GSM系统

2024-10-05

GSM系统（精选12篇）

GSM系统篇1

掉话率在移动通信网中是一项非常重要的指标, 掉话率的高低在一定程度上体现了移动网通信质量的优劣。在这里, 以我们移动网络所使用的朗讯GSM系统为例, 对话音掉话作一简要分析。

一、掉话的种类和原因

在GSM网中, 话音掉话主要包括无线网络掉话、Abis接口掉话、A接口掉话及其它原因造成的掉话。具体地说, 在GSM网中, 掉话产生的原因主要有以下几种: (1) 无线射频掉话。这里不包括手机掉电、非正常关机造成的掉话, 主要指受地形地貌、建筑物的影响, 由于信号快衰落、信号覆盖原因而引起的掉话。通常在楼内 (室内) 、基站信号覆盖的边缘地带很容易造成这类掉话。 (2) 切换过程中的掉话。包括局间 (MSC、BSC之间) 切换、小区之间切换、常规层与超层之间切换等引起的掉话。切换过程中的掉话在总的话音掉话中占有相当一部分比例。我们在分析网络性能报告时, 经常发现高阻塞的站点, 掉话率往往也较高。 (3) 干扰掉话。由于现有的站点, 特别是市区的站点越布越密, 而频率资源非常有限, 因此在频率规划时会有一定难度 (特别是对于我们联通的GSM系统) , 存在同频、邻频干扰的可能性。 (4) Abis掉话。这类掉话主要是传输质量引起的, 如传输误码、滑码、帧丢失等。 (5) A接口掉话。A接口掉话特别容易发生在MSC之间、BSC之间等与A接口有关的切换过程中, MSC、BSC之间的切换除了与无线网络有关外, 还与网间信令配合、信号同步等因素有关, 局间切换相对较复杂, 也较容易引起掉话。

二、掉话的解决

针对网络中出现的各种话音掉话情况, 在此提出几种解决方法: (1) 从网络布局上考虑, 应尽可能避免出现高阻塞的情况。在工程建设和网络优化过程中, 在选点布点时应注意站点不宜过高, 尽可能避免在高山、高楼、高塔上。在布点时, 应分清哪些地方是要解决信号覆盖问题, 哪些地方是要解决话务量问题。在解决话务量的地方应考虑到要有足够的信道配置。 (2) 对天馈线进行检查。有的基站性能指标差, 对主设备进行多次检查调整后仍无明显改善, 这时需要检查天馈线接头, 馈线损耗, 天线的方位角、俯仰角, 并在必要时做些适当的调整, 往往能立竿见影。 (3) 定期进行BTS 13 MHz时钟校准、传输同步检查和传输质量检查。前两项工作主要是为了检查信号同步, 以提高MSC、BSC之间切换的成功率, 减少局间切换掉话。

以上主要从硬件方面谈了几点降低掉话率的方法, 在硬件调整的同时, 结合进行BSC参数的修改将能取得更理想的效果。对于不同的网络, 各BSC参数的取值与标准不尽相同, 在某个网络中应用合理的参数, 若照搬到另一个网络, 可能就变得不合时宜, 因此参数的设置应因地制宜。这里重点列举几个与无线网络有关的参数:

(1) 允许接入最小电平 (RX-LEV-ACCESS-MIN) 。在话务量大阻塞率大的小区, 适当调大该小区的允许接入最小电平参数, 可以起到分流话务量, 减少阻塞的作用。 (2) 相邻小区参数。相邻小区参数是关系到切换的一个很重要的参数, 每个小区需要设置多少个相邻小区视实际情况而定。由于移动通信的迅速发展, 网络建设的速度快, 网络总是处于不断的变化中, 特别是在进行大范围的基站割接、调整时, 很容易造成这些参数的错漏的情况发生。所以, 在每次网络扩容、割接或调整后, 或者发现切换掉话率较高时, 我们就有必要检查并调整这方面的参数, 如依据场强测试图和话务量分布情况, 检查有关相邻小区的定义, 相邻小区的载频和基站识别码是否正确等等。 (3) 位置更新的周期。缩短这个时间会减少手机被叫的建立失败, 但可能造成信令负担加重, 因此应根据网络实际情况加以调整。 (4) MS距离最大参数。有的时候, 根据市区基站小区的有效覆盖范围, 可适当调整MS的距离最大参数, 可确保小区正常切换, 避免在远端产生孤岛效应。 (5) 功率控制参数。根据OMC-R中的切换原因报告和路测结果, 分析因上下行信号质量、场强、距离或其他干扰等问题而引发切换的百分比大小是否正常, 进一步检查该小区的覆盖区大小, 以及各类上下行信号切换门限、切换余量等参数的合理性。然后调整各类不合理的越区切换参数, 减少切换失败率, 避免掉话。 (6) 切换参数HO period。对此参数可根据情况做相应的修改, 比如调大该参数, 将该参数由2s改为4s, 可防止不必要的快速切换且可以降低切换失败率。 (7) DIRECT RETRY参数。在话务量较少的小区, 可以利用DIRECT RETRY参数设置优先选择BCCH载频, 因为BCCH载频比其它载频的频率复用次数少, 另外BCCH载频一直在满功率发射, 优先选择BCCH载频的TCH不会增加网络的干扰。

以上就GSM话音掉话种类和解决的方法作一简要的分析, 关于如何解决掉话问题, 还有许多行之有效的办法, 我们只有通过对网络数据的研究分析, 通过实地测试勘察, 找出问题根源, 才能对症下药, 从而采取最直接有效的手段来改善网络的运行环境, 提高网络的运行质量, 为移动通信的迅猛发展提供有力的技术支持。

GSM系统篇2

介绍了目前我国GSM-R系统建设的基本情况及GSM-R系统功能,并根据集通线的实际情况提出了该线的GSM-R系统方案和建设时机.

作者：康凯 Kang Kai 作者单位：内蒙古集通铁路集团有限责任公司,呼和浩特,010010 刊名：铁路通信信号工程技术英文刊名：RAILWAY SIGNALLING & COMMUNICATION ENGINEERING 年，卷(期)： 6(3) 分类号：U2 关键词：集通线 GSM-R 单网交织时机

基于GSM模块的密码锁系统设计篇3

关键词：GSM模块；设计方案；系统硬件；核心器件

随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。目前，电子密码防盗锁用密码代替钥匙，从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。新颖的多功能电子锁，集电子锁、防盗报警器等功能于一身，而且还具有定时器呼唤，断电自动报知，显示屋内有无人和自动留言等诸多附加功能。多功能电子密码锁以其新颖的功能，低廉的价格，必将受到广大使用者的欢迎。本设计的电子密码防盗锁利用串行E2PROM存储器，将设置的密码存入E2PROM中，从而克服了旧式电子密码锁电路断电后所设置密码丢失的缺点。另外，该锁还具有报警等辅助功能，是典型的机电一体化产品。

一、本设计所要实现的目标

本设计采用单片机作为主控制器，当电路通电后，单片机首先检测外部数据存储器24C02芯片是否存有密码，如果没有的话，则把初始密码“123”存入外部数据存储器，再检测外部数据存储器是否键入手机号码，如果没有，则提示用户输入目标手机号码。检测完密码和手机号码后单片机就开始检测模块。首先检测GSM模块是否上电，待GSM模块上电后检测模块是否插入SIM卡，并发送字符格式命令，设置TE字符格式为UCS2格式。检测完毕后，模块自动向目标手机发送“模块已上线！”的短信内容，告知用户系统处于正常运行状态。信息发送完后，系统进入授权码输入状态，液晶显示“请输入授权码！”提示我们输入授权码。为了提高安全性，系统授权码的输入并不是简单的数字输入，而是汉字、数字、字母、标点符号结合的输入，打破了传统的密码设计输入，提高了安全性。当系统工作时，用户通过按键输入授权码，按下“确认”键后，单片机将输入密码与设定密码进行比较，若密码不正确，则向目标手机号发短信，提醒用户。若用户同意授权，则系统发出开锁信号，将锁打开；若密码不正确，系统就提示用户，要求重新输入。重新输入次数不能超过3次，若3次输入都不正确，则发出报警信号，并且每次输入都会通过短信的形式向用户手机实施报警。锁打开后可通过按下“修改/重置”功能键，重新设置新密码或目标手机号，但必须经过授权才可修改。

二、总体设计方案

本系统采用以51单片机为核心的控制方案，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加声光提示功能甚至还能添加掉电存储和遥控控制功能等，能在很大程度上扩展功能，方便对系统进行升级。主要由单片机控制电路为核心，包括液晶显示电路、I2C（即断电不掉密码集成块）、TC35i模块、独立式键盘、光敏二极管控制电路、电源电路、功放电路等部分的设计。电子密码锁的设计主要是要通过独立式键盘输入密码，经过单片机以及一些外围电路对键盘输入的键码信号进行加密、识别处理，再与内部预定的密码进行对比判断，若密码不相符就发出声光报警。

三、系统硬件设计

系统硬件的设计主要就是电路的功能单元设计以及选择电子元件，主要有开锁机构电路设计、按键电路设计、密码锁的电源电路设计、掉电存储系统电路设计以及总体电路图的设计，这些电路图的设计主要是应用所学过的Protel软件，根据设计方案画出实际电路图，再通过调试、检测电路是否可行方可使用。

四、系统软件设计

系统软件设计主要就是对51单片机的使用，了解51单片机的基本特点，根据电路图对电子密码锁要实现的功能进行编程，只有在程序编好的情况下，51单片机核心才能够对硬件进行控制，所以说只有设计好了系统软件，也就是整个电子密码锁的核心系统，整个系统才可以使用，软件设计是基础也是根本。

五、核心器件的介绍

1.芯片ATMEL89S52的介绍：

AT89S52单片机是美国ATMEL公司的，它与Intel公司MCS-51系列单片机兼容，采用CMOS工艺制造，节电性能好。AT89S52提供了以下的标准功能：片内含8KB字节的可重编程闪速存储器E2PROM和256字节的内部RAM、32位I/O引线、3个16位定时器/计数器、1个6向量2级中断结构、1个全双工串行口、1个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。另外还具有低功耗空载的特点和掉电保存方式供选用。20脚双列直插封装也能达到体积的要求，是对嵌入式控制应用提供的一个高度灵活和成本低的解决方案。控制系统的设计充分利用了AT89C2051的上述优点和功能，加以必要的辅助硬件电路。

2.GSM模块介绍

目前，在远程监控领域，SMS是广泛采用的通信方式，其作为GSM网络的基本业务，得到越来越多的系统运营商和开发商的重视。基于SMS业务可开发出多种极具发展前景的应用。本设计采用的是西门子TC35系列的TC35i。这种无线模块在功能上与TC35i兼容，设计紧凑，大大缩小了电路的体积。

3.外部程序存储器W29C011

W29C011A是台湾Winbond公司生产的128k×8bitsCMOS闪速存储器芯片，共有32个引脚，有DIP、SOP、PLCC 3种封装结构。该芯片在5V电源的系统中可以在线编程和擦除，不需要外加专门的编程电压，读写操作方便。

参考文献：

[1]刘志平.电子密码锁.投资指南，2006（16）：55.

