本章主要介绍了GSM-R的网络结构，包括系统的结构和功能，接口协议，网络互连等。并描述了整个系统的用户数据管理，移动性管理，无线资源管理，连接管理及安全管理等方面的过程。最后对GPRS叠加在GSM-R网络作一简要介绍。 4.1 网络组成
当今的无线通信系统是有线网络和无线网络的结合体。此图中无线部分是指由7个六边形组成的一簇。与移动台之间是无线连接，与交换机之间，交换机之间，都是有线连接。一个移动用户要想与另一个移动/固定用户进行通信，必须经过无线和有线两种传输过程。移动网络与固定网络之间的互连实现了用户在任何时间、任何地点与任何人进行通信的目标。
一个GSM-R陆地移动系统由若干个功能实体组成，这些功能实体所实现的功能的集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务，以及对于用户数据和移动性的操作和管理。GSM-R陆地移动网络由三个子系统组成，其基本结构如图3-1所示：
图3-1 GSM-R陆地移动网络的基本结构
移动台是接入GSM-R网络的用户设备，包括移动终端（ME）和终端设备（TE），或通过
终端适配器与ME连接的TE。移动台除了具有通过无线接口（Um）接入到GSM-R系统的一般处理功能外，还为移动用户提供了人机接口。
子系统（BSS）由一个控制器（BSC）和若干个收发信机（BTS）组成，BTS主要负责与一定覆盖区域内的移动台（MS）进行通信，并对空中接口进行管理。BSC用来管理BTS与MSC之间的信息流。BTS与BSC之间通过Abis接口通信。BSS中还可能存在编码速率适配单元（TRAU），它实现了GSM-R编码速率向标准的PSTN或ISDN速率的转换。TRAU与BSC通过Ater接口连接。
网络子系统（NSS）建立在移动交换中心（MSC）上，负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和与固定网络的连接。NSS通过A接口连接BSS，与固定网络的接口决定于互联网络的类型。
操作和维护子系统（OSS）是相对独立的子系统，为GSM-R网络提供管理和维护功能。它的具体功能由操作维护中心（OMC）来完成，其中OMC-R负责管理BSS，OMC-S负责管理NSS。OSS主要提供移动用户管理、移动设备管理、网络操作和控制三类功能。
任何GSM-R陆地移动通信网络都必须与固定网络连接，一同完成移动用户与移动用户之间、移动用户与固定用户之间的通信。
组成GSM-R网络的各个子系统之间、BSS与移动台之间、与固定网络之间的互连都提供了标准的接口。网络中的不同设备可以通过标准的接口来实现移动业务的本地和国际互连。GSM-R网络的信令系统采用NO.7信令网传送呼叫控制信息和其他信令信息。
典型的基于GSM/GSM-R的铁路通信网与普通的GSM PLMN并无大的区别，在其网络的网元、标准接口和连接的扩展上也无大的区别。在公网的基础上引入一系列的新技术，即可用于铁路部门。铁路网与公网的主要区别在于由铁路网特殊需求引起的网络结构和规划上的区别。
4.2 BSS
BSS是GSM-R系统网络中最基本的组成部分。它有两种基本组成设备，分别是收发信机（BTS）和控制器（BSC）。一台BSC可以管理多达几十个BTS。此外，还有一种可选择设备——速率适配单元（TRAU）。BSS的总体结构如图3-2所示：
图3-2 BSS的总体结构
从功能上看，BSS通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源管理；通过A接口与NSS相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息等。
在BSS中，BTS主要负责无线传输；BSC主要负责控制和管理；如果加入了TRAU，主要为了减少PCM链路的数量。
4.2.1 BTS结构和功能
BTS是网络中固定部分与无线部分之间的中继，移动用户通过空中接口与BTS连接。BTS由天线、耦合系统、收发信机（TRX）及公共功能（BCF）组成。可以把它看成一个复杂的无线调制解调器。
耦合系统是天线与每个小区的收发信机之间的接口。
TRX是BTS中最主要的设备。一台TRX管理着一个TDMA帧，也就是说管理8个物理信道。TRX的功能有：进行编码、加密、调制，然后将射频信号馈送给天线；将信号解密、均衡、然后解调；移动呼叫检测；上行链路信道测量；定时提前量的测量；跳频。
BCF通过Abis接口与BSC相连，它的功能是将语音和用户数据信道合成以后发送给BSC和将信令信道合成以后发送给BSC。此外，BCF还具有以下功能：Abis接口管理，时隙分配，外部警报等。
4.2.2 BSC结构和功能
BSC的结构主要包括：一个处理单元，一个交换矩阵单元和中继控制单元（PCM和X.25）。 BSC一面与移动交换中心（MSC）连接，另一面与BTS连接。BSC与OMC-R的连接有两种途径。一种是通过X.25数据网络与OMC-R相连。另一种是BSC先与TRAU相连，然后通过MSC再与OMC-R连接。BSC通过处理单元和X.25控制器从运营管理与维（O&M）中心下载新的软件并释放。反过来，在周期性询问或传送时，BSC将所有关于O&M的数据缓冲并转送到O&M中心。
BSC的结构如图3-3所示：
图3-3 BSC的结构
BSC的基本功能包括：
