阶互调失真信号。产生这个信号的过程称为三阶互调失真。由于F2，F1信号比较接近，也造成2F1-F2，2F2-F1会干扰到原来的基带信号F1，F2。这就是三阶互调干扰。2.2 GSM-R 语音处理的主要过程语音处理的主要过程 信源信源编码编码信道信道编码编码信源信源译码译码信道信道译码译码去去交织交织信信道道突发突发脉冲脉冲加加密密突发突发脉冲脉冲解解密密解解调调交交织织调调制制话话音音话话音音图2.2语音信号处理原理图2.2.1编码技术1.信源编码信源编码也叫语音编码，是将模拟语音信号转变为数字信号以便在信道中传输。语音编码的目的是在保持一定的算法

33、复杂程度和通信时延的前提下，占用尽可能少的信道容量，传送尽可能高质量的语音。信源编码要求尽可能简洁，尽量减少冗余信息。语音编码技术又可分为波形编码、参量编码和混合编码三大类。2.信道编码信道编码 我们发出去的编码一路上会受到噪声的干扰，也许会丢失不少信息，到了目的地后，我们期望接收端可以根据编码所包含的一些内容，对信息的完整性作出一个判断，尽量恢复还原原来的信息，对这一块内容的探讨，我们称之为信道编码。信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的编码。通常通过在有用信号后面添加监督码元从而达到检错纠错的能力。图2.3数字信息传输方框图图2.3表示了数字信号传输的这一过程，其中信源可以是语音、数据或图

34、像的电信号“s”，经信源编码构成一个具有确定长度的数字信号序列“m”，人为地在按一定规则加进非信息数字序列，以构成一个一个码子“C”（信道编码），然后再经调制器变换为适合信道传输的信号。经信道传输后，在接收端经解调器判决输出的数字序列称为接收序列“R”，再经信道译码器译码后输出信息序列“m”，而信源译码器则将“m”变换成客户需要的信息形式“s”。接收端根据什么来识别有无错码？由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些监督码元。这些监督码和信码之间有确定的关系，使接收端可以利用这种关系由信道译码器来发现或纠正可能存在的错码。在信息码元序列中加入监督码元就称为差错控制编码，有时也称纠错编码。差错

35、控制编码原则上是以降低信息量为代价来换取传输可靠性的提高。在数字通信中，要利用信道编码对整个通信系统进行差错控制。差错控制编码可以分为分组编码和卷积编码两类。图2.4分组编码原理图2.2.2 交织技术交织技术 在GSM-R系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部交织，第二次交织为块间交织。话音编码器和信道编码器将每20ms话音数字化并编码，提供456个比特。首先对它进行内部交织，即将456个比特分成8帧，每帧57比特，如果将同一20ms话音的2组57比特插入到同一普通突发脉冲序列中，那么该突发脉冲串丢失则会导致该20ms的话音损失25的比特，显然信道编码难以恢复这么多丢失的比

36、特。因此必须在两个话音帧间再进行一次交织，即块间交织。交织原理如图2.5所示二次交织经得住丧失一整个突发脉冲串的打击，但增加了系统时延。因此，在GSM-R系统中，移动台和中继电路上增加了回波抵消器，以改善由于时延而引起的通话回音。图2.5交织原理图2.2.3 加密技术加密技术 lGSM-R系统在安全性方面有了显著的改进，GSM-R与保密相关的功能有两个目标：第一，包含网络以防止未授权的接入，同时保护用户不受欺骗性的假冒；第二，保护用户的隐私权。l防止未授权的接入是通过鉴权（即插入的SIM卡与移动台提供的用户标识码是否一致的安全性检查）实现的。从运营者方面看，该功能是头等重要的，尤其在国际漫游情

37、况下，被访问网络并不能控制用户的记录，也不能控制它的付费能力。l保护用户的隐私是通过不同手段实现时，对传输加密可以防止在无线信道上窃听通信。大多数的信令也可以用同样方法保护，以防止第三方了解被叫方是谁。另外，以一个临时代号替代用户标识是使第三方无法在无线信道上跟踪GSM用户的又一机制。l在无线通信中，电磁波在空间中传输采用的是公共介质，不仅要接收的对象可以收到，其他的人也可以收到，因此对于用户的个人通信和网络专用的一些重要信息必须采用一定的加密/解密技术。加密/解密的本质是对信号进行特殊的编码变换，只有知道变换方法的对方才能正确地接收到信息并获得信息的真实内容。在移动通信中加密/解密为用户提供

38、了一个附加的安全保障。l在信息处理的过程中有两种加密的类型，一种是将加密与信道编码分开，在信道编码和交织之后再进行加密。在GSM-R中，将信息比特序列与加密序列（密钥）进行异或运算，得到加密后的信息序列。“密钥”是由A5算法产生的一个为随机序列。在接收端密钥是已知的，接收时再将加密后的序列与密钥做异或运算，就可得到原始的信息序列。这种方法的优点是简单易行，可以产生多个互不相关的伪随机序列。l另一种方法是将加密与信道编码和交织结合在一起，在使用的信道编码方案中，采用只有收发方才知道的编码规则或码字，在接收端再采用相应的译码方法来解密。这种方法的优点是减少了处理步骤，加密的码字可以具有一定的抗干扰

39、能力。2.2.4 调制解调技术调制解调技术 1.调制的目的低频信号不利于传输，需要将其调制到高频信号。所谓调制，简单的说就是频谱的搬移，以GSM-R为例，就是将频率3003400HZ，搬迁到900MHZ上去，这个频谱搬移的过程就称之为调制，频率搬迁到900MHZ上去的好处是：（1）调制技术是为了和信道匹配。比如说无线通信，走的信道就是大气层，对大气层而言，低频信号传输将急剧衰减，而较高频率范围的信号可以传输到很远的距离（2）采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大下降。由天线理论可知，要将无线电信号有效地发射电配，一般天线尺寸为电磁信号的波长1/4为佳，调制可以全来将频

40、带变换为更高的频率，以减小天线的，以4KHZ的原始语音为例，=c/f，天线的尺寸是多少呢？3108m/s/4000次/s1/4=1875（m），波长很长。要制造出相应的巨大天线是不现实的。（3）同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。若各发射台发射的均为同一频段的低频信号，信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法接收信号2.调制的原理前面经过抽样、量化、信源编码、信道源码得到了一条长串的“0101110100”的比特流，该怎么把这串比特流的信息嵌入一个电磁波中，从而在空中发送出去呢？这个信息嵌入的过程称为调制。一个电磁信号可以用一个正弦波来表达，

41、而正弦波无非就是3个参数：振幅、频率和相位，想把比特流信息嵌进去，也只能从这3个参数上打主意。所以将数字数据转换为电磁信号的基本编码或者调制相应技术有三种，分别得到幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK），调制的原理如图2.6所示。图2.6调制的原理经信道编码后得到的一串信息嵌入到一个电磁波的过程称之为调制。也就是说谓调制就是按调制信号（基带信号）的变化规率去改变载波某些参数的过程。按调制信号控制载波参数的形式可分为：l幅度调制：调制信号改变载波信号的幅度参数，即幅移键控（ASK）l频率调制：调制信号改变载波信号的频率参数，即频移键控（FSK）l相位调制：调制信号改变载波信号

42、的相位参数，即相移键控（PSK）l从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程称为解调。在移动通信中主要是对所传输的数字信号进行调制。对调制方式的选择主要有三条：首先是可靠性，即抗干扰性能，选择具有低误比特率的调制方式，其功率谱密度集中于主瓣内；其次是有效性，它主要体现在选取频谱有效的调制方式上，特别是多进制调制；第三是工程上易于实现，它主要体现在恒包络与峰平比的性能上。l在这里主要介绍一下GSM-R的调制方式：高斯最小频移键控（GMSK）调制。GMSK是由MSK演变来的一种简单的二进制调制方法，是连续相位的恒包络调制。将输入端接有高斯低通滤波器的MSK调制器，称为高斯最小频移键控（GMSK）。由

43、于GMSK具有极好的功率效率（恒包络特性）和极好的频谱效率而备受青睐。GMSK成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性。在移动通信中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，一般要求必须衰减70dB以上。因为MSK信号不能满足上述的要求，所以，针对上述要求，提出了GMSK。GMSK是将调制的不归零(NRZ)数据通过预调制高斯低通滤波器来降低频谱上的旁瓣。因为调制信号在跨越零点时不但相位连续，而且过滤也很平滑，所以GMSK调制的信号就拥有了频谱紧凑，误码特性好，带外辐射低等特点。图2.7GMSK调制器的原理图图中Bb为高斯低通滤波器的3dB带宽。2.3 无线信道的

44、空中接口技术无线信道的空中接口技术 2.3.1多址方式1.频分多址（FDMA）在频分多址系统中，把可以使用的总频段划分为若干占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，分配给一个用户。一个典型的FDMA频道划分如图2.8所示。在接收设备中使用带通滤波器允许指定频道里的能量通过，但滤除其他频率的信号，从而限制临近信道之间的相互干扰。FDMA通信系统工作示意图，如图2.9所示。由图可见，FDMA通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须占用4个频道才能实现双工通信。图2.8FDMA频道划分方法图2.9F

45、DMA通信系统工作原理图2.时分多址（时分多址（TDMA） 在时分多址系统中，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每一个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。一个典型的TDMA频道划分如图2.10所示。TDMA通信系统是根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号，满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。其系统工作示意图，如图2.11所示。图2.10TDMA

46、频道划分方法图2.11TDMA通信系统工作示意图TDMA通信系统和FDMA通信系统相比具有以下主要特点：（1）TDMA通信系统中一个频率能够被多个用户使用，频率利用率比FDMA高，则用户容量大。（2）用户根据不同时隙区分，TDMA系统对时间要求高，需要严格的同步保证。3.码分多址（码分多址（CDMA）在码分多址（CDMA）通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。接收机的相关器可以在多个CDMA信号选出使用的预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为

47、和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。这一特点与CDMA的机理有关。CDMA是一个背景噪声受限的系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，打个比方，将带宽想像成一个大房子，所有的人将进入这个大房子。如果他们使用完全不同的语言，他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。在这里，屋里的空气可以被想像成宽带的载波，而不同的语言即被当作编码，我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住了我们。如果能控制住用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，我们就可以容纳更多的用户。一个典型的CDMA频道划分如图2.12所示。图2.1

48、2CDMA频道划分方法CDMA蜂窝移动通信系统与FDMA模拟蜂窝通信系统或TDMA数字蜂窝移动通信系统相比具有更大的系统容量、更高的语音质量以及抗干扰、保密等优点，因而近年来得到各个国家的普遍重视和关注。三种多址方式可按以下方式类比：FDMA（频分多址）：我们可以想象一个很大的房间被做成很多的隔断，每一隔段里有一对人正在交谈。这样由于隔断的分隔，谈话者不会听到其他人的交谈。TDMA（时分多址）：TDMA可以在FDMA的基础上进一步类比，我们可以把隔断做得大些，这样一个隔段可容纳几对交谈者。但在每一个隔段中大家交谈有一个原则：只能同时有一对人讲话。如果再把交谈的时间按交谈者的数目分成若干等分，就

49、成为一个“TDMA”系统。CDMA（码分多趾）：我们可以想象一个宽敞的房间，在这里正进行着一个聚会，其中的宾客正两两一对进行着交谈。假设每一对人使用一种语言，有说英语的、中文的、日语的等等，所有交谈的人都只懂一种语言。于是，对于正在交谈中的任何一对来说，别人的交谈声无疑是一种背景噪声。通过这个场景，我们可以使用以下几个类比：每一对宾客交谈使用的语言相当于区分用户信道的码；交谈中的人就如同CDMA系统中正在通话的用户。这就是一个“CDMA”系统。2.3.2 分集接收技术分集接收技术 分集接收技术是一项主要的抗信号衰落技术，它可以大大提高多径衰落信道下的传输可靠性，其本质就是采用两种或两种以上的不

50、同方法接收同一信号以克服衰落，其作用是在不增加发射机功率或信道带宽的情况下充分利用传输中的多径信号能量，以提高系统的接收性能。移动通信网中如何保证信号传输链路的可靠性，是一项重要指标。为了达到这一目的，可以通过多种技术来实现，从影响接收端信号功率的三个主要因素来分析：第一、自由空间的传播损耗和弥散，这可通过加大发射机功率来改善；第二、地形起伏、建筑物及障碍物的遮挡引起的阴影衰落，这可通过“宏分集”技术来改善；第三、在传输路径中各种物体产生的直射波、反射波和散射波的相互影响，即多径衰落，以及多普勒频移产生的损耗，这可通过“微分集”技术来改善。从以上的分析可以看出，分集技术对改善无线传输链路的性能

51、可以起到很大的作用。分集技术是移动通信的一种抗衰落技术，是一种用相对较低廉的投资就可以大幅度的改进无线链路性能的强有力的接收技术。分集接收就是利用多条相互独立路径传输同一信息源信号,按照一定的方法再集合起来变害为利，将接收到的多径信号分离成互不相关（独立的）的多径信号，然后将这些信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最大。从而达到抗衰落的目的。分集有两重含义：一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的，携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。1.分集接收技术的分类分集接收技术的分类 在移动通信系统中可能

52、用到两类分集方式：一类称为“宏分集”；另一类称为“微分集”。“宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。这是一种减小慢衰落影响的分集按需技术，其做法是把把多个基站设置在不同的物理位置上（如蜂窝小区的对角线上），同时发射相同的信号，小区内的移动台选择其中最好的基站与之通信，以减小地形、地物及大气等对信号造成的慢衰落，这种办法就能保持通信不会中断。“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术。在各种无线通信系统中都经常使用。理伦和实践都表明，在空间、极化、场分量、角度时间等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性，据此由此按路径分离的不同，微分集又可分为下列几种：（1）空间分集空间分集

53、。也称天线分集，是移动通信中使用较多的分集形式，简单的说，就是采用多付接收天线来接收信号，然后进行合并。为保证接收信号的不相关性，这就要求天线之间的距离足够大，在理想情况下，接收天线之间的距离只要波长的一半就可以了。空间分集是最常见的形式，所谓空间分集就是采用多个天线进行接收，使每个天线之间相隔半波长的整数倍，这样可以将天线置于非相关衰落模式，如果一个天线接收到的信号处于深衰落，另一个天线接收的信号极有可能衰落很小）。空间分集既可以用于基站也可以用于移动台。空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一信号。只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信呈的衰落是不相关的

54、，为此，空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d的天线，间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关。在设计时可以选择最佳天线分支，天线分支越多，平均信号越好。通过采用空间分集可能将瑞利快衰落效应减低至慢衰落的阴影大小，但是多天线系统对慢衰落没有多大作用。空间分集的另一大优点是可以减小同频干扰。空间分集的缺点是，多个天线的接收使得设备的成本大大提高了。极化分集是空间分集的一个特殊有效的模型。在移动环境下，空中的水平路径和垂直路径是不相关的，因而信号也呈现不相关的衰落特性。这就可在发射和接收端各装两付天线，一个水平极化天线，一个垂直极化天线，这就可以得到两个不相关的信号。这一技术在蜂窝移动用户激增时

55、，在改进链路的传输效率和提高容量方面有很明显的效果由于两个不同极化的电磁波具有独立的衰落特性，所以发端和收端可以用两个位置很近但为不同极化方向的天线发送和接收信号，以获得分集效果。极化分集可以看作空间分集的一种特殊情况，其优点是设备的结构紧凑，节省空间，缺点是由于射频功率要分配到两副天线上，因此有发射功率要损失3dB。（2）频率分集）频率分集 频率分集是指承载相同信息的信号用多个载波传送，这些载波不能使用连续的频率，他们之间的频率间隔应该大于等于信道的相干带宽。频率分集常用于宽带、微波、点对点系统。然而，频率分集带来了频谱资源的浪费。在实际应用中，采用1:N备用保护方式。在这种方式中，有一个频

56、道是空闲的，作为备用频道。当链路上的N个载频中的一个需要分集时，就利用备用频道，把相应的业务切换到备用频率上。由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息，以实现频率分集。频率分集需要两部以上的发射机同时发送同一信号，并用两部以上的接收机来接收信号。（3）时间分集）时间分集时间分集与频率分集类似，它是用不同的时隙来传送承载相同信息的信号。同样，连续时隙的间隔要大于信道的相干时间。在频率分集和时间分集中，信号的处理过程常采用块交织来减小突发错误。快衰落除了具有空间和频率独立性之外，还具有时间独立性。即同一信号在不同的时间区间多次重发，

57、只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复到的同一信号进行合并，就能减少衰落的影响。接收机接收机1接收机2接收机发射机1发射机2存储器比较器（1）空间分集 （2）频率分集（3）时间分集图2.13为分集接收的示意图 2.合并方式合并方式 接收端收到M（M2）个分集信号后，如何利用这些信号以减小衰落的影响，这就是合并问题，一般均使用线性合并器，把输入的M个独立衰落信号相加后合并输出。假设M个输入信号电压为r1(t)，r2(t),，rm(t)，则合并器输出电压rr(t)为rr(t)=a1r1(t)+a2r2(t)+amrm(t)=akrk(t)(式2-2)

58、选择不同加权系数，就可构成不同的合并方式。常用的有以下三种方式：（1）选择式合并，选择式合并是检测所有分集支路的信号,以选择其中信噪比最高的那一支路的信号作为合并器的输出。由上式可见，在选择式合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为0。两个支路的中频信号分别经过解调，然后作信噪比比较，选择其中有较高信噪比的支路接到接收机制的共用部分。选择式合并又称开关式相加。这种方式方法简单，实现容易。但由于未被选择的支路弃之不用，因此抗衰落不如后述两种方式。图2.14选择式合并原理图（2）最大比值合并。最大比值合并是一种最佳合并方式，每一支路信号包络rk(t)用rk表示，每一支路的加权系统数ak与信号包络r

59、k成正比而与噪声功率Nk成反比。分集的每一路都有一个加权，加权的权重依各支路信噪比来分配，信噪比大的支路权重大，信噪比小的支路权重小。各支路信号变为同相位，与电平成比例的权值相乘后相加。图2.15为最大比值合并原理图。图2.15最大比值合并原理图3）等增益合并。等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的，各支路信号变为同相后相加。等增益合并方式实现比较简单，其性能接近于最大的比值合并。图2.16为等增益合并原理图。2.3.3 跳频技术跳频技术 跳频简单的说就是在传送时不断的改变频率。跳频技术最初用于军事传输系统，目的是保证安全性和防止拥塞，有效地提高系统质量，提高频率利用率，用在GS

60、M-R上，主要是用来解决容量以及通话质量问题。2.3.4 信道均衡信道均衡 数字传输的引入带来了另一问题是时间色散。这一问题也起源于反射，但与多径衰落不同，其反射信号来自远离接收天线的物体约在几千米远处。由基站发送“1”、“0”序列，如果反射信号的达到时间刚好滞后直射信号一个比特的时间，那么接收机将在从直射信号中检出“0”的同时，还从反射信号中检出“1”，于是导致符号“1”对符号“0”的干扰。在带宽受限的数字信道中，多径效应会造成码间干扰产生误码，均衡就是一项用来克服码间干扰的技术。在移动通信系统中，信道的特性对接收端来说总是未知的，许多情况下，信道还可能是时变的。这时就可以用均衡起来调节信道

61、的响应，适应信道的时变性。均衡器通常采用训练模式来估计信道的特性，在传输之前先获得信道畸变以及衰减特性，然后利用这些信息去纠正接收到的信号。训练模式是在传输用户信息之前先发送一个训练序列，这个训练序列对于接收端是已知的或者是一个伪随机序列。当接收端的节挑起收到训列序列后与原始的已知信号做比较，以次获得信道特性信息，再根据这些信息通过一定的算法对后面接收到的信息进行解调。为了保证有效的消除码间干扰，均衡器需要做周期性的重复训练。均衡器常被放在接收机的基带或中频部分实现。自适应均衡的原则是根据传输失真的时变特性，自适应地进行补偿，使其接近不失真传输要求。2.3.5不连续发射不连续发射DTX和不连续

