GSM-R系統(tǒng)維護(hù)與應(yīng)用完整版ppt課件全套教學(xué)教程電子講義電子教案
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3,1.1 移動(dòng)通信概論移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)狀態(tài),1.1 移動(dòng)通信概論,“無(wú)線電之父”馬可尼于1895年設(shè)計(jì)出大功率的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，可收發(fā)遠(yuǎn)距離的電磁波，發(fā)送莫斯密碼無(wú)線電原理：,導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的變化會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電波利用這一現(xiàn)象 ，通過(guò)調(diào)制可將信息加載于無(wú)線電波之上當(dāng)電波通過(guò)空間傳播到達(dá)接收端，電波引起的電磁場(chǎng)變化又會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流通過(guò)解調(diào)將信息從電流變化中提取出來(lái)，就達(dá)到了信息傳遞的目的4,1.1 移動(dòng)通信概論 “無(wú)線電之父”馬可尼于,1.1.1,無(wú)線通信與移動(dòng)通信的關(guān)系,1.無(wú)線電波的特點(diǎn)：,無(wú)線電波在自然空間傳播的電磁波，是無(wú)線通信信息傳輸?shù)妮d體無(wú)線電波主具有以下特點(diǎn)：,（1）無(wú)線電波是正弦波，具有波的一切特性它和水波一樣能向四周傳播，在傳播的過(guò)程中能夠發(fā)生折射、反射，它也具有一定的頻率、波長(zhǎng) 和波速無(wú)線電波的傳播過(guò)程如圖1.1所示5,1.1.1無(wú)線通信與移動(dòng)通信的關(guān)系1.無(wú)線電波的特點(diǎn)：5,,圖 1.1 無(wú)線電波的傳播過(guò)程,6,圖 1.1 無(wú)線電波的傳播過(guò)程6,1.無(wú)線電波的特點(diǎn)：,（2）無(wú)線電波不像其它波那樣容易被人們的感官所接收3）無(wú)線電波具有驚人的運(yùn)動(dòng)速度，是世界上跑得最快的物質(zhì)。
每秒鐘能跑30萬(wàn)公里，而其他物質(zhì)，比如聲波，在空氣中每秒只能傳播340米7,1.無(wú)線電波的特點(diǎn)：（2）無(wú)線電波不像其它波那樣容易被人們的,1.無(wú)線電波的特點(diǎn)：,（4）無(wú)線電波可以在真空中傳播5）無(wú)線電波的頻率往往比其它波的頻率高得多無(wú)線電波的頻率可以達(dá)到幾萬(wàn)赫茲、幾十兆赫茲無(wú)線電波的波長(zhǎng)、頻率和振幅還可以按照人們的 需要用機(jī)器來(lái)調(diào)節(jié)8,1.無(wú)線電波的特點(diǎn)：（4）無(wú)線電波可以在真空中傳播8,,表1.1無(wú)線電波譜的頻率、波段、傳播特性及主要用途,名稱(chēng),甚低頻,低頻,中頻,高頻,甚高頻,超高頻,特高頻,極高頻,符號(hào),VLF,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,頻率,3-30KHz,30-300KHz,0.3-3MHz,3-30MHz,30-300MHz,0.3-3GHz,3-30GHz,30-300GHz,波段,超長(zhǎng)波,長(zhǎng)波,中波,短波,米波,分米波,厘米波,毫米波,波長(zhǎng),100-1000Km,1-10Km,100-1000m,10-100m,1-10m,0.1-1m,1-10cm,1-10mm,傳播,特性,空間波為主,地波為主,地波與天波,天波與地波,空間波,空間波,空間波,空間波,主要,用途,海岸潛艇通,信；,遠(yuǎn)距離通信,超遠(yuǎn)距離導(dǎo),航；,越洋通信,中距離通,信；,地下巖層,通信；,遠(yuǎn)距離導(dǎo),航；,,船用通信業(yè),務(wù)；,無(wú)線電通信,移動(dòng)通信中,距離導(dǎo)航；,遠(yuǎn)距離短,波通信；,國(guó)際定點(diǎn),通信；,電離層散射,(30-60MHz),流星余跡通信,人造電離層通,信（30-144M,Hz）；,對(duì)空間飛行體,通信；,移動(dòng)通信；,小容量微波,中繼通信,(352-420,MHz),對(duì)流層散射,通信（700-,10000MHz）,中容量微波,通信；,,大容量微波,中繼通信,(3600-4200M,Hz)、(5850-,8500MHz)；,數(shù)字通信；,衛(wèi)星通信；,國(guó)際海事衛(wèi),星通信（,1500-1600,MHz）；,,再入大氣層,時(shí)的通信；,波導(dǎo)通信；,表1.1無(wú)線電波譜的頻率、波段、傳播特性及主要用途 名稱(chēng)甚低,2.無(wú)線通信與移動(dòng)通信的相互關(guān)系,移動(dòng)通信就是要保持物體在移動(dòng)狀態(tài)中的通信，因而它必須是無(wú)線通信。
短距離無(wú)線通信我們通常稱(chēng)為無(wú)線通信；長(zhǎng)距離無(wú)線通信我們通常稱(chēng)為移動(dòng)通信，移動(dòng)通信可以算作無(wú)線通信的一個(gè)大的分支10,2.無(wú)線通信與移動(dòng)通信的相互關(guān)系移動(dòng)通信就是要保持物體在移動(dòng),1.1.2,移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史,第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)是在20世紀(jì)80年代初提出的，它完成于20世紀(jì)90年代初，如NMT和AMPS，NMT于1981年投入運(yùn)營(yíng)第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)模涮攸c(diǎn)是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、交全性差、沒(méi)有加密和速度低1G主要基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，直接使用模擬語(yǔ)音調(diào)制技術(shù)，傳輸速率約2．4kbit/s不同國(guó)家采用不同的工作系統(tǒng)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)在1996年提出了GSM Phase 2+，目的在于擴(kuò)展和改進(jìn)GSM Phase 1及Phase 2中原定的業(yè)務(wù)和性能11,1.1.2移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(1G)是在20,1.1.2,移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史,第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)，也稱(chēng)IMT 2000，是正在全力開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，其最基本的特征是智能信號(hào)處理技術(shù)，智能信號(hào)處理單元將成為基本功能模塊，支持話音和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可以提供前兩代產(chǎn)品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務(wù)，例如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等。
如WCDMA的傳輸速率在用戶靜止時(shí)最大為2Mbps，在用戶高速移動(dòng)是最大支持144Kbps，所占頻帶寬度5MHz左右,,第四代 4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品 4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求12,1.1.2移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)，也稱(chēng)I,1.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和分類(lèi),1.移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)：,,（1）,移動(dòng)通信必須利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸,通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動(dòng)，其位置不受束縛，但傳輸特性差，有各種損秏且大會(huì)產(chǎn)生多徑效應(yīng),陰影效應(yīng),多普勒效應(yīng)等2）,通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的,除去一些常見(jiàn)的外部干擾（如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲）外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間還會(huì)產(chǎn)生這樣和那樣的干擾如：（各種）多用戶之間、基站與用戶之間、各種收發(fā)信機(jī)之間等產(chǎn)生的干擾，主要有：鄰道干擾、互調(diào)干擾、共道干擾、多址干擾、（以及近地?zé)o用強(qiáng)信號(hào)壓制遠(yuǎn)地有用弱信號(hào)地現(xiàn)象）遠(yuǎn)近效應(yīng)等。