● 无线呼叫处理：建立与释放无线链路和进行MSC和BTS之间的信道交换；
● 无线资源管理：无线接入处理，无线信道分配（业务和信令），无线信道监控；
● 业务集中管理：可以减少传送费用；
● 短消息业务（小区广播管理）：向OMC-R所规定的目标小区广播短消息。
BSC的主要O&M功能包括：
● OSS接口管理：与OMC-R的链路管理，提供OMC-R所需求的业务，存储BSS配置数据（软件存储和在BSS各种实体中的分配）；
● BTS和TCU管理：初始化，分配与再分配，软件下载，监控和观测。
● BSC自我防御：主要通过冗余和重起机制来实现。
4.2.3 TRAU结构及功能
TRA U由编译码器，控制器和外部PCM接口组成。它通过Ater接口与BSC相连，通过A接口与MSC相连。TRAU的结构如图3-4所示：
图3-4 TRAU的结构
TRAU能够将13kbit/s话音（或数据）复用成两路传输，即转换成标准的64kbit/s数据。在BTS中，13kbit/s话音（或数据）通过插入附加同步数据，使其和较低速率数据不同，插入数据后的速率变为16 kbit/s。TRAU将13kbit/s语音转化成64kbit/s的T1µ律PCM时隙或者E1 A律PCM时隙。接下来，TRAU将用户数据流路由到一种适合的设备上，这种设备是指具有互连互通功能的接收方调制解调器。
值得注意的是，TRAU 在Ater接口上，有四个业务信道是在64kbit/s PCM电路上复用，一个T1中继线携带多达92个用户和控制信道，一个E1中继线携带多达120个用户和控制信道。
4.3 NSS
GSM-R系统的网络子系统（NSS）提供了处理建立、维持和清除呼叫的所有信令协
议的功能，以及为移动环境下通信提供的特定功能。NSS提供的主要功能如下：
● 为用户移动特征提供的特定功能，如寻呼
● 呼叫过程中对无线资源的管理
● 管理与BSS之间的信令协议
● 位置登记，即VLR之间的互连
● 切换过程
● 查询HLR获得MS的漫游号码
● 与其他的移动功能实体交换信令信息
● 管理语音组呼、语音广播、增强多优先级与的呼叫建立
● 用户的鉴权
基本的NSS由六个功能实体组成，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），设备识别寄存器（EIR）和互连功能单元（IWF）。如图3-5所示。另外，NSS中还可以有实现语音组呼和语音广播的实体（GCR），用于短消息业务的短消息服务中心（SMS-SC）和统计服务器，这些功能实体可以根据具体的需要进行选择。
图3-5 NSS结构和接口
1. 移动交换中心（MSC）
移动交换中心（MSC）是NSS的核心，它包含了MSC区的所有交换功能。MSC考虑了用户的移动性，管理一些特殊的过程，如位置登记和更新，越区切换，它还负责对无线资源
进行管理，这些是它与固定网络交换机的主要差别。MSC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信息。MSC的主要功能归类如下：
● 处理用户呼叫的交换功能；
● 协调自己所辖区域的呼叫，特别是寻呼移动台的功能；
● 与BSS协作动态分配接入资源；
● 监督BSS与MS之间的无线连接；
● 进行呼叫的统计；
● 将来自VLR的无线接口的加密信息传送给BSS；
● 作为短消息网关，连接用户与短消息服务中心。
通常把移动用户进行初始注册的MSC称为归属MSC（HMSC），其它的MSC称作拜访MSC（VMSC）。如果GSM-R网络收到的一个呼叫不能查询HLR，这时将此呼叫路由到一
个特定的MSC，由此MSC在相应的HLR中进行查询，到被叫移动台所在的位置。这种具有路由功能的MSC就称作网关MSC（GMSC），它通常还作为固定网络和移动网络之间的一个接入单元，提供业务和功能的接入。网络可以在全部MSC中选出一些MSC做为GMSC。如果一个GMSC与短消息服务中心连接，负责向移动台传送短消息，那么这个MSC就成为短消息网关MSC。可见，MSC根据在网络中的不同位置实现不同性质的交换功能。
MSC的内部结构如图3-6所示，MSC的核心是交换功能，除此之外，MSC要提供与NO.7信令网、其他固定网络、BSS和一些外部设备的连接。MSC与其他网络互连时可以采用E1中继线，提供31路用户信道，或采用T1中继线，提供24路用户信道。在MSC中为了克服回波干扰，采用回波消除器。回波干扰是指当有用信号的反射信号有一定的时延和足够的强度时，就能产生一种与有用信号相区别的有害干扰。回波消除器用来消除或减少回波对有用信号的干扰。GSM-R的回波消除器插接在MSC/VLR与固定网络（PSTN）之间的E1口数据流中，对数字信道进行操作而不改变传输信号的质量。
图3-6 MSC的内部结构
2. 归属位置寄存器（HLR）
归属位置寄存器（HLR）是NSS四个重要的数据库之一，实现对移动用户的管理。一个GSM-R网络中可以有不只一个HLR，它的数量决定于用户的数量、设备的容量和网络的组织结构。HLR中存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态数据信息和一些临时动态数
据信息。HLR中存储的信息通常有以下几类：
豫公网安备41160202000603
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