62、接和不连续接收收DRX 1.不连续发射DTX不连续发射DTX简单的说是指移动台在有语音或数据传送时才打开发射机。在一个正常的交谈中，参与者都是谈话和沉默听对方讲话的时间大约各占一半。如果没有话音进入麦克风，也就没有信息在无线信道上发送。不连续发射功能（DTX）是仅在探测到连接中有话音时才发射。这将减少了移动台和BTS的功率损耗，同时也能减少无线信道上的总的功率。这个功能由BTS发射，BSC控制在BSC中执行。如何实现不连续发射功能：DTX允许无线发射机在话通话期间根据话音的有无进行开关操作。在个正常的交谈中将会减少50%的发射时间。采用DTX方式有两个目的，一是降低空中总的干扰电平(约降低网路

63、干扰功率40%)，提高系统效率；二是节省无线发信机电源的耗电，尤其是移动台。（1）话音激活检测为实现间断传输方式，首先必须表明什么时候需要或不需要传输。对于讲话情况，就必须检测是否有话音激活，这就是通常所称的话音激活检测(VAD)。其功能是指明话音编码器产生的每20ms帧是否含有或不含有话音。发射机（BTS和MS中）的VAD是用于检测业务帧中是否包含话音、非透明数据或背景噪声。如果业务帧中只包含噪声，发射机发送一个SID（静默指示符）帧，然后停止发射信号。VAD需对存在话音时的噪声和不存在话音时的噪声加以区别。在移动环境下，检测话音的最大困难在于话音/噪声之比经常很低。为提高VAD的精度，在进

64、行判决之前采用了滤波器以提高话音/噪声比值。最差的话音/噪声比值发生在车台移动的情况，同时还发现移动环境下的噪声，在相当长时间是相对不变的，因此有可能采用一个自适应滤波器(带有噪声期所得的参数)，以去掉大量汽车噪声。判决的主要依据是滤波的信号能量与阈值之间的比较。移动环境中所遇到的噪声可能在一个等级上不断变化。噪声的频谱也在变化，并且随汽车的不同其差别也很大。由于这些变化，VAD阈值和自适应滤波器的系数也必须根据非激活期估计的背景噪声特性而不断地进行调整。为了达到可检测性，阈值必须足以高出噪声电平，以避免把噪声识别为话音；同时又必须保障话音的低电平部分不要被误认为噪声，仅在话音不存在的时候，可

65、更改阈值和滤波器参数。还应指出，为了确保低电平噪声不被检测为话音，还使用一个附加的固定阈值。（2）舒适噪声经验表明，在话音突然起始或中止时，随着发信机的开启或关闭会产生噪声调制，使听者受到严重的干扰。干扰随间断传输而有规则地发生，十分令人讨厌。另外，在发信机关闭期间，收方采用完全静噪措施，噪声突然消失，会给听者造成一个联系中断的错觉。因此，在GSM系统中的DTX方式并不意味着在话音间隙期简单地关闭发信机，它要求在发信机关闭之前，必须把发端背景噪声的参数传给收端，并且在话音间隙期间，也要每隔一定时间开启发信机，将发端新的参数传给收端。收端利用这些参数，人为地再生与发端类似的噪声，这就是通常所称的

66、“舒适噪声”。背景噪声的特性由特殊的帧(SID)传送。在每个非激活期的开始送出一个SID帧，而更多的SID帧将随之规则地送出，至少每秒二次，一直持续到非激活期结束。2.不连续收DRX基站如何找到手机，通过基站寻呼找到手机的。所谓非连续接收是指移动台在空闲模式下，并不是时时解读所有的系统消息及寻呼块内容，而是根据其所属的寻呼组周期性的打开接收机来解读系统广播消息及寻呼块内容。换句话说：手机大部分时间处于关闭状态，仅定时接收传呼信息GSM-R系统维护与应用系统维护与应用第三章GSM-R的网络结构第第3章章 GSM-R的网络结构的网络结构3.1 GSM-R的网络组成 3.1.1 移动终端设备 3.1

67、.2 BSS基站子系统 3.1.3 直放站和泄露同轴电缆 3.1.4 NSS网络子系统 3.1.5 OSS操作与维护子系统3.2 GSM-R 网络规划 3.2.1 GSM-R组网技术概述 3.2.2 核心网规划 3.2.3 无线网规划3.3 GSM-R系统编号计划 3.3.1 GSM系统编号 3.3.2 GSM-R系统编号类型3.1 GSM-R的网络组成的网络组成铁路GSM-R数字移动通信系统是铁路专用移动通信网，是直接为铁路运输生产和铁路信息化服务的综合通信平台。GSM-R系统主要包括：终端设备、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）和运行与支持子系统（OSS）等四个部分。3.1 GSM

68、-R的网络组成的网络组成3.1.1移动终端设备移动终端是指用户端把所需传送的信号转换成无线电波的设备。移动台的类型可分为车载台、便携台和手机。专门用于GSM-R网络的手机外观上与普通手机大同小异，这种手机除了能像普通GSM手机那样进行语音通话外，还增加了铁路运输专用的调度通信功能，甚至能够无线传输图像。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.1移动终端设备移动终端包括：1.移动终端（手机）基带信号处理单元：信源编码、信道编码、交织、加密等射频单元：调制解调器、射频发射机、接收机等控制单元：CPU、电源控制模块等2.用户识别模块（SIM卡）存储数据：电话簿、通话记录、位置区标记、连接频道等

69、运算：鉴权和加密时的运算3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.2BSS基站子系统通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号发送接收和无线资源管理，与MSC相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。 1.BTS基站收发信台2.BSC基站控制器3.TRAU码转换器4.CBC小区广播中心3.1 GSM-R的网络组成的网络组成1.基站收发信机（BTS）BTS是无线接口设备，完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。BTS包括天线、耦合系统、收发信机及基站公共功能组成。3.1 GSM-R的网络组成的

70、网络组成（1）天线能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。天线的功能：能量转换导行波和自由空间波的转换；定向辐射（接收）具有一定的方向性。天线的辐射原理：天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念 天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念电磁波辐射与场区的划分电磁波辐射与场区的划分电磁波辐射与场区的划分电磁波辐射与场区的划分 (a) (a) 感感感感应应近近近近场场 (b) (b) 辐辐射近射近射近射近场场(c) (c) 辐辐射射射射远场远场 天线实际使用区域为辐射远场区天线实际使用区域为辐射远场区天线实际使用区域为辐射远场区天线实际使用区域为辐射远场

71、区 根据根据C（光速）（光速）=f（频率）（频率）（波长）（波长） 得出波长与频率成反比得出波长与频率成反比频率越低，波长越长，天线越大半波振子半波振子1/4 1/4 波长波长1/4 1/4 波长波长1/2 1/2 波长波长半波振子半波振子波长波长1/2 1/2 波长波长半波振子是天线的基本辐射单元天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念小于半波长小于半波长半波长半波长大于半波长大于半波长半波振子半波振子天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念 基站天基站天线组成成(定向）定向）天线原理天线原理天线基本概念天线基本

72、概念 基站天基站天线组成（全向）成（全向）天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念 室内分布天室内分布天线组成成单锥全向吸顶单锥全向吸顶双锥全向吸顶双锥全向吸顶天线增益的几个要点：天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。增益每提高3dB，天线体积变大一倍。对于基站天线，对于基站天线，对于基站天线，对于基站天线，C C取取取取3300033000较为合适较为合适较为合适较为合适。天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。增益、方向图和天线尺寸之关系增益、方向图和天线尺寸之关系天线原理天线

73、原理天线基本概念天线基本概念将“轮胎”压扁，信号就越集中，增益就越高，天线尺寸就越大。 增益、方向图和天线尺寸之关系增益、方向图和天线尺寸之关系天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念天线辐射参数辐射参数:主瓣；副瓣；半功率波束宽度；前后比；交叉极化鉴别率；增益；上旁瓣抑制；下零点填充；波束下倾角；天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念方向图：方向图：由三维辐射立体图转化成的二维平面图形，包括水平面方向图及垂直面方向图。水水平平面面垂垂直直面面上旁瓣上旁瓣 (dB) (dB)下旁瓣下旁瓣 ( (dB)dB)天线辐射参数天线辐射参数旁瓣抑制、零点填充、波

74、束下倾旁瓣抑制、零点填充、波束下倾角角天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念前后比是指扇形天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比后向功率后向功率前向功率前向功率前后比前后比( (dB) = 10 log dB) = 10 log ，典型值约为典型值约为25dB25dB目的是尽可能减少后向辐射功率目的是尽可能减少后向辐射功率前向功率前向功率后向功率后向功率天线辐射参数前后比天线辐射参数前后比天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念前后比较差前后比较差前后比较好前后比较好天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念驻驻波比：波比：波比：波比：天天天天线线高效率高

75、效率高效率高效率辐辐射的基本指射的基本指射的基本指射的基本指标标要求。要求。要求。要求。在全在全在全在全频频段内考察段内考察段内考察段内考察VSWRVSWR，取最大，取最大，取最大，取最大值为值为指指指指标标。评评估估估估举举例：指例：指例：指例：指标为标为1.51.5，所有，所有，所有，所有频频点都需要点都需要点都需要点都需要优优于于于于该该指指指指标标。减小的天线辐射功率减小的天线辐射功率VSWR 回波损耗回波损耗(dB)反射功率反射功率(dB)3.0 6.025%1.252.0 9.511%0.51.8 11.08.0%0.361.5 14.0 4.0%0.171.4 15.52.8%0

76、.121.3 17.51.7%0.071.2 21.00.8%0.03天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念防雷保护器防雷保护器主馈线（主馈线（7/87/8“）馈线卡馈线卡接地装置接地装置接头密封件接头密封件绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVCPVC绝缘胶带绝缘胶带天线调节支架天线调节支架抱杆抱杆室外馈线室外馈线室内超柔馈线室内超柔馈线馈线过线窗馈线过线窗基站主设备基站主设备天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念一体化结构螺纹拧固驻驻波波波波测试测试主意事主意事主意事主意事项项：1 1）测试环测试环境：空境：空境：空境：空旷旷无遮无遮无遮无遮挡挡2 2）校准：需把）校准：需把）校准：需把）校

77、准：需把转转跳跳跳跳线线一起校准一起校准一起校准一起校准3 3）接）接）接）接头头：质质量要好量要好量要好量要好N型公头跳线天线天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念垂直面波束宽度14度垂直面波束宽度7度垂直面波束宽度上3dB覆盖点主瓣顶点下3dB覆盖点主瓣覆盖距离14度667.84米198.49米114.48米553.36米7度307.19米198.49米145.79米161.4米基站的基站的下倾角下倾角是指天线和竖直面之间的夹角。是指天线和竖直面之间的夹角。例：基站设置例：基站设置-站高：站高：35米，米， 下倾角度：下倾角度：10度度垂直方式垂直方式水平方式水平方式+ 45+ 45斜角

78、斜角- 45- 45斜角斜角无线电波振动的平面称为它的极化面天线辐射参数天线辐射参数极化极化天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念l即一个单元中有两个天线l两个天线中的波是相互独立的V/H (V/H (垂直垂直/ /水平水平) )斜角斜角 (+/- 45 (+/- 45) )天线辐射参数天线辐射参数极化极化天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念应用应用环境环境极化分集极化分集增益增益(dB)(dB)空间分集空间分集增益增益(dB)(dB)密集建筑区(室内)3.75.0密集建筑区(室外)4.73.3一般城镇(室内)4.03.7一般城镇(室外)5.74.

79、7农村2.75.33.1 GSM-R的网络组成的网络组成（2）双工器为了节省空间和支出，一般基站内部的发射机和接收机公用同一个天线。（3）耦合系统耦合器用于接收端，合路器用于发射端。耦合器将接收到的无线信号分为几路给不同的接收机，合路器则将几路从不同发射机过来的射频信号合为一路到天线发射。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成（4）收发信机TRX（载频单元）进行编码、加密、调制，然后将射频信号馈送给天线；将信号解密、均衡、然后解调；移动呼叫检测；上行链路信道测量；定时提前量的测量；跳频。（5）基站公共功能BCFBCF通过Abis接口与BSC相连，它的功能是将语音和用户数据信道合成以后发送给BS

80、C和将信令信道合成以后发送给BSC。此外，BCF还具有以下功能：Abis接口管理，时隙分配，外部警报等。（6）接口与协议Um接口连接MS与BTS；Abis接口连接BTS和BSC。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成2.基站控制器（BSC）主要负责对无线侧的管理，具有对一个或多个BTS进行控制的功能，实际上它是一台具有强处理能力的小型交换机，主要负责无线资源管理（采用那个频率，通信信道的安排，同步，执行小区间的越区切换等），功率控制等功能，是个很强的业务控制点。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成2.基站控制器（BSC）3.1 GSM-R的网络组成的网络组成2.基站控制器（BSC）BSC的基

81、本功能包括：无线呼叫处理：建立与释放无线链路和进行MSC和BTS之间的信道交换；无线资源管理：无线接入处理，无线信道分配（业务和信令），无线信道监控；业务集中管理：可以减少传送费用；短消息业务（小区广播管理）：向OMC-R所规定的目标小区广播短消息。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.码转换器（TRAU）TRAU的基本功能是把无线信号的速率与有线信号的速率进行匹配。GSM系统是通过TRAU把13Kbit/s转换成为64Kbit/s。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成4.小区广播中心（CBC）CBC控制BSC在某一个小区或者某几个小区发送小区广播，使这些区域的移动台都能收到小区广播。C

82、BC是GSM-R系统的特殊设备。3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 GSM-R是基于GSM平台上开发出来的铁路专用数字式无线通信系统。 铁路沿线地形复杂多隧道、沟堑、山体和坡地。这些地形都对GSM-R信号形成阻挡产生大量盲区。如果使用基站对这些区域进行信号补强，会造成极大的投资浪费并会使得线路运行设备频繁进行切换影响通信效果。目前对这些弱场区域的信号一般都采用光纤直放站配合天线或漏缆进行补强，以保证GSM-R网络覆盖的稳定连续。3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站 光纤直放站由近端机、远端机、光纤和网管系统组成。近端机在GSM-R基站侧将射频口的信

83、号数字化处理，通过光纤传送到远端，利用远端数字单元还原、射频单元再生、放大，实现GSM-R基站信号拉远覆盖。近端机 DAU远端机 DRU四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备（1 1）近端机设备：）近端机设备：射频单元、数字中继单元、光传输单元 3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备（1 1）近端机设备：）近端机设备：射频单元 双工器、滤波器、变频单元 双工器：实现收、发（上行、下行）信号的分离。变频单元：上行变频单元和下行变频单元 下

84、行变频单元主要是实现将基站过来的射频信号变为数字中频模块中ADC能够接收采样的中频信号。 上行变频器是将数字中频模块DAC输出模拟中频信号变为基站接收的上行射频信号。3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备（1 1）近端机设备）近端机设备 数字中频单元： ADC、DAC、DDC、DUC、CPRICPRI：由爱立信、华为、NEC、北电和西门子五个厂家联合发起制定，用于无线通讯基站中基带到射频之间的通用接口协议。ADC：将模拟中频信号通过高速采样变为数字信号

85、；DAC：将DUC信号转变为模拟中频信号；DDC：将ADC采样的数字中频信号转换到基带并形成I/Q数据；DUC：将基带I/Q数据由基带频率转换到数字中频； CPRI：传送GSM-R基带数据；3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站（1 1）近端机设备）近端机设备3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备 光传输单元 数字光模块将CPRI输出的高速串行信号通过光模块进行传输到对端 监控单元 完成对近端机设备的本地监控和远程监控（1 1

86、）近端机设备）近端机设备3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备（2 2）远端设备）远端设备光传输单元、数字中频单元、射频单元监控单元、供电系统 3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆 1.直放站3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备（2 2）远端设备）远端设备 远端机设备中的光传输单元、数字中频单元、监控单元、供电系统与近端机中对应单元的功能相似。 射频单元中除了变频单元、双工器、滤

87、波器之外还增加了下行高功率放大器（HPA）和上行低噪声放大器（LNA）。HPA： GSM-R下行射频信号进行放大实现对覆盖区的大范围覆盖；LNA： 对上行GSM-R信号进行低噪声放大提高系统的接收灵敏度；四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备2.泄漏同轴电缆 泄露电缆是一种具有特殊结构的同轴电缆，与普通的同轴电缆不同的是，泄露电缆在其外导体上沿长度方向周期性地开有一定形状的槽孔，所以又称为开槽电缆。电缆内部传输的一部分高频电磁能可以由这些槽孔以电磁波的形式向外部辐射，同时又可以通过槽孔接收外部的电磁波，加上同轴电缆原有的传输性能，可以说，泄露同轴电缆兼有传输线和收、发天线的功能

88、。3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆3.1.3 直放站和泄漏同轴电缆直放站和泄漏同轴电缆长日光灯管长日光灯管 . 和传统电灯泡的差别和传统电灯泡的差别.辐射型电缆和天线的差别就象是辐射型电缆和天线的差别就象是辐射型漏缆优势辐射型漏缆优势辐射型漏缆优势辐射型漏缆优势辐射漏缆辐射漏缆安装时间长信号波动范围小在火车里的穿透损耗最佳最小的阴影衰落宽频带天线天线较容易安装信号波动范围大火车里的穿透损耗大高阴影衰落窄频带四、四、GSM-R数字光纤直放站数字光纤直放站设备设备3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统基本的NSS由六个功能实体组成：分别是：移动交换中心

89、（MSC）.归属位置存储器（HLR）.拜访位置存储器（VLR）.鉴权中心（AUC）.设备识别寄存器（EIR）和互连功能单元（IWF）。GSM-R网络由于铁路特殊功能的需要，增加了组呼寄存器（GCR）。另外，为实现铁路特殊的语音调度功能和高速率的数据传送，还增加了智能网（IN）和通用分组无线业务（GPRS）。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统GSM-R网络子系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统三大部分。1.SSS交换子系统SSS主要完成用户的业务交换功能，完成用户数据与移动性管理.安全性管理.安全性管理所需的

90、数据库功能。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统1.SSS交换子系统MSC：移动交换中心（核心）VLR：访问位置寄存器HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心EIR:移动设备识别寄存器IWF:互联功能单元SMSC:短消息服务中心GMSC：网管移动交换中心GCR:组呼寄存器AC：确认中心3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统2.IN智能网子系统主要是在SSS中引入的智能网功能实体，将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对呼叫的智能控制。SSP：业务交换点SCP：业务控制点SMP：业务管理点SMAP：业务管理接入点SCEP:业务环境接入点IP：

91、智能外设3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统1.SSS交换子系统移动业务交换中心（MSC）：负责用户的移动性管理和呼叫控制；拜访位置寄存器（VLR）：负责存储进入该区域内已登记用户的信息；归属位置寄存器（HLR）：是一个负责管理移动用户的数据库。HLR存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等；鉴权中心（AuC）：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体，AuC只通过HLR和其他网络实体通信；移动设备识别寄存器（EIR）：对移动设备进行鉴定的存储器；互连功能单元（IWF）：与固定网络的数据终端之间提供速率和协议的转换；短消息服务中心（SMSC）：负责

92、向MSC传送短消息信息；网关移动交换中心（GMSC）：与外部网络相连时的网关作用；组呼寄存器（GCR）：用于存储移动用户的组ID；确认中心（AC）：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统2.IN智能网子系统l业务控制点（SCP）：接收SSP发出指令，执行业务逻辑，实现业务控制功能，存储业务逻辑和网络、用户数据。l业务交换点（SSP）：检测智能业务的请求，与SCP通信，对SCP响应，允许SCP影响处理。可与MSC合设，也可分设。l业务管理点（SMP）:管理SCP中的业务逻辑，用户数据。l业务管理接入点（SMAP）：业务管理接入功能。l业务

93、生成环境（SCEP）：智能业务的研发部分。l智能外设（IP）：提供外部智能设备。3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统3.GPRS通用分组无线子系统负责为无线用户提供分组数据承载业务。SGSN：服务GPRS支持节点GGSN：网关GPRS支持节点PCU:分组控制单元3.1 GSM-R的网络组成的网络组成3.1.4NSS网络子系统3.GPRS通用分组无线子系统GPRS服务支持结点(SGSN,ServingGPRSSupportingNode)：SGSN通过帧中继与BSS连接，是GPRS骨干网的重要组成部分，SGSN是移动终端和GPRS网络之间的接口。它具有以下功能：记录移

