（通信与信息系统专业论文）gsmr编组站的互联互通及无线网络规划.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：g s m r 作为铁路调度通信的一种制式，已成熟应用于欧洲铁路。当前 我国铁路调度通信的主要方式正由模拟向g s m r 全面转型。在g s m r 网络的实 际应用中，为保证不同厂家设备接口兼容，互联互通测试尤为重要。目前，已在 铁道部g s m r 实验室完成华为、北电、西门子设备之间的互联互通测试，下一步 将转入针对实际铁路线的现场测试。 编组站是铁路线上的大型中转场，同时又是铁路线网系统中的节点。编组站 的互联互通是g s m r 现场互联互通的组成部分，具有其特殊性，具体体现在网络 设备配置条件、编组站的地形条件及其无线功能和业务要求与普通站点略有不同。 此外，因为g s m r 频率资源紧缺，而编组场的业务容量大，因此编组场地区的无 线网络规划十分重要。 本文首先研究了编组站对无线网络指标的需求，在此基础上提出了编组站实 现数话同传的三种方案，并对方案进行了优劣比较。其次分析了编组站地区现场 互联互通的重点，并以武汉北编组站为例，设计了其与武汉节点核心网络进行互 联互通的两个方案，包括实施步骤、长途链路预算、网络结构、新增关于数话同 传的测试用例等，并详细分析了两个方案的的可行性、复杂度及对现网影响。然 后，利用g s m r 网络话务模型，结合武汉北编组相关数据，对武汉北编组站进行 了容量和业务规划。利用微蜂窝双射线模型、站场地区的环境因素、链路参数等， 得出站内g s m r 基站的覆盖半径范围。最后提出两个武汉北编组站的无线网络规 划方案，并从干扰、建设周期与复杂度、与相邻线路的衔接三个方面进行了对比 分析，给出最优方案。 关键词：g s m r ；现场互联互通；编组站；无线网络规划 分类号：t n 9 2 9 5 3 2 ；u d c - 6 2 1 3 9 a b s t r a c t a b s t r a c t a b s t r a c t ：a sas t a n d a r df o rr a i l w a ys h u n t i n gc o m m u n i c a t i o n ，g s m - rh a sb e e n w i d e l yd e p l o y e db ye u r o p e a nr a i l w a y s n o w a d a y si nc h i n a , t h em e t h o do fr a i l w a y s h u n t i n gc o m m u n i c a t i o ni si nt r a n s i t i o nf r o ma n a l o g u em o d e t og s m - r i nt h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fg s m r ，i t i sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n tt oa c h i e v et h ei n t e r o p e r a b i l i t yi n o r d e rt oe n s u r et h ei n t e r f a c ec o m p a t i b i l i t yb e t w e e nd i f f e r e n tv e n d o r s u pt on o w , t h e s t a t i ci n t e r o p e r a b i l i t yt e s ta m o n gh u a w e i ，n o r t e la n ds i e m e n sh a sb e e na c c o m p l i s h e di n g s m rl a b so ft h em i n i s t r yo fr a i l w a y s ，w h i l et h ef i e l dt e s to fa c t u a lr a i l w a y sc o m e s i n t oe f f e c t m a r s h a l l i n gy a r di sal a r g et r a n s f e rs t a t i o na l o n gt h et r a c ka n da l li m p o r t a n tp o i n t a m o n gr a i l w a yn e t w o r k s a sa ni n t e g r a lp a r to fg s m rf i e l dt e s t ，i o tf o rm a r s h a l l i n g y a r dh a si t su n i q u en a t u r e s p e c i f i c a l l y , p a r t i c u l a rc o n f i g u r a t i o no fe q u i p m e n ti nt h e n e t w