[2]李明喜.新型电子密码锁的设计.机电产品开发与创新，2004，17（3）：40.

[3]王宽仁.可靠安全的智能密码锁.电子技术应用，2005（16）：33.

[4]谢自美.电子线路设计·实验·测试.1版.北京航空航天大学出版社，1994：98-104.

[5]胡学海.单片机原理及应用系统设计.电子工业出版社，2005-08.

GSM-R系统功能验证篇4

1 GSM-R系统网络构成

由于网络结构变化、设备升级, 以及设备故障处理等原因, 需要对GSM-R系统功能进行验证, 因此首先要了解系统构成 (见图1) 及各组成部分的功能。

1.1 移动交换子系统

移动交换子系统包括移动交换中心 (M S C) 、归属位置寄存器 (HLR) 、访问位置寄存器 (VLR) 、鉴权中心 (AuC) 、组呼寄存器 (GCR) 、自动确认中心 (AC) 、短消息业务中心 (SMSC) 、关口移动交换中心 (GMSC) 。

(1) MSC:具有呼叫建立、保持、释放、认证、呼叫转接、短信息、计费等功能。

(2) HLR:存储MSC中所有用户的数据和信息。

(3) VLR:用于存放漫游到此端局下的临时用户数据, 物理上与MSC合设。

(4) AuC:用于产生用户鉴权数据, 物理上与HLR合设。

(5) GCR:铁路GSM-R系统特有设备, 服务于广播呼 (VBS) 和组呼 (VGCS) , 用于存放组呼信息。

(6) AC:用户终端挂断紧急呼叫 (299) 后, 自动去AC进行登记, AC中记录参加此次紧急呼叫的成员信息。

(7) SMSC:通过SMSC将短消息发送到指定的手机。

(8) GMSC:主要负责互联其他通信网络, 物理上与MSC合设。

1.2 移动智能网子系统

移动智能网子系统包括业务控制点 (SCP) 、业务交换点 (SSP) 、业务管理点 (SMP) 。目前, 智能网在铁路中的应用主要是基于位置寻址、功能寻址和基于位置的呼叫限制等。

(1) SCP:具有业务控制和业务数据功能。

(2) SSP:具有呼叫控制和业务交换功能。

1.3 通用分组无线业务子系统

通用分组无线业务子系统包括业务支持节点 (S G S N) 、网关支持节点 (G G S N) 、域名服务器 (DNS) 、远端拨入用户认证服务器 (RADIUS) 、GPRS归属服务器 (GROS) 、GPRS接口服务器 (GRIS) 。

(1) SGSN:主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等。

(2) GGSN:主要是GPRS业务网关作用, 完成会话管理、话单产生和输出等。

(3) DNS:主要完成4类域名解析, 包括用于存储APN对应GGSN的IP地址解析、机车号对应的IP地址解析、路由区更新时路由区与SGSN地址解析、其他设备域名解析。

(4) RADIUS:用于对GPRS用户进行鉴权, 对合法机车用户分配固定IP地址。

(5) GROS:通过分析GPRS终端上传的消息, 判断终端应归属哪个GRIS管理。

(6) GRIS:是GPRS网络与其他应用系统的接口。终端CIR与CTC的通信由GRIS转发。

1.4 无线子系统

无线子系统包括基站控制器 (BSC) 、码型转换和速率适配单元 (TRAU) 、基站 (BTS) 、直放站、分组控制单元 (PCU) 。

(1) BSC:是基站收发台和移动交换中心之间的连接点, 也为基站收发台 (BTS) 和移动交换中心 (MSC) 之间交换信息提供接口。负责业务信道交换、信令信息处理和BSS系统监控。

(2) TRAU:负责对话音进行编解码, 对数据进行速率适配。

(3) BTS:负责与MS之间无线信号的接收和发射、无线接口上信令的处理。

(4) 直放站:属于同频放大设备, 在无线通信传输过程中增强信号的无线电发射中转设备。

(5) PCU:提供与GPRS核心网的接口, 并完成数据传输业务。

1.5 操作维护子系统

操作维护子系统包括网管系统、监控系统、SIM卡管理系统。

(1) 网管系统:完成设备数据配置、性能管理、告警监控等。

(2) 监控系统:具有对设备、业务运用过程实时监测功能, 如对漏缆、接口监测等。

(3) SIM卡管理系统:主要完成SIM卡日常申请、激活、停用、补卡等业务管理。

2 GSM-R系统承载的铁路主要业务

GSM-R系统网络运营初期, 由于网络建设进度不一致, 导致系统业务存在跨局使用情况。在制定功能验证方案时, 不仅要考虑业务类型与设备, 还要考虑影响范围。例如呼和浩特铁路局GSM-R系统核心网尚未建成, 包西线的无线网一部分连接至北京核心网, 一部分连接至西安核心网。在北京、西安核心网施工时, 不能仅考虑本局业务, 还要顾及到呼和浩特铁路局的业务应用, 跨局业务影响需在实际应用中结合具体问题进行分析。

2.1 列控业务 (电路域CSD业务含locotrol)

列控业务涉及的网络设备包括HLR、MSC/STP、TRAU、BSC、BTS、RBC/AN (信号设备) , 其业务流程见图2。

2.2 语音联控业务 (电路域语音业务含组呼)

语音联控业务涉及的网络设备包括SCP、HLR、TMSC/MSC/STP、AC、TRAU、BSC、BTS、FAS (调度通信系统) , 其业务流程见图3。

2.3 调度命令、进路预告、无线车次号校核信息 (分组域业务)

调度命令、进路预告、无线车次号校核信息涉及的网络设备包括HLR、STP、DNS、RADIUS、GROS、GRIS、GGSN、SGSN、BSC、PCU、BTS。

3 功能验证的不同阶段

GSM-R系统功能验证涵盖范围较广, 在系统建设和维护不同时期, 其功能验证的侧重点也不相同, 大致分为3个阶段。

3.1 新 (版本、型号) 设备入网功能验证

GSM-R系统是基于公网GSM技术发展起来的, 随着公网技术的发展演变, 各种新版本、新型号的设备将投入现网中应用。设备厂家减少原设备的研发技术力量, 并受旧版本设备备板不足等影响, GSM-R系统设备升级换代不可避免。由于GSM-R系统要求的安全性远高于公网, 因此设备厂家推出的新版本、新型号设备必须通过功能验证后才准许入网。

新版本、新型号设备的功能验证先在实验室进行, 验证内容根据设备实际情况制定。例如BSC等设备软件版本升级主要验证其升级后对铁路各种基本业务的影响, 以及该版本增加的新特性或解决的问题。又如某公司推出全新的软交换设备, 应依据铁道部相关技术规范对其进行全面测试, 包括与其他厂家间的互联互通测试。实验室功能验证是设备投入现网使用前的必要环节, 可为下一阶段功能验证打下良好基础。

3.2 工程期间网络互联功能验证

在GSM-R系统工程建设阶段, 新建网络必须与既有网络完成互联后才能进行联调联试, 功能验证重点是新建网络与既有网络互通性的测试。新建核心网络节点互联完成后与各既有核心网络节点间的功能验证, 是确保该核心网正式投入运营后跨局套跑机车业务正常使用的前提。在铁路工程建设过程中, 无论静态测试还是动态测试都是针对本条线路进行, 不包括与既有核心网络节点间的测试。随着新建线路的开通, 运输部门对列车运行图的调整将使跨局套跑机车逐渐增多, 在GSM-R系统核心网节点互联工程阶段, 其与既有网络的功能验证尤为重要。

3.3 运营期间网络结构调整、设备升级等功能验证

GSM-R系统正式投入运营后, 涉及现网设备的施工必须在“天窗”时间内完成, 功能验证的特点是在尽量短的时间内得到准确的验证结果。施工“天窗”内的功能验证是判断施工是否达到要求的主要手段, 通过对业务的拨测快速直观反映GSM-R系统通信业务正常与否。

4 功能验证测试环境

4.1 硬件配置要求

(1) 核心网机房内设置独立BTS设备, 并单独组成基站环。

(2) 核心网或调度机房设置FAS实验台。

(3) 核心网机房设置CIR (车载台) 终端设备。 (4) 手持终端2台以上。

(5) SIM卡 (机房测试卡) 。SIM卡测试用户在HLR中的业务开通状态见表1, 机房测试用的SIM卡状态见表2。

(6) 仪器仪表。信令仪表 (应能解析MAP、CAP、ISUP、BSSAP、PRI等信令消息) 、2 M误码测试仪、IP数据抓包工具。

(7) QoS测试系统 (包含CSD、GRPS地面测试服务器) 。

4.2 数据制作要求

(1) MSC、BSC中试验基站应分配单独的位置区 (LAC) +小区ID (CI) , 位置区应避免与现网数据重复。

(2) 核心网机房实验基站制作独立的组呼区域 (SA) , 制作299、210等组呼数据, 调度用户指向FAS实验台。

(3) 智能网SCP中制作试验基站1200、1300短号码数据, 调度和值班员用户均指向FAS实验台, 1612短号码指向AC确认中心。

(4) GGSN中制作本局测试用APN:TEST.XX, 并申请制作APN下的PDP激活测试用户名。

(5) MSC制作QoS测试系统地面服务器 (CSD) 测试号码。

(6) 分配QoS测试系统地面服务器测试用IP地址。

(7) 机房测试卡在HLR中的接入点名称 (APN) 应设置为“*”, 即无论终端填写任何APN用户都能正常使用。

5 GSM-R系统功能验证项目

(1) 互联电路状态检查。验证内容:检查互联局向中继电路、信令链路状态。验证结果:全部电路与信令链路状态应为激活可用状态。

(2) 使用MSISDN拨测。验证内容:手持台或CIR使用MSISDN号码进行拨测试验。验证结果:呼叫正常接通, 有回铃声, 双方通话正常, 且被叫方可以正确显示来电方MSISDN号码。

