高速公路移动通信系统设计方案研究

摘 要： 高速公路移动通信系统是实现智能高速公路系统的基础，是现代高速公路系统的重要组成部分。为了解决现有的覆盖区域性的高速公路移动通信系统中部分路段存在“死区”的问题，建立能覆盖全国范围的高速公路移动通信系统，利用GSM⁃R技术，结合高速公路的实际特点，设计了基于GSM⁃R技术的高速公路移动通信系统，并对高速公路移动通信系统的设计方案进行了具体分析。

关键词： 移动通信系统； 高速公路移动通信系统； GSM⁃R系统； 设计方案

中图分类号： TN914⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）19⁃0057⁃03

Design scheme of expressway mobile communication system

JIN Li⁃jun

（Xi’an Railway Vocation and Technical Institute， Xi’an 710014， China）

Abstract： The expressway mobile communication system is a foundation to realize the intelligent expressway system， and the important part of modern expressway system as well. In order to eliminate the “dead zone” caused by covering regionality in some road segments of the existing expressway mobile communication system， a system that can cover the whole nation needs to be built. An expressway mobile communication system based on DSM⁃R technology was designed in combination with the practical characteristics of the expressway. The design scheme of the expressway mobile communication system is analyzed specifically in this paper.

Keyword： mobile communication system； expressway mobile communication system； GSM⁃R system； design scheme

0 引 言

移动通信技术起源于1921年的美国，以2 MHz的带宽设计了车载移动电话通信系[1]。1946年，贝尔实验室设计了第一个公用移动通信系统；1947年，美国的纽约市与波士顿市之间的高速公路系统就使用了带宽为35～40 MHz的移动通信系统[2]。随着通信技术的发展，蜂窝移动通信系统得到迅猛的发展，1983年，美国投入使用了世界上第一个面向公众的蜂窝移动通信系统。到20世纪80年代，GSM数字蜂窝通信系统成为人们研究的重点[3]。

高速公路地理环境的限制，使得高速公路移动通信系统的建设难度加大。我国已经建成的覆盖区域性的高速公路移动通信系统不能完全覆盖全国范围的高速公路网络，在某些路段存在移动通信的“死区”[4]。因此，建立一个更完善的能覆盖全国范围的高速公路网络的移动通信系统是现代高速公路系统的基础性的建设。

对于城市公路移动通信系统的建设，不需要重新建设专门的城市公路移动通信系统，因为公网GSM系统已经覆盖了全部城市公路网络区域。只需要在公网系统中建设虚拟网就可以实现城市公路交通系统的指挥调度与管理[5]。

全国高速公路主干网移动通信系统的建设，利用GSM⁃R技术[5]来实现。通过对GSM⁃R系统重新设计来实现高速公路的指挥调度控制，将多个子系统集成于一体，实现平面调车通信系统，隧道无线电系统以及用于维修与管理人员通信的无线电系统。

1 GSM⁃R技术

铁路综合数字移动通信系统标准（GSM for Railway，GSM⁃R）是在GSM蜂窝系统的基础上，增加通信调度功能和适应高速运行环境下进行数据通信的功能而研发的无线数字通信系统[6]，它将现有的铁路数据通信应用系统与其他的数据传输业务结合到单一的数据通信平台上。

1.1 GSM⁃R通信系统的结构

图1显示了GSM⁃R通信系统的体系结构。GSM⁃R通信系统通过其网络交换子系统（NSS）中网关移动交换中心（GMSC）实现与其他数据通信网络之间的数据传输业务，而且通过通用分组无线业务（GPRS）中的网关业务支持点（GGSN）实现与其他数据通信网络的分组域的数据传输业务[7]。

网络交换子系统（NSS）负责用户端到端的呼叫、用户通信数据管理、移动性管理以及实现与固定网络的连接功能、用户的数据传输业务交换功能、用户数据的移动性管理、系统安全性管理所应具备的相应数据库功能。

基站子系统（BSS）的主要任务是负责与某覆盖区域内的所有移动台（MS）进行数据通信，实现对空中接口的管理。基站子系统是系统的MS与NSS之间进行数据通信的桥梁[8]。

通用分组无线业务系统（GPRS）用于实现通信系统中分组数据之间的交互。

智能网系统（IN）的主要功能是实现功能寻址、位置寻址和管理功能号。

固定用户接入交换系统（FAS）子系统实现调度台、车站台等终端设备接入GSM⁃R网络。

运行与维护子系统（OMC）的主要任务就是管理和监控整个GSM⁃R网络，它的一侧连接GSM⁃R系统的网络设备，而另一侧则连接控制计算机操作台和GSM⁃R的人机交互接口。

1.2 GSM⁃R数字移动通信系统的业务功能

在成熟的公共无线通信系统（GSM）[9]之上构建的GSM⁃R系统是专门为满足铁路系统的应用而开发的无线通信系统。因而，GSM⁃R系统具有某些更加完善的业务功能子系统，如列车调度、列车控制和高速列车信息通信等子系统，是一种非常适合于高速铁路数据通信的综合而高效的无线通信系统；同样地，GSM⁃R技术也非常适合于构建高速公路网络的移动通信系统[8]。GSM⁃R系统主要承载的业务有语音业务和调度业务。

（1） 语音业务

GSM⁃R系统同时支持固定或者移动设备用户之间的话音通话业务，其中包括点对点的双向语音呼叫、点对点的紧急语音呼叫、广播语音呼叫、组语音呼叫和多用户语音呼叫，同时支持短消息业务、普通数据传输应用、自动传真业务和列车控制应用[9]。