o r k ，t e r r a i nc o n d i t i o n so fm a r s h a l l i n gy a r d ，f u n c t i o n a ln e e d sa n do p e r a t i o n a l r e q u i r e m e n t s ，i nw h i c ha r es l i g h t l yd i f f e r e n tc o m p a r e dw i t ht h eg e n e r a ls t a t i o n w h a t s m o r e ，i t sn e c e s s a r yt od e s i g nt h ew i r e l e s sn e t w o r ko fm a r s h a l l i n gy a r dr e a s o n a b l y o w i n g t oi t sl a r g et r a f f i ca n dt h es c a r c i t yo fg s m - rf r e q u e n c yr e s o u r c e s f i r s t l y , t h ed e m a n do fm a r s h a l l i n gy a r df o rw i r e l e s sn e t w o r k sw a sr e s e a r c h e di n t h i sp a p e r ；b a s e do nt h er e s e a r c h ，t h r e eo p t i o n sf o rt r a n s m i t t i n gs p e e c ha n dd a t a s i m u l t a n e o u s l yw e r ep u tf o r w a r d ,a n dt h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sw e r e d i s c u s s e da tt h es a m et i m e s e c o n d l y t h ef o c u so fm a r s h a l l i n gy a r dd u r i n gf i e l dt e s t w e r ei n v e s t i g a t e di nd e p t h ；t h e nt a k i n gn o r t hw u h a nm a r s h a l l i n gy a r df o re x a m p l e ，t w o l o ts t r a t e g i e sf o rc o n n e c t i n gt ot h ec o r en e t w o r k so fw u h a nw e r ep r e s e n t e d ，w h i c h i n c l u d et h ei m p l e m e n t a t i o ns t e p s ，l o n g d i s t a n c el i n kb u d g e ln e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e , n e wt e s tc a s e sf o rt r a n s m i t t i n gd a t aa n ds p e e c hs i m u l t a n e o u s l y , e t c ；s u b s e q u e n t l y , t h e t w ol o ts t r a t e g i e sw e r ea n a l y z e da tl e n g t hf r o mf e a s i b i l i t y , c o m p l e x i t y , i m p a c to nt h e p r e s e n tn e t w o r k n l i r d l y , b a s e do nt h ec o m m o nv o i c em o d e lf o rg s m ra n dc o m b i n e d w i t ht h er e l e v a n td a t a t h et r a 伍ca n dt h eb u s i n e s so fn o r t hw u h a nm a r s h a ll i n gy a r dw a s p r e d i c t e d ；t h e nt h ec o v e r a g er a n g e o fe v e r yb t sw a sd e d u c e db yu s i n gt w o r a ym o d e l f o rm i c r o c e l l u l a rt o g e t h e rw i t ht h ec i r c u m s t a n c e sa n dl i n kp a r a m e t e r so fm a r s h a l l i n g y a r d ；e v