94、动终端的当前位置信息；在移动终端和GGSN之间转发移动分组数据；对数据进行压缩；实现鉴权.登记和加密。GPRS网关支持结点(GGSN,GatewayGPRSSupportNode)：GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网与其它GGSN和SGSN相连的，它是连接GPRS网和外部数据网的网关。通过一个GGSN，GPRS可以连接到多个外部数据网上。它的主要功能有：可维护内部GPRS骨干网；可连接多个外部数据网(X.25网和Internet)。分组控制单元(PCU)其作用如下：负责处理无线信道的数据业务；无线数据信道的管理和分配；用户数据的压缩.加密和转发；向GPRS网络屏蔽使用的无线技术。3.1

95、GSM-R的网络组成的网络组成3.1.5OSS操作维护子系统OSS可以分为两部分：对应BSS的操作与维护中心（OMC-R）和对应NSS的操作与维护中心（OMC-S）。OMC-R与BSC的连接有两种途径：一种是直接通过X.25数据网络与BSC相连；另一种是BSC先与TRAU相连，然后通过MSC再与OMC-R连接。OMC-S通过OMN接口与MSC相连。其主要功能为以下几点：对交换网、智能网、GPRS系统、基站、直放站等设备进行网管功能,对用户识别卡进行管理,计费、结算、营帐、客服等功能，均由软件实现。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划GSM-R网络实际上由三大部分组成：GSM-R陆地移动网络、

96、FAS固定网络、移动终端和固定终端。GSM-R网络规划的主要内容如下：核心网规划(移动交换网、智能网、GPRS、GSM-R与外网的接口)无线网络规划(频率资源、蜂窝空间)传输网规划建网原则工程实施OPHOPHCIROPHOPH3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述1.基站子系统组网方式星型组网链形组网环型组网3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（1）小区形状在铁路、高速道路上的用户呈线状分布，小区采用椭圆或者圆形。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（1）小区形状

97、在一些枢纽地区，铁路交错分布，将采用面状网的蜂窝网的覆盖方式。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（1）小区形状面状小区形状为蜂窝状，是因为正六边形有最大的小区面积、最远的中心距离、最小的交叠面积及宽度。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配 我们把由若干个使用全部频率的小区组成的集合称为一个区群，区群内的小区频率唯一，不同区群可以使用相同频率。把不同区群中使用相同频率的小区称为同频小区，任意两个同频小区之间的距离称为同频复用距离。为了避免同频小区之间的干扰，必须选定一个合适的同频复

98、用距离。 3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配蜂窝式移动通信网通常是先又若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干无线区群构成整个服务区。区群的组成应满足两个条件：一是区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖；二是邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。满足上述条件的区群形状和区群内的小区数不是任意的。可以证明，区群内的小区数N应满足下式： i, j为正整数。 由此可计算出N的取值表如表所示。3.2 GSM-R的网

99、络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配区群的组合：3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配确定同信道小区的位置和距离同信道小区的位置和距离可用下面的方法。下图中i=3，j=2，N=19。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配设小区的辐射半径(即正六边形外接圆的半径)为r，则从上图可以算出同信道小区中心之间的距离为 可见群内小区数N越大，

100、同信道小区的距离就越远，抗同频干扰的性能也就越好。例如：N=3, D/r=3; N=7, D/r=4.6; N=19, D/r=7.55。 3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配蜂窝频率分配方式可分为固定信道分配和动态信道分配。在固定信道分配方案中，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。这种方式的优点是管理和控制过程容易，缺点是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。3.2 GSM-R的网络规划的网络

101、规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（2）频率分配动态信道分配是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。在这种方式中，信道都由MSC（移动交换中心）来管理和执行分配。这种方法的优点是有效的利用了资源，降低了呼损率，但是由于在动态分配的过程中要监视信道的使用情况，检查所分配的信道是否满足干扰的要求，需要收集和处理大量的数据，因此控制复杂，成本较高。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述我国规定采用7个基站21个小区的模型。3.2 GSM-R的网

102、络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（3）平衡设计平衡设计的关键是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，多路耦合器又预选滤波器、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。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.1GSM-R组网技术概述2.网络覆盖方式（4）小区分层根据覆盖地区的人口密度和移动台移动速度的要求，可以按照覆盖范围的大小将小区分为以下四种类型扩展小区：半径35km-120km，

103、主要由于沿海地区海域的覆盖。宏小区：半径1km-35km，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0.1km-1km，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。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划1.移动交换网（1）核心网（SSS）MSC设置：规划在18个铁路局所在地以及拉萨设置MSC（含VLR/GCR/IWF等设备），共计19个。北京、武汉、西安等3个大区，设置3个TMSC，TMSC之间网状网连接。3.2 GSM-R

104、的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划1.移动交换网3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划1.移动交换网（1）核心网（SSS）网关局（GMSC）：与MSC同址设置，作为与其他网间的互联互通点。网络建设初期由移动端局MSC兼任，当网络规模和业务量达到一定程度时，可考虑独立设置。HLR的设置：全路在北京和武汉设置2个HLR，采用地理冗余成对配置，北京主用，武汉备用，成对的两个HLR间实时数据复制。容量按照全网MSC用户容量的120150进行配置，确定HLR容量为800000用户，远期可进行扩容。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划1.移动交换网（1）核心

105、网（SSS）短消息服务中心（SMSC）：在北京、武汉分别设置1套SMSC，并互为备用。根据全路19个MSC的用户容量，按每用户每天发送3条短信的话务模型，确定SMSC容量为40万BHSM，远期可根据全路GSM-R系统建设的情况进行扩容。紧急呼叫确认中心（AC）：在MSC所在地各设置1套AC记录存储设备，对紧急呼叫的相关信息进行记录、储存。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划1.移动交换网（2）固定用户接入交换系统设置固定用户一般指调度员或者车站值班员，采用有线方式和FAS（固定用户接入交换机）相连，FAS再与MSC相连实现无线和有线的互通。3.2 GSM-R的网络规划的网

106、络规划3.2.2核心网规划2.智能网智能网规划包括业务控制点SCP的设置、业务交换点SSP的设置、其它设备的设置等。（1）业务控制点SCP的设置：北京和武汉设置2个SCP节点，每个节点均采用硬件和软件冗余备份，2个SCP节点之间建立主备用关系，通过广域网实现高速互联，保证SCP数据实时同步。（2）业务交换点SSP的设置：SSP是受SCP指令控制起接续作用的部件，SSP与MSC合设。（3）其他设备的设置：IP、SMS和SCE在建网初期暂不配置。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划3.GPRS网（1）GPRS数据网络分为骨干网和本地网两个层次。骨干层由北京、武汉、西安3个大区

107、节点的骨干路由器组成，为网状连接。本地层由19个GPRS业务节点所在地的路由器组成。本地层路由器与骨干层路由器互连。为保证网络的可靠性，每个本地网节点的本地路由器成对设置，分别接入不同的骨干网节点。（2）GPRS节点的设置：北京、武汉各设置一套全网服务器，全路共享。北京、武汉、西安设骨干层路由器，在铁路局所在地及拉萨等地新设19个GPRS节点（GGSN、SGSN）。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划3.GPRS网3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.2核心网规划4.GSM-R网与外网接口（1）列控系统RBC（2）同步操控系统地面应用节点（3）铁通PSTN专网交换

108、机（4）FAS（固定用户接入交换机）系统（5）TDCS及其他应用系统3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.3无线网规划1.BSC与TRAU的设置（1）BSC设置原则：铁路枢纽地区BSC与MSC同址设置，铁路干线和没有MSC的枢纽，BSC宜设置在较大的通信站。为减少BSC间的切换，各BSC所控制的区域应相对集中，不跨铁路局管界。各BSC负荷应留出网络优化时调整的余量。（2）TRAU设置原则：TRAU与MSC同址设置，并根据工程实际容量配置设计。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.3无线网规划2.基站设置（1）覆盖区范围和场强要求：应保证基站辐射场强的有效覆盖范围，覆盖范围为工程

109、设计的铁路作业区，在直辖市、省会城市和计划单列市的城区，铁路GSM-R系统的覆盖范围为铁路外侧轨道两侧各2km，其他地域覆盖范围为铁路外侧轨道两侧各6km。铁路GSM-R场强应连续覆盖，根据铁路中长期发展规划，场强覆盖指标应符合具体业务需求，并预留远期发展条件。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.3无线网规划2.基站设置（2）不同地区站型规划车站基站宜采用全向站型，圆形或沿铁路椭圆形覆盖。区间基站宜采用全向站型，沿铁路椭圆形覆盖。枢纽地区根据覆盖和容量的需求，可以采用定向站型或全向站型。在铁路枢纽车站和屏蔽性能良好的室内，可以采用微蜂窝基站。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.

110、2.3无线网规划2.基站设置（3）弱场区解决方案铁路无线弱场区情况比较复杂，工程中应结合具体应用和现场情况合理选择以下方案：山区、隧道、路堑等弱场区可根据需要采用增加基站。在站房内、地下通道和旅客车厢内，可根据需要采用室内分布系统。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.3无线网规划3.工作频段 采用900MHz工作频段 885889MHz （移动台发，基站收） 930934MHz （基站发，移动台收） 共4MHz频率带宽,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10001018。3.2 GSM-R的网络规划的网络

111、规划3.2.3无线网规划4.GSM-R网络的BSS组网方案（1）单网交织冗余覆盖网络单网交织冗余覆盖是指铁路沿线由一层无线网络进行覆盖，但在系统设计时通过加密基站，使线路上的某个地点的基站出现故障时，该地点的场强仍能通过相邻基站得到保证，使沿线的业务应用不会因个别无线设备的故障而中断。交交织单网网BSCMSC设计电平平92/-95dBm可靠性高、但切可靠性高、但切换数量增加会使数量增加会使频率利率利用率低，适于承用率低，适于承载CTCS-3级列控的高列控的高铁。交交织单网网3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.3无线网规划4.GSM-R网络的BSS组网方案（2）同站址无线双层网络同站址

112、无线双层网络是指2个基站并列设在同一站点，形成了铁路沿线的2个无线网络层。同一站点的2个基站安装在同一个机房内，有类似的覆盖区域。这种方式易于安装，还可降低安装成本，但没有考虑容灾问题。如果某地发生灾害（火灾、洪水、闪电等），同一站点的2个基站都会损坏，造成在某一路段内同时失去2层网络的覆盖。同址双网同址双网BSC1BSC2MSC1可靠性高，易于安装，但容灾性比可靠性高，易于安装，但容灾性比较差。差。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.3无线网规划4.GSM-R网络的BSS组网方案（3）交织站址无线双层网络与同站址方式不同，交织站址无线双层网络中的第二层基站位于一层2个连续的基站之间

113、。如图所示，每个基站有独立的机房和天馈系统。其优点是如果某地发生灾害，只有其中一个层失去覆盖，另外一层的服务不受影响。但与此同时也带来了小区规划复杂以及基站站址和安装成本增加等问题。交交织双网双网BSC1MSC1设计电平平92/-95dBmBSC2可靠性最高，可靠性最高，对站址需求低，但投站址需求低，但投资高、无高、无线参数参数设置复置复杂。3.2 GSM-R的网络规划的网络规划3.2.3无线网规划5.无线网络规划存在的问题（1）带宽问题：在枢纽地区，由于铁路线向各个方向放射状延伸，4MHz的频率带宽显得比较拥挤，目前客专建设就遇到了此类问题，而且将来在客专与既有线平行建设时也会出现同样的问题

114、，因此频带有加宽的必要。（2）干扰问题：由于目前使用的频段为GSM的扩展频段，与中国移动共用，因此在线路穿越繁华地市时干扰严重（胶济线），铁路应申请专用频段，信产部（2007）136号文件已下发，自2009年年底，铁路GSM-R频段专用。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号1移动用户的电话号码（MSISDN）MSISDN是指主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码。国家码CC是用来代表国家的，如中国为86。国内目的码NDC用来代表不同号段的。用户号码SN是用来代表不同用户的，一共有八位H0H1H2H3+ABCD，分为两个部分

115、：HLR号码和个人号码。HLR号码为H0H1H2H3用来识别不同HLR，前3位国家编一分配，H3为省内分配。个人号码ABCD是每个HLR中的用户号码。MSISDN的号码举例：86139047700013.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号2.国际移动用户识别码（IMSI）为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动用户，就必须给移动用户分配一个特定的识别码，这个识别码为IMSI，用于GSM移动用户所用信令中，存储在用户识别模块SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号2.国际移动用

116、户识别码（IMSI）MCC移动国家码，由三个数字组成，惟一识别移动用户所归属的国家。如中国为460。MNC：MobileNetworkCode，移动网号，用以代表不同的运营商，两个数字，或用于识别移动用户所归属的移动网。如中国移动是00，联通是01。移动用户识别码（MSIN）用户代表不同用户。共10位。用于唯一地识别国内GSM移动通信网中的移动用户。典型的IMSI举例：460-00-4777770001。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号3.移动用户漫游码（MSRN）当移动台漫游到一个新的服务区时，由访问用户位置寄存器（VLR）给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该

117、移动台的原籍位置寄存器（HLR），用于建立通信路由，一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即将收回。MSRN的结构与MSISDN完全一致。MSRN的结构为1390M1M2M3ABC。M1M2M3为MSC的号码，M1M2M3与MSISDN号码中的H1H2H3相同。ABC编码为000499。用户终端并不知晓此号码。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号4.临时移动用户识别码（TMSI）TMSI是为了对用户身份进行保密，而在无线信道上代替IMSI使用的临时移动用户，这样可以保护用户在空中的话务及信令通道的隐私。TMSI是为了保护用户IMSI不会在空口截获而用的。 GSM区域定义

118、：（1）扇区。当基站收发信机天线采用定向天线时，基站区分为若干个扇区。（2）基站区。基站区即小区，指基站收发信机有效的无线覆盖区。（3）位置区。位置区一般由若干个小区组成，移动台在位置区内移动无需进行位置更新。通常呼叫移动台时，向一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号（4）移动交换中心（MSC）。移动交换中心（MSC）区是指一个移动交换中心（MSC）所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制着多个基站收发信机。从地理位置来看，移动交换中心（MSC）包含多个位置区。（5）公用陆地移动通信网（公用陆地移动通信网（

119、PLMNPLMN）。一个公用陆地移动通信网（PLMN）可由一个或若干个移动交换中心（MSC）组成。在该地区内具有共同的编号制度和路由计划。并由移动交换中心（MSC）完成呼叫接续。（6） GSMGSM服务区服务区。服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与其通信的区域。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号5.位置区识别码（LAI）LAI代表MSC业务区的不同位置区，用于移动用户的位置更新的。其中，MCC与IMSI中的相同，用于识另一个国家，即移动用

120、户国家号码。MNC：移动网号，用于识别国内的GSM网，同IMSI中的MNC。LAC：LocationAreaCode，位置区号码，用于识别一个GSM网中的位置区，是2个字节长的十六进制BCD码，0000与FFFE不能使用。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号6.全球小区识别码（CGI）CGI是用来识别一个位置区的小区，它是在位置区识别码（LAI）后加上一个小区识别码（CI）。CI：CellIdentity,是2个字节长的十六进制BCD码，可由运营部门自定。MCCMNCLAC位置区识别码（LAI）CI全球小区识别码（CGI）3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.

121、1GSM系统编号7基站识别色码（BSIC）用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻的不同的基站收发信机BTS。BSIC为一个6比特编码。NCC国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者(国内区别不同的省)，为XY1Y2。X：运营者(移动X1，联通0)Y1、Y2：分配见表5.4所示。BCC基站色码，识别基站。由运营设定。表5.4 Y1Y2的分配 Y2 Y1 0 1 0 吉林、甘肃、西藏、广西、福建、湖北、北京、江苏 黑龙江、辽宁、宁夏、四川、海南、江西、天津、山西、山东 1 新疆、广东、河北、安徽、上海、贵州、陕西 内蒙古

122、、青海、云南、河南、浙江、湖南 3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.1GSM系统编号8.IMEI（国际移动设备识别码）IMEI唯一地识别一个移动台设备，而与该手机的SIM卡无关。用于监控被窃或无效的移动设备。IMEI的组成如图3.28所示，在用户不用SIM卡作紧急呼叫如110时，IMEI可用作用户标识号码。TAC：号批准码，由欧洲型号认证中心分配。FAC：后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码。SNR：序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移动设备。SP：备用。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号1.国内GSM-R

123、网络号码用于在同一GSM-R网络内注册的用户之间的呼叫。CT：呼叫类型。用来区分GSM-R网络内不同类型的呼叫，提示网络如何解释所拨打的号码。UN：用户号码。由用户识别号码（UIN）和功能码（FC）组成。用户识别号码（UIN）必须是以下号码之一：车次号、机车号、车号、调车组位置号码、维修组位置号码、调度员和值班员位置号码、组位置号码和移动用户号码。功能码（FC）是一种识别号，用来识别列车上或站场内的人员、设备，或者某给定区域内的特定编组。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号2.国际GSM-R网络号码国际GSM-R网络号码用于跨国GSM-R网络之间的呼叫，在国内GS

124、M-R网络号码前附加前缀作为路由码。国际GSM-R网络号码由两部分组成：国际代码（IC）、国内GSM-R网络号码。国际代码（IC）即铁路GSM-R接入码（RAC），用于将呼叫路由到其他国家GSM-R网络，最多由三位数字组成，基于国家码XCC/CCC，并符合ITU-TE.164的规定。中国铁路GSM-R网络国际代码（IC）086。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号3短号码短号码用于GSM-R网络内快速拨号。对某些功能，终端应使用标准短号码发起呼叫。短号码应由4位数字组成，第1位数字应为CT1。短号码应在全国范围内统一定义，但某些号码必须作为国际通用号，以实现互联互

125、通。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号4引示号用于GSM-R网络用户呼叫其他网络用户的分隔码。例如：接入到铁路专用固定电话网，需要使用引示号“901”，然后是被叫方完整的电话号码。当GSM-R网络允许授权用户接入国内公众电信网，应使用引示号“0”，然后是被叫方完整电话号码。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号5移动用户及固定用户号码移动用户及固定用户号码用于GSM-R网络用户之间、其他通信网络的用户与GSM-R网络用户之间的呼叫。（1）移动用户号码：与移动用户有关的号码包括MSISDN号码、国际移动用户识别码（IMSI）、临时移动用

126、户识别码（TMSI）、移动用户漫游号码（MSRN）。（2）固定用户号码：FAS网络用户ISDN号码结构为CC+NDC+SN，其中：CC、NDC同MSISDN号码。SN号码长度暂定为9位，结构如下：C1C2H1H2+ABCDE。C1C2H1H2为FAS的识别号，其中C1C2CT91，H1H2为铁路调度通信网络长途区号，同MSISDN号码。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号6特服号用于特服业务呼叫。可以路由到铁路内部机构和组织，也可以路由到公众机构或组织在GSM-R网络中占用短号码部分资源，开通如下特服号码：（1）障碍申告112（2）电话查号业务114（3）事故救援

127、117（4）面向社会的公众紧急呼叫，包括110、119和999。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号7GSM-R网络设备编号用于标识GSM-R网络设备。网络设备编号包括MSC/VLR/GCR/SSP、HLR/AuC、SCP、SMSC识别码、位置区识别码LAI、全球小区识别码CGI、基站识别码BSIC、漫游区域识别码RSZI、国际移动设备识别码IMEI。3.3 GSM-R的编号计划的编号计划3.3.2GSM-R系统编号8IP地址用于GPRS网络设备、终端设备以及网管设备的TCP/IP寻址。GSM-R网络中IP地址主要包括GPRS网络中网络设备和用户的IP地址两部分。

128、GSM-R系统维护与应用系统维护与应用第四章GSM-R接口与协议第第4章章 GSM-R接口与协议接口与协议4.1 GSM-R的主要接口与协议4.2 GSM-R空中接口物理层 4.2.1 GSM-R的帧结构 4.2.2 GSM-R信道 4.2.3 时隙格式4.3 GSM-R 空中接口Um无线接口层 4.3.1 无线资源管理 4.3.2 移动性管理 4.3.3 连接管理4.4 呼叫处理流程4.5 GSM-R的用户数据4.1 GSM-R4.1 GSM-R的主要接口与协议的主要接口与协议GSM-R系统是由多个功能单元通过接口互联构成的。在GSM-R系统中主要的接口有：无线（Um）接口、Abis接口、A

