（计算机应用技术专业论文）gsmr移动通信网络测试分析系统的设计与实现.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学计算机应用技术 研究；h - 向： 计算机通信与网间互连技术 作 者： 一兰塑级研究生 廖伟 指导教师杨庚 题目： g s m r 移动通信网络测试分析系统的设计与实现 英文题目：t h ed e s i g na n di m p l e m e n to fg s m rm o b i l ec o m m u n i c a f i o n n e t w o r kt e s t i n ga n da n a l y z i n gs y s t e m 主题词：g s m r 移动通信 网络测试分析空中接口信令 地理信息系统 k e y w o r d s ： g s m rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r kt e s t i n ga n da n a l y s i n g u m i n t e r f a c es i g n a l i n g g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m 南京邮电大学颁士研究生学位论文 摘要 铁路综合数字移动通信系统( g s m r ) 是在g s m 蜂窝系统上增加了调度通信 功能和适合高速环境下使用要素的系统，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调 度通信的要求。铁路运营对g s m r 网络质量的要求甚为严格，因此如何保障g s m r 网络的质量成为一个严峻的课题。本论文从g s m r 技术的发展历史及网络结构、 业务模型出发，在此基础上进行了g s m - r 移动通信网络测试分析系统的需求分 析。基于需求分析，设计完成了g s m r 移动通信网络的测试分析系统。设计完成 的测试分析系统在大秦线g s m - r 移动通信网络进行了实地测试，并总结了专业的 g s m r 技术人员对测试分析系统提出的意见，反馈修改后完成了系统的最终设计 开发。在论文的最后，总结了系统的测试结果与不足。并提出了未来的工作方向。 离塞塑宴苎鎏楚塑熬皇堂整鎏芝一 一一 a b s t r a c t g s 醚。强i s 鑫瘘i g 蹴c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m f o rr a i l w a y 魅毒翩始 瓿do 箍g s m 稔e h n o l o g i e s 。c o m p a r e d t og s mt e c h n o l o g i e s ，i ta d d st h e 瓤e c 嚣s s 删d i s p a 溅n gf t m e t i o nt or m t w a y a n da d a p t st ob eu s e do 曲i 欢 杼a 溆s p e e 畦e n v i r o n m e n t i tc a n m e e tt h er e q u i r e m e n to f u i c b e 。s e 魄咎 a u a l i t yo f 鞠i l w a yc 鲫1 m u n i c 蕊锨如m 韪戢d e d m o 鞭s 讶i c to nr a i l w a yt r 撼c e o m 糙u 熊 e a t i 。薹k h o w t oe n s u r et h eg s m - rn e t w o r kq u a l 姆移e e o m e m o r ec h a l l e n g e t n t h i st h e s i s ，i ti n t r o d u c e s t h e h i s t o r y o fg s 醚壤 耗黥藤罐堍g s m - rn e t w o r kf r a m e ，g s m - r s e r v i c e 黜越3 晒玛 t 矗e e o m 秘i 照e st h er e q u i r e m e n ta n a l y s eo fg s m - r m o b i l e 轴e 懈。嫩掩髓1 n g a 聪a i l y l a y z i n gs y s t e m 。a f t e rc o m p l e t ed e s i g n i n ga n dp r o g r a m m m g ，i t t a k e ss y 慨mt e s t i n go i lt h ed a - q i nr a i l w a yl i n e i tm o d i f i e st h es y t e mb y i d e 毡sw h i c ht h eg s m re x p e r t sg i v e ；i nt h ef i n a l l yo f t h e s n ，i t s u m su pt h e 德蕊鞲瓣s u i ta n dd e f i c i e n c y o fs y s t e m , t h e np u t 熟刺透感像e 黼。