e n t u a l l yt w ow i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gs c h e m e sw e r ep r o p o s e da n dt h e o p t i m u mo n e w a sc h o s e nb e t w e e nt h e mc o n s i d e r i n gt h ef o l l o w i n gf a c t o r s ：i n t e r f e r e n c e s ， c o m p l e x i t y , c o n s t r u c t i o np e r i o d ，a n dc o n v e r g e n c e t ot l l ea 由a e e n tl i n e s i 北京交通人学硕士学位论文 k e y w o r d s ：g s m r ：f i e l di n t e r o p e r a b i l i t y ；m a r s h a l i n gy a r d ；w i r e l e s sn e t w o r k p l a n n i n g c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 3 2 ；u d c - 6 2 1 3 9 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：京涛艳 签字同期： 砷年月i 多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：京：惫艳 签字同期：伽7 年多月i ，日 导师签名： 纠拟 榔期：砷年6 月夕日 l 致谢 本论文的工作是在我的导师彭朋和钟章队教授的悉心指导下完成的，彭朋和 钟章队教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷 心感谢两年来彭朋和钟章队老师对我的关心和指导。 钟章队教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向钟章队老师表示衷心的谢意。 钟章队教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，杨炎、丁建文、姚冬萍老师及李雪、刘克清、 韩蕾等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之 情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 最后对评审和参加我论文答辩的各位专家表示感谢，并敬请不吝赐教，给予 批评和指j 下。 引言 1 1g s m r 概述 1 引言 g s m r ( g s mf o r r a i l w a y ) 系统是以g s m 公众移动通信技术为基础、与g s m 共同发展、可以单一平台代替现有多种铁路通信与控制系统的铁路综合数字移动 通信系统。针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，g s m r 系 统可为铁路运营提供定制的附加功能。从集群通信的角度来看，g s m r 是一种数 字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信 等语音通信功能。 g s m r 采用t d m a 结构，信道带宽2 0 0 k h z ，每载波8 个时隙，全速率话音 编码1 3 0 k b i t s ，半速率话音编码6 5 k b i t s ，电路交换情况下每时隙9 6 0 0 b i t s 的数 据率，具有短消息功能( s m s ) 和蜂窝小区广播功能( c b c s ) 。此外，它还引入 了g s mp h a s e2 + 阶段的a s c i ( 高级语音呼叫项目) 功能，它包括话音组呼 ( v g c s ) 、语音广播呼叫( v b s ) 、增强多优先级与强拆( e m l p p ) 。在铁路应用 上还包括：功能寻址，通过功能号即可呼叫；基于位置的寻址，根据呼叫发起的 位置建立与最近调度中心的呼叫连接；高优先级呼叫确认；调车模式通信；利用 多方通话功能提供的多个司机| 、日j 的通信；直接脱网模式等。g s m r 除了具备这些 必不可少的专用调度功能外，还体现在与列车控制系统的完美结合上。 根据中长期铁路网规划的安排，我国g s m r 建设和发展分三个阶段【l 】： 第一阶段为青藏铁路、大秦重载运输铁路( 大同一秦辛岛) 、胶济线提速工程 ( 青岛一济南) 三条线的建设与试验，包括核心网和无线接入网。目前，这三条 线路的g s m r 系统已进入刚络运营维护阶段，充分证明了g s m r 系统强大的生 命力和高稳定性。 第二阶段为客运专线建设，着重构建中国铁路g s m r 核心网络的中心节点， 搭建网络骨架结构，并且以客运专线为主干线，建设相关的无线接入网络。客运 专线主要是指“四纵四横”，共计1 2 万公里。其中“四纵”是京沪、京广、京哈 ( 大) 、杭州宁波福州一深圳。