13,1.1.3移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和分類(lèi)1.移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)：1,（3）,移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的需求與日俱增,如何提高系統(tǒng)的容量，始終是移動(dòng)通信發(fā)展中的重點(diǎn)解決的方法是：一方面開(kāi)辟和啟用新的頻段；另一方面研究各種新技術(shù)和新措施，以壓縮信號(hào)所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率，如：信號(hào)處理技術(shù), 新的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，多址技術(shù)，等等4）移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效,根據(jù)通信地區(qū)、地形的不同，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀（如鐵路沿線、隧道等）、面狀（覆蓋一整個(gè)城市和地區(qū)）、 立體狀（地面通信設(shè)施與中低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)一起組網(wǎng)或由微微蜂窩、微蜂窩和宏蜂窩組成的），等等5）移動(dòng)通信設(shè)備（主要是移動(dòng)臺(tái)）必須適于在移動(dòng)環(huán)境中使用,1.移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)：,14,（3）移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的需求與日俱增1.移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)：1,2.移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類(lèi),移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有以下分類(lèi)：,（1）按使用對(duì)象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；,（2）按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；,（3）按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等；,（4）按接入方式可分為頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）；,（5）按覆蓋范圍可分為寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)；,15,2.移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類(lèi)移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有以下分類(lèi)：15,,（6）按業(yè)務(wù)類(lèi)型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；,（7）按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；,（8）按服務(wù)范圍可分為專(zhuān)用網(wǎng)和公用網(wǎng)；,（9）按信號(hào)形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。
16,（6）按業(yè)務(wù)類(lèi)型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；16,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng),（1）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),17,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng) （1）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 17,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng),（1）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),術(shù) 語(yǔ),定 義,移動(dòng)臺(tái),MS,是在移動(dòng)服務(wù)網(wǎng)中，在不確定的地點(diǎn)并在移動(dòng)使用的終端移動(dòng)臺(tái)可,以是手持設(shè)備，或是安裝在移動(dòng)車(chē)輛上的設(shè)備具有收、發(fā)信機(jī)和天,饋線等設(shè)備,基站,BS,移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)中的固定站，用來(lái)和移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無(wú)線通信基站建在蜂,窩小區(qū)內(nèi)，設(shè)有收、發(fā)信機(jī)和架在塔上的發(fā)射、接收天線等設(shè)備,移動(dòng)交換中心,MSC,在大范圍服務(wù)區(qū)域中協(xié)調(diào)通信的中心、能將基站和移動(dòng)臺(tái)連到公用電,話網(wǎng)上無(wú)線小區(qū),每個(gè)基站發(fā)射機(jī)所覆蓋范圍的小塊地理區(qū)域無(wú)線小區(qū)的大小取決于,基站的發(fā)射機(jī)功率和天線的高度,用戶,使用移動(dòng)通信服務(wù)而付費(fèi)的使用者,操作維護(hù)中心,OMS,負(fù)責(zé)管理維護(hù)移動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò),18,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng) （1）蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 術(shù) 語(yǔ)定,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng),（2）無(wú)繩電話系統(tǒng),19,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（2）無(wú)繩電話系統(tǒng)19,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng),（2）無(wú)繩電話系統(tǒng),無(wú)繩電話是指用無(wú)線信道代替普通電話線，在限定的業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)給無(wú)線用戶提供移動(dòng)或固定公共交換電話網(wǎng)（PSTN）業(yè)務(wù)的電話系統(tǒng)，也是一種無(wú)線接入系統(tǒng)。