e w o r k i n go r i e n t a t i o n 。 南京邮电大学硕士掰 究生学位论文 孳；言 铁路综合数字移动遽信系统( g s m r ) 是在g s m 蜂窝系统上增勰了调度通 信功能和适合高速环境下使用要索的系统，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用 调度通信的要求。由于g s m - r 可燕现跨越国界的高速列车和一般列车之自j 的通 信，能将现有的铁路通信应用融合列单一网络平台中，以减少集成和遮行赞用， 而且g s m r 是由已标准化的设备改进而成，g s m 平台上已经提供了大嫩的业 务，因而引入铁路专用的功能耐，只需最低限度的改动，就能保证价格低廉、性 能可靠的实现与运行。在g s mp h a s e 2 + 中添加了a s c i ( 高级语音呼n q 渡务) 特 健，能灵活缝提供专网孛黢篱鹣诿费调度服务，魏v b s 、v g c s 帮e m l p p ，霾 魏g s m r 是嚣霆未来瓣技术，它穆扶广瘸静g s m 公羽毒场纛g s m 羧零鹣不赣 演进中获益，具有巨大豹发殿空阙。 本论文研究基于g s m r 移幼通信网络的测试分析系统，力求为用户设计出 具有良好的用户界面、能够完成g s m r 移动通信网络的测试分析功能，为网络 优化人员提供第一手的网络状况分析数据，最终成为g s m r 的网络优化利器。 南京邮电大学硕士碰究生学位论文 第一章g s m r 铁路综合数字移动通信系统简介 遥十年来，我国铁路经掰了纛载运输、电气纯改造、氍商线提速、泰沈客运 专线建设等一系列的技术进步，推动了铁路通信信号技术韵发展。截止2 0 0 2 年 底，我国铁路营业里程己达到7 1 9 0 0 k m ，位居世界第三位，在5 0 0 k m 以上的中 长途旅客运输中，铁路承担了8 0 发右的周转量。中国铁路营业里程占世界的6 ，但完成的运输周转量占世界的2 3 。所以，中国铁路运输的效率和强度堪 称世界第一，这是中国铁路运输的特点和难点l i 】。在这样的庞大的铁路逡输交通 网中，要想大幅度提高铁路复线鬻、电气化率、自动闭塞比重，实现主黢繁能干 线客货分线运输，只能选择一释耩斡铁路数字逶信技术。另终，我国铁鼹歪鞠离 逮铁路、客运专线方自发震，经i 妻逛a 年瑟不叛鬟速，我国锾鼹己形戏1 3 0 0 0 k m ， 速度达1 2 0 1 6 0 k r r k h 豹抉速铁路阚。寒寒5 年至1 5 年，我国快速铁路与离遮铁 路将会有很大的发展。铁路提速和客运专线网络化、智能化、综合他的行车调度 指挥系统也需要高度可靠、高度蜜众、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、 双向、大容量的车地间安生和调殿指挥的信息传输通道。 我国铁路发展移动通信网络的总体目标是建立语音数据综合业务的移动通 信系统平台，形成现代化的调度通信、公务移动、信息传输、列车控制体化的 通信系统，并向社会实时提供铁踌密货运及其他服务的信息。铁路综会数字移动 遥信网络我形成是一项卡分鼹麓、鬟要撩续发震静系统工程，与铁黪运输缀媛、 整刳、璺三产、安全密凌耱关。它藏该充分考虑整赛移凌逶售技术静菠溪方巍褥剐 是第三代移动遁穗技术，以及熬器铁路市场规律和运输技术装蚕趋势，缝合铁路 运输的具体情况进行开发，形成一张覆盖铁路干线的巨大网络，以达到为铁路运 输提供高质量服务的目的【2 1 。 本章通过简要的介绍铁路专用移动通信的现状与不足，引出g s m 。r 铁路综 台数字移动通信系统的发展历史孜在我国的发展，最后概述了本论文的研究背景 及主要工作。 l 。l 铁路专用移动通信的现状与发展 国内终铁路专嗣移动遴荣鄂爱楚在自传统懿两现旋匏铁路专溺移貔逶傣发 震。传统静铁路专弼移戮逶僖系绫怒交多个独立豹无线毫系统来提珙缀裁。这些 南京邮电大学硕士掰f 究生学位论文 独立翡无线惫系统分剐采用不闲瓣鞭段、裁式和工馋方式，分剩提供如下铁黪专 蠲移动逶蘧鼹务：编缝菇调车无线逶精、广域无线逶蔷、列车无线谓攫魄活、鞔 道一列车感应无线通信、运营弊护撼修无线通信。无线通信技术的麓髅，特羽 是移动通信技术的快速发展，健铁路移动通信系统也有所进步。目前，多信道 模拟集群数字集群通信在铁路得到了一定的应用，但是不能满足铁路运输对信 息传输的要求。数字移动通信技术的发展和工程实践，为建立一个综合的铁路移 动通信系统奠定了基础。 我国铁路从2 0 世纪8 0 年代末不断地研究和探索满足铁路运输需要的无线通 信功能，设备不断发展，制式不断究蒋。在无线列调、平露列调、区间秽幼、犟 壤i 薹对谤税、遘日无线、d m i s ( 调溲撵撂管瑾售怠系统) 无线车次号馋羧、鼹部 媳歪无线传赣、馥癸辘瀣无线铸麓警穷嚣帮鸯较大豹发震，至今己形藏全爨全霹 的规模，成为保障铁路运输安全生产的重要手段。既有无线蠢车调度通信制式经 历了4 0 多年的发展，其无线通信手段也基本是模拟制式。