129、ter接口、A接口、PSTN/ISDN/PSDN接口，这些接口的定义和标准化能保证不同供应商生产的移动台、基站子系统和网路子系统设备能纳入同一个GSM-R数字移动通信网运行和使用。4.1 GSM-R4.1 GSM-R的主要接口与协议的主要接口与协议1.Um接口协议Um接口（空中接口）位于移动台MS和基站收发信台BTS之间，是二者的通信接口，用于移动台与系统固定部分之间的通信，其物理连接通过无线链路实现。Um接口上的协议可以分为三层。第一层是物理支持：TDMA帧、FDMA和逻辑信道复用。第二层是LAPDm协议（由LAPD定义）：没有标志，由于实时的限制，没有错误重发机制。第三层是无线接口层（RI

130、L3），其中又包括三个子层：无线资源管理（RR）子层；移动性管理（MM）子层；连接管理（CM）子层。4.1 GSM-R4.1 GSM-R的主要接口与协议的主要接口与协议2.Abis接口协议Abis接口是BSS系统的两个功能实体BSC与BTS之间的通信接口，用于BTS和BSC之间的远端互连方式。第一层是PCM传输层（E1或T1）：对于语音，其编码速率是16kbit/s，复用后在64kbit/s的时隙上传输；对于数据，其速率是同步的并可以调节；第二层是LAPDm协议：标准的HDLC过程，包括无线信令链路（RSL）和操作与维护链路（OML）；第三层应用协议，包括无线子系统管理（RSM）和操作与维护过

131、程（O&M）。4.1 GSM-R4.1 GSM-R的主要接口与协议的主要接口与协议3.Ater接口协议Ater接口位于处理BSC和TRAU之间。它的特性包括：以1.544Mbit/s或者2.048Mbit/s的速率物理接入，并携带以下的消息：第一层物理层根据ITU-TNo.7（CCS7）保留的信令信道、语音和数据信道（16kbit/s）；第二层数据链路层负责BSC与TRAU之间的信令链路（LAPD）；第三层网络层通过MSC（只通过网络）到OMC-R（X.25）的O&M数据。4.1 GSM-R4.1 GSM-R的主要接口与协议的主要接口与协议4.A接口协议A接口位于MSC与BSS（TRAU）之间

132、。它的特性是：完全标准化，即任何厂商的设备可以互连。第一层：为64kbit/s信令数据链路定义物理特性；第二层：通过提供差错检测和纠正，信令链路校正和差错监控来确保安全；第三层：确保信令消息通过网络以正确的序列且无丢失的传送，即使在连接失败的情况下，也能将信令消息复制出来并再次进行连接。4.1 GSM-R4.1 GSM-R的主要接口与协议的主要接口与协议5.PSTN/ISDN/PSDN接口协议PSTN/ISDN/PSDN接口是MSC、公共交换电话网络（PSTN）、综合业务数字网络（ISDN）和分组交换公共的数字网络（PSDN）之间的接口。根据应用，用户部分的协议主要有三个方面：电话用户部分（T

133、UP）PSTN网络接口；ISDN用户部分（ISUP）ISDN网络接口；数据用户部分（DUP）PSDN网络上的PAD接口。4.1 GSM-R4.1 GSM-R的主要接口与协议的主要接口与协议6.接口之间的连线和类型通信中，常常会提及到PCM、PCM链路、2M线、E1线，下面分别解释下这些术语。PCM的意思就是脉冲编码调制，现在的数字传输系统都是采用PCM体制。PCM设备是利用2M线路传输的，所以PCM链路也可以理解为是2M线。E1就是采用PCM技术的，具体说是PCM30/32，总共32个时隙。除了0和16时隙用于传输其它数据外，1-15和17-31路时隙均可以传输话音或其它有效数据，每路速率为6

134、4K，所以一条E1就是2048kbps，即2M。PCM线可以称为同轴电缆、双绞线或为2M线。2M线可以是电信上租用的，也可以是光端机上输出的。4.2 GSM-R 4.2 GSM-R 空中接口物理层空中接口物理层GSM-R空中接口的物理层，首先从物理信道开始，了解突发隙冲、时隙、TDMA帧的概念；然后了解逻辑信道，逻辑信道业分为业务信道和控制信道。4.2.1GSM-R的帧结构4.2.2GSM-R信道4.2.3时隙格式4.2.1 GSM-R4.2.1 GSM-R的帧结构的帧结构1.FDMA和TDMAGSM-R网的无线传输是基于数字技术的。GSM-R的数字传输采用两种方案实现，这就是所谓的频分多址（

135、FDMA）和时分多址（TDMA）的接入方式。2.时隙GSM在无线路径上传输单位是约一百多个调制比特的序列，它称为一个“突发脉冲”。4.2.1 GSM-R4.2.1 GSM-R的帧结构的帧结构3.TDMA帧在GSM-R系统中，每个载频被定义为一个TDMA帧,相当于FDMA系统的一个频道。每帧包括8个时隙。每个TDMA帧有一个TDMA帧号。这8个时隙可以说是8个基本的通道，可用来传输控制数据与不同的用户数据。4.复帧和超帧每一个TDMA帧含8个时隙，共占60/134.615ms。每个时隙含156.25个码元，占15/260.577ms。GSM规范定义了两种不同的复帧结构，即含26帧的业务复帧用来传

136、输信息，持续时间为120ms和含51帧的控制复帧用来传输信令，特续时间为235.8ms。4.2.1 GSM-R4.2.1 GSM-R的帧结构的帧结构51帧和26帧之间是没有公约数的，要设置一种帧以容纳这两种帧，那么这个帧的容量就必须要达到51*26=1326帧。这种帧称为超帧，1326个TDMA帧相当于6.12s的时间。一个超高帧保含了2048个超帧结构，超高帧结构含26*51*2048=2715648个TDMA帧，持续时间为3h28min53s760ms，每个TDMA帧由帧计数器来标记。这些TDMA帧按照顺序排列，一次从0到2715647，帧号在同步信道中传送。012320442045204

137、6204701234849504701242501242514950001457623TBTBGPTB：尾比特TBTBGPGP：保护期TBTBGPTBTBGP68.2557信息比特26训练序列57信息比特固定比特142信息比特39扩展的训练序列64信息比特39同步序列41信息比特36常规突发序列（NB）频率校正突发序列（FB）同步突发序列(SB)接入突发序列（AB）1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧（3小时28分53秒760毫秒）1超帧=1326TDMA帧（6.12秒）1复帧=26TDMA帧（120ms）1帧=51TDMA帧（3060/13ms）1TDMA帧=8时隙（120/26

138、=4.615ms）1时隙=156.25比特持续期（15/26=0.577ms）（1比特持续期：48/13=3.68us）BCCHCCCHSDCCHTCHSACCH/TFACCH114.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道GSM-R中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙（TS），而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道，这些逻辑信道映射到物理信道上传送。GSM-R的逻辑信道可分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）两大类，其中后者也称信令信道。TCH传输语音信息或者数据业务；CCH传输信令信号。在用户使用GSM-R系统的时候，无线接口的

139、信号传输主要发生在开机入网、呼叫接续阶段和通话期间。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道1.业务信道TCH：传信息的通道。TCH根据发送速率的不同，分为全速语音信道（TCH/F）和半速率语音信道（TCH/H）。除此之外，TCH还可以传递数据业务。手机是用来通话的，那么对于GSM-R而言，最关键的信道当然是业务信道了。TCH也占了所有物理信道的绝大部分。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道2控制信道CCH：传信令的通道。为了提高TCH的使用效率，也为了TCH能够正常使用，GSM-R的设计者设计了一部分物理信道来传控制信息。控制信道(CCH)用于传送信令和同步信号。根据所需

140、完成的功能又把控制信道定义成广播信道（BCCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道2控制信道CCH：传信令的通道。（1）广播信道(BCH)。广播信道是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。广播信道仅作为下行信道使用，即BS至MS单向传输。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。频率校正信道(FCCH)：传输供移动台校正其工作频率的信息。为了让MS校正自己的振动器的频率并锁定到该BTS的频率。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道同步信道(SCH)：SCH携带MS的帧同步信息

141、（TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）的信息，用作下行信道，TDMA帧号时用来MS和BTS之间同步的。BSIC号是用来识别基站的。广播控制信道(BCCH)：传输系统公用控制信息。BCCH就是要向周围不断广播网络的信息，也称为系统信息。BCCH广播的内容包括位置识别号、移动台应监视的相邻小区列表、小区识别号、本小区使用的频率列表、接入控制等。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道2控制信道CCH：传信令的通道。（2）公用控制信道(CCCH)。CCCH是一种双向控制信道，用于在BTS和移动台之间传递控制信息，完成呼叫建立和寻呼功能。公共控制信道包括PCH、RACH、AGCH、CBC

142、H四种信道。随机接入信道（RACH）:这是一个上行信道，用于移动台随机提出入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道（SDCCH），可作为对寻呼的响应或MS主叫登记时的接入。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道允许接入信道（AGCH）:这是一个下行信道，用于基站对移动台的入网请求作出应答。AGCH用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）,AGCH在下行BCCH载频的0号时隙上传送。寻呼信道（PCH）：这是一个下行信道，用于寻呼被叫的移动台。可以通过TMSI/IMSI来寻呼移动台。PCH在下行BCCH载频的0时隙上传送。小区广播信道（CBCH）：这是一个下行信道，用来传递需要进

143、行小区广播的信息。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道2控制信道CCH：传信令的通道。（3）专用控制信道(DCCH)。DCCH是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。独立专用控制信道（SDCCH）用在分配TCH之前在呼叫建立过程中传送系统信令。在SDCCH上传送的信令消息和事件有位置更新、周期性位置更新、IMSI分离与附着（开关机）、呼叫建立等。快速辅助控制信道(FACCH)：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。4.2.2 GSM-R4.2.2 GSM-R信道慢速辅

144、助控制信道(SACCH)：在移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息。SACCH是双向的点对点控制信道。SACCH可与一个业务信道TCH或一个独立专用控制信道SDCCH联用。在上行方向，传递MS接收到的当前服务小区已经相邻小区的信号的测试报告，以及链路质量的报告，这对MS的切换而言相当重要，BSC要根据这些信息来判断把它切换到哪个小区上去。在下行方向，它传递功率控制和定时信息。4.2.3 4.2.3 时隙格式时隙格式TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。因为在特定突发脉冲上发送的消息内容不同，也就决定了它们格式的不同。GSM-R系统中，每帧含8个时时隙隙，时隙的宽度为0.577

145、ms，其中包含156.25bit。时分多址（TDMA）信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列；1.突发脉冲序列类型4.2.3 4.2.3 时隙格式时隙格式（1）普通突发脉冲序列（普通突发脉冲序列（NB）。用于携带TCH及除RACH，SCH和FCCH以外的控制信道上的信息；（2）频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列(FB) 。频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率，其格式比较简单；（3）同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列(SB) 。同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步。基站识别码(BSIC)用于移动台进行信号强度测量时区分同一个载频而不同的基站。（4）接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列

146、(AB) 。接入突发脉冲序列用于上行传输方向，在随机接入信道(RACH)上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。它有一个较长的保护间隔，这是为了适应移动台首次接入BS后不知道时间提前量而设置的；（5）空闲突发脉冲序列（空闲突发脉冲序列（DB）。此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比恃模型的混合比特。4.2.3 4.2.3 时隙格式时隙格式2.突发脉冲序列的内容（1）尾比特（TailBits）:它总是0，以帮助均衡器来判断起始位和终止位以避免失步。NB、FB、SB的突发脉冲序列的尾比特都是“000”+“000”，AB的突

147、发序列是“00000000”+“000”。（2）消息比特（Informationbits）:用于描述业务消息和信令消息，空闲突发脉冲序列和频率校正突发脉冲序列除外。（3）训练序列（Trainingsequence）:它是一串已知序列，用于供均衡器产生信道模型（一种消除色散的方法）。训练序列是发送端和接收端所共知的序列，它可以用来确认同一突发脉冲其它比特的确定位置，它对于当接收端收到该序列时来近似的估算发送信道的干扰情况能起到很重要的作用。（4）保护间隔（Guardperiod）:它是一个空白空间，由于每个载频的最多同时承载8个用户，因此必须保证各自的时隙发射时不相互重叠，尽管使用了定时提前技术

148、，但来自不同移动台的突发脉冲序列仍会有小的滑动，因而就采用了保护间隔。采用了这种手段后，可允许发射机在GSM规范许可的范围内上下波动。4.3 GSM-R4.3 GSM-R空中接口空中接口UmUm无线接口层无线接口层空中拉接口Um第三层无线接口层包括三个基本子层：RR（无线资源管理RadioResource）MM（移动性管理MobilityManagement）CM（呼叫管理CallConnection）第三层信息主要包括：寻呼、身份验证、加密模式、立即指配、切换、测量报告、位置更新等。在维护系统中的第三层信息能能显示出通话的切换、位置更新、呼叫释放和掉话各部分的信令流程。通过第三层信息可以可以

149、判断通话的状态。4.3.1 4.3.1 无线资源管理RR无线资源管理RR的作用是在呼叫期间建立和释放MS和MSC之间的稳定连接，不管用户如何运动，总维持连接的状态。它必须在各种需要之间动态地共享有限的无线资源。无线资源管理主要向移动台提供了以下的四种工作模式：空闲模式：移动台在侦听广播信道，它不占用任一信道。专用模式：一条双向信道分配给需要通信的移动台，使它可以利用基础设施进行双向点对点通信。群发模式：为语音组呼的MS分配两个专用信道，MS对应于VGCS或者VBS中讲者的状态。群收模式：没有为MS分配与网络连接的专用信道，它以无应答的方式接收分配给小区的语音广播信道或者语音组呼信道下行链路的消

150、息。4.3.1 4.3.1 无线资源管理RR1.RR的接入功能接入过程使移动台从空闲模式转到专用模式。空闲模式简单的说指的事移动台没有和系统建立连接时的状态；专用模式简单的说是指MS已经工作在一条激活了的全双工信道上的状态。在空闲模式下，MS将进行以下4个事项：网络选择、小区选择、小区重选、位置更新。在专用模式下，MS将出现寻呼寻呼、立即指配、鉴加密、主叫、被叫、短信息、切换、信道模式改变、链路释放、呼叫重建、功率控制等事件。4.3.1 4.3.1 无线资源管理RR2.RR传输路径管理功能如果某个用户想打电话，首先通过RACH接入网络，网络侧分通过AGCH信道给他分配了一条SDCCH信道，让他

151、先传信令、发送短信、鉴权等，并把BTS到BSC乃至MSC的链路也分配好了。可是SDCCH容量太小，传不了话音信息，此时由RR传输管理修改信道模式，把SDCCH信道改成TCH信道。这时用户就可以用TCH信道打电话了。在这以后，根据用户业务的要求，MSC选择适当的模式，并为其建立相应的RR路径，包括MSC与BSC之间的有线路径。4.3.1 4.3.1 无线资源管理RR3.切换的目的及依据切换是从一个小区换到另一个小区。切换要考虑各个小区的资源情况和链路质量情况。一般在下述两种情况下要进行切换：一种是正在通话的客户从一个小区移向另一个小区；另一种是MS在两个小区覆盖的重叠区进行通话时，当前小区的TC

152、H处于满负荷状态，这时BSC通知MS测试它邻近小区的信号强度、信道质量，决定将它切换到另一个小区，这就由业务平衡的需求导致的切换。4.3.2 4.3.2 移动性管理MM移动性管理（MM）的主要功能是支持用户终端的移动性，例如向网络通知它当前的位置和为用户提供身份验证。1.GSM-R位置区域的划分GSM-R无线网络覆盖区域由小到大可分为小区（同一天线覆盖）、基站区（同一BTS覆盖）、位置区（同一位置区编号）、MSC区（同一MSC覆盖）、PLMN区、GSM-R服务区。4.3.2 4.3.2 移动性管理MM2.位置更新MS从一个位置区移到另一位置区时，网络必须进行登记，也就是说一旦MS发现其存储器中

153、的位置区识别码（LAI）与接收到的LAI发生了变化，便执行登记。这个过程就叫“位置更新”。4.3.2 4.3.2 移动性管理MM在同一MSC局内的位置更新过程比较简单，分以下四步：移动台漫游到新的位置区时，分析接收到的位置区号码和存储在SIM卡中的位置区号码不一致，就向当前的基站控制器（BSC）发一个位置更新请求。BSC接收到MS的位置更新请求，就向MSC/VLR发一个位置更新请求。VLR修改这个MS的数据，将位置区号码改成当前的位置区号码，然后向BSC发一个应答消息。4.3.2 4.3.2 移动性管理MM3.安全性管理安全性管理主要涉及到用户身份的加密和鉴权。（1）用户身份的加密：用户身份加

154、密的目的是为了防止网络的入侵者通过侦听无线路径上的信令交换获取用户使用无线资源（如业务信道和信令资源的占用）的情况。用户身份加密的基本思想是利用用户的临时身份识别号TMSI代替IMSI在无线路径上的直接传送。4.3.2 4.3.2 移动性管理MM（2）用户身份的鉴权鉴权的过程发生在加密之前，网络必须事先知道所有用户的身份。鉴权的过程发生在网络与移动台之间。在手机登录移动网络的时候，移动网络会产生一个128bit的随机数据（通常称为RAND）发给MS，MS将个数据发给SIM卡，SIM卡用自己的密钥和RAND做运算以后，生成一个32bit的应答（SRES）发给移动网络，移动网络将SRES送至鉴权中

155、心AUC，与AUC中的SRES比较，二者一致表明用户合法，否则拒绝接入。鉴权参数Ki与IMSI在注册时一起分配给用户。4.3.2 4.3.2 移动性管理MM4.漫游漫游就是指在归属GSM-R网络外的其它GSM-R网络（拜访GSM-R网络）中使用移动业务。漫游者就是指在拜访GSM-R网络中寻找服务或获得服务的MS。在两个GSM-R网络间管理漫游的一系列标准称为漫游协议。4.3.3 4.3.3 连接管理CM连接管理功能（CM）是GSM-R协议模型中最高层的管理功能，主要提供对基本呼叫控制、补充业务的呼叫控制和短消息的连接管理功能。CM的主要工作是建立主叫被叫点对点的通信链路及呼叫完成后对这条链路进

156、行拆。4.4 4.4 呼叫处理流程GSM-R通信流程包括两方面的内容：呼叫基本流程，信令基本流程。呼叫流程主要包含：移动主叫流程，移动被叫流程，汇接呼叫流程。信令基本流程主要包含：鉴权流程，位置登记流程，呼叫重建流程，BSC内部切换流程，BSC间切换流程，MSC间切换流程，移动始发短消息流程，移动终结短消息流程等。4.4 4.4 呼叫处理流程1.移动用户的状态移动用户一般处于MS开机（空闲状态）、MS关机和MS忙三种状态之一，因此网络需要对这三种状态作相应的处理。（1）MS开机，网络对它作“附着”标记。（2）MS关机，从网络中“分离”。（3）MS忙，此时，给MS分配一个业务信道传送话音或数据，

157、并在用户ISDN上标注用户“忙”。4.4 4.4 呼叫处理流程2.主叫流程（1）第一阶段：接入阶段接入阶段主要包括：信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请求等几个步骤。经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。（2）第二阶段：鉴权加密阶段鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立等几个步骤。经过这个阶段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用户是一个合法用户，允许继续处理该呼叫。4.4 4.4 呼叫处理流程2.主叫流程（3）第三阶段：TCH指配阶段TCH指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，主叫用户的话音信道已

158、经确定，如果在后面被叫接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过话音信道听到MSC的语音提示。4.4 4.4 呼叫处理流程3.被叫流程 （1）第一阶段：取被叫用户路由信息阶段 MSC根据MS发起呼叫携带的MSISDN（被叫号码）向被叫MS归属HLR请求路由信息。 （2）第二阶段：被叫接入阶段 被叫端MSC根据被叫的IMSI，在VLR中可以查询到相关的位置信息手机。这样MSC指挥BSC/BTS根据TMSI或IMSI在PCH信道上发送寻呼消息。 MS在PCH信道上收到寻呼消息后，开始信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，寻呼响应等一些列工作。经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关

159、系。4.4 4.4 呼叫处理流程（3）第三阶段：鉴权加密阶段 这部分同语音主叫流程，主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立。经过这个阶段，被叫用户的身份已经得到了确认，网络认为被叫用户是一个合法用户。 （4）第四阶段：TCH指配阶段 主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，被叫用户的话音信道已经确定，被叫振铃，主叫听回铃音。如果这时被叫用户摘机，主被叫用户进入通话状态。4.4 4.4 呼叫处理流程（5）第五阶段：通话与拆线阶段 用户摘机进入通话阶段。 拆线阶段可能主叫发起，也可能被叫发起，流程基本类似：拆线，释放，释放完成。没有发起拆线的用户会听到忙音。 释放完