“四横”是徐州兰州、杭州一长沙、青岛太原、南 京重庆( 成都) 。此外还有城际客运系统，即坏渤海地区、长江三角洲地区、珠江 三角洲地区。目前正处于该阶段建设当中，京津城际铁路、石太线相继建成投入 运营，在建项目包括武广线、郑西线、合宁线、京沪高速铁路等。 第三阶段为全国铁路g s m r 网络的形成与完善。随着新线的建设和既有线的 改造，并以第二阶段建设的中心节点为骨干，逐渐构建相关的无线接入网络，最 北京交通大学硕十学位论文 终形成能够覆盖全国铁路的g s m r 网络。 1 1 1g s m r 系统的优势 g s m r 系统的综合性 g s m r 能将铁路现有的各类通信融合到统一的网络平台上来，并且使各类通 信系统( 电务、工务、车务、电力、施工等) 之问可以相互通信，相互协调。g s m r 是无线列调的更新换代产品，能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、 站场无线等移动语音通信的需求；满足d m i s ( 调度管理信息系统) 无线车号、列 车尾部风压、机车状态信息、红外轴温监测、线路桥隧监护、铁路供电状态监视、 道口防护等移动和固定无线数据传输的需求；满足铁路的安全信息发布和预告警 系统的需求，确保铁路的畅通、沿线施工养护人员、车辆、机械的安全。 铁路综合数字移动通信系统g s m r 将通信和信号有机的融合为一体，实现移 动闭塞，提高了线路的利用率。移动闭塞中，列控中心根据列车的编组情况、运 行速度自动调整移动信号机的虚拟位置到最佳位置，并将信号通过g s m r 网络传 输到机车上的信号机，为司乘人员的操作提供依据。这样，当列车的编组短时， 闭塞区间就短，使线路的利用率提高，大大提高线路的运输能力。在g s m r 系统 中，对于列控信息都能进行实时的监控，保证了铁路的安全运输。g s m r 除了满 足铁路运输主业和路内各种语音、数据、多媒体图像通信的需求外，同时也可为 旅客和铁路职工提供丰富的新业务，如移动办公、文件传输、收发e m a i l 等。 g s m r 的经济性 g s m r 能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，可以减少集成和运 行费用。而且，由于g s m r 是由已标准化的g s m 设备改进而成，g s m 平台上已 经提供了大量的业务应用，引入铁路专用功能时只做最低限度地改动，从而保证 了技术引入成本低、性能易实现、运行可靠性高，是一种经济高效的综合无线通 信系统。 g s m r 对高速铁路的适应性 g s m r 在软件方面，开发了用于优化呼叫建立时问的业务信道分配算法、越 区切换算法，用于增强高速移动体通信服务质量的高速抗失真算法等，能满足列 车运行速度0 5 0 0 k m h 的无线通信要求，安全性好。目前世界上只有g s m r 系 统经过了5 0 0 k m h 运行速度下的通信模拟试验。在法国的现场测试中，当列车时 速为3 5 0 k m h 时g s m r 各项指标都得到了验证，满足e i r e n e 制定的标准。因此 g s m r 系统适合高速铁路。 2 引言 1 1 2g s m r 系统技术方向 一加快建成核心网 g s m r 是一个基于交换技术的通信网络，与分散设置、直接对讲无线通信有 很大区别。g s m r 网络的交换机、智能网等许多设备，不仅仅属于某一段专用， 而是许多线路、甚至全网共用。因此，必须统筹合理安排核心网交换机的建设， 统一规划，分层次、分阶段进行，进一步优化系统资源配置，降低工程建设成本。 管好用好无线电频率资源 g s m r 频率带宽目前只有4 m h z ，相对于铁路需求而言，无线频率资源是非 常紧张的。我们必须合理规划，严格高效地利用有限的频率资源，以保证g s m r 系统不受到干扰，保证通信的高安全性。无线电管理包括两个面：g s m r 系统内 部无线电规划管理和g s m r 系统外部无线电干扰的监测和处理。而g s m r 系统 外部干扰中最为突出的问题是与中国移动按地域复用频率资源的边界场强协调及 干扰协调工作。 g s m r 系统的多重演进 g s m r 是脱胎于g s m 技术的一种铁路专用数字移动通信系统。从这一点来 看，它在技术上完全能随着g s m 的发展而持续演进。目前，g p r s 技术、智能网 ( i n ) 在g s m r 中的应用就是其演进的集中体现。此外，g s m r 能引入g s m 演 进的增强型数据速率( e d g e ) 技术。虽然目前3 g 规范中还未考虑铁路特色业务， 其应用也尚未丌展。但是，g s m 与3 g 移动通信有着良好的后向兼容性，因此， 如同g s m 可以向w c d m a 平滑演进一样，g s m r 也可以向w c d m a r 平滑演 进。具有技术持续演进能力的g s m r 通信网络，完全能实现网络、业务、市场等 方面的多重演进，而他的这些演进内容也将决定g s m r 专用移动通信在未来的市 场空间。因此，我们在大力建设我国g s m r 网络的同时，应该积极探讨g s m r 网络向3 g 的演进方案，包括网络自身的演进、应用业务的演进以及各个应用接口 的演进等等1 2 j 。 