它由一個(gè)或若干個(gè)基站和多部手機(jī)組成，允許手機(jī)在一組信道內(nèi)任選一個(gè)空閑信道進(jìn)行通信一個(gè)基站形成一個(gè)微蜂窩，多個(gè)微蜂窩構(gòu)成一個(gè)服務(wù)區(qū)，區(qū)內(nèi)的手機(jī)都可通過(guò)基站得到服務(wù)20,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（2）無(wú)繩電話系統(tǒng)20,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng),（3）集群移動(dòng)通信系統(tǒng),集群移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)集群系統(tǒng)）是一種共用無(wú)線頻道的專(zhuān)用調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)，它采用多信道共用和動(dòng)態(tài)分配信道技術(shù)集群是指無(wú)線信道不是僅給某一用戶群所專(zhuān)用，而是若干個(gè)用戶群共同使用集群移動(dòng)通信系統(tǒng)所采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)它的一個(gè)最重要的目的是盡可能地提高系統(tǒng)的頻率利用率，以便在有限的頻率空間內(nèi)為更多用戶服務(wù)21,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（3）集群移動(dòng)通信系統(tǒng)21,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng),（4）移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,衛(wèi),星,,,,,,,,,,,,,控,制,中,心,,,,,,,,,,,,,基,站,,,,,,,,,,,,,關(guān),口,站,,,P,S,T,N,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,手,機(jī),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,空,中,移,動(dòng),體,海,上,移,動(dòng),體,陸,地,移,動(dòng),體,圖 1.5 移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng),22,3.常見(jiàn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)（4）移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星控制中心基站,4.移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù),圖 1.6 移動(dòng)通信業(yè)務(wù)種類(lèi),23,4.移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù) 圖 1.6 移動(dòng)通信業(yè)務(wù)種類(lèi) 23,1.2,GSM-R系統(tǒng)概述,GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)鐵路對(duì)移動(dòng)通信的需求而推出的專(zhuān)用系統(tǒng)，它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技術(shù)是通過(guò)無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù)體制。
24,1.2GSM-R系統(tǒng)概述 GSM-R（Global Sy,1.2.1 GSM-R與GSM的關(guān)系,1.鐵路相對(duì)GSM公網(wǎng)的特殊需求：,（1）用戶級(jí)別不同（高級(jí)語(yǔ)音呼叫，包括：組呼、小區(qū)廣播、增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆）,（2）功能尋址（調(diào)度）,（3）基于位置的尋址（機(jī)車(chē)呼叫前方車(chē)站、后方車(chē)站）,（4）高速情況下的移動(dòng)通信,（5）大量特殊的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求（列控、列尾、車(chē)次號(hào)等）,25,1.2.1 GSM-R與GSM的關(guān)系 1.鐵路相對(duì)GSM公網(wǎng),2.GSM與GSM-R的關(guān)系,GSM基礎(chǔ)平臺(tái),增強(qiáng)型語(yǔ)音呼叫功能ASCI,優(yōu)先權(quán)eMLPP,語(yǔ)音廣播VBS,語(yǔ)音組呼VGCS,鐵路特有的應(yīng)用,無(wú)線列調(diào),無(wú)線車(chē)次號(hào)傳遞等,嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量要求,鐵路特有頻段,,,,,GSM-R,,圖 1.7 GSM-R與GSM的關(guān)系,26,2.GSM與GSM-R的關(guān)系GSM基礎(chǔ)平臺(tái)增強(qiáng)型語(yǔ)音呼叫功能,1.2.2GSM-R系統(tǒng)簡(jiǎn)介,1. GSM－R系統(tǒng)組成,GSM-R通信系統(tǒng)包括：交換機(jī)、基站、機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備、手機(jī)等設(shè)備組成交換機(jī)是GSM-R系統(tǒng)的核心，其主CPU處理器及各個(gè)功能模塊的CPU處理器，交換矩陣，內(nèi)部總線等都是雙備份配置。
27,1.2.2GSM-R系統(tǒng)簡(jiǎn)介1. GSM－R系統(tǒng)組成27,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,GSM-R技術(shù)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，其固有的“網(wǎng)絡(luò)”特性，是鐵路信息化和自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)28,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用 GS,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)是專(zhuān)門(mén)為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專(zhuān)用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)它是在8時(shí)隙/200KHz TDMA(885-889MHz/930-934MHz) 多址方式GSM蜂窩系統(tǒng)上增加調(diào)度通信功能構(gòu)成的一個(gè)綜合專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)它基于GSM的基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的高級(jí)語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)，提供鐵路特有的調(diào)度業(yè)務(wù)，并以此為信息化平臺(tái)，使鐵路部門(mén)可以在這個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)鐵路管理信息的共享,29,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,,1993年國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC)與歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)協(xié)商，提出了歐洲各國(guó)鐵路下一代無(wú)線通信以GSM Phase 2+為標(biāo)準(zhǔn)的GSM-R技術(shù)，這一提議在1995年經(jīng)UIC評(píng)估并最終確認(rèn)。
1997年，24個(gè)國(guó)家的32個(gè)組織共同簽署了諒解備忘錄，決定采用GSM-R作為鐵路專(zhuān)用通信技術(shù)，并至少要將GSM-R用于過(guò)境運(yùn)輸通信30,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,采用 GSM-R的國(guó)家,1999年2個(gè)國(guó)家,2002年7個(gè)國(guó)家,2005年15個(gè)國(guó)家,德國(guó)、瑞典、意大利、英國(guó)、荷蘭、西班牙、比利時(shí)、芬蘭、法國(guó)、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中國(guó),2008年達(dá)到30多個(gè)國(guó)家,,31,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用 采,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,,,歐洲GSM-R系統(tǒng)的成功運(yùn)用，為我國(guó)鐵路通信信號(hào)技術(shù)發(fā)展提供了良好的技術(shù)借鑒2006年7月1日，隨著青藏鐵路的全線通車(chē)，標(biāo)記著我國(guó)鐵路采用GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)的正式啟動(dòng) 32,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商,GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商有西門(mén)子、北電和華為等，三個(gè)廠商在GSM都有著豐富的工程經(jīng)驗(yàn)西門(mén)子在運(yùn)輸、車(chē)輛、通信信號(hào)等交通領(lǐng)域綜合實(shí)力很強(qiáng)，其GSM-R設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用在瑞典、荷蘭、英國(guó)等國(guó)家和我國(guó)膠濟(jì)鐵路。
