项目十三-无线集群调度系统

2019/9/91项目十三无线集群调度系统2019/9/92[定义]以列车运输调度为目的，利用无线电进行传输，完成移动体与固定体之间或移动体与移动体之间信息通信的系统，称为列车无线调度通信系统。2019/9/93一、移动通信的分类1．移动通信的分类方法移动通信有以下多种分类方法：1)按使用对象可分为民用设备和军用设备；2)按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；2019/9/943)按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；FDMA频分多址（frequencydivisionmultipleaccess），是把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高级移动电话服务(AMPS)中的一种基本的技术，是北美地区应用最广泛的蜂窝电话系统。采用频分多址，每一个信道每一次只能分配给一个用户。频分多址还用于全接入通信系统(TACS)。2019/9/95TDMA：TimeDivisionMultipleAccess时分多址时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。2019/9/96CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞(collision)问题。WidebandCDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一。2019/9/974)按覆盖范围可分为宽域网和局域网；5)按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；“宽带网”是指光纤+局域网（FTTX+LAN）的接入方式，也就是光纤到小区或楼栋，五类线入户的方式。现在小区里的宽带接入大都采用这种方式，其到用户终端的带宽可以达到10Mbps。局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。2019/9/986)按工作方式可分为同频单工、双频单工、双频双工和半双工；7)按服务范围可分为专用网和公用网；8)按信号形式可分为模拟网和数字网；9)按交通工具形式可分为汽车、坦克、火车、船舶、飞机和航天飞行器等的移动通信，还有个人便携移动通信；10)按应用系统可分为蜂窝式公用移动通信系统、集群调度移动通信系统、无绳电话系统、无线电寻呼系统、卫星移动通信系统、分组无线网等。2019/9/992．移动通信的工作方式移动通信有多种工作方式，包括单向信道的单工方式和双向信道的单工、半双工和双工方式等。(1)单向单工方式单向单工即单方向工作，如图13-1所示。最典型的是无线寻呼系统，即寻呼发射台用单频发出信息，用户则以此频率接收信息，这是一种单工工作方式。图13-1单向单工方式(寻呼系统)单工传输:任意时刻只允许向一个方向进行信息传输，例如：广播方式的传输。2019/9/910(2)双向同频单工方式指通信双方使用同一个工作频率，但各方收发设备不同时工作的通信方式。通常通信双方都处于此频率点上的接收守候状态。当A方讲话时，按下讲话键，此时发射机工作、接收机关闭，B方处于守候接收状态；A方讲完B方接收后，A方松开讲话键变成接收状态，B方按下讲话键，仍在此频率上进行讲话，A方接收。如此反复交替工作，直到双方信息交换完毕。图13-2双向同频单工方式对讲机2019/9/911(3)双向异频(双频)单工方式通信双方使用两个不同频率，两频率有一定的间隔，以防止发射机对接收机产生干扰。因而一个基地台可同时使用多对频率而不会引起干扰，容量也可扩展。2019/9/912(4)双向异频(双频)半双工方式通信双方收发信机分别使用两个频率，一方使用双工方式，另一方使用单工方式。基地台是双工方式，即收发信机同时工作，而移动台是按键讲话的异频单工方式。基地台用两副天线(或采用天线共用器用一副天线)同时工作，移动台通常处于收信守候状态。半双工传输:可以交替改变方向的信息传输，但在任一特定时刻，信息只能向一个方向传输，即半双工传输是一种可切换方向的单工传输，例如：对话方式的传输。2019/9/913(5)双向异频(双频)双工方式是指每个方向使用一个频率，通话时无需按下发话键，与普通手机使用情况类似。收发话音可同时进行。图13—4双向异频(双频)双工方式全双工传输:任意时刻信息都可进行双向的信息传输。全双工传输是两个单工传输的结合，要求收发设备都具有独立的收发能力。2019/9/914二、集群通信系统介绍l.集群通信系统的工作方式集群通信系统的主要业务是：调度台的收发信机与一群(组)移动台之间建立一条单工或半双工的无线通信线路，或移动台用户(车载台或手持台)之间建立一条单工或半双工的无线通信线路。“集群”是指：向正在申请服务的用户自动分配信道；2019/9/915(1)信息集群消息集群，整个通话期间，给该通话组用户分配一条无线信道。从移动台按键开始，此信道就被占用，只有通话双方结束通话后一定时间，此信道才被释放。这种技术效率低。(2)传输集群发射集群。当A、B双方用户在单工或半双工工作时，A用户按下讲话键后，就占用一个空闲信道，当A用户第一个消息发送完毕松开讲话键时，就有一个“传输完毕”的信令送到基地台的控制器，这个信令用来指示基地台这个信道可以被别的用户使用。因而在传输集群方式中不会由于通话暂停而仍然占用信道，从而提高信道利用率。集群系统分配信道的基本技术2019/9/916(3)准传输集群准发射集群，它是相对于传输集群而言的，是为了克服传输集群的缺点而改进的。准传输集群兼顾信息集群和传输集群的优点，它缩短了信道的保留时间，用户每次发话完毕，松开讲话键后，信道保留约为0．5～1s，而不会使消息中断。2019/9/9172．集群通信系统技术(1)多址技术集群通信系统由基地台和移动台组成。一个移动台由一个用户使用，为单路，而基地台是多路的。