1 1 3g s m r 应用中存在的问题分析 就目前中幽铁路g s m r 系统的应用来看，g s m r 系统完全可以涵盖目日订中 国铁路无线通信系统的功能，避免重复投资、独立维护、互相干扰等弊端，具有 综合经济效益优势。但在实际的系统运行中，仍然存在以下几个技术难点需要进 行深入的研究与探讨。 1 、系统安全性还需要进一步完善。我们知道，g s m ，r 系统是以交换机为核心， 3 北京交通人学硕+ 学位论文 以基站为接入点完成通信功能的。由于我国不同地区既有线路的环境条件，南方 的水灾、西部的泥石流、青藏的地震断裂等都会引发交换中心和基站之间的传输 链路中断，这使得该基站设计的覆盖区内没有电磁波的覆盖，通信完全陷入瘫痪 状态，给运输生产带来混乱。 2 、不同厂家设备之间的互联互通问题尚需解决。目前虽然多厂家设备已经实 现了实验室环境下的互联互通，但针对某特定配置、特定铁路线乃至g s m r 全网 的互联互通仍需在现场环境中进一步验证。g s m r 作为我国铁路通信发展的方向， 为保证g s m r 更好地服务于中国铁路，应加快解决g s m r 系统的开放性和不同 厂家设备、不同网络的互联互通问题，以将分散的g s m r 网络建成全国统一的 g s m r 移动通信网络。 3 、针对大型铁路枢纽站及编组站，开展g s m r 综合业务应用理论及关键技 术研究【3 】。由于频率资源的限制和应用复杂，枢纽地区一直是铁路无线通信发展的 瓶颈。g s m r 是一种蜂窝无线通信系统，通过采用微蜂窝覆盖和无线分层技术支 持数话同传，满足同一作业组内语音组呼和点对多点的数据传输，从而在编组站、 集装箱节点站、大型客站开展g s m r 的应用，实现技术突破。 1 2本课题的研究背景与意义 1 2 1g s m r 互联互通测试的国内外背景 欧洲各国十分重视g s m r 网络的互联互通问题，欧洲铁路联盟( u i c ) 和各国 铁路分别成立了专门组织，负责组织不同厂家设备之间的互联互通测试工作。欧 洲i o t ( i n t e ro p e r a b i l i t yt e s t s ，互联互通测试) 从2 0 0 2 年1 2 月丌始，分为4 个阶段 进行，于2 0 0 6 年初完成。第一阶段制定基本g s m 功能规范；第二阶段制定铁路 应用g s m r 功能规范；第三阶段为e 接口l o t 测试；第四阶段为a 接口l o t 测 试，测试所有与铁路应用相关的g s m 功能和铁路特定功能。参加i o t 测试的厂家 只有北电和西门子两家公司，且已按计划在2 0 0 6 年初完成【4 1 。 目日订，根据欧洲部分国家铁路运营商的要求，正在进行国家之间g s m r 网络 的i o t 测试，主要是基于多厂家的供货环境，测试地点为用户机房或厂商与用户 合作共建的测试平台上，测试重点是端到端的功能和应用测试。 1 2 2 我国g s m r 互联互通测试进展 4 我国互联互通工作于2 0 0 6 年3 月开始提l 议事r 程，在a 、b 、ci 个厂家 之闻展开。测试工作所涉及到的接口包括c d g 、e 、a 、g b 、g r 、g n 和l 接口。 测试项目包括三个主要方面：g s m 基本功能测试，g s m r 相关业务测试和接e l 健 壮性测试。互联互通测试逻辑接口示意圈如图l l 所示。 目h ： 川n 符 b ig n *百? 霸( 咏* 一 前要m t 的接n 嘲li 第一阶段且联址通测试逻辑接n 示意图 f i g iis k e t c h m a po f l o g i c a l i n t e r f a c e i np h a s e o n e l o t i 岱t s 兀联洲试 怍分为两个阶段，第。个阶段是扫实骑宅环境下的测试，第二个 阶段是现场测试。第一阶段的t 要仟务是进行电信业务的丌联互通测试以及接r 的一致阽测试，保证备个厂家的j 二要网元之能够实现互换。第：阶段的丰要t 作足在全网的真实环境牛进行铁路应用解决方案的互联互通测试以保证铁路各 个应用系统能够帕氟也运行牲不蚓g s m - r 网络设备提供商所提供的设备t 。 北京交通大学硕士学位论文 第一阶段测试的内容主要包括：g s m r 汇接节点与本地节点之间、本地节点 之间互联互通测试以及g s m r 本地节点与无线网络之间的互联互通测试。其评判 标准包括四项【6 】：互操作能力、业务实现能力、有效的测试覆盖、稳健性和可靠性。 本阶段测试于2 0 0 7 年中旬完成，验证了各厂商设备对于3 g p p 规范、欧洲u i c 规 范和中国铁路g s m r 相关技术条件的满足程度，同时也在技术规范的制定及修改 方面积累了丰富的经验。在整个测试过程中，各个厂家及时发现问题并进行相应 的改进，为后期的现场测试打下了坚实的基础。 第二阶段测试通常是针对某网络解决方案的测试，比如某一特定铁路线或某 给定编组站，此种测试需要考虑各种特殊因素。比如，编组场的互联互通需要考 虑干扰、覆盖与高容量的问题。目前，我国j 下在进行这一阶段的测试，其中北京 济南于2 0 0 8 年8 月实施了智能网、g p r s 设备的现场互通，完成中国铁路上首次 现网割接。