铁路专用UHF频段数字化无线列车调度通信系统设计

摘要

随着铁路运输管理水平和信息化水平的不断提高，通信系统在铁路运营管理和安全运输中的作用显得尤为重要。随着工信部停止对400MHz模拟对讲设备型号核准，现有450MHz模拟列车调度通信系统将在大修改造时升级为数字通信系统。虽然GSM-R作为一个比较完善的、综合业务的铁路数字移动通信平台，但是由于GSM-R系统建设初期一次性投入成本居高不下，建设周期长及开通进程缓慢，很难满足我国既有线路的无线列调通信系统升级改造需要。
　　专业移动无线通信技术经过多年发展，衍生出TETRA、P25、DMR和dPMR等多种开放式数字无线通信标准。它们系统结构简单、建网成本低，提供了一定的集群系统功能并保留一定的向下兼容模拟制式通信方式的能力，是一种很有竞争力的从模拟向数字平滑过渡升级方案。
　　本文通过对铁路列调业务需求进行了详细的列举和分析，指出了升级后的数字化无线调度通信系统应具备的各项功能和要求。并据此对主流的四种开放式数字无线通信标准进行了多方面对比，得出了DMR标准相对其它标准更适合作为铁路专用UHF频段数字化无线调度通信系统的参考标准这一结论。
　　本文结合了GSM-R系统有线网络拓扑结构和DMR标准推荐的无线网络结构，规划了铁路专用UHF频段数字化无线调度通信系统的网络结构，并设计了在这种网络结构下的设备组成以及相关业务功能的实现方式。该结构具有设备便于集中安装和管理的优点，能大量利用已建成的基础设施，从而降低一次性投入成本。本文最后列举了从现有模拟制式系统向数字系统过渡的方案并进行了对比和技术难点分析。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

2 系统需求分析

2．1 系统定位

2．2 系统业务需求

2．2．1 语音通信

2．2．2 数据通信

2．2．3 通信优先级

2．2．4 紧急呼叫

2．3 系统检测和维护需求

2．3．1 网络管理功能

2．3．2 出入库检测

2．3．3 检修工装

2．4 系统其它需求

2．5 系统业务量分析

2．5．1 语音业务的话务量分析

2．5．2 数据业务数据量分析

2．5．3 控制信道

2．5．4 枢纽地区的业务特点

3 系统功能设计

3．1 话音通信功能

3．1．1 三方通话

3．1．2 语音个呼

3．1．3 语音组呼

3．1．4 呼叫和通话优先级

3．1．5 紧急呼叫

3．2 数据通信功能

3．2．1 调度命令无线传输

3．2．2 无线车次号传输

3．3 漫游移动设备越区切换功能

3．3．1 越区切换过程中的语音通话保持

3．3．2 数据传输的跨站转发

3．3．3 枢纽地区的越区切换限制

3．4 系统移动设备兼容的其它功能

3．4．1 出入库检测、检修工装

3．4．2 段内调车

3．4．3 直通对讲

4 空中接口协议对比选择

4．1 现有数字集群通信系统标准

4．1．1 TETRA (Terrestrial Trunked Radio) 陆上集群无线电标准

4．1．2 APCO P25

4．1．3 dPMR (digital Private Mobile Radio) 数字专用移动无线电标准

4．1．4 DMR (Digital Mobile Radio) 数字移动无线电标准

4．1．5 PDT (Police Digital Trunking)警用数字集群标准

4．2 通信系统标准对比

4．2．1 系统成熟程度及开放性

4．2．2 物理层对比

4．2．3 语音压缩方式对比

4．2．4 多信道系统组建对比

4．3 空中接口协议选择

5 DMR在系统中的应用与系统网络设计

5．1 DMR在系统中的应用

5．1．1 DMR的分层模型和帧结构

5．1．2 DMR物理层要求

5．1．3 DMR信道接入机制

5．1．4 DMR标准协议在系统中的应用

5．2 系统无线网络设计

5．2．1 无线信道数量与种类

5．2．2 信道分配方式

5．2．3 移动设备漫游寻址方法

5．2．4 无线覆盖范围和频率规划

5．2．5 其它专有频点配置

5．3 车站网络拓扑结构

5．4 调度所网络拓扑结构

5．5 系统总体网络结构

5．6 枢纽地区解决方案

5．6．1 控制车站无线覆盖区域方式

5．6．2 信道集中管理模式

6 系统设备组成及业务功能实现

6．1 系统设备组成和功能

6．1．1 调度所设备

6．1．2 车站地面设备

6．1．3 手持移动终端

6．1．4 台式移动终端

6．1．5 机车综合无线通信设备

6．1．6 区间设备

6．2 语音呼叫控制实现

6．2．1 调度双工呼叫

6．2．2 本站个呼与组呼

6．2．3 跨站组呼

6．2．4 紧急呼叫功能

6．3 数据通信功能实现

6．3．1 调度命令传输和签收

6．3．2 无线车次号校核

6．4 机车电台工作状态及转换关系

6．4．1 非工作状态

6．4．2 离线状态

6．4．3 空闲状态

6．4．4 全双工通话状态

6．4．5 半双工通话状态

6．4．6 数据传输状态

6．4．7 越区切换状态

6．5 手持移动终端工作状态及相互转换关系

6．5．1 非工作状态

6．5．2 离线状态

6．5．3 空闲状态

6．5．4 半双工通话状态

6．5．5 越区切换状态

7 从模拟系统向数字系统过渡的解决方案

7．1 现有模拟制式标准及对设备要求

7．1．1 C制式通信方式特点

7．1．2 B制式通信方式特点

7．1．3 A制式通信方式特点

7．1．4 不同通信方式下对设备的要求

7．2 系统过渡方案

7．2．1 不保留现有车站设备

7．2．2 仅保留现有车站模拟电台设备

7．2．3 保留现有车站所有设备

7．3 过渡方案中的工程技术难点

7．3．1 DMR数字无线信道机双模技术难点

7．3．2 机车电台双模技术难点

7．3．3 车站电台双模技术难点

7．4 不同过渡方案对比

7．4．1 用户操作复杂程度

7．4．2 新设备总投资

7．4．3 对原有车站设备和区间设备的利用

7．4．4 工程进度和收益

7．4．5 过渡方案对比小结

8 总结及展望

参考文献

作者简历