(3) 使用功能号码拨测。验证内容:手持台或CIR使用功能号码进行拨测试验。验证结果:呼叫正常接通, 有回铃声, 双方通话正常, 且被叫方可以正确显示来电方MSISDN号码及注册的功能号码。

(4) 功能号码测试。验证内容:手持台功能号码 (含车次功能号和机车功能号) 注册、注销、查询、强制注销。验证结果:注册为提示功能号码注册成功, 并在手持终端屏幕上显示已注册的功能号码;注销为提示功能号码注销成功;查询为正确显示查询用户注册的功能号码和MSISDN号码;强制注销为提示强制注销成功, 向被注销用户提示注册的功能号码已被注销。

(5) 与FAS台使用MSISDN互拨。验证内容:手持台或CIR使用MSISDN号码呼叫FAS台, FAS使用MSISDN号码呼叫手持台或CIR。验证结果:呼叫正常接通, 有回铃声, 双方通话正常, 且被叫方可以正确显示来电方MSISDN号码。

(6) 与FAS台使用功能号码互拨。验证内容:FAS台使用功能号码 (车次功能号、机车功能号) 呼叫CIR或手持台, CIR或手持台使用FAS台91功能号码呼叫FAS。验证结果:呼叫正常接通, 有回铃声, 双方通话正常, 且被叫方可以正确显示来电方MSISDN号码及注册的功能号码。

(7) 与铁路PSTN进行拨测。验证内容:手持台与铁路专用PSTN用户进行互拨。验证结果:呼叫正常接通, 有回铃声, 双方通话正常, 且被叫方可以正确显示来电方电话号码。

(8) 短消息测试。验证内容:手持台间互发短消息测试。验证结果:手持台发送短消息成功, 且接收方能够成功接收短消息。

(9) 短号码 (1200、1300) 呼叫测试。验证内容:手持台或CIR使用1200、1300短号码呼叫调度或值班员。验证结果:呼叫正常接通, 有回铃声, 双方通话正常, 且被叫方可以正确显示来电方电话号码 (手持台或CIR已注册功能号码的, FAS应能正确显示功能号) 。

(10) 分组域业务测试。验证内容:CIR进行分组域并附带与PDP激活测试。验证结果:CIR能够正确获取IP地址。

(11) 调度命令发送测试。验证内容:调度台给已成功PDP激活的终端发送调度命令。验证结果:CIR可以正确接收调度命令, 且调度台可以接收到手动签收回执。

(12) GRIS与GGSN Gi口互通性测试。验证内容:在GRIS上利用ping命令测试至北京与武汉DNS、GROS和各局GGSN Gi口的互通性。验证结果:ping测试数据包正常返回, 且平均延时在0.5 s以内。

(13) GGSN Gi口互通性测试。验证内容:在GGSN Gi口上利用ping命令测试至北京与武汉RADIUS和各局GRIS的互通性。验证结果:ping测试数据包正常返回, 且平均延时在0.5 s以内。

(14) GGSN Gn口互通性测试。验证内容:在GGSN Gn口上利用ping命令测试至北京与武汉DNS和各局SGSN的互通性。验证结果:ping测试数据包正常返回, 且平均延时在0.5 s以内。

(15) SGSN与GGSN Gn口互通性测试。验证内容:在SGSN上利用ping命令测试至各局SGSN和GGSN Gn口的互通性。验证结果:ping测试数据包正常返回, 且平均延时在0.5 s以内。

(16) 组呼功能测试 (299、210) 。验证内容:使用机房测试卡或联调联试测试卡发起299、210组呼 (注:FAS用户不能发起299组呼, 但可以接收;210组呼成员中不含调度员;涉及跨局组呼需要协调相关铁路局配合) 。验证结果:组呼正常发起, FAS用户通话正常, 手持台按PTT键可以正常抢占上行无线信道并通话。

(17) 语音切换测试。验证内容:保持语音长呼不挂断, 观察跨BTS、BSC、MSC时切换情况 (注:同一BSC下BTS调整时, 只测试跨BTS切换;同一MSC下2个BSC间无线网络调整时, 同时测试跨BSC及跨BTS切换;跨MSC无线网络调整时, 以上三种情况都需测试;测试条件不具备时, 切换测试可结合施工结束后的添乘工作一起进行) 。验证结果:语音呼叫保持正常, 未出现掉话等异常现象。

(18) 分组域路由区更新测试。验证内容:结合添乘工作进行, 首趟轨检车在通过跨路由区位置时, 核心网机房在Gb/Gn口抓包观察路由区更新情况。验证结果:抓包结果可以看到正常路由区更新消息, 且更新应在跨边界后的1～2个小区内完成。

(19) 话务统计功能验证。验证内容:在网管服务器上观察设备的话务统计原始文件采集是否正常, 并能生成话务统计报表。验证结果:文件采集正常, 报表统计功能正常。

(20) 计费功能验证。验证内容:用户进行呼叫等操作时, 观察设备是否计费。验证结果:经计费软件处理后的话单结果正常。

(21) 网管功能验证。验证内容:观察网管维护界面是否有异常, 执行命令情况和告警信息采集情况。验证结果:操作命令执行正常, 告警信息可正常采集, 且有声光告警提示。

(22) 漫游用户业务测试。验证内容: (2) — (11) , 使用漫游用户SIM卡进行测试。

6 功能验证测试案例

6.1 成都核心网互联功能验证

(1) 成都核心网为新建网络, 为工程期间的网络互联功能验证阶段。电路域完成与北京和武汉STP、武汉和西安TMSC互联, 分组域完成与北京、武汉数据网互联。

(2) 功能验证的主要内容。一是验证成都核心节点与其他各核心节点间电路域和分组域的业务互通性;二是验证成都节点与济南节点的漫游用户情况;三是验证核心网迂回路由可用性;四是验证成都核心网本地各基本业务使用情况。

(3) 功能验证中发现的问题。在互联完成后的功能验证过程中, 成都与武汉间进行MSISDN拨测时, 可正常振铃并接通呼叫, 但双方听不到对方讲话。在MSC上查看双方电路占用情况, 发现呼叫接通后, 成都和武汉MSC所占用的CIC (电路标识码) 不一致, 导致信令接通后双方话路没有占用同一个时隙, 重新制作数据后业务正常。

6.2 石太客运专线基站组网调整功能验证

(1) 石太客运专线太原局管内2个基站由石家庄BSC割接至太原BSC1, 属运营网络的无线网组网调整施工。

(2) 功能验证主要内容。一是被割接基站下的基本业务功能测试;二是跨局语音切换测试;三是跨局组呼业务测试。

(3) 功能验证中发现的问题。基站割接完成后, 在跨局界位置北京至太原方向的跨MSC语音切换失败, 出现掉话。分析信令跟踪结果, 因太原MSC开启了收号延时功能, 北京MSC在发送切换号码后太原MSC等待收号延时5 s, 导致北京MSC未收到ACM消息, 计时器超时引起切换失败。太原关闭MSC收号延时功能后业务恢复正常。

7 结束语

随着GSM-R系统维护逐步深入, 仅限于拨测的功能验证远远不够。目前应利用信令仪表进行功能验证, 并对功能验证拨测过程进行信令监测, 可抓取各项业务拨测的信令流程, 通过与标准通信协议对比, 发现网络中存在的隐患, 进一步提高功能验证质量。

在日常网络优化工作中, 调整网络参数后, 仅根据拨测无法直观反映优化效果, 必须结合话务统计功能和网络性能统计指标判断本次优化效果, 不但要观察优化项目的指标是否改善, 还要注意其他指标是否在优化后下降。应尽量完善GSM-R系统网络设备的性能统计分析功能, 并根据业务实际应用情况进行修订性能统计指标, 逐步完善功能验证方法。

参考文献

[1]铁道部.GSM-R无线网络覆盖和服务质量 (QoS) 测试方法 (V1.0) [S], 2008

[2]铁道部.铁路GSM-R数字移动通信工程施工质量验收暂行标准[S], 2007

GSM系统篇5

随着通信技术的不断发展，中国移动和中国联通已经建成了比较完整的移动通信网络，但广大用户对通信的服务质量也提出了越来越高的要求。城区移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。这些建筑物规模大、质量好，对移动通信信号有很强的屏蔽作用。在大型建筑物的底层、地下商场、地下停车场等环境，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区；在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，手机通上网困难。由此可见，室内覆盖作为移动通信网络覆盖的一个薄弱环节，已成为急待解决的技术问题之一。移动通信室内覆盖问题从广义上讲，不仅仅是对室内信号盲区的改善，同时也包括对室内移动通信话音质量、网络质量、系统容量的改善。除了对诸如地下室，一、二层等屏蔽性地方信号的引入外，也包括对一些高层建筑物高层部分因多径效应导致信号衰落而容易掉话、断线、切换不成功等方面进行改善。对于高话务量的大型商场和商务中心，还应解决室内话务及拥塞问题。一方面，室内覆盖对于扩大覆盖区域，提高质量，提高接通率，减少弱信号断线，提高网络指标等有很大的帮助；另一方面，室内覆盖也作为一种扩容手段，在分担室外话务，增加网络容量，提高频率利用率等方面起着重要作用。同时，室内信号的改善，能为用户提供更好更完美的随时随地的通信服务，对提高公司形象，提高企业竞争力，增加市场占有率具有重要意义。目前解决室内覆盖最有效的方法就是建设室内分布系统，将基站信号通过有线方式直接引入到室内区域，再通过小型天线发送出去，从而达到消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内的移动通信用户提供稳定、可靠的通信环境，使用户在室内也能享受高质量的个人通信服务。本文从GSM网络的室内分布系统概述及产生背景，存在的问题和典型的解决方案入手，介绍了室内分布系统建设的必要性、系统的类型及特点；通过对微蜂窝和直放站两种覆盖方式的比较分析，结合贵阳市区室内覆盖的需求，设计了两套室内分布系统建设方案和传输方案；通过对室内分布系统实施环境的工程勘测，结合典型参数的工程测试以及室内分布系统设备的特点，同时介绍了相关工程实施、系统优化和综合性能测试。结果表明，本文设计和实施的两套室内分布系统能有效的改善无线信号的室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内移动通信用户提供稳定、可靠的通信环境。严格地讲，室内覆盖，尤其是无线方式的室内覆盖，是移动通信网络的主要组成部分。建设室内分布系统对于提高移动通信网络服务水平和质量，提高运营商的形象和增加话费收入具有重要意义。当然，由于室内分布系统建设环境的多样性和复杂性，寻求综合性能优，效果好、造价低的GSM网络室内分布系统，还需要在实践中不断地探索和总结。