集群通信也是单路和多路混合的一种特殊通信方式。目前多址方式有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)、混合多址以及随机多址等方式。2019/9/918(2)信道控制技术信道共用的体制。多个无线信道同时为多个移动台所共用，提高信道利用率。多信道共用的信道分配方式是根据需要实时地将空闲信道分配给申请通话的用户使用，信道的指配是动态的，每个信道可以被任意用户使用。信道定义：在两点之间用于收发信号的单向或双向通路。2019/9/919(3)信令技术信令是移动台与交换系统之间、交换系统与交换系统之间相互传送的地址信息、管理信息等。为了将集群通信系统中用于通话的有用信号区别开来，把话音信号以外用于控制系统正常工作的非话音信号及指令系统称为“信令”。组合成集群通信系统的信令系统，它可以称为集群通信系统的神经。2019/9/920什么是信令摘机信息：一种连续的嗡嗡声，这是交换机发出的告诉我们可以拨号的信息；拨通对方后又会听到哒哒的呼叫对方的声音这是交换局发出的告诉我们正在呼叫对方接电话的信息…….用以建立维持解除通信关系的信息称为信令。2019/9/921集群通信系统的信令主要有下列三种分类方式：1)按信令的功能分为：控制信令、选呼信令、拨号信令。2)按信令的形式分为：模拟信令和数字信令。3)按信令的传输方式分为：共路信令和随路信令。控制信令选呼信令2019/9/922(4)数字通信技术1)数字话音编码。集群移动通信中，使用最多的信息是话音信号，话音编码为信源编码，是将模拟话音信号变成数字信号以便在信道中传输。这是从模拟网到数字网至关重要的一步。．高质量、低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术的应用，是数字集群移动通信网优于模拟集群移动通信网的重要保障。2019/9/923不同话音编码（CVSD/PCM）体制的系统语音通信转接的典型应用2019/9/9242)数字调制技术在不同的小区半径和应用环境下，移动信道将呈现不同的衰落特性。目前国际上选用的数字蜂窝系统中的调制解调技术有：正交振幅调制(QAM)、正交移相键控(QPSK)、高斯最小频移键控(QMSK)、四电平频率调制(4L—FM)、锁相环移相键控(PLL—QPSK)、相关移相键控(COR—PSK)、通用平滑调频(GTFM)等。2019/9/9253．集群通信系统的分类(1)按信令方式分有共路信令方式和随路信令方式。共路信令：设定一个专门的控制信道传送信令，优点是信令速度快，电路容易实现，但占用信道。随路信令：在一个信道中同时传话音和信令，信令不单独占用信道，可节约信道，缺点是接续速度慢。(2)按信令占有信道方式分有固定式和搜索式。固定式：消息传送占用固定信道。搜索式：发起呼叫时占用随机信道，需不断搜索变化的信令信道，忙时信令信道可作话音信道，新空闲出来的话音信道可接替控制信道。2019/9/9263．集群通信系统的分类(3)按通话占用信道分有信息集群、传输集群和准传输集群。(4)按呼叫处理方式分有损失制系统和等待制系统。(5)按控制方式分有集中控制方式和分散控制方式。集中控制式：由一个智能终端控制，统一管理系统内话务信道的方式。分散式：每一信道都有单独的智能控制终端的管理方式。2019/9/9274．集群通信系统的基本网络结构按照覆盖区半径的大小，分为大区网、中区网和小区网；根据服务区的几何形状，可分为带状服务区和和面状服务区．(1)单区、单点、单中心网络图13-5单区、单点、单中心网络2019/9/928单区单基站系统集群系统最基本的组网形式，主要应用于覆盖范围要求不大的地区。2019/9/9291)基站由若干基本无线收发信机、控制部分、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成。天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。2019/9/9302)移动台运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台；包括车载台、便携的手持台等，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。2019/9/9313)调度台对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种。无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成；有线调度台包括操作台、电源、与控制中心设备连接的接口转换器等。无线调度台有线调度台2019/9/9324)控制中心控制中心包括系统控制器、系统交换和电源等设备，主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续等。由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。2019/9/9335)系统管理终端维护使用人员通过此终端对系统进行管理控制，包括修改运行方式、信道状态报告、用户入网控制、设备状态控制、告警及各种报表打印输出等。6)传输设备控制中心与基站进行连接的部分，为基站与控制中心之间信息传输提供通道，可采取有线或无线方式。2019/9/934(2)单区、多点、单中心网络由一个控制中心、多个基站、有线或无线调度台及网中若干移动台组成。网络适用于一个地区内多个部门共同使用的集群移动通信系统，各部门可自己组成系统，共享网内的频率资源。各基站可通过无线或有线传输链路连接到控制中心。图13—6单区、多点、单中心网络2019/9/935单区多基站系统主要应用于覆盖范围要求较大的地区。接口可以由微波或光纤提供的E1接口配合PCM复用设备提供。整体覆盖范围相当于几个单基站的覆盖范围总和。2019/9/936(3)多区、多中心、多层次网络由多个控制中心和多基站组成而形成整个服务区。各控制中心通过有线或无线传输电路连接至区域控制中心，各控制中心受到上一级的区