北電網(wǎng)絡(luò)公司的GSM-R設(shè)備已應(yīng)用到德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等國(guó)家和我國(guó)青藏鐵路華為公司是國(guó)內(nèi)能夠提供GSM-R成套設(shè)備的廠商，其設(shè)備已應(yīng)用于大秦鐵路GSM-R固定用戶接入交換機(jī)(FAS)供應(yīng)商有北京佳訊飛鴻公司、北京中軟公司、濟(jì)南天龍公司等，他們完成了和GSM-R交換子系統(tǒng)的互聯(lián)互通33,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,,GSM-R終端設(shè)備供應(yīng)商,GSM-R終端設(shè)備供應(yīng)商有法國(guó)薩基姆（smrdn） 、奧地利電信公司卡普施(Kapsch) 、英國(guó)馬可尼公司和北京中電華大公司等薩基姆和馬可尼提供GSM-R手機(jī)和模塊Kapsch公司提供GSM-R模塊北京中電華大公司提供GSM-R SIM卡和SIM卡管理維護(hù)系統(tǒng)另外，國(guó)內(nèi)已有11家機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備供應(yīng)商，實(shí)現(xiàn)了與GSM-R網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通34,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,,GSM-R科研、設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收單位,GSM-R科研單位有鐵道部GSM-R實(shí)驗(yàn)室，北京交通大學(xué)和鐵道科學(xué)研究院等單位，承擔(dān)了鐵道部一系列科研項(xiàng)目，取得了很多研究成果。
GSM-R設(shè)計(jì)單位有第一、第二、第三、第四鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)院、北京全路通號(hào)設(shè)計(jì)院和電化局設(shè)計(jì)院參與GSM-R施工的單位有二十多個(gè)工程局，GSM-R驗(yàn)收單位有電化局測(cè)試中心、中國(guó)鐵道通信信號(hào)上海電信測(cè)試中心、鐵道部GSM-R實(shí)驗(yàn)室35,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,,GSM-R運(yùn)營(yíng)和維護(hù)單位,通信段可以為GSM-R的建設(shè)和發(fā)展提供可靠的傳輸網(wǎng)、同步網(wǎng)，在無(wú)線列調(diào)和有線調(diào)度通信方面有著豐富的運(yùn)營(yíng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鐵路運(yùn)輸行業(yè)、現(xiàn)代鐵路對(duì)通信的要求有著深刻的認(rèn)識(shí)，經(jīng)過(guò)GSM-R人才隊(duì)伍的培養(yǎng)，能夠承擔(dān)GSM-R運(yùn)營(yíng)和維護(hù)工作36,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用,,我國(guó) GSM-R系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo),在我國(guó)，發(fā)展GSM-R的目標(biāo)是：在全路建立一張移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，利用通信的手段實(shí)現(xiàn)鐵路移動(dòng)設(shè)施和固定設(shè)施的無(wú)縫連接，確保列車(chē)平穩(wěn)、高速、安全地運(yùn)行GSM-R技術(shù)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，其固有的“網(wǎng)絡(luò)”特性，是鐵路信息化和自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)37,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用 我國(guó),GSM-R系統(tǒng)維護(hù)與應(yīng)用,第二章,GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù),GSM-R系統(tǒng)維護(hù)與應(yīng)用第二章,第2章 GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù),,2.1 GSM-R無(wú)線信道電波傳播與干擾,2.1.1 電波傳播特性,2.1.2 噪聲與干擾,2.2 GSM-R 語(yǔ)音處理的主要過(guò)程,2.2.1 編碼技術(shù),2.2.2 交織技術(shù),2.2.3 加密技術(shù),2.2.4 調(diào)制解調(diào)技術(shù),2.3 無(wú)線信道的空中接口技術(shù),2.3.1 多址方式,2.3.2 分集接收技術(shù),2.3.3 跳頻技術(shù),2.3.4 信道均衡,2.3.5 不連續(xù)發(fā)射DTX和不連續(xù)接收DRX,,第2章 GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù) 2.1 GSM-R,2.1 GSM-R無(wú)線信道電波傳播與干擾,2.1.1 電波傳播特性,,1.路徑傳播損耗,光波也是電磁波，只不過(guò)是頻率不同的電磁波而已，電磁波的電場(chǎng)會(huì)因?yàn)榫嚯x而衰減是顯然易見(jiàn)的，光波也是如此束手電筒的光照向夜空，要不了多遠(yuǎn)就基本看不到了。
一是因?yàn)殡姶挪ㄔ诳罩兴纳鞑?，發(fā)散了，另一點(diǎn)是因?yàn)槁窂皆斐闪四芰康膿p耗，在無(wú)線通信中也有類(lèi)似的效果，這是因?yàn)槁窂皆斐傻膱?chǎng)強(qiáng)的損耗遵循自由空間傳播模型2.1 GSM-R無(wú)線信道電波傳播與干擾2.1.1 電波傳,1.路徑傳播損耗,假設(shè)無(wú)線電波是在完全無(wú)阻擋的視距內(nèi)傳播，沒(méi)有反射、繞射和散射，這種理想的情形叫做自由空間的傳播自由空間的傳播是電波傳播最基本也是最簡(jiǎn)單的一種理想情況，電磁波在自由空間中信號(hào)的強(qiáng)度將以距離平方的倒數(shù)衰減，這種損耗稱(chēng)為自由空間的傳播損耗假設(shè)收發(fā)天線之間的距離為d，發(fā)射頻率為f，自由空間的損耗可由以下公式計(jì)算：,,,（式2-1）,其中，d的單位為km，f的單位為MHz,自由空間的損耗為路徑傳播損耗1.路徑傳播損耗 假設(shè)無(wú)線電波是在完全無(wú),2.衰落,電磁波有三種基本的傳播機(jī)制：反射、繞射和散射當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射，反射發(fā)生于地面、建筑物表面、水面當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無(wú)線路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)發(fā)生繞射由阻擋產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至阻擋體的背面當(dāng)電磁波穿行的介質(zhì)中存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常巨大時(shí)，發(fā)生散射散射產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體，如樹(shù)葉。
電磁波在傳播的過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷兩種類(lèi)型的衰落：大尺度衰落（也稱(chēng)慢衰落）和小尺度衰落（也稱(chēng)快衰落）大尺度和小尺度是按照波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行劃分的2.衰落 電磁波有三種基本的傳播機(jī)制：反射、繞射和散,（1）大尺度衰落,大尺度衰落主要是指電磁波在傳播路徑上受到建筑物行的阻擋而產(chǎn)生的損耗，它反映了在中等范圍內(nèi)（數(shù)百波長(zhǎng)級(jí)）的接收信號(hào)電平平均值起伏變化的趨勢(shì)，其變化率比傳送信息率慢，故稱(chēng)為慢衰落陰影效應(yīng)是產(chǎn)生慢衰落的主要原因移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中，由于大型建筑物和其他物體對(duì)電波的傳輸路徑的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)，從而形成電磁場(chǎng)陰影，這種隨移動(dòng)臺(tái)位置的不斷變化而引起的接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)中值的起伏變化叫做陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)在光波里也有，比如你拿一張紙遮住日光燈的燈光那從背面透過(guò)來(lái)的燈光就明顯弱了很多1）大尺度衰落 大尺度衰落主要是指電磁,（2）小尺度衰落,小尺度效應(yīng)又稱(chēng)小尺度衰落，它反映了移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)距離只有幾個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，移動(dòng)時(shí)接收電平平均值的起伏變化趨勢(shì)小尺度效應(yīng)一般由是由多徑傳播引起的由于到達(dá)移動(dòng)臺(tái)天線的信號(hào)不是單一路徑來(lái)的，而是許多路徑來(lái)的眾多反射波的合成由于電波通過(guò)各個(gè)路徑的距離不同，因而各個(gè)路徑來(lái)的反射波到達(dá)時(shí)間不同，相位也就不同。