GSM系统篇6

【关键词】G S M - R；干扰；形成；排除

【中图分类号】TN91【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0160-01

铁路移动通讯系统（GSM-R ，Global System of Mobile communication for Railways）是目前我国铁路运输系统所统一采用的通信网络载体，从根本上说，这种技术是全球移动通讯系统GSM在铁路运输系统中的应用。从技术本源的角度看GSM-R和GSM都采用了大致相同的工作机制，但其特殊的应用环境和需求又决定了GSM-R系统很多只属于其自身的特征。

一、GSM-R系统的工作环境以及其干扰特征

GSM-R系统所面临的工作环境特殊，相对于GSM系统的分片覆盖区域而言，GSM-R系统面临的是铁路工作系统中以铁轨作为轴心的带状覆盖区域，并且其横跨地域较大，这样的覆盖区域特征导致其与其他网络有着更多的相邻边界，更容易引发干扰现象。此外，GSM-R系统承载着铁路工作环境中的调度职能，负责着列车与调度中心的信息传输，因此直接影响到铁路系统的运行安全，因此GSM-R系统在安全性和可靠性方面都更为注重，相应对于干扰的形成和排除工作也比其他通信系统更为重视。

GSM-R系统的干扰来自于多个方面，就其干扰来源而言，可以大致分为系统内部和系统外部两个方面。前者通常由于铁路系统自身所面临的特殊地理和自然环境，导致在GSM-R系统内部形成覆盖区域的相互重叠不合理，或者通信覆盖强度与自然环境契合程度较弱从而造成多路径传输干扰。此类干扰可以通过对多发故障或干扰告警进行长期总结和数据分析，找出可能存在的潜伏问题，从系统优化的角度出发进行排除。而对于GSM-R系统而言，更为频繁出现的干扰源则来自系统外部，这一方面是由于横跨较大的地理范围，另一方面也是GSM-R系统技术中难以规避的弱点所在。

从技术角度看，GSM-R系统与GSM系统使用同一类技术核心，因此直接为二者之间的相互干扰埋下隐患；而CDMA虽然与GSM-R系统采用了不同的技术核心，但是其扩频技术会使得其传输的数据在传输过程中被扩展到一个更宽的频带中，而在信号接收端，CDMA系统支持在扩频过程中纳入到系统中的数据杂音过滤，但是GSM-R系统却不能支持数据过滤，因此CDMA也会为GSM-R系统带来不能忽视的干扰。从占用频带角度看，GSM- R通信系统在我国使用上行885～889MH z以及下行930～934MHz频段，而GSM系统在社会中采用的是上行890～915MHz，下行935-960MHz以及上行1710-1785MHz，下行1805-1880MHz两个频段，由此可见GSM-R系统的上行885～889MHz频段和GSM系统的上行890～915MHz频段，以及下行930～934MHz频段和GSM系统的下行935-960MHz频段之间紧邻，控制不足十分容易形成干扰。此外，我国CDMA系统使用上行825-840MHz，下行870-885MHz频段，与GSM-R系统频段同样紧邻，在扩频过滤的过程中也会以无序干扰的形式存在于GSM-R系统中，对其通信产生影响。

二、GSM-R系统中干扰的危害以及排除

干扰对于GSM-R系统的危害相对明确，但还是需要有针对性地做出深一步的理解。

在GSM-R系统中，光网络的传输质量可以信任，因此通信干扰出现在无线接入部分，可以具体分为上行干扰和下行干扰两个部分。其中上行干扰出现在移动台向基站传输数据的过程中，因此上行干扰会影响到基站的工作状态，进而对整个数据传输过程有所影响。较为严重的上行干扰会提高GSM基站接收机基底噪电平，从而产生通信背景噪音，导致误码率的提高，甚至相关设备灵敏度的下降，最终形成通信终端问题的发生。相应的，下行干扰发生在信号的下行段中，即发生在信号由基站向移动台传输的过程中，下行干扰通常不会产生很大范围的影响，只是对于干扰环境附近的移动台接收信号质量有所影响。对于GSM-R系统而言，下行干扰的表现主要集中在BCCH（广播控制信道，Broadcast Control Channel）以及TCH（业务信道，Traffic Channel）两个方面。在BCCH方面，会影响到接通率降低、切换失败机会增加等；而在TCH方面，干扰的状况会随着话务的增加呈现出正相关特征，主要表现为通信过程中噪声的增加，通信质量下降以及掉话率的提高。

针对于干扰对GSM-R系统所产生的恶劣影响，有必要进行深入分析，对干扰进行清查和排除，确保GSM-R系统工作正常。对于来源于GSM-R系统外部的干扰源查找，可以从如下几个方面进行处理。首先应当注重于共用频段的干扰排查。信产部有明文规定，在铁路线路上采用4.5m高测量天线，50%时间、幅度概率进行测量，同频干扰信号不应大于-105 dBm，在直辖市、省会城市和计划单列市的城区铁路轨道两侧各2km，其他地区两侧6km处采用1.5m天线，50%时间、幅度概率进行测量，双方系统的基站下行控制和业务信道的信号电平应低于-85dBm。具体操作的时候，应当以此规则作为基准，综合使用GPS等工具沿铁路线展开路测，重点掌握干扰信号的电平以及MNC、LAC以及BSIC等相关特征信息，确定干扰源基站位置，为进一步网间协调奠定基础。对于共用频段干扰的核查是排查干扰的重要工作组成，因此还应当注意其他细节问题，尤其是目前由于铁路交通逐步成熟发达，难以逐一进行实地排查，因此更多的时候采取在列车上实时路测。这种做法虽然相对便捷，并且在GPS等工具的支持下精准程度不断提升，但是仍然会出现对于干扰信号的丢失现象，因此对于列车速度因素必须考虑到排查工作中来。此外，无线环境测试一般在夜间铁路施工“天窗”点内进行，而夜间GSM以及CDMA系统的数据流都相对较小，如果单纯使用扫频仪测试在用公网TCH 对GSM-R干扰难以获取到良好效果，具体可以先进行C/.I等相关指标测试，进一步将电信运营SM卡加装在干扰分析测试装置上针对铁路沿线运营商主频点以及语音信道频点进行测试，实现对于干扰源的排查目的。

三、结论

对于GSM-R干扰源的排查，除了社会上存在的运营商干扰以外，其他非法干扰也必须加以重视，一旦发现干扰源，必须追查到底。对于需要多个单位进行协调的干扰问题，应当提前准备出预备方案，确保能够在双方进行接触的第一时间实现两侧网络的优化协调处理，而对于非法干扰，必须予以追查取缔，确保GSM-R系统的正常运行。

参考文献

[1] 华为技术有限公司.GSM无线网络规划与优化[M].第1版.北京：人民邮电出版社， 2004

GSM系统的干扰研究与仿真篇7

GSM(Global System for Mobile Communications,全球移动通信系统)是欧洲的第二代移动通信标准,也是我国现行的移动通信标准,在我国的用户过亿,应用十分广泛。近来不法分子利用GSM网络犯罪的案例呈上升趋势,典型案例之一是恐怖分子利用安装手机炸弹进行恐吓来达到目的,通过GSM网络进行引爆,危害极大。抑制这种犯罪的有效手段是采取有效的电子对抗措施对GSM系统进行干扰。因此对GSM系统最佳干扰效果的仿真研究具有重要的现实意义。

本文在对通信系统进行理论分析的基础之上,应用常用的通信仿真软件SystemView建立了GSM系统接收机干扰仿真模型,并对几种干扰技术进行了仿真,给出了仿真结果,进行了性能比较,最后得出了一种干扰效果较好的可用于实际工程的干扰方式。

1通信干扰简析

1.1 通信干扰分类

通信干扰可分为压制性干扰和欺骗式干扰。欺骗式干扰的目的是使敌方对通信接收机系统收到的信息做出错误的判断。通信对抗中使用不多,这里主要对通信对抗中常用的压制性干扰进行研究。

按干扰信号的频谱对压制性干扰进行分类,可分为:

(1) 瞄准式干扰

瞄准式干扰示意图如图1所示。

(2) 半瞄准式干扰

半瞄准式干扰与信号频谱示意图如图2所示。

(3) 阻塞式干扰

阻塞式干扰与信号频谱示意图如图3所示。

(4) 扫频式干扰

扫频式干扰指干扰发射机的载频在较宽的频段内按某种方式由低端到高端,或由高端到低端,连续变化所形成的干扰。按干扰信号的调制方法对压制性干扰进行分类,又可分为:纯载波干扰,射频噪声干扰,噪声调频干扰,噪声调幅干扰和组合干扰。

1.2 影响通信干扰效果主要因素

影响干扰效果的主要因素有:干扰发射机的功率及天线的增益、效率和方向性;干扰频率与目标频率的重合度;发射干扰信号的样式及参数;接收机的形式及技术性能;传播路径对电磁波的吸收与反射,以及其他因素。

一般来说,工程设计的通信干扰机只能对前三项因素进行影响。因此对通信系统的干扰在干扰发射功率相同的情况下,从干扰频率与目标频率的重合度来看,瞄准式干扰效果最佳,半瞄准式次之,扫频式干扰最差。

