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GSM-R 的基本概念 同济大学交通信息及控制系 二五年八月 讨论提纲 为什么我们需要GSMR技术 GSMR技术的基本原理 我国未来高速铁路的发展趋势 为什么我们需要GSMR技术 ？ 什么是铁路移动通信网 我国铁路无线移动通信系统的现状 未来业务需求 技术要求 面临的选择 什么是铁路移动通信网 v 铁路移动通信网是为铁路公务、应急抢险、行车维修 等人员和旅客提供及时可靠的通信，以提高服务等级和运 输效率，保证列出的安全，达到高效运营而建立的。它是 一种集列车公务通信和区间移动作业通信为一体的列车移 动通信系统。随着我国铁路列车向高速化与准高速化方向 的迈进，为保证行车安全，实现有效的人机控制和提高运 输效率，要求建立一个功能更加完善的，技术构成更加先 进的铁路无线移动通信网。 我国铁路无线移动通信系统的现状 v由于铁路列车具有高速运动的特点，因而无线移 动通信在铁路通信网中占有相当大的比重。我国 铁路移动通信主要包括以下几种系统： v v 列车无线调度通信系统 v 站场无线调度电话系统 v 站务人员无线移动通信系统 v 区间无线移动通信及公务移动通信系统 我国铁路无线移动通信系统的现状 v目前铁路部门存在上述无线移动通信系统，有其历史和体 制的原因。但是随着铁路的进一步发展和对铁路通信信息 技术要求的进一步提高，这种多种体制并存的状况其弊端 也越来越明显 v1、各种体制基本上都采用模拟体制，技术落后、设备陈旧，远远不 能满足我国铁路通信未来发展的需要； v2、 这些系统是为了满足铁路各部门的不同的需要同时设置的，分别 采用单独频段和各自的通信协议，各个系统各自独立，彼此不兼容， 应用有限； v3、 无线频率、线路等资源被各个系统单独占用，造成资源浪费； v4、 无线数据传输业务是无线移动通信技术发展的主要方向，目前各 个铁路无线移动通信系统仅局限于利用常规的模拟信道进行话音通信 ，不利于发展无线数据传输业务。 未来业务需求 v铁路无线移动通信系统的业务主要包括两个大的方面，即 铁路内部业务和旅客通信的需要。 铁路内部业务： 有安全要求的业务 无安全要求的业务 旅客通信： 通信业务 信息服务 技术要求 v未来铁路无线移动通信系统必须要适应铁路高速化的要求 。在技术和功能方面，未来铁路对无线移动通信系统的要 求主要包括： v1、 无线移动通信系统在网络结构、硬件设备、软件算法方面都要适 应列车最高时速达到300km/h500km/h时的情况。 v2、 无线移动通信系统能够实现无线列控方式。此种方式为基于通信 的信号和列车控制方式，在高速列车的地面调度中心之间进行大量的 双向信息传输。 v3、 高速铁路无线移动通信网沿着高速铁路建设，无线基站设置为链 状结构；由于列车的高速行驶，频繁跨越小区，无线移动通信系统必 须具有快速越区切换的功能。 技术要求 v4、 系统应该满足双线双向运行要求和功能寻址的要求。 v5、 具有可靠的保密措施。 v6、 能够适应不同的地形环境(平原、丘陵、山区、桥梁 、隧道、城市) v7、 模块式结构、公共标准、维护简单 v8、 系统满足故障安全原则，与现有列控系统比较具有相 同或更高的安全可靠性。 v9、 充分利用频谱资源，具有较强的通用性，适应各种铁 路运输的需要。 面临的选择 v 综合以上分析，我国铁路新一代的无线移动通信解决 方案的选择必须从以下几个方面考虑： v1、 能够提供一个综合的移动通信系统平台，可以根据铁路各个部门 的需求提供虚拟的独立的专用移动通信系统； v2、 满足我国铁路未来的无线移动通信业务需求，保证铁路运行的安 全高效； v3、 适应我国铁路向高速化发展对无线移动通信系统的技术需求； v4、 能够有效地利用无线频率资源； v5、 采用先进成熟的现代通信技术，并且技术标准能与发达国家接轨 ； v6、 能够便于向更先进的通信系统过渡，以便满足铁路发展的新的需 求。 