1、集群通信系统
集群通信系统是一种高级移动调度系统，代表着通信体制之一的专用移动通信网发展方向。
1.1 集群通信系统基本网络结构
通常人们习惯地按照覆盖区半径大小、服务区的几何形状来对系统的网络结构分类。按照覆盖区半径的大小，分成大区网、中区网、小区网；按照服务区的几何形状，分成框状网、带状网、蜂房状网等等。集群通信系统的网络结构有下列四种方式：
单区、单点、单中心网络(图1.1)；
单区、多点、单中心网络(图1.2)；
多区、多中心网络(图1.3)；
多区、多层次、多中心网络(图1.4)。
1.1.1单区、多点、单中心网络
如图1．2所示，它由一个控制中心、多个基站、有线或无线调度台及网中若干移动台组成。
这种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，可实现各部门用户通信，自成系统而网内的频率资源共享。
在这整个服务区域内设立了一个控制中心和多个基站(一个基站可以设多部基台、也可设一部基台)。多个基站区组合形成整个服务区。
各基站可通过无线或有线传输电路连接到控制中心。
控制中心通过中继线或用户线与市话端局或用户小交换机连接。
有线调度台通过有线传输电路与控制中心直接相连。在这种网络的设计和设备配置的考虑中应采取多点设址。
因各专业部门的业务需要不同，应按需设置基站，从而满足各专业部门的业务。对于早先已建成并各自独立使用频率、独立工作的专用网络，可方便地改造成频率资源共享的集群移动通信网。这一点充分证实了集群的优点，即充分利用原有设施，减少投资同时满足各自需要，实现了高效益。
当上述网络中基站只有一个时，网络就简化成图1．1所示的单区、单中心网络。它同样是由控制中心、基站、有线或无线调度台以及若干移动台组成。基站和控制中心可设在同一地点，也可分别设在不同地点，两者之间同样可通过无线或有线传输电路连接。通过用户线或中继线，同样也可以实现控制中心与用户小交换机或市话端局的连接。
1.1.2多区、多中心、多层次网络
如图1.3及图1.4所示，由区域控制中心、多个控制中心、多基站组成而形成整个服务区。可以看出，图1.3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，即形成了图1.4所示的网络结构。各控制中心将受到上一级的区域控制中心控制及管理。
控制中心主要处理所管辖基站区内和越区至本基站区内移动用户的业务。至于越区用户识别码的登记、控制频道分配、有线或无线用户寻找越区用户的业务，换言之，即位置登记、转移呼叫、越区频道转移的漫游业务，将区域控制中心处理。这样就形成了二级管理的区域网。
根据业务需要，还可以设立更高级的管理中心，将其与区域中心相连接，也可以通过有线或无线传输通道，处理各下区域间用户登记、呼叫建立、控制管理，从而对区域控制中心进行控制、管理以及监控。
1.2 集群通信系统的基本设备及组成
集群通信系统除完成移动用户之间的通信外，还应能进行市内用户与移动用户间的通话。为达到这种通信目的，将中心基地站和用户终端结合在一起，再加上连接它们的有线通道和无线通道，就组成了一个移动通信网。
(1)基站
它由若干基本无线收发信机、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。
(2)移动台
用于运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，它包括车载台、便携台的手持台，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。
(3)调度台
它是能对移动台进行指挥、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。有线调度台只有操作台。
(4)控制中心
控制中心包括系统控制器、系统管理终端和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。它由接口电源、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。
集群通信系统设备组成见图1.6。
1.3集群通信技术在铁路通信中的应用
铁路通信网是为旅客和铁路公务、应急抢险、行车维修等人员提供及时可靠的通信，
以提高服务等级和运输效率。保证列车的安全，达到高效运营而建立的，它是一种集列车公务通信和区间移动作业通信为一体的列车移动通信系统。但是铁路结构自身的特点，决定了该系统与公用移动通信网和区域性的专业移动通信网的差别，它是一种属于线面结合、以线为主的链状网。