2GSM系统的干扰研究和仿真分析

GSM系统结构[1]如图4所示。它主要由移动台(MS)、基站子系统(BS)和网络交换子系统(NSS)三部分构成。

GSM系统的无线信道综合了FDMA和TDMA两种技术,并在此基础上融入了跳频技术。在频域上,GSM系统将工作频段划分为2段,分别用于承载上行和下行信道,两者是成对存在的,两者频率间隔对于GSM900是45 MHz,对于DCS180是90 MHz。上行或下行信道载频间隔均为200 kHz,系统的载频数对于GSM900为125对,对于DCS1800为375对。因此,无论是GSM900还是DCS1800,载频数都是较多的,如果对全部频点进行瞄准式干扰是比较困难的。事实上,如果只对传输基站和移动台之间各种控制信令的控制信道进行干扰,也能达到阻断通信的目的,文献[2,3]对此类干扰作了较详细的分析。对GSM系统的瞄准式干扰主要有同步信道干扰法和随机接入信道干扰法。但是采用同步信道干扰法时,在对各基站同步信道干扰的同时,还要间断侦察它们的同步信道是否改频,并及时对干扰机引导,需要较多的侦察设备,在侦察设备与干扰机的配合方面也存在一定技术难度。采用随机接入信道干扰法虽然所需干扰功率小,但需要对目标区内的各基站的RACH信道均进行连续干扰,对各基站的BCCH信道均持续侦察,这样就需要数量较多的侦察、干扰设备。

如果对GSM系统在全频段进行阻塞式干扰或扫频式干扰,干扰系统就不需要复杂的侦查设备。GSM跳频系统是瞬时窄带系统,载波频率是跳变的,具有抗单频及部分带宽干扰的能力,但其抗多频干扰及跟踪式干扰能力有限。另外,阻塞式干扰的频谱对准性比扫频式干扰要好。所以,下面主要从干扰信号的调制方法进行分类的阻塞式干扰进行研究和仿真分析。

2.1 GSM系统接收机仿真

在对GSM系统进行仿真前,有必要对GSM系统的工作原理进行充分的了解。这里引用了System View软件自带的GSM900系统接收机的仿真模型。该模型包括信号源、波形成型、调制器/发射器、信道模型、RF单元、第一媒介频率、第二媒介频率部分和调制解调器等部分。图5为此系统输入采样和输出采样的覆盖图。由此可见,经过了信道衰减后,接收机仍能准确地解调出微弱信号。也证明了仿真模型的正确性。

在评价通信系统性能时,通常采用比特误码率作为关键指标。按照文献[4]的方法, 在无线传输信道前建立一个自动计算信号每比特所携带能量Eb的嵌套系统。断开停止信号接收器的连接,运行系统,测得Eb=1.894×10-16 W/Hz,约为-37 dBm。测得GSM900系统接收机的比特误码率曲线如图4所示。从图中可以看到,随着噪声信号的减弱,系统误码率(BER)也随之减小。

2.2 干扰效果仿真方法

根据GSM系统接收机特点,构建GSM系统接收机干扰仿真模型如图7所示。衡量通信系统的性能指标是比特误码率(BER),本文用SystemView软件对BER进行仿真,混入接收机的噪声干扰在信道上用加法器来实现,干扰模型的噪声每循环一次降低一定的分贝数,再与已调信号相加。GSM接收单元对接收的附加有干扰噪声的信号经过射频放大、滤波、混频、解调等一系列处理后还原成数据信号,并与原始信号相比较,求出循环一次所得到的BER。这样不断循环运算,并在循环中通过改变噪声功率来改变信噪比,最后得到不同信噪比下的BER曲线。

GSM系统中已考虑加入信道模型中的信道衰减,故针对干扰机的作用距离也加入相应的干扰信号信道衰减,以模拟真实的干扰情况。干扰机发射干扰信号到达移动台的路径损耗,根据平坦空间路径损耗公式有:

$L_{p} = 40 \lg D - 20 \lg Η_{b} - 20 \lg Η_{m} (1)$

式中:Lp为平坦空间路径损耗(单位:dB);D为干扰距离,设为50 m;Hb为干扰机有效高度,取为2 m;Hm为所要干扰的移动台的有效高度,取为0.5 m。则:

$L_{p} = 40 \lg 50 - 20 \lg 2 - 20 \lg 0.5 = 67.96 d B$

路径损耗又有关系式:

$L_{p} = 10 \log \frac{Ρ_{0}}{Ρ_{1}}$

即:

$Ρ_{0} = Ρ_{1} \times 10^{0.1 \times L_{p}}$

式中:P0为发射信号功率;P1为移动台接收到的信号功率。在接收端,系统信号每比特所携带能量Eb=-37 dBm,初始时刻设信干比为0 dB,则发射的干扰信号计算约为31 dBm。

2.3 常用干扰样式分析与仿真

在通信干扰中,较为常用的干扰样式按干扰信号的调制方法分类有载波、射频噪声、噪声调频、噪声调幅等几种干扰信号以及组合干扰。以下分别对这几种信号干扰和扫频式干扰进行分析和仿真。仿真系统采样频率设置为4 096 MHz;采样点数为262 144;系统循环次数为8。

2.3.1 纯载波干扰

为产生一个特定的全频段阻塞式干扰信号,简单的方法是用一个调制信号对载波进行调频,并且希望得到的干扰频谱具有均匀分布的特性。正弦波、三角波等调频信号不具有均匀分布的特性。然而,锯齿波调频信号却具有这样的特性。锯齿波信号的数字表达式为:

$v_{s} (t) = A_{s} [t u (t) - \sum_{n = 1}^{\infty} u (t - n Τ_{s}) \cdot Τ_{s}]$

式中:As为锯齿波的斜率;u(t)为单位阶跃函数; Ts为锯齿波的周期。

锯齿波调频干扰信号的数字表达式:

$a_{s} (t) = A_{m} \cos (ω_{c} t + \int_{0}^{t} Κ_{f} v_{s} (t) d t + φ_{0})$

锯齿波信号的概率密度函数为:

$Ρ (v_{s}) = {\begin{cases} 1 / (A_{s} Τ_{s}), 0 \leq v_{s} \leq A_{s} Τ_{s} \\ 0, 其他 \end{cases}$

线性调频时,在调频指数mf≫1的条件下,已调制信号的功率谱密度与调制信号的概率密度之间存在线性关系[5]。由此可见,锯齿波调频干扰信号的功率谱是均匀的,其功率谱函数为:

$G_{s} (ω) = {\begin{cases} \frac{Ρ_{0}}{Κ_{f} A_{s} Τ_{s}}, ω_{c} \leq ω \leq ω_{c} + Κ_{f} A_{s} Τ_{s} \\ 0, 其他 \end{cases}$

带宽为B=KfAsTs,因此可调节锯齿波的周期、幅度或调节调频互导来满足对干扰信号带宽的要求。

锯齿波调频干扰下的误码率曲线如图8所示。

2.3.2 射频噪声干扰

射频噪声信号表达式为:

$s (t) = U_{n} (t) \cos [ω_{c} t + φ (t)]$

式中:包络函数Un(t)服从瑞利分布;相位函数φ(t)服从均匀分布,与Un(t)相互独立;载频ωc为常数,且远大于s(t)的谱宽。

射频噪声干扰的熵最大,遮盖性好,但其平均功率远低于峰值功率,同时微波器件产生的噪声功率电平为微瓦级太低,难以对其进行微波功率放大,所以难以得到大的干扰功率,不是主要的干扰形式。

在高斯噪声(1 Ω时功率谱密度为1.23×10-9 W/Hz)作用下测出干扰效果(误码率)如图9所示。此时SystemView系统全局变量设置为-5*c1+5。

2.3.3 噪声调频干扰

噪声调频信号的瞬时频率随调制噪声的幅度变化而变化。噪声调频干扰是目前应用最大的一种压制性干扰信号形式,具有宽的干扰带宽和较大的噪声功率,经适当处理,还可获得在干扰带宽范围内较均匀的功率谱,其瞬时频率为:

$ω = ω_{c} + Κ_{F Μ} f (t) (2)$

式中:调制噪声f(t)为零均值,方差为σ2n的广义平稳随机过程;ωc为载波信号的角频率;KFM为调频系数。

噪声调频信号表达式为:

$s (t) = A c o s (ω_{c} t + Κ_{F Μ} \int f (t) d t) (3)$

式中A为载波信号的幅度。

干扰频谱为:

$G_{c} (f) = \frac{A^{2}}{2} \frac{1}{\sqrt{2 π} Κ_{F Μ} σ_{n}} e^{- \frac{(f - f_{c})^{2}}{2 Κ_{F Μ}^{2} σ_{n}^{2}}} (4)$

上式求得噪声调频信号的总功率等于载波功率:

$Ρ = A^{2} / 2 (5)$

这也是噪声调频信号的有效干扰功率,它与调制信号的有效干扰功率无关。

噪声调频信号的干扰带宽为:

$B = 2 \sqrt{2 \ln 2} Κ_{F Μ} σ_{n} (6)$

设高斯噪声的参数设置不变,σ $_{n}^{2}$ =31 dBm=1.26 W,则设置FM频率调制仿真图符如下:

A=31 dBm≈1.587 V

$f_{c} = \frac{935 + 960}{2}$ =947.5 MHz

$\begin{array}{l} G = Κ_{F Μ} = \frac{B}{2 \sqrt{2 \ln 2} σ_{n}} = \frac{25 \times 10^{6}}{2 \sqrt{2 \ln 2} \sqrt{1.26}} \\ \approx 9.5 Μ Η z / V \end{array}$

运行仿真测出调频噪声干扰下的效果(误码率)如图10所示。此时SystemView系统全局变量设置为-10*cl+10。

2.3.4 噪声调幅干扰

噪声调幅信号表达式为:

$s (t) = [A + f (t)] \cos (ω_{c} t) (7)$

式中:调制噪声f(t)为零均值、方差为σ2n的广义平稳随机过程;ωc为载波信号的角频率;A为载波信号的幅度。

噪声调幅信号的功率为:

$Ρ = Ρ_{0} + Ρ_{s} = \frac{A^{2}}{2} [1 + (σ_{n} / A)^{2}] (8)$

式中:p0=A2/2为载波功率;Ps=σ2n/2为旁频功率,是调制噪声功率(σ2n)的50%。

起遮盖干扰作用的主要是旁频功率,但调制系数mAe=σn/A>1时会出现过调制。因此对调制噪声进行限幅,可选Ps=(0.25～0.5)P0。由于噪声调幅干扰的带宽较窄,为噪声谱宽度的2倍,因此只适合于窄带瞄准干扰。