160、成，用户进入空闲状态。 BSC向MS发一个应答消息，MS将自己SIM卡中存储的位置区号码改成当前的位置区号码。这样，一个同一MSC局内的位置更新过程就结束了。4.4 4.4 呼叫处理流程（3）第三阶段：鉴权加密阶段 这部分同语音主叫流程，主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立。经过这个阶段，被叫用户的身份已经得到了确认，网络认为被叫用户是一个合法用户。 （4）第四阶段：TCH指配阶段 主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，被叫用户的话音信道已经确定，被叫振铃，主叫听回铃音。如果这时被叫用户摘机，主被叫用户进入通话状态。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理1

161、.用户数据类型 用户数据是指与用户有关的所有信息，包括业务提供，身份识别，鉴权，呼叫处理，路由，统计，操作和维护的所有信息。用户数据按照用途可以分为两类：永久数据（主要用于管理）和临时数据（主要用于操作）。在GSM-R网络中，用户数据的主要载体是HLR、VLR、AuC和EIR四大数据库。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理（1）与移动台有关的数据 国际移动用户身份识别号（IMSI）：IMSI号唯一地标识一个移动用户，它同时存储在HLR、VLR和用户的SIM卡中。 用户的ISDN号（MSISDN）：MSISDN号是呼叫移动用户时拨打的号码，存储在HLR和VLR中。 临时移动用户身份识别号（T

162、MSI）：当用户在VMSC区内漫游时，用TMSI号来识别用户，作为临时数据，TMSI存储在VLR中。 本地移动台识别号（LMSI）：LMSI是临时数据，既可以存储在VLR中，也可以存储在HLR中。 国际移动设备识别号（IMEI）：IMEI唯一地标识一个移动终端设备，存储在EIR中。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理（2）加密和鉴权数据 随机号码（RAND），符号响应（SRES）和加密密钥（Kc）：此三参数组构成一个向量，用于鉴权和加密。这一向量在AuC中进行计算，再提供给HLR。HLR向VLR提供时，五个这样的向量为一组。 加密密钥序列号（CKSN）：CKSN用来确保加密密钥Kc在移动台

163、和VLR之间的一致性。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理（3）与漫游有关的数据移动台的漫游号（MSRN）：移动台在漫游时使用的短期临时数据，每个IMSI号可以对应多个MSRN号，MSRN存储在VLR中。位置区识别码（LAI）：LAI用来标识一个位置区，是临时数据，存储在VLR中。VLR号：用户漫游时的VLR的号码作为临时数据存储在HLR中。MSC号：在缺少VLR号时，MSC号可以替代VLR号存储在HLR中。HLR号：HLR号在位置更新时作为一个可选参数存储在VLR中。当HLR进行复位后，需要重新获得这一号码。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理（4）全球小区识别码（CGID）和业务域

164、识别码（SAID） 作为小区和业务域的标识，这类数据与移动台当前的状态有关，存储在VLR中。（5）与补充业务相关的数据 由于补充业务种类繁多，所以具体的数据视网络支持的具体补充业务而定。（6）移动台状态数据IMSI分离标识符：当移动用户不可到达时，会将MS与IMSI号进行分离；可以到达时，再进行连接。IMSI分离标识符是标识分离状态的参数，是临时数据，存储在VLR中。复位标识符：当VLR或HLR发生错误导致运行失败时，要进行复位，重新装载用户数据。复位标识符用来指示复位状态。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理（7）与切换有关的数据：主要是切换号码，存储在VLR中。（8）与短消息有关的数据

165、：消息等待数据和存储器溢出标识符，都存储在VLR中。（9）语音组呼和语音广播数据 这类数据主要有VGCS成员列表和VBS成员列表，存储在HLR和VLR中。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理 2. 用户数据管理 用户数据的管理主要是指在几个数据库之间的数据操作。一般来说，用户数据的创建是在用户第一次接入网络时完成的。有些数据是事先就已经存在于网络中的，用户入网时需要激活这些数据，如MSISDN。最初创建的数据只要满足网络提供服务的最小属性集合就可以了，其他的数据可以在用户使用某种服务时再创建或激活。VLRVLR中存储的数据是HLRHLR中的一个子集，在进行数据更新时，要保证数据的可用性和与

166、HLRHLR的一致性。4.5 4.5 GSM-R的用户数据管理 2. 用户数据管理用户在AUC中存储的数据用于鉴权和加密。AUC中创建的用户数据必须与SIM卡中的对应数据保持一致。用户每次进行位置登记、呼叫建立、或执行某些补充业务前需要鉴权。对EIR中存储的移动设备识别号（IMEI）的管理相对简单。IMEI号由网络运营方存储在EIR中，当用户接入网络时将IMEI发给VLR，VLR向EIR查询IMEI号的合法性。EIR中只能有三类名单（白名单、灰名单和黑名单），不能增加和删除名单，只能改变名单的内容。GSM-R系统维护与应用系统维护与应用第五章GSM-R的功能第第5章章 GSM-R的功能的功能5

167、.1 5.1 GSM-RGSM-R的业务模型的业务模型 5.1.1 5.1.1 电信业务电信业务 5.1.2 5.1.2 补充业务补充业务5.2 5.2 GSM-RGSM-R铁路中的应用铁路中的应用 5.2.15.2.1调度通信调度通信 5.2.2 5.2.2 车次号传输与列车停稳信息的传送车次号传输与列车停稳信息的传送 5.2.3 5.2.3 调度命令传送调度命令传送 5.2.4 5.2.4 列尾装置信息传送列尾装置信息传送 5.2.5 5.2.5 调车机车信号和监控信息系统传输调车机车信号和监控信息系统传输 5.2.6 5.2.6 机车同步控制传输机车同步控制传输 5.2.7 CTCS 3

168、5.2.7 CTCS 3级级/CTCS 4/CTCS 4级级 5.2.8 5.2.8 区间移动公区间移动公( (工工) )务通信务通信 5.2.9 5.2.9 应急指挥通信话音和数据业务应急指挥通信话音和数据业务 5.2.10 5.2.10 旅客列车移动信息服务通道旅客列车移动信息服务通道5.1 GSM-R的业务模型的业务模型GSM-R业务业务 = GSM业务业务 + 语音调度业务语音调度业务 + 铁路基本业务铁路基本业务+铁路应用铁路应用5.1 GSM-R的业务模型的业务模型.GSM.GSM电信业务：包括电信终端业务、电信承载电信业务：包括电信终端业务、电信承载业务和补充业务。业务和补充业务

169、。. .先进语音呼叫业务先进语音呼叫业务(ASCI)(ASCI)：eMLPPeMLPP（增强的多优先级与抢占权）：根据优先级的（增强的多优先级与抢占权）：根据优先级的不同将网内用户分组，级别高的可以抢占级别低不同将网内用户分组，级别高的可以抢占级别低的资源。的资源。VGCSVGCS（语音组呼）：实现组呼的功能。（语音组呼）：实现组呼的功能。VBSVBS（语音广播）：实现小区广播的功能。（语音广播）：实现小区广播的功能。5.1 GSM-R的业务模型的业务模型3. 3. 铁路基本业务铁路基本业务功能寻址：功能寻址是功能寻址：功能寻址是GSM-RGSM-R的特征，它允许通过功能号来呼叫用的特征，它允

170、许通过功能号来呼叫用户，而不是通常情况下的按照用户使用的终端设备来进行寻址。户，而不是通常情况下的按照用户使用的终端设备来进行寻址。功能寻址是通过编制功能号实现的。这个特性保证了用户功能功能寻址是通过编制功能号实现的。这个特性保证了用户功能号码与其用来应答的物理终端之间的独立性。号码与其用来应答的物理终端之间的独立性。功能号表示：功能号是将铁路用户根据其当前行使的职能进行编功能号表示：功能号是将铁路用户根据其当前行使的职能进行编号，这个号有可能是非永久的，需要注册和注销。号，这个号有可能是非永久的，需要注册和注销。接入矩阵：接入矩阵定义哪些签约用户在网络中与其他签约用户接入矩阵：接入矩阵定义哪

171、些签约用户在网络中与其他签约用户联系。联系。基于位置的寻址：是指将移动用户发起的用于预定功能的呼叫，基于位置的寻址：是指将移动用户发起的用于预定功能的呼叫，路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址，例如：司路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址，例如：司机呼叫调度员或车站值班员，网络需要根据司机当前所处的位机呼叫调度员或车站值班员，网络需要根据司机当前所处的位置来确定是哪一个调度员或车站值班员。置来确定是哪一个调度员或车站值班员。4. 4. 铁路特定应用铁路特定应用通过研究和分析了我国铁路通信要求之后，给出能使得铁路通过研究和分析了我国铁路通信要求之后，给出能使得铁路通信系统投入经济

172、运行并已经实现的应用。通信系统投入经济运行并已经实现的应用。5.1.1 GSM-R的的电信业务电信业务 GSM-RGSM-R的电信业务可以分为两大类：承载业务和的电信业务可以分为两大类：承载业务和终端业务。终端业务。l承载业务：指在两个接入点之间传送信号的承载业务：指在两个接入点之间传送信号的能力。它只涉及低层（能力。它只涉及低层（1 13 3层）的功能。层）的功能。l终端业务：指可以为用户之间通信提供全部终端业务：指可以为用户之间通信提供全部通信能力的电信业务，包括终端设备的功能。通信能力的电信业务，包括终端设备的功能。这些用户必须服从网络运营商统一制定的通这些用户必须服从网络运营商统一制定

173、的通信协议。终端业务不仅涉及到低层的功能，信协议。终端业务不仅涉及到低层的功能，还与高层（还与高层（4 47 7层）的功能有关。层）的功能有关。5.1.1 GSM-R的的电信业务电信业务 终端业务包括语音业务、短消息业务、传真业务、终端业务包括语音业务、短消息业务、传真业务、语音组呼业务和语音广播业务。语音组呼业务和语音广播业务。1.1.语音业务：主要包括电话和紧急呼叫两类独立的语音业务：主要包括电话和紧急呼叫两类独立的业务。业务。2.2.短消息业务：主要包括点对点的短消息和广播短短消息业务：主要包括点对点的短消息和广播短消息。消息。3.3.传真业务：主要包括语音和传真交替的业务、自传真业务：

174、主要包括语音和传真交替的业务、自动传真业务。动传真业务。4.4.语音组呼业务：当多个移动用户涉及到每小区的语音组呼业务：当多个移动用户涉及到每小区的VGCSVGCS呼叫时使用这一业务，它是在半双工模式下由一呼叫时使用这一业务，它是在半双工模式下由一个用户组预先定义的语音会话。个用户组预先定义的语音会话。5.5.语音广播业务：这项业务是指一个用户向在一定语音广播业务：这项业务是指一个用户向在一定区域内所有的或预先定义好的语音组成员发布语音信区域内所有的或预先定义好的语音组成员发布语音信息的业务。息的业务。5.1.2 GSM-R的的补充业务补充业务l增强多优先级与强拆：增强多优先级与强拆增强多优先

175、级与强拆：增强多优先级与强拆 l号码识别：主叫线识别显示、主叫线识别限制、被叫线识别显号码识别：主叫线识别显示、主叫线识别限制、被叫线识别显 示、被叫线识别限制示、被叫线识别限制l呼叫转移：呼叫转向、无条件呼叫前转、遇忙呼叫前转、无应呼叫转移：呼叫转向、无条件呼叫前转、遇忙呼叫前转、无应 答呼叫前转、不可达呼叫前转答呼叫前转、不可达呼叫前转l呼叫完成：呼叫等待、呼叫保持呼叫完成：呼叫等待、呼叫保持l多方通话：多方通话多方通话：多方通话l专有通信：闭合用户群专有通信：闭合用户群l用户到用户：用户到用户信令用户到用户：用户到用户信令l呼叫禁止：闭锁所有出局呼叫、闭锁所有国际出局呼叫、闭锁呼叫禁止：

176、闭锁所有出局呼叫、闭锁所有国际出局呼叫、闭锁 除归属除归属PLMN国家外所有国际出局呼叫、闭锁所有国家外所有国际出局呼叫、闭锁所有 入局呼叫、闭锁漫游时入局呼叫入局呼叫、闭锁漫游时入局呼叫l呼叫转接：显式呼叫转移呼叫转接：显式呼叫转移l遇忙呼叫完成：遇忙呼叫完成遇忙呼叫完成：遇忙呼叫完成l专用拨号方案：专用拨号方案专用拨号方案：专用拨号方案l名字识别：名字识别名字识别：名字识别补充业务是对基本电信业务的修改和补充补充业务是对基本电信业务的修改和补充。5.2 GSM-R铁路中的应用铁路中的应用1.1.调度通信调度通信2.2.车次号传输与列车停稳信息的传送车次号传输与列车停稳信息的传送3.3.调度

177、命令传送调度命令传送4.4.列尾装置信息传送列尾装置信息传送5.5.调车机车信号和监控信息系统传输调车机车信号和监控信息系统传输6.6.机车同步控制传输机车同步控制传输7.CTCS 37.CTCS 3级级/CTCS 4/CTCS 4级级8.8.区间移动公区间移动公( (工工) )务通信务通信9.9.应急指挥通信话音和数据业务应急指挥通信话音和数据业务10.10.旅客列车移动信息服务通道旅客列车移动信息服务通道5.2.1 调度通信调度通信 调度通信系统业务包括列车调度通信、货调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通

178、信、站场通信、应急通信、施工养护通专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。信和道口通信等。 列车调度通信系统的主要问题是解决列车调度通信系统的主要问题是解决“大大三角三角”和和“小三角小三角”通信，通信，“大三角大三角”通信是通信是指列车调度员、车站值班员和机车司机之间的指列车调度员、车站值班员和机车司机之间的通信；通信；“小三角小三角”通信是指车站值班员、机车通信是指车站值班员、机车司机和运转车长之间的通信。司机和运转车长之间的通信。5.2.2 车次号传输与列车停稳信息车次号传输与列车停稳信息的传送的传送 GSM-R车次号传输与列车停稳信息对铁路车次号传输与列车停稳信息对铁路

179、运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS（通用分组无线业务）方式（通用分组无线业务）方式(用户数据报用户数据报UDP协议协议)来实现。来实现。 5.2.3 调度命令传送调度命令传送 铁路的调度命令是调度所里的调度员向司机下达的铁路的调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。调度员通过书面命令，它是列车行车安全的重要保障。调度员通过向列车司机发出调度命令对行车、调度和事故进行

180、指挥向列车司机发出调度命令对行车、调度和事故进行指挥控制，是实施铁路运输管理的重要手段。控制，是实施铁路运输管理的重要手段。 通信过程：通信过程：DMIS通过车次号信息建立运行区段机车号对通过车次号信息建立运行区段机车号对应的应的IP地址的档案，列车离开本区段时将档案拆除。调度员地址的档案，列车离开本区段时将档案拆除。调度员和车站值班员可在终端上编辑调度命令（系统根据车次号自和车站值班员可在终端上编辑调度命令（系统根据车次号自动将相应的机车号填入），当按下调度命令发送键，动将相应的机车号填入），当按下调度命令发送键，DMIS根根据调度命令中的机车号查找相对应的目的据调度命令中的机车号查找相对应

181、的目的IP地址并将调度命地址并将调度命令发送。司机可通过操作显示终端接收并处理调度命令。令发送。司机可通过操作显示终端接收并处理调度命令。DMIS收到确认信息要在调度命令发送方显示。收到确认信息要在调度命令发送方显示。5.2.4 列尾装置信息传送列尾装置信息传送 在车头的司机查询器和车尾的风压检测器在车头的司机查询器和车尾的风压检测器上分别安装上分别安装GSM-R通信模块，两者就可以利通信模块，两者就可以利用用GSM-R的电路数据功能传输风压数据。当的电路数据功能传输风压数据。当司机查询尾部风压时，车头通信模块首先与车司机查询尾部风压时，车头通信模块首先与车尾通信模块建立电路连接，然后向车尾的

182、模块尾通信模块建立电路连接，然后向车尾的模块发送查询数据包，在收到该数据包后，车尾模发送查询数据包，在收到该数据包后，车尾模块检测风压并封装在数据包中发给车头装置。块检测风压并封装在数据包中发给车头装置。同时，若风压超过告警界限，车尾模块也将首同时，若风压超过告警界限，车尾模块也将首先与车头模块建立数据链路，然后向车头显示先与车头模块建立数据链路，然后向车头显示器发送数据包以报告险情。器发送数据包以报告险情。机车电台机车电台列尾电台列尾电台SGSNB BS SC CB BS SC CBTSBTST TS SB BS SC CP PC CU UBTSBTST TS SBTSBTST TS SBT

183、SBTST TS SBTSBTST TS SBTSBTST TS SBTSBTST TS SBTSBTST TS S5.2.5 调车机车信号和监控信息系调车机车信号和监控信息系 统传输统传输 调车机车信号和监控信息传送系统主要功能调车机车信号和监控信息传送系统主要功能是提供调车机车信号和监控信息传输通道，实是提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。多能够存储进入和退出调车模式的有关信息。多台调机同时作业时，地面设备使用连选功能，台调机同时作业时，地面设备使用连选功能，与每台车载设

184、备分别建立电路连接。与每台车载设备分别建立电路连接。5.2.6 机车同步控制传输机车同步控制传输 铁路运输对于需要采用多机车牵引模式，机铁路运输对于需要采用多机车牵引模式，机车间的同步操作格外重要，如各机车的同时启动、车间的同步操作格外重要，如各机车的同时启动、加速、减速、制动等。如果牵引机车操作不同步，加速、减速、制动等。如果牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压或者拉钩现象，影响运输就会造成车箱间的挤压或者拉钩现象，影响运输安全，降低运输效率。为了保证操作的可靠性，安全，降低运输效率。为了保证操作的可靠性，可以利用可以利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，网络提供可靠的数据传输通道，

185、采用无线通信的方式来实现机车间的同步操控。采用无线通信的方式来实现机车间的同步操控。OCUOCUOCUB BT TS SMSCANB BT TS SOCU主控机车主控机车从控机车从控机车1从控机车从控机车2从控机车从控机车3B BT TS SB BT TS SB BT TS SB BT TS SB BT TS SB BT TS S5.2.7 CTCS 3级级/CTCS 4级级 CTCS 3级系统是一个基于轨道电路和无线级系统是一个基于轨道电路和无线通信系统（通信系统（GSM-R）的列车运行控制系统。在）的列车运行控制系统。在CTCS 3级系统中，车载设备应与地面设备配合级系统中，车载设备应与地

186、面设备配合工作，列车按固定闭塞方式运行，由无线闭塞中工作，列车按固定闭塞方式运行，由无线闭塞中心（心（RBC）控制，利用无线通信系统（）控制，利用无线通信系统（GSM-R）在车地之间双向传输信息，车载设备配备无）在车地之间双向传输信息，车载设备配备无线通信模块，应答器作为定标设备。机车信号为线通信模块，应答器作为定标设备。机车信号为主体信号，可以取消地面信号，另外，利用轨道主体信号，可以取消地面信号，另外，利用轨道电路或计轴设备进行轨道占用及列车完整性检查，电路或计轴设备进行轨道占用及列车完整性检查，但它们不属于但它们不属于CTCS 3级的设备。级的设备。5.2.7 CTCS 3级级/CTCS

187、 4级级 CTCS 4级是一个完全基于无线通信级是一个完全基于无线通信（GSM-R）的列车运行控制系统。该系统具有）的列车运行控制系统。该系统具有移动自动闭塞的特征。区间占用靠移动自动闭塞的特征。区间占用靠GPS和和GSM-R实时数据传输解决（站内仍需轨道电路）。列实时数据传输解决（站内仍需轨道电路）。列车完整性检查、定位校核分别靠车载设备和点式车完整性检查、定位校核分别靠车载设备和点式设备实现，使得室外设备减少到最低程度。设备实现，使得室外设备减少到最低程度。5.2.8 区间移动公区间移动公(工工)务通信务通信 在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁在区间作业的水电、工务、信号、通信