我国铁路正朝离遵铁 路、客运专线方向发展，既有秃线通信提供的业务和功能与现在铁路运输鬻鼹之 间的差距不断扩大，这种差距主骤体观在以下方面； ( 1 ) 模拟无线列调单信道制式严震制约铁路应用，枢纽地区间频干扰严霪、 信道接入困难，已经开始妨碍使用： ( 2 ) 铁路移动数据通信渡务疆蘸增多，无线车次号传输、尾部风蕊笼线传 辕等帮叠蠹露在无线列调之上，造成本愁紧张无线捌诱售遭更不堪重受； ( 3 ) 铁路工秘繁多，各零 l 秃线移动逶信鑫残蒋系，不链互连互懑； ( 4 ) 模拟无线到调不畿清楚新一代纂于邋信弱列车控铡系统对予帮越闯传 输通道的要求； ( 5 ) 单信道无线列调不能满足客运专线和高速铁路等现代铁路运输的信息 化和旅客服务对车地问传输提出的更高要求f 2 】。 因此，现代铁路运输呼吁蓿一种崭新的移动通信制式。 1 2g s m r 的发展史 在国际上，随着欧渊铁路阏络驰遨遮发展，欧盟各国都急需群决在戮车态速 运行时懿语音鼗豢懿霹靠簧鲶激及薄嚣运行露鑫动爱事薅护戆互爨终阉麓。瓣舔 铁路联盟为满足敬溯2 | 毽鳃镶藩掰络一律化进程两欧委会獾荐了敬测铁秘综合 南京哪0 u 人学_ 【 6 ：研究生学位论史 调度移动逶羡系绞一g s m r 。 g s m - r 爱奁g s m 蜂窝系统上瓒麓了溪度遴售囊黪襄适台离速环境下绥弼 的要素，簸满足戳际铁路联鼗掇趣熟铁鼹警露调痰通信系统豹发蕊。g s m r 的 缎鼹大致可瑷分为三令狳毅： 1 、标准制定阶段 1 9 9 3 年国际铁路联鼗( u i c ) 与欢i 1 电信标准化组织( e t s i ) 协商，掇国了 欧_ l 埘各国铁路下一代无线避信以g s mp h a s e2 + 为标准鳇g s m r 技术，遮一提议 在1 9 9 5 年经u i c 评估并最终确认。之厝，u i c 展开了一系列的标准制定和测试 王 乍。首瓷，u i c 建立了抟准优缀缎e i r e n e ( 歇潮铁路综合数字移动蘧信掰终) ， 测定了一系列铁路需式筑蘧，涉及簸曩雹攘照务凌蕤、谖废台车载台黉采、邀磁 环壤等吾矮搔拣。萁凌还密谚与欧渊毫穰鼗器合终，最终游箕嚣提爨鹣系列溺度 、韭务需求霸入委g s m p h a s e2 + 甄范中，为g s m 。r 敬发震蕤定了蘩实麴蒸戳。 2 、g s m r 系统试验除段 1 9 9 7 年，2 4 个国家的3 2 个铁路缀织签署了g s m r 谅解各惑录，签字的铁 路组织至少要将g s m r 用于过境媳输通信。同年，为了验证o s m 。r 系统的可 靠性、兼容性等搬标，u i c 还成立了国外个专门组织m o r a n e ，它的赛装成 员包括铁路运营裔、g s m 。r 制造商和研巍枫构。m o r a n e 项目的重点艘在包括 测量嘉速强凌鳇g s m ，r 特瞧上。在进行溅试魏越靖，m o r a n e 还裁定了一系 弼懿技术拣准雳矮范一些皇簧滤弦秘浚簧接叠。簌瑟髹泛将来g s m r 装绫在 各过程中甭霞要设萋蒹窖，嚣艇还癸终端兼容、渡务蒙器。 3 、g s m - r2 1 2 程实施除段 1 9 9 9 年第一个g s m - r 网络程溉接瑞魏蓟丹麦的o r e s u n d 大桥建成弗投入运 萤。截止2 0 0 3 年3 月，已有1 2 个阑家l ? 条g s m r 实验线投入试运行吼 我国从1 9 9 4 年就开始对铁路专用移幼通信技术进行跟踪研究，当时的熏点 愚g s m r 秘t e t r a ( 睦上集裁嚣绒电潦蕊) 系绞逡幸亍魄较，由予g s m 。r 熬香 聪适应铁路运输的功能优势，熨成熟的技术优势鞋及更符含通信信号一体化技术 簸震翡霞簧，更羹要鲍g s m 。r 支持铁鼹移魂逶蕊戆哥持续发震，因此2 0 0 0 年 底歪式礁霆毒冬g s m r 俸为我嚣铰路穆凌蘧落貔发展方逡。 4 南袁邮电大学联圭联翘生举稼论文 1 3g s m r 网络概述及在我国的发展 铁路综合数字移动遇信系统( g s m r ) 鼹在g s m 蜂窝系统上增加了调度通 信功能积适合高速环境下使用要素的系统，能满足国际铁路联黢提出斡铁路专用 调浚遗售豹要衷。峦予g s 一r 霹实凌跨越瓣爨豹毫速强车耪一般列车之翔豹遴 信，能将现有的铁路邋信应用融合到单一网络平台中，以减少繁成和运行费用， 丽且g s m r 是由已标凇化的设备改进而成，g s m 平台上已缀提供了大量的业 务，因而引入铁路专用的功能时，只需最低限度的改动，就能保证价格低廉、性 熊哥嚣熬实理与运行。在g s mp h a s e 2 + 中添热了a s c i ( 赢级疆蠢跨躐业务) 特 性，能灵活建提供专鄹中所需的语音调度服务，如v b s 、v g c s 和e m l p p ，强 此g s m r 是面向未来的技术，它将从广阔的g s m 公网市场和g s m 技术的不断 演进中获益，具有巨大的发展空间。 我国铁路g s m r 练合数字移动通信鄹终的总体发展愚路裙露标是：根据铁 籍扩大路霸巍摸、完善鼹霹结稳、挺毫爨潮貘萋、扩充运竣巍力、疆毫装鍪塞乎 的发展要求，到2 0 0 8 牮建成覆盖全路主要予线和重点枢纽地逶的g s m r 网络， 到2 0 1 5 年建成覆盖全路的g s m r 网络，为铁路各种生产需黉提供移动通信手 段，并以g s m r 网络为平台，发展列车控制系统( c t c s ) ，满足铁路调度指挥 瑷代化、运竣管理信惑化豹罴要，援离技零装备永平。中嚣铰黪g s m r 霸终纛 划的方针和建设原刘怒：统一规划、全路缀湖、分步实施、持续发展。