在噪声调幅干扰作用下测出干扰效果(误码率)如图11所示。此时SystemView系统全局变量设置为-10*cl+10。

2.3.5 扫频式干扰

扫频干扰信号参数:Amp=1.587,Start Freq=936e6 Hz,Stop Freq=960e6 Hz,Period=12.5e-6 sec,这时干扰效果如图12所示。

由于GSM系统采用时分制,只有快速扫频才有一定干扰效果,而快速扫频会引起频谱特性变差,有效干扰功率降低。

2.3.6 组合干扰

为了得到最佳的干扰效果,可以把几种干扰进行组合。对于GSM系统,高斯白噪声加锯齿波调频干扰就是一个较好的干扰方式,其误码率曲线如图13所示。由图可见,此干扰在经过了50 dB的衰减后,GSM系统接收机的误码率还能达到10%左右,是一种较好的干扰。此外,这种干扰样式结构较简单,在工程实际中也易于实现。

3结论

从以上分析和仿真可得出:白噪声加锯齿波调频的组合干扰效果最好;电子对抗中常用的噪声调频干扰和干扰频谱具有均匀分布特性,锯齿波调频干扰也具有较好的干扰效果;扫频干扰和噪声调幅干扰也能产生一定干扰效果;相对来说射频噪声干扰的干扰效果最差。

本文在对通信系统干扰进行简单分析后,利用SystemView动态系统分析软件,仿真了几种常用的干扰样式对GSM系统的干扰效果,并对干扰效果进行了分析比较,得出了一种干扰效果较好的组合干扰方式,为实际工程应用和有效干扰的实施奠定了一定的基础。

摘要：GSM已成为世界上移动通信系统的主流体制,被许多国家和地区所采用。在对通信系统干扰进行简单分析后,建立了GSM的通信干扰仿真模型,并在此基础上应用System View动态系统分析软件,对几种常用干扰技术进行了仿真和分析,给出了仿真结果,最后得出了一种干扰效果较好的干扰方式,为有效实施信号干扰奠定了基础。

关键词：GSM,System View,通信干扰,误码率

参考文献

[1]RAPPAPORT T S.无线通信原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2000.

[2]王俊林,李东生,王勇.全球移动通信系统干扰方法分析[J].电子对抗技术,2003,18(3):42-44.

[3]齐亚平.全球移动通信系统的特点及干扰方法[J].电子对抗,2001(5):23-26.

[4]Elanix Corporation.Application note AN107C:using Sys-tem View by Elanix to generate bit error rate(BER)curves[EB/OL].[2004-05-06].http://www.morpheustechnolo-gy.com/eXe_Projects/SystemVue_models/Application_Notes/an107c.pdf.

[5]邱杰,张英波.调频干扰仿真数学模型研究[J].舰船电子对抗,2001,34(4):5-7.

[6]李东生,雍爱霞,左洪浩.SystemView系统设计及仿真入门与应用[M].北京:电子工业出版社,2002.

[7]郝威,杨露菁.跳频技术的发展及其干扰对策[J].舰船电子对抗,2004,27(4):7-12.

[8]朱春华,胡江汇.基于SystemView的GSM系统电路设计[J].现代电子技术,2011,34(5):75-77.

基于GSM的远程控制系统篇8

随着现代科技的发展,信息技术越来越广泛应用,远程无线控制将成为今后发展趋势,不仅将被广泛应用于输电线路,高压设备,飞机控制等领域,而且还将渗透到家用电器等日常生活中[1,2]。传统有线控制由于距离限制,不易及时操作,大大降低了效率,消耗了人力物力。本文以GSM(Global System of Mobile communication)全球移动网络作为信息传输平台,以单片机89S52芯片作为微处理器,设计了一个可实现短消息远程控制家电及其他电器设备的系统。

1 系统硬件设计

本系统设计的总的方案如图1,由GSM模块TC35、单片机89S52、时钟DS1320,测温元件DS18B20,继电器控制电路及其外围电路构成。可实现以下三个功能:

(1)控制电器设备的开/关动作。只要用户端对系统的继电器发指定的短信口令,单片机89S52就会准确判断由GSM模块传来信号,对其要求控制继电器发出命令,继电器就会动作,从而控制电器设备开关,并向用户端发回成功开启的短信。

(2)系统可以实时对周围环境温度实行监测,当系统检测到温度超过设定值后,就会向远方已设定用户端的手机发警报短信,系统自身也会亮警报灯并发出警报声音,提醒所在地人员注意。当发出警报后,系统还会自动关掉其控制的电器设备电源。

(3)系统上设有LCD显示屏,系统能显示时间,时间的年月日、时分秒、星期都可以显示,并能调节。还设有温度显示,显示实时温度。另外,系统还可以显示TC35注册是否成功,发来短信口令要控制哪一个电器设备,其次,还可以显示有火险的信息。

1.1 单片机89S52

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,带有8K系统内可编程Flash存储器。Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适用于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

1.2 GSM模块TC35

GSM网络经过移动通信部门的多年建设,覆盖范围已相当大,已成为成熟、稳定、可靠的通信网络,这使得LED信息显示屏系统采用GSM网络来进行数据传输成为可能。常用的GSM模块有TC35、TC35I、MC35、MC35I。本系统采用TC35系列模块,此模块是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块,可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务SMS(Short Message Service)和传真。模块有AT命令集接口,支持文本和PDU(Protocol Data Unit)模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。通过独特的40引脚的ZIF(Zero Insertion Force)连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线[3,4]。

TC35外围电路主要由电源电路、IGT(Ignition)启动电路、数据通信电路、和SIM卡电路组成[5]。其中IGT信号对于TC35控制是非常重要,只有正确的IGT信号才可以使TC35正常运行。系统加电后,为使TC35进入工作状态,必须给IGT(15脚)加一个延时大于100ms的低脉冲,电平下降持续时间不可超过1ms。驱动IGT时,TC35供电电压不能低于3.3V,否则TC35不能激活。另外对于SIM卡电路,基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口,该接口连接到主接口(ZIF连接器)。TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚,所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡,该引脚置为高电平,系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚,所以在设计电路时将引脚CCIN与CCVCC相连。

1.3 数字温度传感器DS18B20

DSl8B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数,因为每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号,因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上,这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件,DSl8B20的测量范围从-55到+125,增量值为0.5,可在1s(典型值)内把温度变换成数字,每一个DSl8B20包括一个唯一的64位长的序号,该序号值存放在DSl8B20内部的ROM(只读存贮器)中。

1.4 时钟芯片DS1302

D51302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302在任何数据传送时必须先初始化,把RST脚置为高电平,然后把8位地址和命令字装入移位寄存器,数据在SCLK的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期,开始8位指定40个寄存器中哪个将被访问到。在开始8个时钟周期,把命令字节装入移位寄存器之后,另外的时钟周期在读操作时输出数据,在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8,在多字节方式下为8加字节数,最大可达248字节数。

2 系统软件设计

2.1 主程序设计

本系统上电以后完成了对AT89S52和TC35的初始化工作以及循环等待短消息的到来,一旦确认短消息的到来,AT89S52主控单元将调用各个子函数对短消息的内容进行一系列的转化处理,然后在LCD显示屏上显示。主程序的流程图如图2所示。

2.2 SMS的发送与接收

单片机89S52一直循环查询是否有新短信来,如果一旦查询到有“SM”就表示有新的短信到来,这时判断是否有新短信来到的标志位会置‘1’。标志位置‘1’后,单片机就会发送AT指令“AT+CMGR=1”读取短信的内容,然后把短信的代码存放到固定的数组当中。当接收完短信的代码后,单片机再发送AT指令“AT+CMGD=1”到TC35删除短信,这时标志位会置‘0’,然后又继续检测是否有新的短信。

2.3 TC35的AT指令

TC35模块通过AT命令与AT89S52通信。任何一个TC35首次使用时,必须要测试其工作是否正常,由于其自带RS232接口,所以我们要用PC机的串口调试软件调试。设置波特率为19.2KBps,这是TC35的默认波特率,首次连机也可从2.4K~57.6KBps不断测试,直到TC35应答。GSM移动电话有三种接口协议控

制SMS功能,分别为Block Mode(阻塞模式)、Text Mode(ASCII模式)、PDU Mode(二进制模式)。PDU模式是以16进制编码传输消息块的接口协议,在此模式中,短消息(包括短消息的头部分)都是经过16进制编码的,只有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F这些字符是允许的。短消息的Unicode是一种统一字符编码标准,采用双字节对字符进行编码,汉字的十六进制PDU编码直接采用汉字的Unicode编码,由于汉字的编码是十六位的,当中英文出现在同一短消息的时候,中文每个汉字是十六位的,但是字母和数字是八位的编码,这时统一采用十六位编码,也就是在八位的ASCII码前面补0。61H是“a”的ASCII码,补齐+六位后的Unicode编码为0061H。

2.4 部分程序代码

3 系统测试与数据分析

3.1 实时时间和温度的测试

系统运行后,首先检测TC35是否已连上网络,显示注册成功。后显示时间和温度。显示测试结果,时间调试结果,温度测试结果如表1,表2,表3:

单位:℃

经过测试,系统正常运行。

3.2 发送短信控制继电器的测试

TC35正确装入SIM卡,设置卡的号码为13799XXXXXX。系统设置的用户端短信口令是:发“一”,灯1亮,用户端收到“成功开启”;发“二”,灯2亮,用户端收到“成功开启”;发“三”,灯3亮,用户端收到“成功开启”;发“四”,全灭,用户端收到“成功关闭”。系统上电后,就可以运行。测试结果如表4:

经过测试,系统运行结果均符合要求。

3.3 火灾报警的测试

为了证明本系统可以远距离火灾报警,用户终端设置卡的号码为13799XXXXXX,接收系统发出的短信,短信内容为“火险警报”。系统设置当温度≥40℃报警,此时报警灯亮,蜂鸣器工作,LCD显示内容“火险”。测试结果如表5:

经过测试,系统功能能成功实现。

4 结束语

本系统采用基于GSM网络SMS数据业务的单片机系统作为无线远程控制解决方案具有很强的现实意义。目前,GSM网络使用非常广泛,基本上覆盖了所有有人居住的地区。本系统采用的SMS数据业务,使用简单,费用很少。所以整个系统具有独立、可移动、基本不受地域限制、维护方便、投资和运营费用少等优点。同时,系统提高了控制效率,减少了管理人员的劳动强度,方便了人们的生产生活,从而产生良好的经济和社会效益。

摘要：介绍了以GSM移动网络作为信息传输平台,设计了一个可实现短消息远距离控制家电及其他电器设备的系统。短消息遵循GSM的标准AT指令集,同时采用了支持中文的PDU编码方式。可以显示时间、温度,并能实时监控温度和火灾报警,以及由GSM的TC35模块构成的远程模拟控制。克服了距离的限制,因此具有很好的实用价值和广阔的应用前景。

关键词：GSM,短消息,远程控制,火灾报警,实时监控温度

参考文献

[1]孙增雷,黄俊年,孙敏,等.基于GSM的远程报警系统的研制[J].武汉理工大学学报,2008,30(6):122-125.