188、、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R作业手持台，作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。主要功能如下：电话用户联系。主要功能如下：能够呼叫当前车站的车站值班员和助理值班员；能够呼叫当前车站的车站值班员和助理值班员；紧急情况下，能够呼叫当前调度员；紧急情况下，能够呼叫当前调度员；能够在预定义的范围内发起组呼和广播呼叫；能够在预定义的范围内发起组呼和广播呼叫；能够发起铁路紧急呼叫和公众紧急呼叫；能够发起铁路紧急呼叫和公众紧急呼叫；能够接收来自其他授权用户的呼叫；能

189、够接收来自其他授权用户的呼叫；能够接收语音组呼和广播呼叫。能够接收语音组呼和广播呼叫。5.2.9 应急指挥通信话音和数据业务应急指挥通信话音和数据业务 应急通信系统是当发生自然灾害或突发事应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，为确保实时件等影响铁路运输的紧急情况时，为确保实时救援指挥通信需要，在突发事件现场与救援中救援指挥通信需要，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部建立的语音、图像、数心之间，以及现场内部建立的语音、图像、数据通信系统，它是铁路战备通信系统的重要组据通信系统，它是铁路战备通信系统的重要组成部分。成部分。5.2.10 旅客列车移动信息服务通道旅

190、客列车移动信息服务通道 旅客列车移动信息服务可包括移动售票和旅客列车移动信息服务可包括移动售票和旅客列车移动互联网等服务。旅客列车移动互联网等服务。可靠车地数据传可靠车地数据传输系统（基于输系统（基于GSM-R电路交换）的出现，使电路交换）的出现，使在列车上完成的移动售票成为可能。在列车上在列车上完成的移动售票成为可能。在列车上乘客可以通过售票终端完成客票查询、订票、乘客可以通过售票终端完成客票查询、订票、购票或者补票业务，在通过车地数传系统将客购票或者补票业务，在通过车地数传系统将客票信息实时传送到地面上的票务中心，以及时票信息实时传送到地面上的票务中心，以及时更新客票信息。列车旅客信息服务

191、系统是为列更新客票信息。列车旅客信息服务系统是为列车上具有一定接入条件（如笔记本电脑、车上具有一定接入条件（如笔记本电脑、PDA、手机等）的旅客提供互联网的业务。手机等）的旅客提供互联网的业务。GSM-R系统维护与应用系统维护与应用第六章GSM-R设备维护第第6章章 GSM-R设备维护设备维护6.1 6.1 GSM-RGSM-R系统维护规则系统维护规则 6.1.1 6.1.1 技术管理机构技术管理机构 6.1.2 6.1.2 设备维护篇设备维护篇6.2 6.2 GSM-RGSM-R设备常见的故障分析与处理设备常见的故障分析与处理 6.2.1 6.2.1 故障处理过程和方法故障处理过程和方法 6

192、.2.2 6.2.2 故障分析与定位的常用方法故障分析与定位的常用方法 6.2.3 6.2.3 无线网络常见问题无线网络常见问题 6.2.4 6.2.4 无线网络常见问题的原理无线网络常见问题的原理 6.2.5 6.2.5 故障处理案例故障处理案例 6.2.6 6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象 6.1 GSM-R系统维护规则系统维护规则 1.机构和职责机构和职责 GSM-R系统的技术和业务管理工作，应遵循统系统的技术和业务管理工作，应遵循统一规划、统一领导、逐级负责和科学管理的原则进一规划、统一领导、逐级负责和科学管理的原则进行。铁道部通信主管部门负责全路行。铁道部通信主管部门负责全路

193、GSM-R系统的系统的管理工作，北京铁路通信技术中心协助铁道部通信管理工作，北京铁路通信技术中心协助铁道部通信主管部门工作。铁路局、通信段，应根据技术、业主管部门工作。铁路局、通信段，应根据技术、业务管理和维护工作需要，设置务管理和维护工作需要，设置GSM-R技术支持中技术支持中心和车间、工区等维护机构，配备专职专业技术管心和车间、工区等维护机构，配备专职专业技术管理人员。理人员。6.1 GSM-R系统维护规则系统维护规则2.2.维修管理维修管理（1 1）设备维修）设备维修 铁路铁路GSM-RGSM-R通信设备实行大修、中修、维修三个通信设备实行大修、中修、维修三个修程。修程。 大修：超过年限

194、或在年限内但设备不能用。大修：超过年限或在年限内但设备不能用。 中修：中修：是针对无线子系统、漏缆、杆塔、馈是针对无线子系统、漏缆、杆塔、馈线、直放站短段光缆、防护围栏（墙）等区间线、直放站短段光缆、防护围栏（墙）等区间设备所进行的具有周期性、集中性的恢复通信设备所进行的具有周期性、集中性的恢复通信设备强度与特性的维护工作，中修周期规定为设备强度与特性的维护工作，中修周期规定为3年。年。维修：包括日常维护、集中检修、重点整治维修：包括日常维护、集中检修、重点整治。6.1 GSM-R系统维护规则系统维护规则日常维护：是预防和消除故障因素，及时发现问题并日常维护：是预防和消除故障因素，及时发现问题

195、并进行快速处理的经常性维护作业。包括定期对进行快速处理的经常性维护作业。包括定期对GSM-R系统进行巡检、网络质量分析和数据备份等日常操系统进行巡检、网络质量分析和数据备份等日常操作，通过性能数据分析，及时发现网络隐患，随时作，通过性能数据分析，及时发现网络隐患，随时排除故障，确保通信畅通。排除故障，确保通信畅通。集中检修：指恢复、改善与提高设备强度和性能，且集中检修：指恢复、改善与提高设备强度和性能，且技术性较强的专业维护作业，包括重要设备的主备技术性较强的专业维护作业，包括重要设备的主备用倒换测试，系统性能测试调整等。用倒换测试，系统性能测试调整等。重点整治：指对网络和设备存在的重大隐患（

196、如大范重点整治：指对网络和设备存在的重大隐患（如大范围运行指标劣化等）进行专题解决围运行指标劣化等）进行专题解决,或通过重点整治或通过重点整治,解决重大网络隐患，确保运输安全。解决重大网络隐患，确保运输安全。6.1 GSM-R系统维护规则系统维护规则维护工作必须认真执行维护工作必须认真执行“三不动三不动”、三不离、三不离”、“三不放过三不放过”及通信纪律及通信纪律“十不准十不准”等基本安全制等基本安全制度和工作纪律。度和工作纪律。 三不动：未登记联系好不动；对设备性能、状态三不动：未登记联系好不动；对设备性能、状态不清楚不动；正在使用中的设备不动。不清楚不动；正在使用中的设备不动。 三不离：工

197、作完了，不彻底试验良好不离；影响三不离：工作完了，不彻底试验良好不离；影响正常使用的设备缺点未修好前不离；发现设备有正常使用的设备缺点未修好前不离；发现设备有异状时，未查清原因不离。异状时，未查清原因不离。 三不放过：事故原因分析不清不放过；没有防范三不放过：事故原因分析不清不放过；没有防范措施不放过；事故责任者和职工没有受到教育不措施不放过；事故责任者和职工没有受到教育不放过。放过。6.1 GSM-R系统维护规则系统维护规则 十不准十不准:不准任意中断电路或业务；不准任不准任意中断电路或业务；不准任意加、甩、倒换设备；不准任意变更电路；意加、甩、倒换设备；不准任意变更电路；不准任意配置、修改

198、数据；不准任意切断不准任意配置、修改数据；不准任意切断告警；不准借故推迟故障处理时间和隐瞒告警；不准借故推迟故障处理时间和隐瞒谎报故障；不准泄漏用户信息；不准泄露谎报故障；不准泄漏用户信息；不准泄露系统口令；不准在系统上进行与维护无关系统口令；不准在系统上进行与维护无关的操作；不准关闭业务联络电话。的操作；不准关闭业务联络电话。6.1.2 设备维护篇设备维护篇1.1.移动交换子系统维护项目移动交换子系统维护项目（1 1）MSC MSC （2 2）HLRHLR（3 3）短消息服务中心）短消息服务中心(SMSC(SMSC）（4 4）确认中心（）确认中心（ACAC）（5 5）ANAN节点节点2.2.

199、移动智能网子系统维护项目移动智能网子系统维护项目 （1 1）SSPSSP (2) SCP (2) SCP3.3.通用分组无线业务子系统维护项目与标准通用分组无线业务子系统维护项目与标准 （1 1）服务）服务GPRSGPRS支持节点（支持节点（SGSNSGSN） （2 2）网关）网关GPRSGPRS支持节点（支持节点（GGSNGGSN） （3 3）域名服务器（）域名服务器（DNSDNS） （4 4）认证服务器（）认证服务器（RADIUSRADIUS）6.1.2 设备维护篇设备维护篇4.4.无线子系统（无线子系统（BSSBSS）维护项目与标准）维护项目与标准 （1 1）BSCBSC （2 2）PC

200、U PCU （3 3）TRAU TRAU （4 4）BTS BTS （5 5）直放站）直放站 （6 6）漏缆监测系统）漏缆监测系统5.5.运行与维护子系统维护项目与标准运行与维护子系统维护项目与标准6.6.手持终端设备维护项目与标准手持终端设备维护项目与标准6.2 GSM-R设备常见的故障分析设备常见的故障分析 与处理与处理故障处理一般包括以下四个阶段：故障处理一般包括以下四个阶段： 1.故障信息收集：故障信息收集： 任何一个故障的处理都是从维护人员获得故障信任何一个故障的处理都是从维护人员获得故障信息开始。故障信息主要来自：息开始。故障信息主要来自：l 客户的故障申告；客户的故障申告；l 日

201、常维护或巡检发现的异常；日常维护或巡检发现的异常；l OMC客户端的告警和通知；客户端的告警和通知；l 单板指示灯的状态。单板指示灯的状态。 维护人员要注意收集各种相关的原始信息，在维护人员要注意收集各种相关的原始信息，在接听、了解客户的故障申告时，要尽可能多方面、接听、了解客户的故障申告时，要尽可能多方面、多角度地了解相关信息。多角度地了解相关信息。6.2.1 故障处理过程和方法故障处理过程和方法6.2.1 故障处理过程和方法故障处理过程和方法 2.故障原因分析故障原因分析 故障信息获取后，维护人员对故障原因进行分析，故障信息获取后，维护人员对故障原因进行分析，判断各种原因导致故障的概率大小

202、，并作为故障排除判断各种原因导致故障的概率大小，并作为故障排除顺序的参考。顺序的参考。 故障原因一般分为：故障原因一般分为： 传输类故障；传输类故障； 天馈类故障；天馈类故障； 语音类故障；语音类故障； 加载类故障；加载类故障； l时钟类故障；时钟类故障； 业务类故障；业务类故障； 单板类故障。单板类故障。 6.2.1 故障处理过程和方法故障处理过程和方法 3.故障定位故障定位 故障原因分析后，维护人员运用各种故障处故障原因分析后，维护人员运用各种故障处理的方法，排查非可能故障因素，最终确定故障理的方法，排查非可能故障因素，最终确定故障发生的根本原因。准确而快速的定位有利于提高发生的根本原因。

203、准确而快速的定位有利于提高故障处理的时效，是故障处理过程的重要环节。故障处理的时效，是故障处理过程的重要环节。 4.故障排除故障排除 故障定位后，进入故障处理的最后阶段：故故障定位后，进入故障处理的最后阶段：故障排除，维护人员采用适当的步骤排查故障，恢障排除，维护人员采用适当的步骤排查故障，恢复系统正常运行。复系统正常运行。6.2.2 故障分析与定位的常用方法故障分析与定位的常用方法 当故障发生常用的分析、定位方法是：当故障发生常用的分析、定位方法是：1.告警和操作日志查看告警和操作日志查看:告警和操作日志查看是告警和操作日志查看是维护人员在遇到故障时最先使用的方法。维护人员在遇到故障时最先使

204、用的方法。2.指示灯状态分析法指示灯状态分析法:指示灯状态分析是维护人指示灯状态分析是维护人员在遇到故障时经常使用的方法，主要通过员在遇到故障时经常使用的方法，主要通过观察机架各单板面板的指示灯状态，来排除观察机架各单板面板的指示灯状态，来排除和判断故障位置。和判断故障位置。3.性能分析法性能分析法:性能分析法主要通过性能分析法主要通过BSS操作维操作维护子系统护子系统OMCR（V2）的性能管理界面来实）的性能管理界面来实现。通过性能管理界面，维护人员可以实现现。通过性能管理界面，维护人员可以实现BSS系统的性能管理、信令跟踪。系统的性能管理、信令跟踪。6.2.2 故障分析与定位的常用方法故障

205、分析与定位的常用方法 4.仪器、仪表分析法仪器、仪表分析法:仪器、仪表分析法主要是仪器、仪表分析法主要是指在指在BTS（V2）维护过程中，维护人员使用）维护过程中，维护人员使用测试手机、信令分析仪、误码分析仪等辅助测试手机、信令分析仪、误码分析仪等辅助仪器，进行故障分析、故障定位和排除。仪器，进行故障分析、故障定位和排除。5.插拔法和按压法插拔法和按压法 :最初发现某单板故障时，最初发现某单板故障时，可以拧开前面板上的固定螺丝，插拔一下单可以拧开前面板上的固定螺丝，插拔一下单板和外部接口插头，排除因接触不良或处理板和外部接口插头，排除因接触不良或处理机异常产生的故障。机异常产生的故障。 断电后

206、通过按压电缆接头的方法，也可断电后通过按压电缆接头的方法，也可以排除因接触不良所产生的故障。以排除因接触不良所产生的故障。6.2.2 故障分析与定位的常用方法故障分析与定位的常用方法 6.对比法和互换法对比法和互换法: 对比法是将可能发生故障的单板与系统对比法是将可能发生故障的单板与系统中处于相似地位正常运行的单板（如多模块中处于相似地位正常运行的单板（如多模块中的相同槽位的单板）进行比较，例如运行中的相同槽位的单板）进行比较，例如运行状态、跳线或连接线的比较。通过比较，可状态、跳线或连接线的比较。通过比较，可以判定单板是否发生了故障。以判定单板是否发生了故障。 互换法是将可能发生故障的单板用

207、备件或互换法是将可能发生故障的单板用备件或者是系统中正常运行的其他相同单板替换，者是系统中正常运行的其他相同单板替换，根据故障是否消失来判定单板是否确实发生根据故障是否消失来判定单板是否确实发生了故障。了故障。7.隔离法隔离法:当系统部分发生故障时，可以将与其当系统部分发生故障时，可以将与其相关的单板或机架分离，来判断是否是互相相关的单板或机架分离，来判断是否是互相影响造成的故障。影响造成的故障。6.2.2 故障分析与定位的常用方法故障分析与定位的常用方法 7.隔离法隔离法:当系统部分发生故障时，可以将与其当系统部分发生故障时，可以将与其相关的单板或机架分离，来判断是否是互相相关的单板或机架分

208、离，来判断是否是互相影响造成的故障。影响造成的故障。8.自检法：当系统或单板重新上电时，通过自自检法：当系统或单板重新上电时，通过自检来判断故障。一般的单板在重新上电自检检来判断故障。一般的单板在重新上电自检时，其面板上指示灯会呈现出一定的规律性时，其面板上指示灯会呈现出一定的规律性闪烁，因此可以依此判断单板是否自身存在闪烁，因此可以依此判断单板是否自身存在问题问题9. 联系通讯生产厂家获取技术支持联系通讯生产厂家获取技术支持 。6.2.3 无线网络常见问题无线网络常见问题语音类问题是无线网络中常见问题：语音类问题是无线网络中常见问题： 1.双向无声双向无声 2.单通单通 3.杂音杂音 4.背

209、景噪声背景噪声 5.回声回声6.2.4 无线网络常见问题原因无线网络常见问题原因 1.无线部分无线部分 上下行电路不平衡；内部干扰（规划，越区覆盖，跳上下行电路不平衡；内部干扰（规划，越区覆盖，跳频配置）；外部干扰；无线参数配置不合理（切换关频配置）；外部干扰；无线参数配置不合理（切换关系，切换门限，功控门限等）。系，切换门限，功控门限等）。 2.基站部分基站部分 硬件方面：单板（如硬件方面：单板（如CDU、TRM、TRU、CMM等）等）故障等。故障等。 软件方面：数据配置错误；软件方面：数据配置错误；BTS信道配置信息和信道配置信息和BSC侧不一致侧不一致 3.天馈方面天馈方面 接错、驻波比

210、异常、接头连接不紧接错、驻波比异常、接头连接不紧6.2.4 无线网络常见问题原因无线网络常见问题原因 4.Abis口部分口部分 接头以及接头连线的端口质量、传输线路的误码等接头以及接头连线的端口质量、传输线路的误码等原因。共用原因。共用Abis口传输时，部分时隙故障或者配置错口传输时，部分时隙故障或者配置错误。动力环境监控设备等对于线路的干扰误。动力环境监控设备等对于线路的干扰 5.BSC部分部分 硬件方面：硬件方面：TIC至至A口之间所有单板及连线、电阻口之间所有单板及连线、电阻匹配问题。匹配问题。 软件方面：内部接续时隙数据错误（如误删除，删软件方面：内部接续时隙数据错误（如误删除，删除方

211、法不正确）。除方法不正确）。6.2.4 无线网络常见问题原因无线网络常见问题原因6.A接口部分接口部分 硬件方面：单板故障：硬件方面：单板故障：TIC 板、板、DRT/EDRT板等板等连线错误（交叉线、鸳鸯线等）。连线错误（交叉线、鸳鸯线等）。 软件方面：软件方面：CIC配置，配置，A接口中继电路是否是可用接口中继电路是否是可用的设置。在使用的设置。在使用DRT时，不可配置时，不可配置EFR业务（否则可业务（否则可能出现手机呼叫固定时的单通，手机呼叫手机时双不能出现手机呼叫固定时的单通，手机呼叫手机时双不通现象）。对于通现象）。对于A口复用时，口复用时，NSPP和和FSPP间的间的E1线线数目

212、不足，导致数目不足，导致A口的某些时隙没有交换，也可能出口的某些时隙没有交换，也可能出现无话音现象。现无话音现象。 使用的软件版本不正确。使用的软件版本不正确。6.2.4 无线网络常见问题原因无线网络常见问题原因 7.MSC部分部分 硬件方面：单板（硬件方面：单板（DT、网板、网板NET）故障或与背板接）故障或与背板接触不良，背板或槽位坏。连线损坏或接触问题。触不良，背板或槽位坏。连线损坏或接触问题。HW线缆异常。线缆异常。 软件方面软件方面:出局中继的数据配置错误。出局中继的数据配置错误。 接续数据错误。接续数据错误。 8.手机部分手机部分 对于个别手机存在的单通或杂音情况，也有可能是手对于

213、个别手机存在的单通或杂音情况，也有可能是手机本身的问题。手机质量差，会引起接收灵敏度偏低，机本身的问题。手机质量差，会引起接收灵敏度偏低，导致通话质量差。导致通话质量差。6.2.4 无线网络常见问题原因无线网络常见问题原因 9.传输部分传输部分 鸳鸯线、传输对端软环或硬环、鸳鸯线、传输对端软环或硬环、DDF架接地不良、架接地不良、线缆接头、传输瞬断、时隙倍增设备异常、传输系统部线缆接头、传输瞬断、时隙倍增设备异常、传输系统部分时隙异常。分时隙异常。6.2.5 故障处理案例故障处理案例1.案例案例1：单通双向无声案例：单通双向无声案例 故障现象：故障现象：用户投诉通话过程中会出现无声、单通、回音

214、用户投诉通话过程中会出现无声、单通、回音现象，等待一段时间后（不挂断电话），又会恢复语音的问现象，等待一段时间后（不挂断电话），又会恢复语音的问题，该问题于题，该问题于6月月13日左右出现，在西门子的日左右出现，在西门子的Bsc18、Bsc19以及中兴的以及中兴的Bsc9下均有该问题。下均有该问题。 故障处理：故障处理：通过现场实地测试，得到该问题的准确现象：通过现场实地测试，得到该问题的准确现象：起呼后通话正常（双方都能听到话音），当发生跨起呼后通话正常（双方都能听到话音），当发生跨Bsc间切间切换，立即出现双向无声，双方都听不到语音，听到的是自己换，立即出现双向无声，双方都听不到语音，听到