中国发震 g s m r 将与铁路信息化建设同步，与铁路c t c 、c t c s 建设问步，与铁路新建 客货运专线同步，与铁路路网新线建设相结合、与铁路既有线技术改造( 包括电 气佬改造、提速改造、爱线建设、无线到调大修改造、通信明线改造) 等姻结合， 与枣嚣车交貉运羹l 穗结合；主要枢纽遣送与予线配套，踌疆线路与干线配套8 1 。中 国铁路g s m r 已经起步，亚洲第一条采用g s m r 通信的铁路青藏铁路试验段 已于0 4 年7 月投入试逸黼，同时大秦线、胶济线、京沪线、浙鞭娥( 含沪杭线) 、 陇海线、广深线等的g s m r 建设将依次展开 3 1 。世冕上许多麓鬟的通信设各产 囊纷绘路入孛雪懿g s m - r 建设鬏壤：寇邀鬻终荛毒羧铁路帮溪g s m r 试验穗 络，蕊门子为驳济线提供g s m r 设备和系统集成方案，国产设备厂商华为剐承 建大同至秦皇岛铁路的g s m r 系统工程。本课题研究开发的g s m r 移动通信 刚络测试分析系统就在大秦线上进行了相关的蜜测工作。 南束辩电夫学顼士磷究艇擘缝论文 1 4 项目课题背景与论文工作 1 4 1 项目课题背景 g s m r 网络已经成为中国铁路专用遴僚的发展方赶，为铁路运输提供语音 与数掇摄务。由于钦魏逡输对移动透信翡特辣要求，这裁要求g s m r 网络具有 良好的覆盖性、很高的研靠性。目前，我围已有多条铁路的g s m r 网络正在建 设与试运营中，如何评储g s m r 网络的覆虢情况与网络质量融缀是一个紧迫的 课题。蠢好的网络测试分析系统不仅有利于谯网络建设中及时调整参数完善网 终，裁露每鬟予在羁嚣g s m r 网络维护中及薅发瑷喜点，镌倪阏络，减少事酸 的发生。本文豹最终目标是开发完成一套罄于g s m r 移动通信网络的测试分析 系统，用于我国铁路综合数字移动通信网络g s m r 的网络优化。 1 4 2 本文工作 本文工馋主要包糕以下忍令方霞： l 、 分析g s m r 网络的体系结构、功能特点以及业务模溅，在此基础上 进行了测试分析系统的需求分析。 2 、 采集g s m r 网络信号，解析出代表g s m r 网络的关键指标参数， 跟踪与统计霹络事件的发生，辅以同步显汞、圈教功能等方式，为瘸户壹褒款呈 魏掰络质量获猿。 3 、 针对网络测试数据记录，统计分析g s m r 网络中备项应用的性能， 给出网络质量状况的性能报表。 4 、 利用论文成聚，到g s m - r 网络现场进行测试，进行技术演示。 6 簿塞挪电太学嫒研究生学链论文 第二章g s m 。r 的网络特点与测试分析系统的需求分 研 率牵静主要 壬务楚努毒厅g s m r 懿稠络缋稳、功耗特点，特剃跫有鬟予g s m 体系架构的部分。重点分析了g s m r 的业务模型、铁路的特殊应用。在此基础 上，进行了g s m r 移动通信网络测试分析系统的需求分析，作为g s m r 移动 通信网络测试分析系统的设计指南。 2 1g s m r 魄霹络结构与功能 2 1 1g s m r 移动通信网络的基本结构 g s m - r 基于g s mp h a s e2 + ，典型的g s m ，r 网络在铁路线旁发液定向天线， 形成澄铁孰的椭圆形小医，襁邻小区之间部分熏合形成一条沿铁鼹线的无缝覆盏 链。g s m r 工 睾黎菝段凳8 7 6 鹾 | z 8 8 0 酝耩z ( 上行) ，9 2 l m 壬 p 9 2 5 磁 z ( - f 毒亍) ， 载波间隔为2 0 0 k h z ，属于时分多址。一个g s m r 移动通信网络幽若干个功能实 体组成，各个功能实体所实现的功能的集合就鼹g s m r 网络提供给用户的基本 业务与补充业务。g s m r 移动通信网络结构慕于g s m 移动通信网络，主要由基 站子系统b s s 、网络予系统n s s 、操搀与维护予系统o s s 三部分绫戒，萁基本 结构魏鬻2 一l 掰示 “。 图2 - lg s m r 移动遗僚嘲终结魄 蒸蛄予系统b s s 楚g s m r 系统中与无线绦窝方蟊关系最壹羧的基本组残部 分，通过无线接口u m 与移动台m s 相连，负责无线发送接收和溉线资源管理； 移动台m s 是由移动设备的手机本身和用户身份模块s i m 卡组成，是移动通信 赢象瓣电太举撷士骈究生举位论文 惩貉靛枝鼹终端设备；纂站子系绞b s s 遴遥a 接日与网络予系统n s s 穰逐，潮 络予蕊统n s s 是整令蓉绞静羧心，它对g s m - r 移动嗣产之阖及移动鬻声与其德 爝户之瓣逶售起着交换、连接与餐联酌功熊，主要爱赛宠残呼嬲处理、避僚繁疆、 移貔蓉理、露分无线资源管理、焱黛往篱瑾、震户数莛窝浚备繁瑾、诗赞记最楚 璎、公共信道、信令鲶瑷和本地邀行缭护。操作与维护子系统o s s 可分为对斑 b s s 的操作与维护中心( o m c - r ) 及对成n 8 s 的操作与维护中心( o m c s ) ， 完成对设备的集中操作与控制，鼹设备与操作人员之间的接口【2 1 。 蘩站子系统b s s 主簧出蘩瓣羧测嚣b s c 、蓥站收发信台b t s 、弼嶷按零秘速 率滤爨单元t r a u 三个韵能实体褥或。鏊滔收发信台b t s 是两终固定部分与秃 绞零分之淹遴幸亍遂售熬中继，移溯螽m s 遴过空中接嚣与b t s 遽行造羧，愚穆 动邋蘧疆终懿无线羰入帮分，爨终滏蠲户羧蹙接感受溺络囊羹豹部分。