不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端迭加，有時(shí)迭加而加強(qiáng)（方向相同），有時(shí)迭加而減弱（方向相反）這樣，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落這種衰落是由多徑引起的，所以稱(chēng)為多徑衰落2）小尺度衰落 小尺度效應(yīng)又稱(chēng)小尺度衰落,（3）多普勒效應(yīng),另一種類(lèi)型的衰落時(shí)由于移動(dòng)臺(tái)相對(duì)于發(fā)射機(jī)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了無(wú)線信道的快慢變化，從而引起了對(duì)信號(hào)的隨機(jī)頻率調(diào)制，即多普勒頻移多普勒頻移是多普勒效應(yīng)在無(wú)線電領(lǐng)域的一種體現(xiàn)多普勒效應(yīng)定義,：由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)接收到的信號(hào)頻率將與發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)頻率之間產(chǎn)生一個(gè)差值，該差值就是多普勒頻移3）多普勒效應(yīng) 另一種類(lèi)型的衰落時(shí)由于,（4）遠(yuǎn)近效應(yīng),由于手機(jī)用戶在一個(gè)小區(qū)內(nèi)是隨機(jī)分布的，而且是經(jīng)常變化的，同一手機(jī)用戶可能有時(shí)處在小區(qū)的邊緣，有時(shí)靠近基站如果手機(jī)的發(fā)射功率按照最大通信距離設(shè)計(jì)，則當(dāng)手機(jī)靠近基站時(shí)，功率必定有過(guò)剩，而且形成有害的電磁輻射解決這個(gè)問(wèn)題的方法是根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時(shí)地調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率，即功率控制4）遠(yuǎn)近效應(yīng) 由于手機(jī)用戶在一個(gè)小區(qū)內(nèi),2.1.2,噪聲與干擾,無(wú)線通信信道中的噪聲干擾，是指無(wú)意或有意產(chǎn)生，隨機(jī)性很強(qiáng)，影響無(wú)線通信接收機(jī)信號(hào)接收準(zhǔn)確性的信道中產(chǎn)生的信號(hào)。
噪聲,主要可按以下兩種進(jìn)行分類(lèi)：一是按按噪聲來(lái)源分類(lèi)，可分為人為噪聲和自然噪聲；二是按噪聲性質(zhì)分類(lèi)，可分為脈沖噪聲（突發(fā)性地產(chǎn)生的，幅度很大，其持續(xù)時(shí)間短，頻譜寬）、窄帶噪聲（頻譜或頻率位置通常是確知或可測(cè)）和起伏噪聲（包括熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等）2.1.2 噪聲與干擾 無(wú)線通信信道中的,2.1.2,噪聲與干擾,,干擾,是制約蜂窩系統(tǒng)容量的一個(gè)重要因素話音信道上的干擾會(huì)造成串話，或者用戶聽(tīng)到很大的背景噪聲；信令信道上的干擾則會(huì)導(dǎo)致誤碼率的升高，使呼叫遺漏或阻塞蜂窩系統(tǒng)中的干擾主要由兩種類(lèi)型：同頻干擾和鄰道干擾針對(duì)這兩種類(lèi)型的干擾，在蜂窩系統(tǒng)中采取了調(diào)節(jié)天線覆蓋方式，發(fā)射功率，合理分配頻率的方法來(lái)對(duì)干擾進(jìn)行防護(hù)2.1.2 噪聲與干擾 干擾是制約蜂窩系,1.同頻干擾,同頻干擾是由于采用了頻率復(fù)用，在同頻小區(qū)之間產(chǎn)生的干擾同頻干擾不能簡(jiǎn)單的通過(guò)增大發(fā)射機(jī)的功率來(lái)克服，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致相鄰小區(qū)之間的干擾1.同頻干擾 同頻干擾是由于采用了頻率,,解決同頻干擾可以采取以下幾種措施：,（1）定向天線覆蓋使用定向天線可以減少同頻干擾的小區(qū)數(shù)i,0,，從而提高接收信噪比，減小同頻干擾。
2）優(yōu)化同頻復(fù)用距離和頻率分配方案根據(jù)傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)量的變化情況，調(diào)整同頻復(fù)用距離和頻率分配方案，以適應(yīng)不同的C/I3）天線高度和傾角的調(diào)整調(diào)整天線高度和傾角可以改變小區(qū)的覆蓋范圍和小區(qū)形狀，減小同頻干擾解決同頻干擾可以采取以下幾種措施：,2.鄰道干擾,由于所使用頻率是相鄰的頻率而產(chǎn)生的信號(hào)干擾稱(chēng)為鄰道干擾鄰道干擾的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻邮諡V波器的阻帶衰減不夠陡峭引起了相鄰頻帶信號(hào)的泄漏只有當(dāng)兩個(gè)相鄰頻率的接收機(jī)距離很近，干擾信號(hào)的強(qiáng)度超過(guò)了接收機(jī)靈敏度時(shí)，鄰道干擾才會(huì)對(duì)接收機(jī)的正常工作造成影響鄰道干擾可以通過(guò)提高濾波器的精度和合理的信道分配而減到最小程度通常用接收機(jī)的鄰道選擇性來(lái)表示抗鄰道干擾的能力，它主要由接收中頻濾波器的阻帶衰減特性決定因?yàn)槊總€(gè)小區(qū)只是分給所有可用信道中的一部分，因此在可以通過(guò)避免在相鄰小區(qū)之間分配連續(xù)的頻率，同時(shí)使相鄰小區(qū)之間的頻率間隔最大來(lái)減小鄰道干擾2.鄰道干擾 由于所使用頻率是相鄰的頻,3.互調(diào)干擾,當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)加到接收機(jī)時(shí)，由于非線性的作用，這兩個(gè)干擾的組合頻率有時(shí)會(huì)恰好等于或接近有用信號(hào)頻率而順利通過(guò)接收機(jī)，其中三階互調(diào)最嚴(yán)重。
三階互調(diào)是指當(dāng)兩個(gè)信號(hào)在一個(gè)線性系統(tǒng)中，由于非線性因素存在使一個(gè)信號(hào)的二次諧波與另一個(gè)信號(hào)的基波產(chǎn)生差拍（混頻）后所產(chǎn)生的寄生信號(hào)比如F1的二次諧波是2F1，他與F2產(chǎn)生了寄生信號(hào)2F1-F2由于一個(gè)信號(hào)是二次諧波（二階信號(hào)），另一個(gè)信號(hào)是基波信號(hào)（一階信號(hào)），他們倆合成為三階信號(hào),其中2F1-F2被稱(chēng)為三階互調(diào)信號(hào)，它是在調(diào)制過(guò)程中產(chǎn)生的又因?yàn)槭沁@兩個(gè)信號(hào)的相互調(diào)制而產(chǎn)生差拍信號(hào)，所以這個(gè)新產(chǎn)生的信號(hào)稱(chēng)為三階互調(diào)失真信號(hào)產(chǎn)生這個(gè)信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為三階互調(diào)失真由于F2，F(xiàn)1信號(hào)比較接近，也造成2F1-F2，2F2-F1會(huì)干擾到原來(lái)的基帶信號(hào)F1，F(xiàn)2這就是三階互調(diào)干擾3.互調(diào)干擾 當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)同時(shí),2.2 GSM-R 語(yǔ)音處理的主要過(guò)程,,,,,,信源,編碼,,,信道,編碼,,,,,,,,,信源,譯碼,,,信道,譯碼,,,去,交織,,,,,信,道,,,,,,,,,,,,,,,,,,,突發(fā),脈沖,加,密,突發(fā),脈沖,解,密,解,調(diào),,,,,交,織,調(diào),制,話,音,話,音,圖 2.2 語(yǔ)音信號(hào)處理原理圖,2.2 GSM-R 語(yǔ)音處理的主要過(guò)程 信源編碼信道信源信,2.2.1 編碼技術(shù),1.信源編碼,信源編碼也叫語(yǔ)音編碼，是將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以便在信道中傳輸。