此外，北京太原、武汉，石太线，武北编组站等也在筹备当中。此阶 段完成之后，将有利于g s m r 更好地服务于中国铁路，形成g s m r 设备供应商 良性竞争的局面，推动g s m r 在中国的发展，形成全程全网的解决方案，建成全 国统一的g s m r 网络。 1 2 3 研究意义 编组站作为铁路运输线路上的大型中转站场，涉及的子系统繁多，相互交换 的信息量大。要建成一个起点较高、综合化、集成化程度高的编组站综合自动化 系统，所选用的无线通信系统应该是较先进的、多功能的综合无线系统，应首选 g s m r 。 我国目前建设了代表高原、重载、繁忙干线和客运专线的青藏、大秦、胶济 和京津城际、石太线五条g s m r 铁路线。通过这五条铁路线的建设，在g s m r 理论研究应用技术和设备研发等方面积累了一定的经验，初步形成了基于g s m r 的完整铁路应用体系。编组站场作为铁路线网系统中的一个点，所选用的无线通 信系统应适应铁路的无线调度系统化，也应选用g s m r 。 目前，编组站使用有线列调和无线列调两种方式，g s m r 作为无线列调中的 一种先进技术，已经陆续在成都北编组站、新丰镇编组站、武汉北编组站等投入 建设，g s m r 技术在编组站的应用加快了在全国铁路实现g s m r 网络覆盖的目 标。 在铁路编组站g s m r 网络建设中，要重点考虑以下问题： 编组站的互联互通作为g s m r 现场互联互通的一个组成部分，要考虑其特殊 性，如网络环境的具体配置、编组站特殊的地形条件及其无线功能和业务要求， 6 引言 要结合编组站的近期和长远发展，对编组站进行合理的规划设计，以发挥其在铁 路运输中的重大作用。 此外，由于g s m r4 m 频率资源的紧缺性及编组站的大容量业务，研究适合 编组站地区的频率规划方案十分重要。就我国铁路而言，微小区、微微小区覆盖 通常在编组站、大型车站、机房室内等业务量较大但对列车速度要求不高的地区 使用，因此本文讲述了利用微小区覆盖实现编组站容量覆盖均衡的解决方案。 目前，g s m r 区问基站以及车站基站已经形成了有效的话务模型，而编组站 地区话务分布比较复杂，没有统一的话务模型。因此，结合编组站的话音业务、 数据业务，选择适当的话务模型也是非常必要的。 1 3本文的内容及结构安排 本文重点研究了g s m r 互联互通第二阶段( 现场互联互通) 中的一个情况， 即武汉北编组站无线网络的互联互通。同时针对g s m r4 m 频率资源在编组站地 区的紧缺性，分别从容量、业务和覆盖对武汉北编组站的无线通信系统进行规划 设计。具体工作及贡献包括： l 、阐释了组呼业务在编组站中的重要地位以及编组站地区实现数话同传的 三种解决方案，并进行了优劣比较，最后得出1 5 信道配置下的数话同传方案更优 一些，但相对其他两种方案需要更多的频率资源。在编组站地区频率资源短缺的 情况下，可仅将编组站平面驼峰调车组i d 配置为1 5 方式v g c s ，其他组i d 均 配置为1 0 方式v g c s 。 2 、结合编组站的特殊地形条件及其对无线通信系统的功能要求，得出编组站 现场互联互通需要注意的问题，并对编组站互联互通测试、业务测试以及性能测 试之间的关系做了阐述，提出了武汉北编组站无线侧与武汉核心节点网络进行互 联互通的两种解决方案。针对编组站数话同传的业务需求，在互联互通测试方案 中设计了测试数话同传的案例以及通信流程。 3 、针对武汉北编组站的主要业务及需求，提出了编组站地区g s m r 无线网 络话务模型，并据此进行了容量规划；根据新丰镇编组站的基站参数以及g s m r 无线链路经验参数，利用微蜂窝双线模型计算出了编组站地区基站的覆盖半径， 从而得出武汉北编组站所需基站的数目。文章最后提出了武汉北编组站无线网络 的两种规划方案，并着重针对复用小区的同频干扰问题进行了仿真分析，选出最 优方案。 第一部分引言介绍了g s m r 系统的优越性、存在的问题、发展方向、g s m r 7 北京交通大学硕士学位论文 互联互通国内外进展、本文选题意义及所做主要工作。 第二部分对编组站做了概述，包括编组站主要业务、编组站平面调车业务需 求、g s m r 组呼在编组站中的应用、以及编组站g s m r 无线通信系统的结构及 功能。 第三部分对g s m r 组呼信道资源分配方式进行了比较分析，并提出了不同信 道配置方式下的三个实现数话同传的方案。 第四部分对武汉北编组站设备情况、网络建设情况、周边线路做了阐述，分 析了编组站地区进行现场互联互通的关键及影响因素，并提出了武汉北编组站无 线接入网武汉核心网互联互通的方案。 第五部分针对编组站地区的特殊性，提出了武汉北编组站地区的无线网络规 划方案。论文从容量、业务、覆盖三个角度对武汉北编组站无线网络进行规划设 计，主要侧重于频率分配、基站数量、类型等的研究。 第六部分为本文总结和展望。 8 编组站概述 2 编组站概述 当前，g s m r 通信技术已在全国新建的铁路客运专线上大面积铺开，编组站 作为铁路枢纽的核心，也必将纳入到g s m r 的网络中。编组站的主要任务是根据 列车编组计划的要求，大量办理货物列车的解体和编组作业。