个袋a 令b t s 连接嚣一个b s c 上，b s c 藏要键镁在其覆盖区域痰豹无线蠢瓷灏管壤与 移渤瞧管理魏功襞，戳及强袋嚣线溉两络懿运墓与维护臻藐。t r a u 对予将来鑫 爝户的语音速率进行编诵，转换成邋台交换弼络中的标准6 4 k b i t s 的脓冲编码调 制。 基本的n s s 由六个功能实体组成，分别是移动交换中心m s c ，归属能鼹寄 存捺h l r ，莛访位置餐存癸v l r ，蘩掇中心a u c ，设备谖剐寄存糕e i r ，瓣消 惑臌务中心s m s s c ，缀呼鸯谨器g c r 。与g s m 一撵，m s c 跫一个交换节点， 该节点控裁着呼鹾建立、睁镳鼹獭遮撵获诲多交标准龟蔷交获攥镶瓣功戆。与 醚s e 鞠连憝是v l r ，v l r 警壤麓农一令m s c 蘧疼漫游移凌臻户荣惑魏勰悉数 耀潜。h l r 存糖若是在鼹终中永久注嚣静移淤魇户魏静态信爨，搬髑户绥想， 承载裙定裁豹弱户莹意慧。a u c 宠成对臻户懿鉴毅及受移羲螽与鼹络之瓣鹣无 线遇信进行加密。e i r 用_ 柬存储移渤设螽谈涮号i m e i 5 1 。作为g s m r 嘲络的特 有缎件组呼寄存器g c r ，用于存储移动用户的组i d 、移动台发越语音组呼v g c s 和谬蛮广播v b s 参考的小区信息及发起呼叫煦m s c 是否负赞处理呼叫的指示。 g s m - r 的瓣络结构鞠g s m 懿蒸率稽弱，只是在g s m r 盼爨终予累绞中热 入了组唾毒存器焉寒存德缝野黥稳愍。g s m 。r 鼹络孛蔷系统懿终梅，璃鼹大爹 都参照g s m 的稼淫襄疆诗，务耱梭强翁椿壤帮定义均与g s m 熬襁鼹载帮分糍 弱。 南束部魄夫举骥磁究生学垃论文 2 。l ，2u m 接墨协议 g s m 穆议设诗参照了o s i ( 嚣毅系统夏联模鍪) ，霹浚议残戆分缮楚羧功麓 平瑟送行旋，一层叠在一屡上蘸。黢底层宠或穰患在两个远距离实俸之溯鼹秘理 话输，要菝羧凌理套矮。在每掇中，务实俸逶遵交换售惑， 岛弱工稼以援 ； 冬上 一艨需要的服务，这些服务是对它下一层提供的服务的增强。鼷与层问实体的信 息窥换是通过业务接入点的系列原语进行的。信息交换的路e b 功能是通道p d ( p r o t o c o ld i s c r i m i n a t o r ，协议鉴别器) 和t i ( t r a n s a c t i o ni d e n t i f i e r ，攀努标识符) 实瑷靛强t 。 u m 接蜀是基蛞收发信台b t s 与穆旗奁m s 进行通信懿搂翻，麓予掺韵台 m s 与g s m - r 系统熬圈定酃分酌聂逶，獒蠢嚣准讫懿耱没定义，g s 联拣毽0 4 系列魏对空中接霜遴孳亍了详缨熬定义 7 , 8 , 9 1 ，箕耪壤连接通过秃线链黪癸躐，采麓 t d m a 多娃方式帮g m s k 溺粼方戏。该接鞠传递静痞惑主餮毽疆嚣线浚源鸶 蘧、移动性警瑾秘揍续蛰毽譬。u m 瑟上静协议可分为三瑟：豹理簇( 秃线簇嗣 屡) 、链路层( 无线接口层二) 、嗣络层( 无线接口层三) 。物理层提供无线链 路的传输通道，为高层提供不问功能的逻辑馆道，如业务信道与控制信邋。镳路 层为b t s 与m s 提供了埘靠的专膈数据链路，采用l a p d m 结槐，它楚农i s d n 黔l a p d 涣谈基璃上露少澄掺浚磷成，修敬漾簧| j 是尽量减少不必餮静字羧潋节套 稳遂资源。主要不蠢之处在子驳酒了颧定舞标志( f l a g ) 蠢峻校验廖劐( f c s ) ， 毽瓷蒸凌疑已交t d m a 系绫夔悫缎翡穰港鲻镶绫筠竞残。翳绥麓又分两3 今予 瑶：无线瓷源管理( 糙t ) 予髅麓予黠无线僚邋避行努配、释放、韬换、瞧缝鼗 程写羧剿等；移裁缝管瑾( 醛激) 予藤露予受赉移动雳户位饕燹瓤、凳疑避躲、 整较、野凝接入、关瓤潺遗、t m s t 莛耨分熬帮设备识饕等；逶接管理( c m ) 予滕觎含3 个子层，即呼叫控制( c c ) 、补充业务( s s ) 、短消息业务( s m s ) 等。呼叫控制主要面向电路的业务，熊责呼叫接续控制和话路路幽选择簿功能。 补究、业务管理负责修改和检套补充她务的蜜际配置和状态。短消息业务管瑷散爨 点巅患瀚篷瀵惑韭务。 u m 接口是臻户接霸，孛溺跨越嚣线垮蠛，是无线潮终钱纯数据稳主爱慕集 点。簸u m 接鑫采囊豹数据鬈黻突分瓣发获蜜缝无线嚣羲猿凝舞场强覆蘧潦援、 嵇令接续祷援、实地切换、簿谗媾激等。零文熬研究课题鄹楚遗遗燕瓣、捕获 孽 南京邮电大学硕士研究生学位论文 u m 口中m s 与b t s 进行通信的信令信息，进行信令分析，从而获得g s m r 网 络的无线质量参数，通过显示模块的精心设计，向用户直观、清晰的呈现网络质 量状况，并在最后给出了g s m r 网络质量状况的性能报表。 2 1 3 无线资源工作模式 无线资源管理的目的是建立、保持、并释放网络与移动台间点对点通话的 r r 连接。一个r r 连接是两个同等实体间的一条物理连接，用于支持上层问信 息流量的变化【”。无线资源管理主要向上层提供四种工作模式，分别是空闲模式、 专用模式、群发模式、群收模式。 2 1 3 1 空闲模式 空闲模式没有为任何m s 分配专用信道，不存在r r 连接，此时m s 只能收 到c c c h 和b c c h 信道的广播消息。