語(yǔ)音編碼的目的是在保持一定的算法復(fù)雜程度和通信時(shí)延的前提下，占用盡可能少的信道容量，傳送盡可能高質(zhì)量的語(yǔ)音信源編碼要求盡可能簡(jiǎn)潔，盡量減少冗余信息語(yǔ)音編碼技術(shù)又可分為波形編碼、參量編碼和混合編碼三大類(lèi)2.2.1 編碼技術(shù) 1.信源編碼,2.信道編碼,我們發(fā)出去的編碼一路上會(huì)受到噪聲的干擾，也許會(huì)丟失不少信息，到了目的地后，我們期望接收端可以根據(jù)編碼所包含的一些內(nèi)容，對(duì)信息的完整性作出一個(gè)判斷，盡量恢復(fù)還原原來(lái)的信息，對(duì)這一塊內(nèi)容的探討，我們稱(chēng)之為信道編碼信道編碼是以提高信息傳輸?shù)目煽啃詾槟康木幋a通常通過(guò)在有用信號(hào)后面添加監(jiān)督碼元從而達(dá)到檢錯(cuò)糾錯(cuò)的能力2.信道編碼 我們發(fā)出去的編碼一路上會(huì)受,圖 2.3 數(shù)字信息傳輸方框圖,圖 2.3 數(shù)字信息傳輸方框圖,,圖2.3表示了數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)倪@一過(guò)程，其中信源可以是語(yǔ)音、數(shù)據(jù)或圖像的電信號(hào)“s”，經(jīng)信源編碼構(gòu)成一個(gè)具有確定長(zhǎng)度的數(shù)字信號(hào)序列“m”，人為地在按一定規(guī)則加進(jìn)非信息數(shù)字序列，以構(gòu)成一個(gè)一個(gè)碼子“C”（信道編碼），然后再經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)信道傳輸后，在接收端經(jīng)解調(diào)器判決輸出的數(shù)字序列稱(chēng)為接收序列“R”，再經(jīng)信道譯碼器譯碼后輸出信息序列“m′”，而信源譯碼器則將“m′”變換成客戶需要的信息形式“s′”。
圖2.3表示了數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)倪@一過(guò)程，其,,接收端根據(jù)什么來(lái)識(shí)別有無(wú)錯(cuò)碼？由發(fā)送端的信道編碼器在信息碼元序列中增加一些監(jiān)督碼元這些監(jiān)督碼和信碼之間有確定的關(guān)系，使接收端可以利用這種關(guān)系由信道譯碼器來(lái)發(fā)現(xiàn)或糾正可能存在的錯(cuò)碼在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元就稱(chēng)為差錯(cuò)控制編碼，有時(shí)也稱(chēng)糾錯(cuò)編碼差錯(cuò)控制編碼原則上是以降低信息量為代價(jià)來(lái)?yè)Q取傳輸可靠性的提高在數(shù)字通信中，要利用信道編碼對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制編碼可以分為分組編碼和卷積編碼兩類(lèi)接收端根據(jù)什么來(lái)識(shí)別有無(wú)錯(cuò)碼？由發(fā)送端的,圖 2.4 分組編碼原理圖,圖 2.4 分組編碼原理圖,2.2.2 交織技術(shù),在GSM-R系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)行交織，交織分為兩次，第一次交織為內(nèi)部交織，第二次交織為塊間交織 話音編碼器和信道編碼器將每20ms話音數(shù)字化并編碼，提供456個(gè)比特首先對(duì)它進(jìn)行內(nèi)部交織，即將456個(gè)比特分成8幀，每幀57比特，如果將同一20ms話音的2組57比特插入到同一普通突發(fā)脈沖序列中，那么該突發(fā)脈沖串丟失則會(huì)導(dǎo)致該20ms的話音損失25％的比特，顯然信道編碼難以恢復(fù)這么多丟失的比特因此必須在兩個(gè)話音幀間再進(jìn)行一次交織，即塊間交織。
交織原理如圖2.5所示二次交織經(jīng)得住喪失一整個(gè)突發(fā)脈沖串的打擊，但增加了系統(tǒng)時(shí)延因此，在GSM-R系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)和中繼電路上增加了回波抵消器，以改善由于時(shí)延而引起的通話回音2.2.2 交織技術(shù) 在GSM-R系統(tǒng)中,圖 2.5交織原理圖,圖 2.5交織原理圖,2.2.3 加密技術(shù),GSM-R系統(tǒng)在安全性方面有了顯著的改進(jìn)，GSM-R與保密相關(guān)的功能有兩個(gè)目標(biāo)：第一，包含網(wǎng)絡(luò)以防止未授權(quán)的接入，同時(shí)保護(hù)用戶不受欺騙性的假冒；第二，保護(hù)用戶的隱私權(quán)防止未授權(quán)的接入是通過(guò)鑒權(quán)（即插入的SIM卡與移動(dòng)臺(tái)提供的用戶標(biāo)識(shí)碼是否一致的安全性檢查）實(shí)現(xiàn)的從運(yùn)營(yíng)者方面看，該功能是頭等重要的，尤其在國(guó)際漫游情況下，被訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)并不能控制用戶的記錄，也不能控制它的付費(fèi)能力保護(hù)用戶的隱私是通過(guò)不同手段實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)傳輸加密可以防止在無(wú)線信道上竊聽(tīng)通信大多數(shù)的信令也可以用同樣方法保護(hù)，以防止第三方了解被叫方是誰(shuí)另外，以一個(gè)臨時(shí)代號(hào)替代用戶標(biāo)識(shí)是使第三方無(wú)法在無(wú)線信道上跟蹤GSM用戶的又一機(jī)制在無(wú)線通信中，電磁波在空間中傳輸采用的是公共介質(zhì)，不僅要接收的對(duì)象可以收到，其他的人也可以收到，因此對(duì)于用戶的個(gè)人通信和網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用的一些重要信息必須采用一定的加密/解密技術(shù)。
加密/解密的本質(zhì)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行特殊的編碼變換，只有知道變換方法的對(duì)方才能正確地接收到信息并獲得信息的真實(shí)內(nèi)容在移動(dòng)通信中加密/解密為用戶提供了一個(gè)附加的安全保障2.2.3 加密技術(shù) GSM-R系統(tǒng)在安全性方面有了顯著的,,在信息處理的過(guò)程中有兩種加密的類(lèi)型，一種是將加密與信道編碼分開(kāi)，在信道編碼和交織之后再進(jìn)行加密在GSM-R中，將信息比特序列與加密序列（密鑰）進(jìn)行異或運(yùn)算，得到加密后的信息序列密鑰”是由A5算法產(chǎn)生的一個(gè)為隨機(jī)序列在接收端密鑰是已知的，接收時(shí)再將加密后的序列與密鑰做異或運(yùn)算，就可得到原始的信息序列這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，可以產(chǎn)生多個(gè)互不相關(guān)的偽隨機(jī)序列另一種方法是將加密與信道編碼和交織結(jié)合在一起，在使用的信道編碼方案中，采用只有收發(fā)方才知道的編碼規(guī)則或碼字，在接收端再采用相應(yīng)的譯碼方法來(lái)解密這種方法的優(yōu)點(diǎn)是減少了處理步驟，加密的碼字可以具有一定的抗干擾能力在信息處理的過(guò)程中有兩種加密的類(lèi)型，一種是將加密與信道編碼分,2.2.4 調(diào)制解調(diào)技術(shù),1.調(diào)制的目的,低頻信號(hào)不利于傳輸，需要將其調(diào)制到高頻信號(hào)所謂調(diào)制，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是頻譜的搬移，以GSM-R為例，就是將頻率300～3400HZ，搬遷到900MHZ上去，這個(gè)頻譜搬移的過(guò)程就稱(chēng)之為調(diào)制，頻率搬遷到900MHZ上去的好處是：,（1）調(diào)制技術(shù)是為了和信道匹配。
比如說(shuō)無(wú)線通信，走的信道就是大氣層，對(duì)大氣層而言，低頻信號(hào)傳輸將急劇衰減，而較高頻率范圍的信號(hào)可以傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的距離,（2）采用調(diào)制方式以后，由于傳送的是高頻振蕩信號(hào)，所需天線尺寸便可大大下降由天線理論可知，要將無(wú)線電信號(hào)有效地發(fā)射電配，一般天線尺寸為電磁信號(hào)的波長(zhǎng)1/4為佳，調(diào)制可以全來(lái)將頻帶變換為更高的頻率，，以減小天線的，以4KHZ的原始語(yǔ)音為例，λ= c/f，天線的尺寸是多少呢？3×108m/s/4000次/s×1/4 =1875（m），波長(zhǎng)很長(zhǎng)要制造出相應(yīng)的巨大天線是不現(xiàn)實(shí)的2.2.4 調(diào)制解調(diào)技術(shù) 1.調(diào)制的目的,,（3）同時(shí)，不同的發(fā)射臺(tái)可以采用不同頻率的高頻振蕩信號(hào)作為載波，這樣在頻譜上就可以互相區(qū)分開(kāi)了若各發(fā)射臺(tái)發(fā)射的均為同一頻段的低頻信號(hào)，信道中會(huì)互相重疊、干擾，接收設(shè)備也無(wú)法接收信號(hào),2.調(diào)制的原理,前面經(jīng)過(guò)抽樣、量化、信源編碼、信道源碼得到了一條長(zhǎng)串的“0101110100”的比特流，該怎么把這串比特流的信息嵌入一個(gè)電磁波中，從而在空中發(fā)送出去呢？這個(gè)信息嵌入的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制一個(gè)電磁信號(hào)可以用一個(gè)正弦波來(lái)表達(dá)，而正弦波無(wú)非就是3個(gè)參數(shù)：振幅、頻率和相位，想把比特流信息嵌進(jìn)去，也只能從這3個(gè)參數(shù)上打主意。