面临的选择 v 目前，欲进入我国市场的具有调度功能的数字移动 通信系统，欧洲的GSM-R系统、欧洲的TETRA系统、 MOTOROLA的iDEN系统、以色列的FNMA系统，它们都是基于 TDMA多址方式系统。 v 我国铁路数字无线移动通信采用何种通信系统，现在 争论的焦点主要在GSM-R系统和TETRA系统之间。究竟采用 那一种通信系统，不同的专家之间存在着较大的分歧。稍 后，将对这两种系统进行比较。 GSMR技术的基本原理 GSMR概念介绍 GSM主要相关技术 GSMR系统组成 GSMR概念介绍 v GSMR基于GSM Phase 2标准的GSM-R是 国际铁路联盟(UIC)和欧洲电信标准协会ETS工 为欧洲新一代铁路无线移动通信开发的技术标 准。GSM-R由无线、交换网络及与其他通信网 络的接口组成。它与GSM相同，采用GMSR调制 ，8时隙/200kHz TDMA方式，调制速率为 270kb/s。 GSM主要相关技术 多址技术 数字调制技术 话音编码技术 信道编码技术 交织技术 调频技术 多址技术 v 在蜂窝移动通信系统中，通常有很多移动台同时通过 基站和其它用户进行通信，因而必须对不同的移动台和基 站发出的信号赋予不同的特征，使基站能从众多移动台的 信号中区分出是哪一个移动台发出的信号，而每个移动台 也能识别出基站发出的信号哪个是发给自己的信号，解决 这个问题的办法称为多址技术。 多址技术种类 数字调制技术 v 解调制过程的实质是用调制信号改变无线电 载波信号的某一参数，以便把数字信号传递出去 。 v 为什么在数字通信系统中，要将300Hz3400Hz 的 低频语音信号调制到高频的载波上进行发送呢？ 为什么要数字调制技术 v 无线传输过程中，高频信号传输的有效性 v 基站发射机、移动电话天线的实际长度 数字调制技术的分类 v 根据数字调制改变的参数可以把调制 技术分为三类： v 1改变载波信号振幅的叫幅移键控（ASK） v 2改变频率的叫频移键控（FSK） v 3改变相位的叫相移键控（PSK） v 另外还有一种QAM调制（正交振幅调制），即同时改 变振幅和相位，它是FSK与PSK的结合。 语音编码技术 v 由于GSM系统是一种全数字系统，话音或其它信号都要进行数字 化处理，因而第一步要把话音模拟信号转换成数字信号（即1和0的组 合）。 我们对PCM编码比较熟悉，它是采用A律波形编码，分为3步： v v 采样：在某瞬间测量模拟信号的值。采样速率8KHz/s。 v 量化：对每个样值用8个比特的量化值来表示对应的模拟信号瞬 间值，即为样值指配256（28）个不同电平值中的一个。 v 编码：每个量化值用8个比特的二进制代码表示，组成一串具有 离散特性的数字信号流。 语音编码技术 用这种编码方式，数字链路上的数字信号比特速率为64kbits （8*8kbits ）。如果GSM系统也采用此种方式进行话音编码，那么 每个话音信道是64kbits，8个话音信道就是512kbits。考虑实际 可使用的带宽，GSM规范中规定载频间隔是200KHz。因此要把它们保 持在规定的频带内，必须大大地降低每个话音信道的编码比特率，这 就要靠改变话音编码的方式来实现。 声码器编码可以是很低的速率（可以低于5kbits），虽然不影 响话音的可懂性，但话音的失真性很大，很难分辨是谁在讲话。波形 编码器话音质量较高，但要求的比特速率相应较高。因此GSM系统话 音编码器2是采用声码器和波形编码器的混合物-混合编码器，全称 为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE 编码器）。每话音信道的编码速率为13kbits 信道编码技术 v 信息 添加比特 发送比特 v 0 0