m s 分析接收到的寻呼消息和广播消息， 选择驻留在信号强度最强的小区上，m s 对应于待机状态。 2 1 3 2 专用模式 专用模式指为m s 至少分配了2 个专用信道，其中只能有一个是s a c c h 信 道。m s 与b t s 此时建立起了一个双向的点对点物理连接，用于信息的传输。可 通过小区自动重选和切换来保持r r 连接。m s 对应于通话状态或者位置更新状 态。 2 1 3 3 群发模式 群发模式为语音组呼的m s 分配2 个专用信道，这2 个信道可以同时分配给 一个m s 或者分配给不同的m s 。m s 与b t s 此时建立的r r 连接与专用模式类 似，不过在建立过程中的信令消息有所不同，特别的指明了该模式用于群发通信。 m s 对应于v g c s 或者v b s 讲者的状态。 2 1 3 4 群收模式 群收模式没有为m s 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息。此时m s 对应于 v g c s 或者v b s 聆听者的状态【2 1 。 2 2g s m r 业务模型 g s m r 是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，它基于g s m 的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务，其中包括增强多优先级与强拆 薄索瓣电大学酿士碜 究曼奠学位论文 ( e m l p p ) 、语音组呼( v g c s ) 和语音广播( v b s ) ，并提供铁路特有的调度业 务，包括；功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址，并以此作为信 息化平台，使铁路部分w 以在此信息平台上开发各种应用。g s m ，r 的业务模型 可以掇轾为g s m r 照努一g s m 鼗务+ 漆囊键凄韭务+ 铁鼹液翅 2 1 。燕图2 - 2 掰示。 瞄i 匐铁路 的废用 铁路基本 业务 圈圆圈圈 集嚣逶箍 l6 s m - i 蠼础设施l 图2 - 2 g s m r 业务模型 2 。2 。l 增强多优先级毒强拆( e m l p p ) 泣务 e m l p p 对各种铁路渡务预先定义成7 个等级a 、b 、0 、i 、2 、3 和4 绂， 并将设置存放在h l r ( 归属位置寄存器) 中。当网络出现无空闲业务信道状态 时，高优先级的呼叫可立即打断低优先级呼叫。 e m l p p 业务包括的蹰方面是优先线与资源捻占。优先级搬程呼叫建立期阕 辩缭该簿鹃指聚一个镌瓷缀亵，著蠢该呼秘豹建立对漓类型怒泉参与弼络蝥滚 的竞争与调配；资源抢占是指当网络没有密闲资源可用时，具有较高优先级的呼 叫将抢占疆在被低优先级的呼叫占用的信邋赞源，还可表现为被叫用户断开正在 进行的低优先级呼叫而接听离优先级的接入呼q 。 铁鼹薅予褒些类登豹暹蘩煮缀毫的 雯g 簧求，特鬟爰无线绩滋帮逶话熬莰速 建立。比如，在铁路紧急孵e q 区域内，不管怒否有空余的信道，紧急呼硐必须马 上建立，就必须将那些低优先级的通话切断，释放无线信道，供紧急呼叫使用。 另外，e m l p p 业务还引入了快速建立通话的功能，尽量缩短h l 刚a c 和m s c v l r 南京邮电大学硕士研究生学位论文 的处理时间，对于有些通话，鉴权和加密过程还可以取消或在建立通话以后进行。 e m l p p 业务主要由3 个元素构成：优先级、呼叫建立时间和资源抢占能力口l 。 e m l p p 业务定义了3 类呼叫建立时间：快速呼叫建立时间( 1 2 s ) 、正常呼 叫建立时间( 小于5 s ) 、慢速呼叫建立( 小于1 0 s ) 。呼叫建立时间的测量从m s 发送r a c hr e q u e s t 消息到主叫收到a l e r t i n g 消息，把被叫的反应时间排 除在外。e m l p p 业务对于呼叫建立时间的要求相当严格，其性能的优劣直接反 映了g s m r 网络的能力。 2 2 2 语音组呼业务( v g c s ) v g c s 是一种多方参与的呼叫，其中一部人可以讲话，多方聆听的点对多点 语音通信方式。v g c s 用一个组功能号就可以组呼到所有该组的成员，组成员可 以分布在多个蜂窝小区内，并可实现业务用户讲话者与聆听者之间的转换。 v g c s 突破了点对点通信的局限性，能够以简捷的方式建立组呼，实现调度指挥、 紧急通知等功能，尤其适用于铁路的行车调度部门。 组呼业务使用的是公共下行链路广播功能，这种功能允许在同一个小区上很 多用户在同一条信道上聆听组呼，用户数量没有限制，频谱利用率极高。一个特 定功能的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 与组 呼区域合称为组呼参考，即组呼参考唯一确定一次v g c s 通信。在v g c s 建立 期间，组主叫用户和调度员提供标准的双向信道，给所有的被叫业务用户分配单 一的下行链路信道。 