所以將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電磁信號(hào)的基本編碼或者調(diào)制相應(yīng)技術(shù)有三種，分別得到幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK），調(diào)制的原理如圖2.6所示3）同時(shí)，不同的發(fā)射臺(tái)可以采用不同頻率的高頻振蕩信號(hào)作為載,圖 2.6 調(diào)制的原理,圖 2.6 調(diào)制的原理,,經(jīng)信道編碼后得到的一串信息嵌入到一個(gè)電磁波的過(guò)程稱(chēng)之為調(diào)制也就是說(shuō)謂調(diào)制就是按調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的變化規(guī)率去改變載波某些參數(shù)的過(guò)程按調(diào)制信號(hào)控制載波參數(shù)的形式可分為：,幅度調(diào)制：調(diào)制信號(hào)改變載波信號(hào)的幅度參數(shù)，即幅移鍵控（ASK）,頻率調(diào)制：調(diào)制信號(hào)改變載波信號(hào)的頻率參數(shù)，即頻移鍵控（FSK）,相位調(diào)制：調(diào)制信號(hào)改變載波信號(hào)的相位參數(shù)，即相移鍵控（PSK）,經(jīng)信道編碼后得到的一串信息嵌入到一個(gè)電磁波的過(guò)程稱(chēng)之,,從高頻已調(diào)波信號(hào)中“取出”調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)在移動(dòng)通信中主要是對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制對(duì)調(diào)制方式的選擇主要有三條：首先是可靠性，即抗干擾性能，選擇具有低誤比特率的調(diào)制方式，其功率譜密度集中于主瓣內(nèi)；其次是有效性，它主要體現(xiàn)在選取頻譜有效的調(diào)制方式上，特別是多進(jìn)制調(diào)制；第三是工程上易于實(shí)現(xiàn)，它主要體現(xiàn)在恒包絡(luò)與峰平比的性能上。
在這里主要介紹一下GSM-R的調(diào)制方式：高斯最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制GMSK是由MSK演變來(lái)的一種簡(jiǎn)單的二進(jìn)制調(diào)制方法，是連續(xù)相位的恒包絡(luò)調(diào)制將輸入端接有高斯低通濾波器的MSK調(diào)制器，稱(chēng)為高斯最小頻移鍵控（GMSK）由于GMSK具有極好的功率效率（恒包絡(luò)特性）和極好的頻譜效率而備受青睞GMSK成形后的高斯脈沖包絡(luò)無(wú)陡峭邊沿，亦無(wú)拐點(diǎn)，因此頻譜特性優(yōu)于MSK信號(hào)的頻譜特性在移動(dòng)通信中，對(duì)信號(hào)帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格，一般要求必須衰減70dB以上因?yàn)镸SK信號(hào)不能滿足上述的要求，所以，針對(duì)上述要求，提出了GMSKGMSK是將調(diào)制的不歸零(NRZ)數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)調(diào)制高斯低通濾波器來(lái)降低頻譜上的旁瓣因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)在跨越零點(diǎn)時(shí)不但相位連續(xù)，而且過(guò)濾也很平滑，所以GMSK調(diào)制的信號(hào)就擁有了頻譜緊湊，誤碼特性好，帶外輻射低等特點(diǎn)從高頻已調(diào)波信號(hào)中“取出”調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)在移動(dòng)通信,圖 2.7 GMSK調(diào)制器的原理圖,圖中,B,b為高斯低通濾波器的3dB帶寬圖 2.7 GMSK調(diào)制器的原理圖,2.3 無(wú)線信道的空中接口技術(shù),2.3.1 多址方式,1. 頻分多址（FDMA）,在頻分多址系統(tǒng)中，把可以使用的總頻段劃分為若干占用較小帶寬的頻道，這些頻道在頻域上互不重疊，每個(gè)頻道就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶。
一個(gè)典型的FDMA頻道劃分如圖2.8所示在接收設(shè)備中使用帶通濾波器允許指定頻道里的能量通過(guò)，但濾除其他頻率的信號(hào)，從而限制臨近信道之間的相互干擾FDMA通信系統(tǒng)工作示意圖，如圖2.9所示由圖可見(jiàn)，F(xiàn)DMA通信系統(tǒng)的基站必須同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號(hào)；任意兩個(gè)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)基站的中轉(zhuǎn)，因而必須占用4個(gè)頻道才能實(shí)現(xiàn)雙工通信2.3 無(wú)線信道的空中接口技術(shù) 2.3.1 多址方式,圖 2.8 FDMA頻道劃分方法,圖 2.8 FDMA頻道劃分方法,圖 2.9 FDMA通信系統(tǒng)工作原理圖,圖 2.9 FDMA通信系統(tǒng)工作原理圖,2.時(shí)分多址（TDMA）,在時(shí)分多址系統(tǒng)中，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙（無(wú)論幀或時(shí)隙都是互不重疊的），每一個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶一個(gè)典型的TDMA頻道劃分如圖2.10所示TDMA通信系統(tǒng)是根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)射信號(hào)，滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而互不干擾同時(shí)，基站發(fā)向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)臺(tái)只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分出來(lái)。
其系統(tǒng)工作示意圖，如圖2.11所示2.時(shí)分多址（TDMA） 在時(shí)分多址系統(tǒng),圖 2.10 TDMA頻道劃分方法,圖 2.10 TDMA頻道劃分方法,圖 2.11 TDMA通信系統(tǒng)工作示意圖,圖 2.11 TDMA通信系統(tǒng)工作示意圖,,TDMA通信系統(tǒng)和FDMA通信系統(tǒng)相比具有以下主要特點(diǎn)：,（1）TDMA通信系統(tǒng)中一個(gè)頻率能夠被多個(gè)用戶使用，頻率利用率比FDMA高，則用戶容量大2）用戶根據(jù)不同時(shí)隙區(qū)分，TDMA系統(tǒng)對(duì)時(shí)間要求高，需要嚴(yán)格的同步保證TDMA通信系統(tǒng)和FDMA通信系統(tǒng)相比具有以下主要特點(diǎn)：,3.碼分多址（CDMA）,在碼分多址（CDMA）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來(lái)區(qū)分，或者說(shuō)，靠信號(hào)的不同波形來(lái)區(qū)分如果從頻域或時(shí)域來(lái)觀察，多個(gè)CDMA信號(hào)是互相重疊的接收機(jī)的相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號(hào)選出使用的預(yù)定碼型的信號(hào)其他使用不同碼型的信號(hào)因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)它們的存在類(lèi)似于在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱(chēng)之為多址干擾這一特點(diǎn)與CDMA的機(jī)理有關(guān)CDMA是一個(gè)背景噪聲受限的系統(tǒng)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，打個(gè)比方，將帶寬想像成一個(gè)大房子，所有的人將進(jìn)入這個(gè)大房子。