[2]陈文明,陈新华.基于GPRS的信息家电远程控制系统的设计与实现[J].青岛大学学报,2008,21(2):66-69.

[3]韩斌杰等.GSM原理及其网络优化第2版[M].北京:机械工业出版社,2009.

[4]吴玉田,王瑞光,郑喜凤,肖传武.GSM模块TC35及其应用[J].计算机测量与控制,2002:557-560.

GSM系统篇9

随着社会经济的发展和生活水平的提高,人们的消费观念不再局限于传统的零售业,移动支付作为一种新的移动互联网应用正在兴起,具有方便、快捷、安全等优点,逐渐被人们所接受。移动支付在欧洲、美洲一些国家,日本、韩国、新加坡和中国香港等地都有较为成功的应用;在国内,中国联通和中国移动分别于2002年下半年在广东启动了移动支付业务[1],虽然起步较晚,但其广泛的用户基础和广阔的市场前景为其奠定了发展基础,成长空间很大。

无线通信技术的成熟,使得移动购物系统的实现具有可行性,其不仅能给广大消费者带来方便,也为商家扩增了商品的销售通路。

1 我国移动支付业务现状

所谓移动支付,是指借助手机、掌上电脑、笔记本电脑等移动通信终端和设备,通过手机短信、IVR、WAP等多种方式进行的银行转账、缴费和购物等商业交易活动。目前移动运营商可以提供以下三种形式的移动支付服务:移动运营商的代收费业务、移动运营商的小额支付业务、移动信用平台。与现金支付、银行划账、信用卡支付等传统支付方式相比,移动支付最主要的特点是支付灵活便捷、交易时间短,可以减少往返银行的交通时间和支付处理时间。移动支付不仅可以为移动运营商带来增值收益,也可以为银行和金融系统带来中间业务收入。随着手机在一些商店和零售柜机的支付环节中开始取代现金和信用卡,移动支付应用的产业化也初露端倪。对于移动支付业务而言,其产业链由设备制造商、银行、信用卡组织、移动运营商、移动支付服务提供商或移动支付平台运营商、商业机构、卡供应商、手机供应商、用户等多个环节组成[2]。

2 通信技术概述

2.1 GSM

GSM(Global System for Mobile Communications,全球移动通讯系统)是一种起源于欧洲的移动通信技术标准。作为第二代移动通信技术,其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准,让用户使用一部手机就能行遍全球。GSM具有频谱效率高、防盗能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、安全性高、通话死角少等特点。目前,全球GSM网手机用户已超过30亿[3],GSM通信系统已成为使用最广泛的数字无线通信系统,提供了语音、短消息以及数据等多种业务。

2.2 SMS

GSM网的短消息业务(Short Messaging Service,SMS)是最早的短消息业务,也是现在普及率最高的一种短消息业务。SMS是一种存储和转发服务,按消息量收费,消息的发送和接收可以和GSM语音同步进行,具有随时在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点,可以广泛应用于监控定位、远程维护、移动电子商务等领域。

3 系统基本构架

以GSM网络作为远程信号的传输平台,短信息作为传输数据的载体,构建了基于GSM模块的移动购物系统,包括硬件平台和软件平台。

3.1 硬件平台

硬件由系统运行平台(计算机)、短信息接收/发送设备(短信猫)、移动通信终端(手机)三部分组成。计算机通过RS 232串口线与短信猫(GSM Modem)相连以控制其数据收发,实现交易监控。硬件平台构架图如图1所示。

短信猫是一种通过RS 232串口线与计算机连接,内嵌工业级通信模块的双频调制解调器,采用宽电压供电,抗干扰能力好,电磁辐射低,性能稳定可靠,简化了通信接口,支持向移动、联通以及小灵通用户收发短信。其专门针对短信应用设计,支持AT指令控制短信收发,符合各种商业的短信应用要求,适用于各个领域无线数据通信,短信息通告,远程监控等应用。

3.2 软件平台

一般基于短信猫开发短信应用,开发商可以采取以下三种方式:

直接使用AT指令通过串口用AT指令驱动短信猫收发短信,这是最底层的开发模式,需要对短信模块的AT指令相当熟悉;

短信猫开发包短信猫厂商基于串口AT指令集成的应用开发包,开发商只需直接调用短信收发API即可;

短信猫通信中间件短信猫厂商提供的基于数据库接口的短信收发后台服务软件。

基于开发周期及成本的考虑,本系统采用开发包形式。短信猫开发包是针对目前常用短信模块开发的短信应用API集合,具有成熟稳定、支持多种语言、高可靠性等特点特点。系统开发结构图如图2所示。

(1) 移动购物系统需要发送短信时,需要将短信接收者与内容提交到短信发送队列,同时需要接收短信时从短信接收队列中读取收到的短信;

(2) 需要开发独立的短信后台服务,从短信发送队列中读取短信,调用短信猫开发包发送短信;同时通过调用短信猫开发包读取设备已收到的短信,放入短信接收队列;

(3) 短信猫开发包内部实际上是通过串口与短信猫连接,以AT指令驱动短信猫收发短信。

AT 即Attention,AT指令集是从终端设备(Terminal Equipment,TE)或数据终端设备(Data Terminal Equipment,DTE)向终端适配器(Terminal Adapter,TA)或数据电路终端设备(Data Circuit Terminal Equipment,DCE)发送的。通过TA,TE发送AT指令来控制移动台(Mobile Station,MS)的功能,与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。主要AT指令如表1所示。

4 系统实现过程

4.1 系统功能描述

系统首次运行,将进行初始化,包括管理员设置和商品初始设置。管理员设置包括管理员手机号码和密码设置项,商品初始设置包括商品编号、名称和数量设置项。初始化完成后系统自动生成管理员文件和商品文件,并将所设置的信息保存到文件中,然后进入主菜单界面(若系统已进行过初始化操作,则直接进入主菜单界面)。主菜单界面包括商品交易、发送短信、交易记录查看、商品设置、管理员设置和断开连接选项。

4.1.1 商品交易

此时系统处于接收购物短信状态。当系统接收到购物短信,系统就会自动读取短信,并判断其内容是否符合约定的购物格式。若符合购物格式且商品数量充足,则交易成功,并向顾客回复订单信息;若符合购物格式但商品剩余数量不足,则回复该商品所剩余的数量;否则回复所约定的购物格式。同时系统显示交易信息,更新商品数量,生成交易记录文件,将所有交易信息保存于文件中,并检测商品剩余量,小于一定量则给管理员报告商品信息。若接收的短信是由管理员发送且内容为管理员密码时,则系统返回到主菜单界面。

4.1.2 发送短信

利用短信猫发送短信息,系统将所输入的接收方手机号码和内容放入短信发送队列,通过GSMModemSMSsend API把短信递交给短信猫,发送短信。

4.1.3 交易记录查看

系统导入交易记录文件,显示所有交易信息,包括顾客的手机号码、交易时间、短信内容及交易状态。

4.1.4 商品设置

商品设置包括查看商品、修改商品、添加商品和删除商品选项。

查看商品系统导入商品文件,分行显示当前已设置的所有商品信息,包括商品的编号、名称和数量。

修改商品修改商品编号、名称和数量,修改完成后更新商品文件。

添加商品根据商品编号、名称和数量添加一种新的商品,添加完成后更新商品文件。

删除商品删除所选中商品的信息,删除完成后更新商品文件。

4.1.5 管理员设置

管理设置包括查看设置和修改设置选项。

查看设置系统导入管理员文件,显示管理员手机号码。

修改设置判断输入的管理员密码,若正确则保存新的手机号码和密码,并更新管理员文件;若密码输入连续错误三次则返回主菜单界面。

4.1.6 断开连接

通过GSMModemRelease API释放资源,关闭系统。

4.2 短信猫接口函数

短信猫通过RS 232串口与计算机连接,系统需通过接口驱动短信猫发送或读取短信,各接口函数说明见表2。

4.3 短信分解算法

短信猫一次读取将取得接收队列里的所有短信息,格式为:短信类型|存储位置|发送时间|接收号码|短信编码|短信长度|短信内容||短信类型|存储位置|发送时间|接收号码|短信编码|短信长度|短信内容||。多条短信以“||”进行分隔,每条短信中各项以“|”进行分隔,各内容描述见表3。本系统中约定购买短信格式为“0商品编号0购买数量0 如(01020) 一次最大购买量为9件”,短信分解算法如图3所示。

5 结语

在借鉴其他基于GSM的短信应用的基础上,设计了基于GSM的移动购物系统,对其构架、功能、接口和短信分解算法做了阐述和分析,通过测试得到了比较理想的结果。在后续的系统优化过程中,可以用Delphi/Visual C++编写系统界面,使其更美观,更人性化,更具交互性。其极大地方便了消费者,亦给商家带来了无限商机,在移动小额交易领域有广阔的应用空间。

参考文献

[1]王晓娥.移动支付存在的主要问题及市场切入点分析[J].宁夏工程技术,2004,3(2):150-153.

[2]马涛.我国移动支付业务发展分析[J].华南金融电脑,2005,13(3):9-10.

[3]http://news.ccw.com.cn/soft/ht m2008/200 80410404805.sht ml[EB/OL].2008.

[4]孙萧寒,姜建国.利用简化的SET协议实现手机支付的设计[J].现代电子技术,2008,31(2):116-118,122.

[5]詹昌平,金瓯.基于移动支付的自动售货机[J].现代电子技术,2004,27(17):38-40.