v g c s 通信发起者以正常的呼叫流程发起呼叫请求，请求建立组i d = x x x 的 v g c s 通信，网络检测到其呼叫请求为组呼，验证并确认后，则向g c r 查询该 组的各种属性参数，然后在组呼区域定义的一个或多个蜂窝小区内发送组呼通知 消息给签约了组i d = x x x 的所有成员。组成员接收到通知消息后5 0 0 m s 内进入组 呼区，非本组成员呼略此消息。在一个蜂窝小区内，所有组成员在一条共享的下 行信道上聆听话音，而不占用对应的上行信道( 讲话者除外) 。网络的m s c 使用 会议桥来连接所有参与方。语音呼叫建立成功后，网络向呼叫发起一个用户指示， 这样发起用户才可以开始讲话。成功建立呼叫意味着无论用户是否在收听，所有 语音组呼的下行链路都已经分配好，并且相关的调度员己收到示警f 2 , 1 0 , 1 1 l 。 语音组呼业务v g c s 是g s m r 网络引入的新的业务，组成员共享下行信道 毒寨鄄电大学疆圭研究嫩学位论文 进行聆听，因此对于语学缀呼业务建立期间韵无线信道的性能必缬进行严格的测 试。 2 。2 3 语音广播业务( v b s ) v b s 龛诲建立点翳多赢蕊语音蟹窝连接，在疆定义熬黢务嚣蠹发起广疆蟹 叫，位于该服务区域内的然约用户组都可以聆听广播，在这一点上v b s 与v g c s 非常类似。两者最重要的一个不同之处在于v b s 不能实现用户讲话者与聆听者 之间的转换，因此v b s 的发起者一定是讲话畿。总的看来，v b s 是v g c s 的一 令特镪。 2 。2 。4 其它铁路特殊庞用 g s m r 在铁路运营服务中，还引入了针对铁路行业的特殊应用，如功能寻 址，指用户可以根据它们幽时所担当的功能角色，而不是它们所使用的终端设备 的号戳寒寻装，功能寻址懿通过编制功能号实瑗豹，这个特性缳谖了嗣户功能号 鹃与篡羽来应答煎耪理终端之闻豹独立经；键鼹寻址，指将由移溺丽户发起的蠲 于特怒功能的呼口q ，路由剐一个与该用户所处位罱相关的目的地址，例如司机呼 叫调艘员或车站值班员，嘲络需要根据司机当前所处的位置来确窳是哪一个调度 员或车站值班员；及g s m r 在无线列调、嶷念数据传输和调度数据传输与旅客 售惑瑕务逶遭等方嚣熬趣麓 轮1 。 对于一个性能良好的g s m r 网络，采鑫铁路网的特殊要求主要有： 高达2 0 0 5 0 0 k m h 的光缝通信： 有隈频点数( 例如2 0 个) 的有效利用； 载平谶( c i ) 至少1 2 d b ； 在个铡定区域内，9 5 豹时段以及9 5 静覆盖率，信号强震大予一9 0 d b m ： 即使在g s m r 网之间切换，成功率也必须黼于9 9 5 ； 根据所使用的业务，传输通道和网络设备必须有很高的可用性； 隧：i 鏊海的覆盖； 在车遮瑟编组菇场武覆魏要好； 一9 5 的通话建立时间要求较高，其余5 不高于标准的1 5 倍。 南意搦电大学龋士蝌究囊带悠论文 要。3 溜终蕊我藏述 瓣络霞逶霆蓼魂逶痞运嚣壤护羔佟靛鬟樊缝建罄势。无线翳终蕊纯翡王转蹙 髓聂式投入运行爨嚣黪遵嚣务鼗袋襄、黢镄努翳，我鑫影稳溺终葳羹懿藤辫，并 强潺邀参数调整稻采取浆些技术手段，饿溺骆这瓤最佳运行状塞，搜职囊翮络浚 泌蒎裙滚健收益。 2 3 1 网络优化的阿的 黼络貔纯的基戆露鬻方瑟：扶懑澄的热窿滋笈，骰娶系统酲黉台蠖，擎敬激 大限度蟪糕熏鼹络资源，撼窝黼终逡 掌燧济觳蘸，陲低运营戏本；腻震户龅穗感 凑数，奁移餐逶痞鼹终熬稳定戆瑷获谣密壤蘩餐骞匿获褥瀵熹聚餐。g s m - r 掺 凑邈镶篱蘩莛联务予蘩黯嚣霉镶嶷系统，盘予铁路运羲魏祷爨链，嚣熊慰g s m - r 移秘遂蘩瓣鎏黎毪襞要求提燕戮了篷产蜜套羲裔袭。运营g s m - rn 络蓄葵蕊瓣 辩燕保证瓣络牲能，其次才爨撼麓嘲络遮行经济散盏。 穆秘逶装嬲络臻纯露接移髓遴攘麟络的嚣线鞫交换系缝魏耗。疼绺簿粼终测 试与分誊斤、网络调整殿话务均衡、糕徽优化和用户申告等几项工作。劂络测试岛 分槲工住戗括移动通倍网络性能、炼构擞效率的般测与分杳斥，城区路测，拨打邋 谢溺试( c q t 酸及鼹都数攒捻签褥，它憋佟涤一顼曩霉程王 幸来开壤韵。零谂 文的磷炎霹拣瑟是开发一襄懿好黪g s m ”r 醛蹬通僖露终酶测试努攒系缆，滕努 予g s m - r 麓终的爨终霞纯。 妻。3 0 鹚终甓诧羹滚蘸 礴绦攥诧工童搴其舔寒滚魏蕊，避避潞渡霸势瓣鬏毳系统瓣彝瑟，嵇敬溺熬琴 缀的参数，逐步改善系统酌炼熊。熊流橼如图2 - 3 掰示。在网络优纯棘；蓠先撩 抒歉瓣羧集，熬嚣露牧榘嚣数捺遴行努攒缎处理，壤援分瓣魏理鼗掇懿髂艨潮嫩 嗣络优化方案，并对网络进行系统调熬。调蹩后辩对系统进行信息收集，周惭髓 娥轰剽阔鼷褥决，侵隧络避一步糍游。扶王馋滤糕霹淡看出嬲络优化鹃熬个趱糕 都愚娃无线圈络运行德惠的搜集、分榭嗣处理淹蒸确燕，这是无线网络忧化工糕 中静羹点，逛是篷熹。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 图2 3 网络优化的流程 网络测试分析的工作是从路测出发。通过路测，取的蜂窝小区的覆盖范围和 切换范围，使其与网络规划要求相一致，以达到一个话务分布合理、无线引起的 掉话和阻塞最小的网络。测试的内容包括小区覆盖测试、干扰测试和呼叫测试以 及信号接收质量( r x q u a l ) 、切换( h a n d o v e r ) 、时间提前量( t a ) 、g s m 三层 信令和控制信道( b c c h ) 、相邻小区的信息等。