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GSM-R无线路测系统的研究与实现

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作者：武心将　廖伟　杨庚
摘要GSM-R网络是新一代铁路无线通信系统，对其无线接口的路测（DT：drivetest）工具日益成为网络优化工作者的急需 。
首先介绍并分析了GSM-R网络结构、业务模型、无线接口协议，然后讨论了无线路测的目的以及对网络优化工作的意义，在总结并分析这些理论的基础上，给出一种适用于GSM/GSM-R网络的无线路测系统 。该系统为GSM/GSM-R网优工作者提供了有效的工具 。
GSM-R是基于GSM技术的一种专用通信系统——铁路综合数字移动通信系统 。与传统的GSM技术相比 。GSM-R除了能提供一系列铁路通信业务外，还能保证列车在500km/h的情况下进行高可靠性、高接通率、高传输质量的通信 。当前，GSM-R技术成为国际国内铁路通信发展的焦点，我国在GSM-R技术上也有了一定的进展 。2004年开始在青藏铁路、大秦线电气化改造和京沪高速铁路的建设中进行GSM-R铁路专用通信网络的规划、建设和试运营 。与此同时，由于目前国内的GSM-R路测系统十分稀少，对GSM-R无线网络优化也开始成为GSM-R移动通信网络建设中的一个当务之急 。为了真正了解GSM-R网络，调测GSM-R网络，优化GSM-R网络，本文提出并设计出了一种既适用于GSM网络又适用于GSM-R网络的无线路测系统 。一方面，在GSM-R网络建设的初期，通过本系统的辅助能够合理地进行频率分配、小区参数的调整：另一方面，可以优化已建GSM和GSM-R网络的性能，提高通信质量 。
1、GSM-R网络介绍
1.1网络结构与功能
一个GSM-R移动通信网络由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是GSM-R网络提供给用户的基本业务与补充业务 。GSM-R移动通信网络结构基于GSM移动通信网络，主要由基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）、操作与维护子系统（OSS）三部分组成，其基本结构如图1所示[1] 。
图1; GSM-R网络基本结构
BSS主要由基站控制器（BSC）、基站收发信台（BTS）组成 。通过无线接口（Um）与移动台（MS）相连，A接口与NSS相连 。BTS是网络固定部分与无线部分之间进行通信的中继，MS通过空中接口与BTS进行连接，是移动通信网络的无线接入部分，是终端用户最直接感受网络质量的部分 。一个或几个BTS连接到一个BSC上，BSC主要提供在其覆盖区域内的无线电资源治理与移动性治理的功能，以及提供无线电网络的运营与维护功能 。BSS还有可能存在编码速率适配单元（TRAU），实现编码速率转换 。
NSS一般由6个功能实体组成，分别是移动交换中心（MSC），归属位置寄存器（HLR），拜访位置寄存器（VLR），鉴权中心（AUC），设备识别寄存器（EIR），组呼寄存器（GCR） 。NSS主要负责端到端的呼叫、用户数据治理、移动性治理和固定网络的连接 。其中MSC是NSS的核心，用于建立业务信道和在MSC之间或与其他网络之间交换信令消息 。与MSC相连的是VLR，VLR治理在一个MSC区内漫游移动用户信息的动态数据库 。HLR存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态信息，如用户信息、承载和定制的用户信息等 。AUC完成对用户的鉴权及为移动台与网络之间的无线通信进行加密 。EIR用来存储IMEI（国际移动设备识别符）[2] 。作为GSM-R网络的特有组件GCR，用于存储移动用户的组ID、移动台发起语音组呼（VGCS）和语音广播（VBS）参考的小区信息及发起呼叫的MSC是否负责处理呼叫的指示 。
OSS可分为对应BSS的操作与维护中心OMC-R及对应NSS的操作与维护中心OMC-S 。OSS是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成了包括移动用户治理、移动设备治理及网络操作维护等功能 。它的一侧与设备相连，另一侧是作为人机接口的计算机工作站 。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心OMC 。系统的每个组成部分都可以通过特有的网络连接至OMC，从而实现集中维护[3] 。

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