对货物列车中的车 辆进行技术检修和货运检查整理工作，并且按照运行图规定的时刻，正点接发列 车。所以，往往称编组站为编组列车的工厂。 编组站通常位于不同铁路线的交叉处，业务量大。编组站一般为狭长的带状 区域，一方面，它要实现站内无缝覆盖，提供大的用户容量。另一方面，还要考 虑与编组站交叉线路的交叉覆盖及干扰问题。 2 i编组站主要功能及业务需求 2 1 1 编组站的主要功能 编组站是铁路枢纽内组织货车车流的专业站，负责所衔接方向的本线和转线 的到达、中转交换和出发，是铁路运输的基层单位，是畅通枢纽的主体，是铁路 服务于国民经济的联系环节。编组站担负车流的集散、牵引动力的换挂、车辆设 备的检修整理和有关货运检查。 编组站在路网中担负着重要职能，是配置路网运力资源的基础。编组站主要 提供了以下几项功能i r ，j ： 接发列车，即按照列车运行图及有关作业标准，安全正点、不间断地办理列 车接发作业；解体列车，即把列车中不同到达方向的车组分解到相应的调车分类 线上，为编组列车提供车流；编组列车，即按照编组计划和日班作业计划的要求， 把到达方向一致的车流选编成列，编成的列车必须符合重量、换长等技术要求； 为了完成上述三项服务而进行的其他各项技术作业，编组站还需提供列车检查、 货物检查、车号核对、机车换挂、作业单传送等功能。此外，编组站内已建立了 较为完善的信息系统，基本实现了运输管理与作业控制的信息化、运营指标统计 分析的数字化。作为t m i s ( 铁路管理信息系统) 系统的信息源点和火车信息追踪 的大节点，编组站能够提供火车和货物的动念信息查询服务。 2 1 2 编组站无线通信的业务需求 9 北京交通大学硕士学位论文 编组站无线系统要满足以下功能：为编组站调机和所有相关作业人员提供无 线传输通道，满足站内无线业务的承载和传送，提供调度语音通信、数据通信业 务，并提供和其他系统之间的高效接口，实现与其它子系统的信息交换。 铁路站场无线通信包括平面调车、驼峰调车、车号、商检、货运、列检、行 包和客运等系统的移动通信。编组站的通信业务有话音承载业务和数据承载业务 两种，而数据承载业务又根据数据实时性的要求程度，分为安全数据和非安全数 据的传输。通常调车业务对实时性要求较高，而运统、列车编组顺序表、调车作 业单等数据的传输则无实时的要求，因此在列检、商检、车号组中采用非安全数 据的传输方式，见下图2 1 所示。 话音 数据 数据 翮凑罔隅 l ，r j l 刀霄f 一二l 1 j 毫 厂挈攀：翮篓j 调主粪霉1 1 。厂j l 买翮雾 l _ 历沥露荔历露历历沥霸荔蕊e 荔乞磊戎 。? j 。一。焉蕊蕊灞缀丽霸窝蕊麓露蕊燕忑蕊遴 图2 1 编组站业务示意图 f i g 2 1s k e t c hm a po fm a r s h a l l i n gy a r d ss e r v i c e s 在编组站无线通信系统中，涉及的群组及成员主要有：列检组，包括组长和 组员；商检组，包括组长和组员：车检组，包括组长和组员；驼峰调车组，包括 组长、司机和解钩员；平面调车组，包括调车长、制动员、司机和调车区长。 2 2g s m r 组呼业务及其在编组站中的应用 2 2 1语音组呼业务概述 v g c s ( v o i c e g r o u p c a l ls e r v i c e ，语音组n 乎, i k 务) 是山多方参加，其中一部分 人能讲话，多方聆听的点对多点的语音通信方式。它突破了点对点通信的局限性， 能够以简捷的方式建立组呼叫，实现调度指挥、紧急呼叫等铁路特定功能。 一个特定的v g c s 通信由组功能码( 简称组i d ) 和组呼区域唯一确定。组i d 和组呼区域合起来称作组呼参考，组呼参考可唯一确定一个组呼通信。组i d 标识 该组的功能，即由哪些身份的成员参加。一个用户能同时签约多个组d ，并给他 1 0 编组站概述 们设置不同的优先级。组呼区域是指v g c s 通信所覆盖的地理范围，以无线蜂窝 小区为基本单位，一个组呼区域最多可有2 5 个小区。v g c s 主叫方用组i d 就能 呼叫到所有该组的成员，参与同一个v g c s 呼叫的移动用户可以分布在多个小区 内。另外v g c s 业务还支持用户实现讲者和听者身份之间的转变【8 】。 v g c s 业务中包含调度员和移动业务用户两种身份的成员。调度员可以是移 动用户也可以是固网用户，移动业务用户是指签约了某些组i d 的移动用户。在 v g c s 通信过程中每个调度员分别使用一对专用信道，移动用户使用半双工无线 信道，即同- - d , 区内的用户共享一条下行链路，只有讲话的移动业务用户才使用 相应的上行链路。这样可以节省网元间的空中接口和信令链路上的可用资源，因 此频谱利用率很高。某一时刻一个v g c s 呼叫中只能有一个非调度身份的移动用 户讲话，任何调度身份的用户可以随时讲话。 v g c s 的相关信息由网络统一管理，因此在g s m r 网络中需要添加一个网络 功能实体，即组呼寄存器( g c r ) 。g c r 的物理实现类似于归属位置寄存器( h l r ) ， 可以集成在m s c 内，也可以置于与移动业务交换中心m s c 直接相连的专用自动 交换机( p a b x ) 内。