（2） 调度业务

功能寻址：包括信息注册/注销。

与位置有关的寻址：对于某一给定功能的呼叫，选择其通信路由，搜索到与用户位置相关联的目标地址。

2 GSM⁃R技术高速公路移动通信系统设计方案

高速公路网络的移动通信系统属于专用的移动数据通信网络，该网络由两个主要的区域组成：高速公路网络主干线、路段上的各通信中心或者站点（有人通信站或者无人通信站）。构建的高速公路移动通信网络应该满足高速公路中各个区域之间的移动数据通信业务[10]。专门为高速铁路网络设计的GSM⁃R系统也非常适合于高速公路移动通信系统的建设，利用GSM⁃R系统的优势来完善和提高高速公路移动通信系统的数据传输能力，构建完善的智能交通系统。

2.1 移动汇接网络规划方案

利用GSM⁃R系统构建高速公路数据传输系统时，采用如图2所示的二级网络结构构建网络架构，它由移动汇接网TMSC和移动本地网MSC组成。

使用GSM⁃R技术构建高速公路数据通信系统的移动通信网络时，只需要在整个高速公路网络的少数几个大区域内设置移动汇接网TMSC，而且TMSC网络之间使用网状网连接。这种网络构架在保障数据通信质量的基础之上，节约了技术投资成本。

2.2 高速公路移动通信系统中GSM⁃R本地网设计

高速公路移动通信系统中的GSM⁃R业务本地网的主要组成设备有[11]：移动交换中心（MSC）、网关移动交换中心（GMSC）和归属位置寄存器（HLR）等功能设备。

在高速公路移动通信系统中，移动交换中心MSC的配置原则如下：

在高速公路移动通信系统的GSM⁃R网络设计中，一个移动交换中心MSC可以应用于多个区域，因此，移动交换中心MSC的设置需要考虑地理环境的因素。

在大的区域内，尽量设置较大容量的交换设备，对于业务量不多的移动业务本地网不设置单独的MSC。

移动交换中心MSC应该尽量设置在高速公路路段管理的通信中心或者道路管理信息化的信息流中心。

2.3 信令与接口

（1） GSM⁃R系统内的业务交换点（SSP）点均包括MSC、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）、短消息中心（SMSC）等，而且所有信令点均采用直连方式。

（2） GSM⁃R系统的各个MSC之间均为E1数字接口，使用24位信令点编码的七号信令。

（3） MSC与BSC之间的信息传输使用El数字接口，使用14位信令点编码的七号信令。

（4） GSM⁃R系统与HLR、SMSC之间的信息传输使用El数字接口，使用24位信令点编码的七号信令[12]。

（5） GSM⁃R系统与专用调度模块、确认中心（AC）、RBC之间的数据通信使用El数字接口，使用ISDN信令。

2.4 网间相互通信

（1） GSM⁃R系统的移动电话网通过MSC与高速公路系统的专用电话网相连。

（2） 根据GSM移动电话网络高速公路系统的运营维护管理体制的需要，与公众通信网（包括中国电信、中国网通、中国移动、电信运营商等运营商的PSIN，PLMN，IP网）预留互联条件。

2.5 GSM⁃R系统同步时钟

（1） GSM⁃R网络与外部网络之间的同步时钟

GSM⁃R系统的同步时钟采用的是主从同步方式，该系统的数字同步基准使用的是公用数字同步网的标准。

（2） GSM⁃R网内同步时钟

MSC与BSS之间的数字链路同时作为它们之间同步链路，BSS从MSC中获取所需要的同步时钟信号[12]。

3 结 语

高速公路移动通信系统的建设是智能交通系统的核心，也是难点。本文在分析GSM⁃R系统的体系结构和主要业务功能的基础上，提出了利用GSM⁃R系统构建高速公路移动通信系统的设计方案，并对高速公路移动通信系统的主要业务功能和组成模块进行了分析和论证。

参考文献

[1] 酆广增.移动通信技术发展[J].南京邮电学院学报，2002，22（3）：20⁃24.

[2] 胡金泉.蜂窝通信技术的发展与竞争[J].移动通信，1996（1）：20⁃23.

[3] 戴虎.GSM网络体系结构及其网络优化[J].武汉理工大学学报，2005，27（1）：10⁃14.

[4] 黄威，贾利民，钟彬.GSM⁃R数字移动通信系统及其应用[J].铁路计算机应用，2005，14（12）：43⁃45.

[5] 熊磊，路晓彤，钟章队，等.高速铁路GSM⁃R系统无线信道特性仿真[J].中国铁道科学，2010，31（5）：84⁃89.

[6] 李恒.高速公路通信网络技术的研究[J].交通科技，2010（4）：96⁃98.

[7] 李红芳，程多.智能光网络在通信系统中的应用[J].中国交通信息产业，2010（1）：95⁃97.

[8] 王继芳，曾盛.ASON技术在高速公路通信系统中的应用[J].电信工程技术与标准化，2008（7）：69⁃72.

[9] 陆新儒.ASON技术在高速公路智能通信系统中的应用研究[D].西安：长安大学，2012.

[10] 张志军.高速公路通信系统方案[J].中国西部科技，2010（4）：35⁃36.

[11] 李桂花.高速公路通信系统的应用原理[J].中国新技术新产品，2008（8）：52⁃53.

[12] 王文箐，孙芸丽，吴建华.ASON技术在高速公路干线通信中的引入[J].中国交通信息化，2012（2）：72⁃73.

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