215、的是自己的回音，当再次发生跨的回音，当再次发生跨Bsc间切换后，双方又都能听到语间切换后，双方又都能听到语音，又能正常通话。音，又能正常通话。 通过现场测试，通过现场测试，Msc侧人员跟踪侧人员跟踪A口时隙，最终确定问口时隙，最终确定问题：题：A口有口有3条条Pcm链路被自环而导致。影响近链路被自环而导致。影响近90条话路。条话路。6.2.5 故障处理案例故障处理案例2.案例案例2：杂音案例：杂音案例 故障现象：用户投诉有杂音现象故障现象：用户投诉有杂音现象 故障分析与处理：通过测试发现局内通故障分析与处理：通过测试发现局内通话话音质量很好，但是出局电话经常出现杂话话音质量很好，但是出局电话经

216、常出现杂音。逐条长途电路呼叫测试发现，有音。逐条长途电路呼叫测试发现，有4条条E1上通话质量比较差。检查长途电路发现这上通话质量比较差。检查长途电路发现这4条条E1使用的时隙复用设备有问题，更换电使用的时隙复用设备有问题，更换电路后问题解决。路后问题解决。6.2.5 故障处理案例故障处理案例3.案例案例3：背景音问题：背景音问题 故障现象：青海某地反映通话中有比较大故障现象：青海某地反映通话中有比较大的背景杂音。的背景杂音。 故障处理：由于该故障处理：由于该BSC下的很多站点都有下的很多站点都有投诉，因出怀疑是传输接地不好导致，现场检投诉，因出怀疑是传输接地不好导致，现场检查了查了DDF架接地

217、，发现接地电阻很大，重新引架接地，发现接地电阻很大，重新引入地线后，通话中的背景杂音问题解决。入地线后，通话中的背景杂音问题解决。6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象 直放站故障包括覆盖区无信号、信号变弱、直放站故障包括覆盖区无信号、信号变弱、通话质量差、手机上线困难、上行干扰基站、通话质量差、手机上线困难、上行干扰基站、监控问题。监控问题。 1.信源问题信源问题（1）信信源源小小区区主主导导信信号号不不明明显显：直直放放站站放放大大无无主主导导信信号号，在在直直放放站站覆覆盖盖区区的的信信号号会会来来回回切切换换、通通话话断断续续不不清清，甚甚至掉话。至掉话。（2）信源小区故障：影响直放

218、站覆盖区也不能通话。）信源小区故障：影响直放站覆盖区也不能通话。（3）施施主主信信源源同同、邻邻频频干干扰扰：影影响响直直放放站站覆覆盖盖区区通通话话断断续不清晰，甚至掉话等现象。续不清晰，甚至掉话等现象。6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象 直直放放站站故故障障包包括括覆覆盖盖区区无无信信号号、信信号号变变弱弱、通通话话质质量量差差、手机上线困难、上行干扰基站、监控问题。手机上线困难、上行干扰基站、监控问题。 1.信源问题信源问题（1）信信源源小小区区主主导导信信号号不不明明显显：直直放放站站放放大大无无主主导导信信号号，在在直直放放站站覆覆盖盖区区的的信信号号会会来来回回切切换换、通通

219、话话断断续续不不清清，甚甚至至掉掉话。话。（2）信源小区故障：影响直放站覆盖区也不能通话。）信源小区故障：影响直放站覆盖区也不能通话。（3）施施主主信信源源同同、邻邻频频干干扰扰：影影响响直直放放站站覆覆盖盖区区通通话话断断续续不不清晰，甚至掉话等现象。清晰，甚至掉话等现象。6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象（4）信信源源小小区区改改频频或或天天线线做做调调整整：如如直直放放站站未未及及时时随随着着调调整整，会会引引起起直直放放站站覆覆盖盖区区无无信信号号、信信号号变变弱弱、通通话话质质差差、掉掉话话等等现象。现象。 （5）重重叠叠覆覆盖盖或或其其它它小小区区干干扰扰：如如直直放放站站放

220、放大大的的施施主主信信源源小小区区信信号号，在在覆覆盖盖区区也也有有基基站站信信号号覆覆盖盖或或与与其其它它小小区区有有同同、邻邻频干扰，从而导致直放站覆盖区会通话断续、不清晰。频干扰，从而导致直放站覆盖区会通话断续、不清晰。（6）信信源源切切换换关关系系未未做做好好：如如直直放放站站放放大大的的施施主主信信源源小小区区信信号号，在在覆覆盖盖区区与与其其它它小小区区未未做做切切换换关关系系，从从而而影影响响直直放放站站覆覆盖区通话时发生切换会掉话现象。盖区通话时发生切换会掉话现象。（7）信信源源是是反反射射信信号号：如如直直放放站站放放大大的的施施主主信信源源小小区区是是反反射射的的信信号号，

221、一一般般用用手手机机测测试试的的TA值值较较大大（一一般般20以以上上），从而影响直放站覆盖区信号不稳定，手机上线困难。从而影响直放站覆盖区信号不稳定，手机上线困难。6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象2.设备问题设备问题（1）电源模块故障：直放站覆盖区无信号）电源模块故障：直放站覆盖区无信号.（2）主主机机下下行行模模块块增增益益不不足足或或无无增增益益：如如下下行行低低噪噪放放、下下行行选选频频功功放放模模块块、下下行行功功放放模模块块产产生生故故障障，则则会会引引起起覆覆盖盖区区信信号号变变弱弱或或无无信信号号，以以及及通通话话断断续续不不清清晰晰，甚甚至至掉话现象。掉话现象。（3）

222、主主机机上上行行模模块块增增益益不不足足或或无无增增益益：如如上上行行低低噪噪放放、上上行行选选频频功功放放模模块块、上上行行功功放放模模块块，则则会会引引起起覆覆盖盖区区有有信信号号，手手机机较较难难打打电电话话或或打打不不了了电电话话，甚甚至至与与其其他他小小区区切切换换会会产产生掉话现象。生掉话现象。6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象3.天馈线系统问题天馈线系统问题（1）接接收收天天馈馈线线系系统统异异常常：比比如如天天馈馈线线及及接接头头进进水水或或被被压压扁扁，引引起起驻驻波波高高（Site master测测试试标标准准为为1.5以以下下），导导致致主主机机接接收收信信号号变变

223、弱弱，从从而而影影响响覆覆盖盖区区信信号号变变弱弱，手手机机上上线线困困难难，通通话话质质差。差。（2）用用户户天天馈馈线线系系统统异异常常：比比如如天天馈馈线线及及接接头头进进水水或或被被压压扁扁，引引起起驻驻波波高高（Site master测测试试标标准准为为1.5以以下下），导导致致主主机机放放大大信信号号被被全全反反射射掉掉，从而引起覆盖区信号变弱。从而引起覆盖区信号变弱。6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象4.开通调试问题开通调试问题（1）直直放放站站上上、下下行行增增益益调调试试不不平平衡衡：会会引引起起覆覆盖盖区区通通话话断断续或单通。续或单通。（2）主主机机接接收收信信号号

224、过过强强或或输输出出功功率率过过强强：引引起起主主机机饱饱和和失失真真（ALC起起控控）或或交交调调过过大大，下下行行会会导导致致覆覆盖盖区区通通话话质质差差，上上行会干扰基站。行会干扰基站。（3）直直放放站站设设置置的的频频点点与与施施主主信信源源不不对对应应：如如：信信源源频频点点为为8/23/45/62/81/90，宽宽带带机机设设置置带带宽宽为为：185，则则滤滤掉掉90，选选频频机机设设置置的的频频点点为为：8/23/45/81/90，则则无无62频频点点放放大大，会引起覆盖区通话断续或单通，甚至掉话等现象。会引起覆盖区通话断续或单通，甚至掉话等现象。（4）直直放放站站系系统统自自激

225、激：引引起起覆覆盖盖区区下下行行有有信信号号不不能能打打电电话话，或上行干扰基站。或上行干扰基站。6.2.6 直放站故障现象直放站故障现象5.光路问题（只针对光纤直放站）光路问题（只针对光纤直放站）（1）近近端端至至远远端端的的光光路路故故障障：如如：断断开开、光光路路损损耗耗过过大大，会会引引起起覆覆盖盖区区无无信信号号、信信号号弱弱、手手机机上线困难、通话断续等现象。上线困难、通话断续等现象。（2）近近端端至至远远端端的的上上、下下行行光光路路调调试试不不平平衡衡：会会引起覆盖区手机通话断续、单通等现象。引起覆盖区手机通话断续、单通等现象。（3）远远程程检检测测：通通过过监监控控中中心心查

226、查询询主主机机的的工工作作状状态。态。GSM-R系统维护与应用系统维护与应用第七章公网移动通信系统第第7章章 公网移动通信系统公网移动通信系统7.1 CDMA7.1 CDMA系统系统 7.1.1 7.1.1 扩频技术扩频技术 7.1.2 CDMA7.1.2 CDMA系统的发展与结构系统的发展与结构 7.1.3 CDMA7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道 7.1.4 CDMA7.1.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制 7.1.5 CDMA7.1.5 CDMA系统的切换方式系统的切换方式7.2 3G7.2 3G系统系统 7.2.1 IMT-20007.2.1 IMT-2000系

227、统系统 7.2.2 7.2.2 三种技术的发展三种技术的发展 7.2.3 7.2.3 第三代移动通信系统的关键技术第三代移动通信系统的关键技术7.3 4G7.3 4G系统系统 7.3.1 4G7.3.1 4G系统的关键技术系统的关键技术 7.3.2 4G7.3.2 4G系统的标准系统的标准7.1 CDMA系统系统 CMDA系统的特点总结如下：系统的特点总结如下： （1）容量大）容量大 （2）软容量）软容量 （3）软切换）软切换 （4）话音激活技术，以提高系统的通信容量。）话音激活技术，以提高系统的通信容量。 （5）CDMA蜂窝通信系统的功率控制。蜂窝通信系统的功率控制。 （6）CDMA蜂窝系统

228、以扩频技术为基础，因而它蜂窝系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系统所固有的优点具有扩频通信系统所固有的优点 。7.1.1 扩频技术扩频技术 扩频通信的概念扩频通信的概念 码分多址（码分多址（CDMA）是以扩频技术为基础的；）是以扩频技术为基础的；扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、术。扩频技术用于通信系统具有抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力；适用于码分多址隐蔽、保密和多址能力；适用于码分多址（CDMA）蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列）蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频扩频(DSSS)或简称

229、直扩；直接序列或简称直扩；直接序列(DS)扩频，就扩频，就是直接用具有高码率的扩频码（是直接用具有高码率的扩频码（PN）序列在发端）序列在发端去扩展信号的频谱。而在接收端，用相同的扩频去扩展信号的频谱。而在接收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。始的信息。图7.3为直扩系统的组成与原理框图7.1.2 CDMA系统的发展与结构系统的发展与结构 1.CDMA的发展的发展 CDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用。用。 1989年年11月，美国月，美国 Qualcomm（高通）

230、公司在美国（高通）公司在美国的现场试验证明的现场试验证明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大；用于蜂窝移动通信的容量大； 1995年香港和美国的年香港和美国的CDMA公用网开始投入商用。公用网开始投入商用。 1996年韩国用从美国购买的年韩国用从美国购买的Q-CDMA生产许可证，生产许可证，自己生产的自己生产的CDMA系统设备开始大规模商用。系统设备开始大规模商用。 无线通信在未来的通信中起着越来越重要的作用，无线通信在未来的通信中起着越来越重要的作用，CDMA技术已成为第三代蜂窝移动通信标准的无线接入技术已成为第三代蜂窝移动通信标准的无线接入技术。技术。 7.1.2 CDMA系统的发展与结构系统

231、的发展与结构 2.CDMA系统的结构系统的结构 7.1.2 CDMA系统的发展与结构系统的发展与结构 2.CDMA系统的结构系统的结构 网络子系统（网络子系统（NSS）。处于市话网与基站控制器之间，它）。处于市话网与基站控制器之间，它主要由移动交换中心（主要由移动交换中心（MSC），或称为移动电话交换局），或称为移动电话交换局（MTSO）组成。）组成。 基站子系统（基站子系统（BSS）。基站控制器（）。基站控制器（BSC）和基站收发设）和基站收发设备（备（BTS）。每个基站有效覆盖范围即为无线小区。一个基）。每个基站有效覆盖范围即为无线小区。一个基站控制器（站控制器（BSC）可以控制多个基站，

232、每个基站可有多部收）可以控制多个基站，每个基站可有多部收发信机。基站控制器（发信机。基站控制器（BSC）通过网络接口分别连接移动交）通过网络接口分别连接移动交换中心（换中心（MSC）和基站收发信机（）和基站收发信机（BTS）。）。 移动台（移动台（MS）。）。CDMA移动通信网中用户使用的设备。可移动通信网中用户使用的设备。可采用双模式移动台，既能工作在原有的模拟蜂窝系统采用双模式移动台，既能工作在原有的模拟蜂窝系统（AMPS），又能工作在扩频码分（），又能工作在扩频码分（CDMA）蜂窝系统。）蜂窝系统。 7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道 CDMA蜂窝系统所有信道是靠不同的码型

233、来蜂窝系统所有信道是靠不同的码型来区分的，类似这样的信道可称为逻辑信道；在区分的，类似这样的信道可称为逻辑信道；在CDMA蜂窝系统中，上、下行链路使用不同载频蜂窝系统中，上、下行链路使用不同载频（频率间隔为（频率间隔为45MHz），通信方式为），通信方式为FDD(频分频分双工双工)；一个载频包含；一个载频包含64个逻辑信道，占用带宽约个逻辑信道，占用带宽约1.23MHz。正向传输（下行）和反向传输（上行）。正向传输（下行）和反向传输（上行）的要求及条件不同，逻辑信道的构成及产生方式的要求及条件不同，逻辑信道的构成及产生方式也不同；逻辑信道由正向传输逻辑信道和反向传也不同；逻辑信道由正向传输逻辑

234、信道和反向传输逻辑信道组成。输逻辑信道组成。7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道 CDMA蜂窝系统的逻辑信道示意图7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道1正向传输逻辑信道正向传输逻辑信道 （1）导频信道）导频信道 基站使用导频信道为所有的移动台提供基准。导频信号基站使用导频信道为所有的移动台提供基准。导频信号是一种未调制的直接序列扩频（是一种未调制的直接序列扩频（DSSS）信号，由基站连）信号，由基站连续发送的导频信号。所有基站的导频信号使用相同的续发送的导频信号。所有基站的导频信号使用相同的PN序序列，可以通过唯一对应的时

235、间偏移来识别每一个基站。列，可以通过唯一对应的时间偏移来识别每一个基站。 主要功能包括：移动台用它来捕获系统，提供时间主要功能包括：移动台用它来捕获系统，提供时间与相位跟踪的参数，用于使所有在基站覆盖，区中的与相位跟踪的参数，用于使所有在基站覆盖，区中的移动台进行同步和切换，导频相位的偏置用于扇区或移动台进行同步和切换，导频相位的偏置用于扇区或基站的识别。基站的识别。7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道1正向传输逻辑信道正向传输逻辑信道 （2）同步信道）同步信道 同步信道是一种经过编码、交织和调制的扩频信号，它同步信道是一种经过编码、交织和调制的扩频信号，它主要传输同步信息（还包括

236、提供移动台选用的寻呼信道数主要传输同步信息（还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率），移动台利用导频信道和同步信道可以得到起始时据率），移动台利用导频信道和同步信道可以得到起始时间同步。间同步。 同步信道消息包括以下信息：该同步信道对应的导频信同步信道消息包括以下信息：该同步信道对应的导频信道的道的PN偏置；系统时间；长码状态；系统标识；网络标偏置；系统时间；长码状态；系统标识；网络标识；寻呼信道的比特率。识；寻呼信道的比特率。7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道1正向传输逻辑信道正向传输逻辑信道 （3）寻呼信道）寻呼信道 寻呼信道用来向移动台发送控制信息。在呼叫接续阶段寻呼信道用来

237、向移动台发送控制信息。在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。移动台通常在建立同步后，接着传输寻呼移动台的信息。移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道（也可以由基站指定）来监听系统发就选择一个寻呼信道（也可以由基站指定）来监听系统发出的系统信息和指令，在移动台接入信道的接入请求完成出的系统信息和指令，在移动台接入信道的接入请求完成之后可对信息进行确认。在需要时，寻呼信道可以改作业之后可对信息进行确认。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。寻呼信道信息的形式类似于务信道使用，直至全部用完。寻呼信道信息的形式类似于同步信道信息。同步信道信息。7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系

238、统的逻辑信道1正向传输逻辑信道正向传输逻辑信道 （4）正向业务信道）正向业务信道 正向业务信道共有四种传输速率（正向业务信道共有四种传输速率（9600、4800、2400、1200 bit/s）。业务速率可以逐帧（）。业务速率可以逐帧（20 ms）改变，以动态）改变，以动态地适应通信者的话音特征，在业务信道中，还要插入其它地适应通信者的话音特征，在业务信道中，还要插入其它的控制信息，如链路功率控制和过区切换指令等，正向业的控制信息，如链路功率控制和过区切换指令等，正向业务信道还连续不断地发送链路功率控制子信道信息，每务信道还连续不断地发送链路功率控制子信道信息，每1.25ms发送发送1bit（

239、“0”或或“1”），），“0”表示移动台将平表示移动台将平均输均输出功率提高出功率提高1dB，“1”表示移动台将平均输出功率降低表示移动台将平均输出功率降低1dB，实际速率，实际速率800b/s，以调整移动台的发射功率。，以调整移动台的发射功率。7.1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道2反向传输逻辑信道反向传输逻辑信道 （1）接入信道）接入信道 移动台使用接入信道给基站发送控制信息，移动台也移动台使用接入信道给基站发送控制信息，移动台也可以使用接入信道发送非业务信息，提供移动台到基站的可以使用接入信道发送非业务信息，提供移动台到基站的传输通路；接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应，以传

240、输通路；接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应，以相应传送指令、应答和其它有关的信息；所有接入同一系相应传送指令、应答和其它有关的信息；所有接入同一系统的移动台共用相同的频率分配，接入信道是一种分时隙统的移动台共用相同的频率分配，接入信道是一种分时隙的随机接入信道，允许多个用户同时抢占同一接入信道的随机接入信道，允许多个用户同时抢占同一接入信道（竞争方式）；每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可（竞争方式）；每个寻呼信道所支撑的接入信道数最多可达达 32 个，编号从个，编号从 0 到到 31。基站可通过每个移动台的接入。基站可通过每个移动台的接入代码序列信息来进行识别。代码序列信息来进行识别。7.