铁路通信的无线接入部分目前仅有的是400MHz的无线列调系统，它完成车站值班员与进入其管辖区段的列车车长以及列车司机之间的通话联系。当列车即将进站或即将出站时，这些通话才进行，否则如果没有特殊的情况，则在列车运行于区间时，通话一般不进行，这主要是从节约频率资源，减少同频干扰的角度出发的。但是，随着铁路现代化改造进程的迅速推进，从前单一的无线列调系统已经远远不能满足铁路无线通信的需要，这样就迫切需要建设一套适合于铁路现代化运营指挥需要的先进的无线通信系统。这一系统应该采用小区制，并完成大三角功能。也就是说，系统必须可以实现调度中心与车站值班员之间、车站值班员与列车司机之间、列车司机与调度中心之间的通话功能，必须可以实现线路管理区间的公务移动通信功能，同时还必须能够实现调度中心与列车司机室之间实时的双向数据通信功能。基于这一想法，构成铁路无线通信接入网的方式可以采用现有的无线通信方式的集群通信方式。
集群通信系统是一种功能强大的专用移动通信系统，是通信与微处理机技术、程控交换技术、计算机网络技术紧密结合的产物。它集交换、控制、通信于一体，通过无线拨号的方式把一组信道自动最优地动态分配给系统内部用户，最大限度地利用系统资源和频率资源，降低系统内呼损，提高服务质量。由于它具有群呼、组呼、强插、强拆等功能，特别适合于调度指挥以及应急、抢险等场合，并较好地解决了通信频率合理分配的问题，因而倍受专业运营管理部门的青睐，被确定为现行铁路移动通信方式的首选类型。但是这一系统还具有一定的缺点，主要包括采用动态的频率分配，没有考虑与周围公用网的有效融合问题，没有先进的路由合理选择功能，并且在建立通路和自动过网时存在信息丢失现象，保密性不强，容易受干扰等，这些缺点对于话音通信的影响不大，但是会对列车与调度指挥中心之间的实时双向数据通信造成较大的误码，因而对于要求较高数据通信误码率的场合并不适合。 无线环境评估
基站设备性能和天线性能评估
话音质量评估
可通率评估
功能检测和系统可靠性评估
2、GSM-R通信系统
随着GSM的技术日趋成熟，使用范围迅速扩大，造价逐渐下降，并且又由于在用户迅速扩展的情况下，集群移动通信解决方案所存在的问题日趋突出。欧洲的铁路移动通信系统最后定位于GSM的方式，基于GSM系统技术平台，并将铁路移动通信所具有的特色（群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能）加进去，构成GSMR用于铁路的全球移动通信系统的解决方案。专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。从集群通信的角度来看，GSM-R是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R能满足列车运行速度为0-500km／小时的无线通信要求，安全性好。GSM-R可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在试验中的ETCS欧洲列车控制系统(也称FZB)和另一种用于160公里以下的低成本的列车控制系统(FFB)，都是将GSM-R作为传输平台。
2.1 GSM－R系统组成
GSM－R系统框图如图2-1，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR），组呼寄存器（GCR）, 操作维护中心(OMC),A接口往左Um接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。Um接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
2.2 GSM-R 关键技术
工作频段的分配、
时分多址(TDMA)技术、时分多址帧结构、空间分集、时间色散和均衡、基站与移动台间的时间调整、
话音编码、信道编码、交织技术、跳频技术、保密措施等
我国GSM-R除了具备GSM-R现有的功能特性，还应有无线列调功能、按近连续式机车信号传输、区间移动人员通信，以及根据我国的铁路的地理位置进行合理的GSM-R系统区间的场强覆盖。
2.3 GSM-R 主要系统性能评估
网络布局的评估
覆盖评估
语音质量评估：主观和客观MOS评估。
干扰评估
语音业务评估：接入失败率、掉话率、切换成功率、位置更新成功率、语音断续率、回声及背景噪声率、串话率
铁路通信专用功能实现评估：如无线列调功能、群呼、组呼、插呼、优先级保证等 | 
发表于 2009-8-13 10:01:15