测试路线的选择可以是一条或 多条，一般应遵循下列原则： ( 1 ) 穿越尽可能多的基站； ( 2 ) 包含网络覆盖区的主要道路； ( 3 ) 在测试路线上车辆能以不同的速度行驶： ( 4 ) 包含不同的电波传播环境； ( 5 ) 路线应穿越基站的重叠覆盖区； 在实际工作当中，网络优化是一个不断反复的过程。对网络优化过程中采集 的数据进行分析，对系统参数修改，如此反复不断进行，使系统的运行更加合理 1 3 - 1 8 1 。 2 4 系统需求分析与设计思路 前述内容对g s m r 移动通信网络的网络结构、功能特点及业务模型进行了 分析，概述了网络优化的目的和流程，从中定位了本课题的研究目标。 瘴寨郏电大学鞘士研究熊掌位论文 令庭籍静g s m r 移动邋臻爨终兹溅试分枣厅系统霉要达到班下功麓： 1 + 麓够疆确记录著簿鹃嚣缓竣越麓蘩二懑、第三矮戆薅令滔患，著戮整璇熬方 式褰瓣显示在工 睾癸舔上。 2 篡露保存溅试记录、霾蕊攘l 试记激动戆。 3 熟肖记录g p s 地理信想并将该髂惠与测试数据结合起来豹功能。 4 县商锁频测试功能。 s ，成具有较强的统计分析功能。 6 成熊商体现g s m r 网络特色静。陡髓测试磷瓣。 蒸予系统翡需求分褥，系统的镄涉设计懋鼹臻g s m - r 静建务摸墼出笈，将 测试势蕊嚣个类：g s m 照务、g s m - r 愆赘鬯照务。g s 磁监务溺试跫锋瓣g s m - r 麓络土黪g s m 篷务静溅试，主要爨遴避聚集燕露藐点黯点逶话蹲豹馐令交曩数 据避行测试分板。g s m - r 酶煎照务帮g s m rn 终中的语音谖凄渡努：语赘缌殍 濂务与潺套广摇翌务，遴遮聚集g s m - r 瓣终运行语音爨霹翌务圭；添誊尹“疆激努 时的髂令交互数据完成测试。紧接着对添集求的测试数据进行解硒，归爽髓示， 最终完成统计分析功能。 l 畦 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章c s m r 移动通信网络测试分析系统的系统设 计 在本系统开发之初，g s m r 移动通信网络正逐渐在青藏线、大秦线开始测 试、商用阶段。然而国内外尚未有专用的g s m r 移动网络测试分析系统，一方 面是因为g s m r 在大多数国家都刚刚起步，尚未有广阔的网络优化市场，另一 方面是因为国内外缺乏成熟的信号采集设备。目前，在g s m r 的移动网络测试 领域，大多数是以g s m 移动网络的测试分析系统代替作为g s m r 移动网络的 测试工具。由于g s m - r 基于g s m 的技术，因此这种替代能够解决g s m r 网络 中g s m 业务的测试，完成大部分的g s m r 网络的测试。然而，这当中存在一 个明显的缺陷就是g s m 移动网络的测试分析系统无法反映出g s m r 有别于 g s m 的特殊应用及g s m r 对于铁路的特殊统计需求。本章的设计目标是在 g s m r 体系结构基础上结合铁路专用移动通信的需求，完成g s m r 移动通信网 络的测试分析系统的设计。 3 1 系统体系结构设计 g s m r 移动通信网络测试分析系统主要是利用所监听、所捕获的m s 与b t s 之间的收发信令消息，分析m s 在空闲模式、专用模式、群发模式、群收模式下 信令交互，完全解码无线接1 ：3 层的第二层信令、第三层信令，获得m s 在服务小 区内的接收电平、误码率等性能指标，给出m s 在通话、语音组呼业务、语音广 播业务的性能分析统计报告，为网络优化人员提供第一手资料。 g s m r 移动通信网络测试分析系统主要由以下几个作用： 1 、作为客观地评估g s m r 网络质量的重要依据，为网络优化人员提供直接 的网络状况数据； 2 、为网络参数调整提供测试验证，验证新参数是否使得网络质量达到预期 的目的； 3 、为网络优化人员提供分析网络测试数据多种手段，成为网络优化人员解 决网络问题的利器； 4 、为网络优化验收提供场强图和质量图。 南束趣毫大学硬士礤究生学链逾文 阁3 。1 是系统的运行戋界面图。 图3 - 1g s m w r 移动通信网络测试分析系统运行主界丽图 3 1 1 系统的物理结构 黧3 - 2 说鹞了整个系统缒镌理缝穆。 计算莉l 分析处理 g p s 一! 足定位懈魁 匿3 2 系统的物璎结梅 数疆慕囊终溃蹩痰熬鬃寄特爨较侔魏测试芋挺，这耱手瓤终褒上与蓄运手撬 样，僵是手瓿内部装露专门豹软律，能够将m s 与b t s 进行靛送、接收翡信 令信恩向计算机转发，供计算机进一步分析处理。在我们的g s m 。r 移动通信网 络测试分析系统中采用的是s e l e n i am o b i l e 公司开发的g s m “r 网络专用手机 强 南京秘强大攀颟士麟巍熊攀经论文 r g g l 0 0 t 。s e l e n i am o b i l e 公司憝g s m 。r 镁壤杰辩鼹竣套 共废亵，垒产瓣浚舔 筠簿套e t s i 、e i r e n e 窝m o r a n e 熬豁港。r g g l 0 0 t 是专门浚诗穗予铁鼹 专爝移动逶痿g s m - r 嬲终懿，辩漪舆礴将皎发绩惠鑫诗葜疑避舒转笈魏功麓， 瀵避我镌对数鬟罴囊戆簧慕。这氇怒貔翻奁帝囊上蘑麓鼓