g c r 主要是数据库功能，存储每v g c s 呼叫的组呼属性、 组呼区域、优先级和路由等信息。 2 2 2 语音组呼过程 语音组呼建立过程8 1 1 9 j 语音组呼可以由业务用户或调度员来发起。 移动业务用户发起组呼 ( 1 ) 发起阶段 主叫用户可以通过组i d 来发起一个语音组呼，网络为了进一步处理呼叫会进 行一系列核查：检查用户是否有权建立呼叫，是否能在该小区发起呼叫及是否存 在j 下在进行的具有相同组呼参考的呼叫。 m s c 检查v l r 内的用户数据，包括用户是否签约v g c s 业务和对于申请的 组呼是否有发起权限，以确认用户是否有权建立呼叫。如果用户没有签约语音组 呼业务或没有发起该组i d 的权限，呼叫将会被释放。 m s c 通过组i d 和发起小区i d ，向g c r 请求相关信息，g c r 首先从组i d 和 发起小区i d 中导出组呼区域i d ，如果没有组呼区域i d 与该组i d 及发起小区i d 相关，呼叫将被释放。如果某个组呼区域i d 与该组i d 及发起小区i d 相关，g c r 应该向m s c 提供。 如果g c r 指示m s c 不是组呼主控m s c ，g c r 将提供组呼属性和主控m s c 北京交通大学硕士学位论文 到主叫m s c 的路径，主叫m s c 将语音组呼请求路由到组呼主控m s c 。然后组呼 主控m s c 建立与所有组呼中继m s c 的链接，并与该语音组呼相关的调度员建立 点到点的连接。如果主叫m s c 是组呼主控m s c ，g c r 将提供该m s c 区的组呼属 性和所有该组的中继m s c 信息。 如果g c r 收到一个新的组呼参考查询，但在g c r 中指示该呼叫正在进行， g c r 将j 下在进行的状态和组呼参考返回给m s c ，m s c 将释放该呼叫( 用户忙) ， 移动台将在通知信道上寻找与该组i d 相关的通知消息并加入到该语音组呼中。 ( 2 ) 建立传输方式 v g c s 业务需要在指定组呼区域内的所有小区内都要建立语音组呼信道，建立 下行链路时移动台无需返回任何信令。下行链路建立时，m s c 应该将组呼区域内 所有小区的语音组呼信道连接到会议桥。同时，应该给主叫用户分配一条专用信 道。如果由于拥塞的原因，在某些小区内无法建立信道，应尽快在这些小区分配 信道。 ( 3 ) 释放主叫业务用户的专用连接【1 0 】【i i 】 网络要求用户加入语音组呼信道时，主叫业务用户才断开专用连接。如果该 主叫用户没有讲话，网络会要求他通过信道释放程序作为聆听方加入语音组呼信 道。如果主叫用户一直在讲话，网络会通过信道分配过程、切换过程或信道模式 修正过程使其作为讲话方加入语音组呼信道。从语音组呼建立到主叫业务用户第 一次成为听者，上行链路状态应该标记为“u p l i n kb u s y 。在此期间，移动台通过 m m i 应该给用户一个可以讲话的指示，提醒用户及时按下p t t ，将预先分配给他 的上行链路占用，如果主叫业务用户在一定时间内( 该时间由移动台设定) 没有 按下p 1 v r 申请讲话，移动台向网络发送一个“u p l i n kr e l e a s e ”消息，释放上行链路， 此时上行链路的状态标记为“u p l i n kf r e e ”。 ( 4 ) 将讲话用户转移到专用链路 网络可以随时将讲话用户从语音组呼信道转移到专用链路，直到网络再次将 移动台加入语音组呼信道，该专用链路才被释放。对于这种情况，如果用户不再 讲话，网络要求他作为听者加入语音组呼信道；如果用户仍然在讲话，网络会通 过信道分配过程、切换过程或信道模式修正过程使其作为讲话方加入语音组呼信 道。 组u 于由调度员发起 调度员身份的用户( 包括固定调度员和移动调度员) 通过拨打m s i s d n 号码 发起组呼请求。在这里，m s i s d n 号码的格式为：国家代码( c c ) + 目的地网络代 码( n d c ) + 组呼前缀( p r e f i x ) + 组呼参考( g r o u pc a l lr e f e r e n c e ) 。当然在实际 应用中，为了简单方便，可以在交换机侧通过设置号码分析的方式，实现用户不 1 2 编组站概述 拨c c 和n d c 。组呼前缀在g s m r 编号方案中定义为5 0 。 g m s c 收到呼叫请求后，分析该m s i s d n 号码，根据其内部的路由表直接将 呼叫路由到组呼的主控m s c 。主控m s c 通过m s i s d n 号码所包含的组呼参考向 g c r 查询。这时，g c r 会检查主叫调度员号码是否在允许建立语音组呼的调度员 列表中，如果在，将向m s c 发送组呼属性，否则呼叫将被拒绝( 带有原因值为 c a l lr e j e c t e d ) 。 主控m s c 收到组呼属性后，会检查是否存在讵在进行的具有相同组呼参考的 组呼。如果有，将把调度员加入到该组呼的会议桥中，而不再建立新的组呼。 语音组呼通知过程 当有用户发起组呼请求，并且网络已经建立了语音组呼信道，将在u m 接口 的通知信道n c h 上广播通知消息，其中包含了组呼信道的描述。语音组呼成员的 移动台在下行链路上收到该消