241、1.3 CDMA系统的逻辑信道系统的逻辑信道2反向传输逻辑信道反向传输逻辑信道 （2）反向业务信道）反向业务信道 与正向业务信道的特点和作用基本相同，反向业务信道处理与正向业务信道的特点和作用基本相同，反向业务信道处理过程类似于接入信道，最主要的不同是反向业务信道（基本代过程类似于接入信道，最主要的不同是反向业务信道（基本代码）使用数据猝发随机化函数发生器，通过数据猝发随机化函码）使用数据猝发随机化函数发生器，通过数据猝发随机化函数发生器利用话音激活性，实现减少语音寂静区的反向链路功数发生器利用话音激活性，实现减少语音寂静区的反向链路功率，基站反向业务信道接收机在率，基站反向业务信道接收机在1

242、.25ms的时间间隔内（相当于的时间间隔内（相当于24个调制码元宽度），对特定移动台来的信号强度进行估值，个调制码元宽度），对特定移动台来的信号强度进行估值，并根据此估值来确定正向功率控制子信道的控制比特取并根据此估值来确定正向功率控制子信道的控制比特取“0”还还是是取取“1”，然后采用插入技术，把此控制比特嵌入正向业务信道，然后采用插入技术，把此控制比特嵌入正向业务信道的的正向功率控制子信道中传输。正向功率控制子信道中传输。7.1.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制 功率控制技术是功率控制技术是CDMA系统的核心技术。功率控制分为系统的核心技术。功率控制分为正向（下行）功率控制和反向（

243、上行）功率控制，反向功正向（下行）功率控制和反向（上行）功率控制，反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。基站同时参与的闭环功率控制。 功率控制的原则：当信道的传播条件突然改善时，功率功率控制的原则：当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应控制应作出快速反应(例如在几微秒时间内例如在几微秒时间内)，以防止信号突，以防止信号突然增强而对其它用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然增强而对其它用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说，然变坏时，功率调

244、整的速度可以相对慢一些。也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户都增大背景干扰。都增大背景干扰。7.1.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制 1反向功率控制反向功率控制 反向链路功率控制影响接入和反向业务信道。在发起呼反向链路功率控制影响接入和反向业务信道。在发起呼叫和对抗大的路径损耗波动时，使用反向链路功率控制建叫和对抗大的路径损耗波动时，使用反向链路功率控制建立链路。立链路。 （1）反向开环功率控制。）反向开环功率控制。 反向开环功率控制也称上行链路开环功率控制。反向开环功率控制也称上行链路开环功率控制。 其主其主要

245、要求是使任一移动台无论处于什么位置上，要要求是使任一移动台无论处于什么位置上， 其信号在到其信号在到达基站的接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到信达基站的接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到信干比要求的门限。干比要求的门限。7.1.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制 1反向功率控制反向功率控制 （2）反向闭环功率控制）反向闭环功率控制 指移动台根据基站发送的功率控制指令（功率控制比特指移动台根据基站发送的功率控制指令（功率控制比特携带的信息）来调节移动台发射功率的过程，其本身所具携带的信息）来调节移动台发射功率的过程，其本身所具有的较快的响应时间使得它能够在实际应用中比反向开环有

246、的较快的响应时间使得它能够在实际应用中比反向开环功率控制有优先权，功率控制比特要在正向业务信道的功功率控制有优先权，功率控制比特要在正向业务信道的功率子信道上连续地进行传输。率子信道上连续地进行传输。7.1.4 CDMA系统的功率控制系统的功率控制 2正向功率控制正向功率控制 正向功率控制也称下行链路功率控制，只要是为了正向功率控制也称下行链路功率控制，只要是为了减少下行链路的干扰。这不仅限制小区内的干扰，而减少下行链路的干扰。这不仅限制小区内的干扰，而且对减少其它小区且对减少其它小区/扇区的干扰尤其有效。通过调整基扇区的干扰尤其有效。通过调整基站向移动台发射的功率，使任一移动台无论处于小区站

247、向移动台发射的功率，使任一移动台无论处于小区中的任何位置上，收到基站的信号电平都刚刚达到信中的任何位置上，收到基站的信号电平都刚刚达到信干比所要求的门限值。干比所要求的门限值。7.1.5 CDMA系统的切换系统的切换 当用户在通话时，从一个小区穿越到另一个小区时，要当用户在通话时，从一个小区穿越到另一个小区时，要使通话不中断，在新旧基站间要瞬间切换信道。在使通话不中断，在新旧基站间要瞬间切换信道。在CDMA系统中有四种切换方式。系统中有四种切换方式。 1.软切换软切换 软切换仅仅能用于具有相同频率的软切换仅仅能用于具有相同频率的CDMA信道之间，软信道之间，软切换可提供在基站边界处的正向业务信

248、道和反向业务信道切换可提供在基站边界处的正向业务信道和反向业务信道的路径分集，就可以获得分集增益，这意味着总的系统干的路径分集，就可以获得分集增益，这意味着总的系统干扰的减少，提高了系统的平均容量，从而保证通信质量，扰的减少，提高了系统的平均容量，从而保证通信质量，减少了移动台发射功率，延长了电池的使用时间，也就延减少了移动台发射功率，延长了电池的使用时间，也就延长了通话时间。长了通话时间。7.1.5 CDMA系统的切换系统的切换 2.更软切换更软切换 切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。移切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。移动台与同一基站的不同扇区保持通信。基站动台与同

249、一基站的不同扇区保持通信。基站RANK接收机接收机将来自不同扇区分集式天线话音帧中最好的帧合并为一个将来自不同扇区分集式天线话音帧中最好的帧合并为一个业务帧。业务帧。 3.硬切换硬切换 切换中，移动台先中断与原基站的联系，再与新基站取切换中，移动台先中断与原基站的联系，再与新基站取得联系。硬切换一般发生在不同频率的得联系。硬切换一般发生在不同频率的CDMA信道间。如信道间。如同一移动交换中心（同一移动交换中心（MSC）中的切换、不同）中的切换、不同MSC之间的切之间的切换。换。7.1.5 CDMA系统的切换系统的切换 2.更软切换更软切换 切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。移动台切

250、换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。移动台与同一基站的不同扇区保持通信。基站与同一基站的不同扇区保持通信。基站RANK接收机将来自不接收机将来自不同扇区分集式天线话音帧中最好的帧合并为一个业务帧。同扇区分集式天线话音帧中最好的帧合并为一个业务帧。 3.硬切换硬切换 切换中，移动台先中断与原基站的联系，再与新基站取得联切换中，移动台先中断与原基站的联系，再与新基站取得联系。硬切换一般发生在不同频率的系。硬切换一般发生在不同频率的CDMA信道间。如同一移动信道间。如同一移动交换中心（交换中心（MSC）中的切换、不同）中的切换、不同MSC之间的切换。之间的切换。 4.CDMA系统到模拟切换系

251、统到模拟切换 切换中，移动台从切换中，移动台从CDMA业务信道转到模拟话音信道。业务信道转到模拟话音信道。7.2 3G系统系统 第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，可与固定网络务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，可与固定网络相兼容，并可以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任相兼容，并可以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。由于其诸多的优点，吸引了全世界各个运营商、何种类的通信。由于其诸多的优点，吸引了全世界各个运营商、生产厂家与广大用户。第三代移动通信的特点包括

252、：生产厂家与广大用户。第三代移动通信的特点包括： 高速率。高速率。 多媒体化。多媒体化。 全球性。全球性。 综合化。综合化。 平滑过渡和演进。平滑过渡和演进。 业务终端具有多样化的特征。业务终端具有多样化的特征。 智能化。智能化。7.2.1 IMT-2000系统系统7.2.2 三种技术的发展三种技术的发展 CDMA2000、WCDMA和和TD-SCDMA同属同属3G的的主流技术标准，但在技术上主流技术标准，但在技术上CDMA2000和和WCDMA是是FDD的标准，而的标准，而TD-SCDMA则是一个则是一个TDD标准。标准。WCDMA和和CDMA2000都满足都满足IMT-2000提出的全部提

253、出的全部技术要求，包括支持高比特率多媒体业务、分组数据技术要求，包括支持高比特率多媒体业务、分组数据和和IP接入等。这两种系统的无线传输技术均基于接入等。这两种系统的无线传输技术均基于DS-CDMA作为多用户接入技术，单就技术来说，作为多用户接入技术，单就技术来说，WCDMA和和CDMA2000在技术先进性和发展成熟度在技术先进性和发展成熟度上各具优势，但总体来看，上各具优势，但总体来看，WCDMA似乎更胜一筹，似乎更胜一筹，WCDMA具备一定优势，各家电信企业也因此更加倾具备一定优势，各家电信企业也因此更加倾向于采用该标准。向于采用该标准。7.2.2 三种技术的发展三种技术的发展 1.CDM

254、A2000 主要优劣势分析主要优劣势分析 CDMA2000的优点主要是产品成熟度较高，近期的优点主要是产品成熟度较高，近期建网成本可能稍低建网成本可能稍低;其次非核心频段的产品已大规模商其次非核心频段的产品已大规模商用，有成熟的组网经验，网规网优也比较容易用，有成熟的组网经验，网规网优也比较容易;还有还有CDMA20001X商用终端种类较多，已经超过商用终端种类较多，已经超过300种。种。当然当然CDMA2000也有缺点，这主要包括也有缺点，这主要包括:第一，将来的第一，将来的规模效应较小规模效应较小;第二，全球漫游能力有一定的局限性，第二，全球漫游能力有一定的局限性，尤其在欧洲尤其在欧洲;第

255、三，核心频段上的产品尚未成熟第三，核心频段上的产品尚未成熟;第四，第四，必须采用必须采用GPS同步，所以存在一定的风险。同步，所以存在一定的风险。7.2.2 三种技术的发展三种技术的发展 2.WCDMA主要优劣势分析主要优劣势分析 WCDMA的优势首先是规模效应大，全球漫游能的优势首先是规模效应大，全球漫游能力强，因为力强，因为GSM网络用户占移动用户的网络用户占移动用户的70%以上，以上，116家获得家获得3G牌照的运营商中的绝大多数牌照的运营商中的绝大多数(114家家)选选择了择了WCDMA;第二，第二，WCDMA已有核心网基于已有核心网基于R4软软交换构架的商用产品，向全交换构架的商用产

256、品，向全IP网络演进的路线明确网络演进的路线明确;第三，第三，WCDMA可以采用异步和同步方式，风险小。可以采用异步和同步方式，风险小。WCDMA劣势主要表现在劣势主要表现在:第一，标准和产品成熟度第一，标准和产品成熟度较低，版本更新频繁较低，版本更新频繁;第二，目前商用终端种类第二，目前商用终端种类10种种左右，相对较少，并且互操作性有待验证左右，相对较少，并且互操作性有待验证;第三，目第三，目前商用用户较少，市场有待进一步培育。前商用用户较少，市场有待进一步培育。7.2.2 三种技术的发展三种技术的发展 3.TD-SCDMA主要优劣势分析主要优劣势分析 与与WCDMA和和CDMA2000共

257、享的频分双工共享的频分双工FDD模式模式不同的是，不同的是，TD-SCDMA所用的时分双工所用的时分双工TDD技术是国际技术是国际电联选用的电联选用的3种种3G标准中惟一的标准中惟一的TDD技术，技术，TD-SCDMA组网可以采用组网可以采用TSM和和LCR两种方式。这使两种方式。这使TD-SCDMA在在某种程度上具有不可替代的优越性，它不是其他制式的某种程度上具有不可替代的优越性，它不是其他制式的补充。补充。TD-SCDMA无线接入网可部署在现有的无线接入网可部署在现有的GSM核心核心网基础上，这种方式已由网基础上，这种方式已由CWTS制订为制订为TSM标准。标准。TSM可以采用混合组网和独

258、立组网两种方式。可以采用混合组网和独立组网两种方式。TSM混合组网混合组网时，其核心网设备使用现有的时，其核心网设备使用现有的GSM核心网设备，无线子核心网设备，无线子系统以系统以A/Gb接口接入核心网设备，接口接入核心网设备，TSM独立组网时，则独立组网时，则需要新建需要新建TSM核心网设备，一般是核心网设备，一般是GSM核心网设备。核心网设备。7.2.3 第三代移动通信系统的关键第三代移动通信系统的关键 技术技术 1. 软件无线电技术：软件无线电技术： 基本思想是高速模数和数模转换器尽可能靠天线处基本思想是高速模数和数模转换器尽可能靠天线处理，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。理，

259、所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。 2. 智能天线阵技术智能天线阵技术 可以提高第三代移动通信系统的容量及服务质量。可以提高第三代移动通信系统的容量及服务质量。在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。 3. 多用户检测技术多用户检测技术 为了消除多址干扰影响，利用其他用户的已知信为了消除多址干扰影响，利用其他用户的已知信息去消除多址干扰的多用户检测技术。息去消除多址干扰的多用户检测技术。 7.2.3 第三代移动通信系统的关键第三代移动通信系统的关键 技术技术

260、4.多层网络结构多层网络结构 第三代移动通信系统不可能是一个单一的系统，它第三代移动通信系统不可能是一个单一的系统，它应该是一组系统和子系统应该是一组系统和子系统(包括现在的系统和未来的包括现在的系统和未来的系统系统)的不同组合。的不同组合。 5. 智能协议智能协议 未来移动通信希望自适应移动通信系统结构，自未来移动通信希望自适应移动通信系统结构，自适应移动控制和资源管理适应移动控制和资源管理 ，使之能适应不同地区、，使之能适应不同地区、不同时间、不同环境的通信需求。不同时间、不同环境的通信需求。7. 3 4G系统系统 4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集是第四代移动通信及其技术的简称，是

261、集3G与与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像且于一体并能够传输高质量视频图像且图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。 4G系统能够以系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网的速度下载，比拨号上网快快2000倍，上传的速度也能达到倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。可以在任满足几乎所有用户对于无线服务的要求。可以在任何地方用宽带接入互联网何地方用宽带接入互联网(包括卫星通信和平流层包括卫星通信和平流层通信通信)，能够提供定位定时、数据采集、远程控制，能够提供定位定时、数据采集、远程控

262、制等综合功能。等综合功能。7. 3 4G系统系统 4G主要具有以下特点：主要具有以下特点：(1) 高速率，高容量。对于大范围高速移动用高速率，高容量。对于大范围高速移动用户户(250 km/h)，数据速率为，数据速率为2 Mb/s；对于中速移；对于中速移动用户动用户(60 km/h)，数据速率为，数据速率为20 Mb/s；对于低；对于低速移动用户速移动用户(室内或步行者室内或步行者)，数据速率为，数据速率为100 Mb/s。4G系统容量至少应是系统容量至少应是3G系统容量的系统容量的10倍倍以上。以上。(2) 网络频带更宽。每个网络频带更宽。每个4G信道将占有信道将占有100 MHz频谱，相当

263、于频谱，相当于WCDMA 3G网络的网络的20倍。倍。7. 3 4G系统系统 (3) 兼容性更加平滑。兼容性更加平滑。4G应该接口开放，能够应该接口开放，能够跟多种网络互连，并且具备很强的对跟多种网络互连，并且具备很强的对2G、3G手手机的兼容性，以完成对多种用户的融合；在不同机的兼容性，以完成对多种用户的融合；在不同系统间进行无缝切换，传送高速多媒体业务数据。系统间进行无缝切换，传送高速多媒体业务数据。 (4) 灵活性更强。灵活性更强。4G拟采用智能技术，可自适拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进

264、行信号的正常收道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收/发。发。(5) 具有用户共存性。能根据网络的状况和信具有用户共存性。能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通，从而满足多类型用户用户设备能够并存与互通，从而满足多类型用户的需求。的需求。7.3.1 4G系统的关键技术系统的关键技术 1正交频分复用（正交频分复用（OFDM） OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行

265、调制，并且各子载波并行传输，因此可以大载波进行调制，并且各子载波并行传输，因此可以大大消除信号波形间的干扰。大消除信号波形间的干扰。OFDM还可以在不同的子还可以在不同的子信道上自适应地分配传输负荷，这样可优化总的传输信道上自适应地分配传输负荷，这样可优化总的传输速率。速率。OFDM技术还能对抗频率选择性衰落或窄带干技术还能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在扰。在OFDM系统中由于各个子信道的载波相互正系统中由于各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。子载波间的相互干扰，同时又提

266、高了频谱利用率。7.3.1 4G系统的关键技术系统的关键技术 2智能天线智能天线(SA)与多入多出天线与多入多出天线(MIMO)技术技术 智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量，其基本原理是在无线基站端质量又能增加传输容量，其基本原理是在无线基站端使用天

267、线阵和相关无线收发信机来实现射频信号的接使用天线阵和相关无线收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天收和发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。行波束赋形。7.3.1 4G系统的关键技术系统的关键技术 3软件无线电技术软件无线电技术 软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线功能软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线功能的技术，能在同一硬件平台上利用软件处理基带信的技术，能在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件，可实现不同的业务性能。号，通

268、过加载不同的软件，可实现不同的业务性能。 4基于基于IP的核心网的核心网 4G移动通信系统的核心网是一个基于全移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络的网络,可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案具体的无线接入方案,能提供端到端的能提供端到端的IP业务业务,能同已有能同已有的核心网和的核心网和PSTN兼容。兼容。7.3.2 4G系统的标准系统的标准 1LTE LTE(Long Term Evolution,长期演进长期演进)项目是项目是3G的的演进，它改进并增强了演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用的空中接入技术

269、，采用OFDM和和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。主要作为其无线网络演进的唯一标准。主要特点是特点是 在在20MHz频谱带宽下能够提供下行频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行与上行50Mbit/s的峰值速率，相对于的峰值速率，相对于3G网络大大的提网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于时间小于100ms。7.3.2 4G系统的

270、标准系统的标准 3GPP长期演进长期演进(LTE)项目，是近两年来项目，是近两年来3GPP启动启动的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下：的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下： GSMGPRSEDGEWCDMAHSDPA/HSUPAHSDPA+/HSUPA+LTE长期演进长期演进 数据速率是数据速率是:GSM:9KGPRS:42KEDGE:172KWCDMA:364k HSDPA/HSUPA:14.4MHSDPA+/HSUPA+:42M LTE:300M7.3.2 4G系统的标准系统的标准 2LTE-Advanced LTE-Advanced的正式名称为的正式名称为 Further Ad

271、vancements for E-UTRA，它满足，它满足 ITU-R的的IMT-Advanced技术征集的需求，是技术征集的需求，是3GPP形成欧洲形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。技术提案的一个重要来源。LTE-Advanced是是 一个后向兼容的技术，完全兼容一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不，是演进而不是革命，相当于是革命，相当于HSPA和和WCDMA这样的关系。这样的关系。7.3.2 4G系统的标准系统的标准 3WiMax WiMax：WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球

272、微波互联接入，即全球微波互联接入，WiMAX的另一个名字是的另一个名字是IEEE 802.16。WiMAX的技术起点较的技术起点较高，高，WiMax所能提供的最高接入速度是所能提供的最高接入速度是70M，这个速，这个速度是度是3G所能提供的宽带速度的所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。说，这的确是一个惊人的进步。WiMAX逐步实现宽带逐步实现宽带业务的移动化，而业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高，这也是未来移动世界和网络的融合程度会越来越高，这也是未来移动世界和固定网络的融合趋势。

273、固定网络的融合趋势。 7.3.2 4G系统的标准系统的标准 4HSPA+：高速下行链路分组接入技术：高速下行链路分组接入技术 HSPA+符合符合LTE的长期演化规范，将作为的长期演化规范，将作为4G网络网络标准与其它的标准与其它的4G网络同时存在，它将很有利于目前全网络同时存在，它将很有利于目前全世界范围的世界范围的WCDMA 网络和网络和HSPA网络的升级与过网络的升级与过度，成本上的优势很明显。对比度，成本上的优势很明显。对比HSPA网络，网络，HSPA+在室内吞吐量约提高在室内吞吐量约提高12.58% ，室外小区吞吐量约提高，室外小区吞吐量约提高32.4%，能够适应高速网络下的数据处理，

274、将是短期内，能够适应高速网络下的数据处理，将是短期内4G标准的理想选择。目前联通已经在着手相关的规标准的理想选择。目前联通已经在着手相关的规划，划，T-Mobile也开也开 通了这个通了这个4G网络，但是由于网络，但是由于4G标标准并没有被准并没有被ITU完全确定下来，所以动作并不大。完全确定下来，所以动作并不大。7.3.2 4G系统的标准系统的标准 5WirelessMAN-Advanced WirelessMAN-Advanced：WirelessMAN- Advanced事实上就是事实上就是WiMax的升级版，即的升级版，即IEEE 802.11m标准，标准，802.16系列标准在系列标

275、准在IEEE正式称为正式称为WirelessMAN ，而，而WirelessMAN-Advanced极为极为IEEE 802.16m。其中，。其中，802.16m最高可以提供最高可以提供1Gbps无线传输速率，还将兼容未来的无线传输速率，还将兼容未来的4G无线网络无线网络 。802.16m可在可在“漫游漫游”模式或高效率模式或高效率/强信号模式下提供强信号模式下提供1Gbps的下行速率。该标准还支持的下行速率。该标准还支持“高移动高移动”模式，能模式，能够提供够提供1Gbps速率。速率。 7.3.2 4G系统的标准系统的标准 国际铁路联盟国际铁路联盟UIC计划从计划从2014年开始进行年开始进

276、行GSM-R向向LTE-R的演进工作，确保的演进工作，确保GSM-R的生命周期随电信技的生命周期随电信技术的不断发展而获得延长。另一方面，鉴于术的不断发展而获得延长。另一方面，鉴于3G技术使技术使用频点太高，不满足铁路部门希望经济、实惠地实现用频点太高，不满足铁路部门希望经济、实惠地实现在广泛地域内的大覆盖目标，而且在语音业务上在广泛地域内的大覆盖目标，而且在语音业务上3G技技术与术与2G技术并没有本质区别等诸多因素，技术并没有本质区别等诸多因素，UIC明确表明确表示示3G技术不适用于铁路。因此，未来技术不适用于铁路。因此，未来GSM-R不会过渡不会过渡到到3G，而是直接过渡到，而是直接过渡到4GLTE-R。