如果他們使用完全不同的語(yǔ)言，他們就可以清楚地聽(tīng)到同伴的聲音而只受到一些來(lái)自別人談話的干擾在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語(yǔ)言即被當(dāng)作編碼，我們可以不斷地增加用戶直到整個(gè)背景噪音限制住了我們?nèi)绻芸刂谱∮脩舻男盘?hào)強(qiáng)度，在保持高質(zhì)量通話的同時(shí)，我們就可以容納更多的用戶一個(gè)典型的CDMA頻道劃分如圖2.12所示3.碼分多址（CDMA） 在碼分多址（,圖 2.12 CDMA頻道劃分方法,圖 2.12 CDMA頻道劃分方法,CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與FDMA模擬蜂窩通信系統(tǒng)或TDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)相比具有更大的系統(tǒng)容量、更高的語(yǔ)音質(zhì)量以及抗干擾、保密等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)得到各個(gè)國(guó)家的普遍重視和關(guān)注三種多址方式可按以下方式類(lèi)比：,FDMA（頻分多址）：我們可以想象一個(gè)很大的房間被做成很多的隔斷，每一隔段里有一對(duì)人正在交談這樣由于隔斷的分隔，談話者不會(huì)聽(tīng)到其他人的交談TDMA（時(shí)分多址）：TDMA可以在FDMA的基礎(chǔ)上進(jìn)一步類(lèi)比，我們可以把隔斷做得大些，這樣一個(gè)隔段可容納幾對(duì)交談?wù)叩诿恳粋€(gè)隔段中大家交談?dòng)幸粋€(gè)原則：只能同時(shí)有一對(duì)人講話如果再把交談的時(shí)間按交談?wù)叩臄?shù)目分成若干等分，就成為一個(gè)“TDMA”系統(tǒng)。
CDMA（碼分多趾）：我們可以想象一個(gè)寬敞的房間，在這里正進(jìn)行著一個(gè)聚會(huì)，其中的賓客正兩兩一對(duì)進(jìn)行著交談假設(shè)每一對(duì)人使用一種語(yǔ)言，有說(shuō)英語(yǔ)的、中文的、日語(yǔ)的等等，所有交談的人都只懂一種語(yǔ)言于是，對(duì)于正在交談中的任何一對(duì)來(lái)說(shuō)，別人的交談聲無(wú)疑是一種背景噪聲通過(guò)這個(gè)場(chǎng)景，我們可以使用以下幾個(gè)類(lèi)比：每一對(duì)賓客交談使用的語(yǔ)言相當(dāng)于區(qū)分用戶信道的碼；交談中的人就如同CDMA系統(tǒng)中正在通話的用戶這就是一個(gè)“CDMA”系統(tǒng)CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與FDMA模擬蜂窩通信系統(tǒng)或TDMA,2.3.2 分集接收技術(shù),分集接收技術(shù)是一項(xiàng)主要的抗信號(hào)衰落技術(shù)，它可以大大提高多徑衰落信道下的傳輸可靠性，其本質(zhì)就是采用兩種或兩種以上的不同方法接收同一信號(hào)以克服衰落，其作用是在不增加發(fā)射機(jī)功率或信道帶寬的情況下充分利用傳輸中的多徑信號(hào)能量，以提高系統(tǒng)的接收性能2.3.2 分集接收技術(shù) 分集接收技術(shù)是一項(xiàng)主要的抗信號(hào)衰落,,移動(dòng)通信網(wǎng)中如何保證信號(hào)傳輸鏈路的可靠性，是一項(xiàng)重要指標(biāo)為了達(dá)到這一目的，可以通過(guò)多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從影響接收端信號(hào)功率的三個(gè)主要因素來(lái)分析：第一、自由空間的傳播損耗和彌散，這可通過(guò)加大發(fā)射機(jī)功率來(lái)改善；第二、地形起伏、建筑物及障礙物的遮擋引起的陰影衰落，這可通過(guò)“宏分集”技術(shù)來(lái)改善；第三、在傳輸路徑中各種物體產(chǎn)生的直射波、反射波和散射波的相互影響，即多徑衰落，以及多普勒頻移產(chǎn)生的損耗，這可通過(guò)“微分集”技術(shù)來(lái)改善。
從以上的分析可以看出，分集技術(shù)對(duì)改善無(wú)線傳輸鏈路的性能可以起到很大的作用分集技術(shù)是移動(dòng)通信的一種抗衰落技術(shù)，是一種用相對(duì)較低廉的投資就可以大幅度的改進(jìn)無(wú)線鏈路性能的強(qiáng)有力的接收技術(shù)移動(dòng)通信網(wǎng)中如何保證信號(hào)傳輸鏈路的可靠性，是一項(xiàng)重要指標(biāo)為,,分集接收就是利用多條相互獨(dú)立路徑傳輸同一信息源信號(hào), 按照一定的方法再集合起來(lái)變害為利，將接收到的多徑信號(hào)分離成互不相關(guān)（獨(dú)立的）的多徑信號(hào)，然后將這些信號(hào)的能量按一定規(guī)則合并起來(lái)，使接收的有用信號(hào)能量最大從而達(dá)到抗衰落的目的分集有兩重含義：一是分散傳輸，使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，攜帶同一信息的衰落信號(hào)；二是集中處理，即接收機(jī)把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并（包括選擇與組合）以降低衰落的影響分集接收就是利用多條相互獨(dú)立路徑傳輸同一信息源信號(hào), 按照一,1.分集接收技術(shù)的分類(lèi),在移動(dòng)通信系統(tǒng)中可能用到兩類(lèi)分集方式：一類(lèi)稱(chēng)為“宏分集”；另一類(lèi)稱(chēng)為“微分集”宏分集”主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中，也稱(chēng)為“多基站”分集這是一種減小慢衰落影響的分集按需技術(shù)，其做法是把把多個(gè)基站設(shè)置在不同的物理位置上（如蜂窩小區(qū)的對(duì)角線上），同時(shí)發(fā)射相同的信號(hào)，小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)選擇其中最好的基站與之通信，以減小地形、地物及大氣等對(duì)信號(hào)造成的慢衰落，這種辦法就能保持通信不會(huì)中斷。
微分集”是一種減小快衰落影響 的分集技術(shù)在各種無(wú)線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用理倫和實(shí)踐都表明，在空間、極化、場(chǎng)分量、角度時(shí)間等方面分離的無(wú)線信號(hào)，都呈現(xiàn)互相獨(dú)立的衰落特性，據(jù)此由此按路徑分離的不同，微分集又可分為下列幾種：,1.分集接收技術(shù)的分類(lèi) 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中可能用到兩類(lèi)分集方式,,（1）空間分集,空間分集也稱(chēng)天線分集，是移動(dòng)通信中使用較多的分集形式，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是采用多付接收天線來(lái)接收信號(hào)，然后進(jìn)行合并為保證接收信號(hào)的不相關(guān)性，這就要求天線之間的距離足夠大，在理想情況下，接收天線之間的距離只要波長(zhǎng)λ的一半就可以了空間分集是最常見(jiàn)的形式，所謂空間分集就是采用多個(gè)天線進(jìn)行接收，使每個(gè)天線之間相隔半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，這樣可以將天線置于非相關(guān)衰落模式，如果一個(gè)天線接收到的信號(hào)處于深衰落，另一個(gè)天線接收的信號(hào)極有可能衰落很?。┛臻g分集既可以用于基站也可以用于移動(dòng)臺(tái)1）空間分集,,空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨(dú)立性，即在任意兩個(gè)不同的位置上接收同一信號(hào)只要兩個(gè)位置的距離大到一定程度，則兩處所收信呈的衰落是不相關(guān)的，為此，空間分集的接收機(jī)至少需要兩副相隔距離為d的天線，間隔距離d與工作波長(zhǎng)、地物及天線高度有關(guān)。
在設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇最佳天線分支，天線分支越多，平均信號(hào)越好通過(guò)采用空間分集可能將瑞利快衰落效應(yīng)減低至慢衰落的陰影大小，但是多天線系統(tǒng)對(duì)慢衰落沒(méi)有多大作用空間分集的另一大優(yōu)點(diǎn)是可以減小同頻干擾空間分集的缺點(diǎn)是，多個(gè)天線的接收使得設(shè)備的成本大大提高了空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨(dú)立性，即在任意兩個(gè)不同的位置,,極化分集是空間分集的一個(gè)特殊有效的模型在移動(dòng)環(huán)境下，空中的水平路徑和垂直路徑是不相關(guān)的，因而信號(hào)也呈現(xiàn)不相關(guān)的衰落特性這就可在發(fā)射和接收端各裝兩付天線，一個(gè)水平極化天線，一個(gè)垂直極化天線，這就可以得到兩個(gè)不相關(guān)的信號(hào)這一技術(shù)在蜂窩移動(dòng)用戶激增時(shí)，在改進(jìn)鏈路的傳輸效率和提高容量方面有很明顯的效果,由于兩個(gè)不同極化的電磁波具有獨(dú)立的衰落特性，所以發(fā)端和收端可以用兩個(gè)位置。