基于GSM网络智能家居系统设计篇10

一、智能家居系统的工作原理及主要功能

1. 系统的工作原理

系统在日常进行工作时处于低功耗的实时监控状态, 一旦系统通过传染器检测到异常的信号, 就会发出警报, 例如发生火情、煤气泄漏、入室盗窃等情况, 单片机会通过接受到的信号再与预先储存在ROM中的警示信息进行相关对比, 来判断是否是异常情况及异常情况的类型, 然后判断得出结果后将报警信号由串口传送到GSM网络模块, 以报警短信的方式提醒客户, 在几秒后客户会通过手机接收到由系统发来的短信, 然后可以采取相应措施。与此同时, 用户还可以通过发送短信和GSM系统模块, 通过系统的单片机进行短信解码再驱动相应的电器通过电路控制来进行家电控制, 从而实现用户的远程操控家电的工作。

2. 系统的主要功能

系统主要包括两大功能:家电控制功能和自动报警功能。家电控制功能主要是接受用户发送的短信控制命令, 通过对短信内容的编码破译再由单片机来实现相应的对家电工作或停止的命令功能。自动报警功能是系统在日常运行过程中发现有异常情况, 就会将异常情况发送到系统进行对比分析, 然后发送报警短信给用户, 直到用户进行短信的确认回复。

二、智能家居系统的主要功能模块

1. 单片机控制模块

本系统主要选用8位STC89C52RD+单片机, 这是一款价格便宜且性能稳定的51单片机, 支持40MHz的最高时钟, 内部包括256B的数据存储器RAM、8KBd Flash程序存储器ROM, 并且通过IPS在线编程的功能可以减少开发的复杂程度, 也可以不必额外购买编程器。单片机的主要作用是实现对信息的破译工作, 一方面它可以从传感器接收到的一系列变化来分析对比异常信息, 然后传送给GSM以通知用户, 另一方面, 它还可以从GSM接收到用户的控制信息来进行破译传送到各控制电路中, 进行相应的家电的控制。

2. GSM控制模块

本系统所采用的GSM控制模块主要是TC35I, 这是一款新型无线通讯模块, 可以通过网络形式来安全快速的进行语音、数据的传送、传真以及短信息服务 (SMS) 。它的工作频段主要是GSM900kHz和1800kHz。它有自身独特的ZIF连接器来进行指令、数据、控制信号和语音信号的双向传输并实现电源的连接, 40引脚的ZIF连接器和50欧姆的天然连接器还可以分别链接SIM卡支架和天线, 从而实现将标准的AT命令接口提供给客户, 并能够安全、可靠、快速的传输语音、数据、传真和短消息, 从而方便用户根据自身条件和特点进行的个人设计和应用开发。基于智能家居系统的GSM主要由供电模块 (ASIC) 、基带处理器、闪存、GSM射频模块、ZIF连接器、天线接口这六大部分组成。

3. 传感器模块

由于是根据家居环境所设计的系统, 因此要根据不同功能模块设计出不同的传感器, 以此来用于各类异常情况的监测。本系统主要针对防盗窃、防火以及防止燃气泄漏来进行传感器模块的介绍。

防盗窃传感器主要采用红外线反射型传感器, 将传感器安装在进入房间的通道位置两侧, 当开启后有人进入时则会通过红外线反射型传感器检测出, 并发送相应的检测信号通过电路传送给单片机进行信号分析, 进而启动防盗报警装置。

防火传感器主要采用离子式烟雾传感, 这事一款工作稳定可靠的传感器, 通过安装在指定位置 (如天花板) 的传感器检测室内烟雾的浓度来防范火灾。

燃气传感器主要是利用相关化学变化采用金属氧化物半导体传感器, 简称MOS。它还是一款可以检测毒性水平的传感器, 它由一个例如SnO2的金属氧化物半导体传感器件所构成, 通过空气中的物质与金属氧化物产生的反应来实现传感作用。

4. 操控显示模块

对于当前系统的工作状态, 我们主要通过1602液晶显示模块来实现相关的结果显示, 使用户更直观的对系统状态一目了然。其显示模块电路图如图1所示。

三、电器控制电路的设计

系统的电器控制电路主要是通过单片机的弱点控制继电器的开关, 从而实现对强电开关的控制。控制系统可以根据GSM模块收到的不同信息控制命令来进行不同的调节, 主要是先由单片机做出相应信息的译码工作, 然后将破译后的代码传送到各个家电中, 控制其进行工作或停止工作。

四、结语

本系统基于GSM网络, 对家居系统进行智能化的设计, 并提出了相关论证方案, 通过借助GSM平台实现用户的远程操作功能, 并且本系统具有成本低、效率高、安全可靠性强的特点, 在未来智能家电化发展的道路上一定具有更好的可扩展性和实用价值应用前景。

参考文献

[1]杨丽平.基于网络技术的远程智能家居系统[J].仪器仪表学报, 2009, 2 (54)

[2]刘松, 赵忠, 孙雪磊.基于GSM的远程家庭智能监控系统设计[J].电子测量技术, 2009, 3 (201)

GSM系统篇11

关键词：漏缆监测系统；漏缆监测单元；GSM-R

中图分类号： F530.33 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）19-154-2

0 引言

为保证铁路的行车安全，铁路要求全线无线信号无缝覆盖。我国铁路多分布在山区、丘陵地带，无线通信信号弱场覆盖多采用泄漏同轴电缆（简称漏缆）方式，漏缆线路的安全及电气性能的稳定，对无线通信系统的可靠覆盖起到至关重要的作用。因漏缆线路故障导致的无线通信信号质量下降及中断的事件屡有发生，严重影响铁路列车的运行安全。为解决漏缆线路异常引起的无线通信信号异常，本文设计的漏缆监测系统，具有漏缆线路实时监测、故障信息主动上报等功能，为通信线路维护单位及时修复漏缆故障保证无线通信系统的可靠运行提供了有利保障。

1 漏缆监测系统组成与工作原理

漏缆监测系统由网管中心、通信网络、漏缆监测单元及漏缆组成。网管中心轮询漏缆监测单元的采样数据、接收漏缆监测单元的报警信息，判断漏缆的工作状态；通信网络负责传输网管中心与漏缆监测单元之间的通信数据；漏缆监测单元具有自检测、发射信号检测和接收信号检测功能，2台漏缆监测单元可以检测一段漏缆的工作状态，系统框图如图1所示。

漏缆监测单元主要由发射模块和接收模块组成，发射模块是信号发生器，用来发射一定频率的射频信号，接收模块是信号接收器，用来检测接收到的射频信号。被检测的漏缆两端分别连接2台漏缆监测单元的发射模块和接收模块，信号在漏缆传输中存在一定的传输损耗。网管中心通过轮询方式获取2台漏缆监测单元的发射信号和接收信号，计算漏缆的实际传输损耗。同时，网管中心根据维护人员配置的漏缆特性参数计算漏缆的理论传输损耗。通过实际传输损耗和理论传输损耗的差值判断漏缆是处于正常状态、破损状态还是严重破损状态。

2 漏缆监测单元的设计

2.1 漏缆监测单元组成

漏缆监测单元由电源模块、射频模块、MCU、GPRS模块及耦合器等组成。为保证漏缆监测单元可以正常检测漏缆工作状态，漏监测单元具有自检测功能，可以检测电源掉电、电源故障、发射模块故障和接收模块故障，并主动上报漏缆监测中心。

电源采用具有掉电检测和故障检测功能的电源模块，通过电源检测管脚输出电平高低反映电源的工作状态；射频模块包括发射模块和接收模块，发射模块由一个信号发生电路组成，接收模块由一个信号检测电路组成；MCU通过RS-485与射频模块通信，获取发射功率电平和接收功率电平，通过RS-232与GPRS模块通信，GPRS模块通过短信方式与网管中心进行数据通信，各部分连接示意图如图2所示。

2.2 检测频率选择及软件实现

漏缆监测单元的频率选择基于两点考虑，首先，为实现多段检测，同一漏缆监测单元的收发模块采用不同的频率，两台漏缆监测单元的收发模块采用相同的工作频率；其次，为避免射频信号的干扰影响C网、G网设备的正常工作，同时体现GSM-R频段的特性，需要漏缆监测单元的检测频率靠近GSM-R频段；根据对漏缆的实际测试，800MHz左右的特性与GSM-R频率的特性基本一致，700MHz以下的特性与GSM-R频段特性对于故障的表现出现不一致，频率相差越大，特性相差越大。805-885MHz和935-960MHz之间的频率被C网和G网所占用，故本文设计的漏缆监测单元选用了748MHz和763MHz作为发射模块和接收模块的工作频率。

漏缆报警门限的选取需要充分考虑各类线缆材质的正常损耗，在漏缆出现异常时及时告警，同时不会因为门限设置过低而产生误告警，本文的漏缆监测系统报警的下门限为6dB，上门限为12dB。

网管中心采用网络拓扑图的方式，在配置界面中，可以配置漏缆的传输损耗（单位：dB/100m）、漏缆长度（单位：m）、漏缆的附加损耗（即接头、天馈线损耗等），通过轮询漏缆监测单元获取连接漏缆的两台漏缆监测单元的发射功能电平和接收功率电平，使用以下公式计算漏缆的理论损耗和实际损耗，进行漏缆报警判断。

理论损耗=传输损耗*电缆长度/100+附加损耗

实际损耗=发射功率电平-接收功率电平

在漏缆检测单元没有产生电源报警、发射模块故障报警和接收模块故障报警的前提下，当实际损耗-理论损耗<=下门限时，判断为漏缆工作状态正常；当下门限<实际损耗-理论损耗<=上门限时，判断为漏缆发生了一般故障；当实际损耗-理论损耗>=上门限时，漏缆发生了严重故障。

2.3 主要技术指标

检测灵敏度：≤-85dBm；

检测信号发射功率：-30dBm2dB；

漏缆最小监测长度：≤200m；

漏缆最大监测长度：≥2000m；

测量误差：≤1dB；

对GSM-R信号插入损耗：≤0.5dB；

特性阻抗：50Ω；

监测方式：GSM-R短信或RS-232；

监测协议：《GSM-R数字移动通信网设备技术规范第六部分：中继传输设备统一监控管理系统》；

电源：AC220V30%；功耗：≤20W；

工作温度：-40℃～+55℃；

相对湿度：95%（30℃）；

振动：10Hz～30Hz，0.75mm；30Hz～55Hz，0.25mm；

振动方向：正常工作方向；

外形结构：一体化铝压铸机壳，满足IP65防护等级。

3 漏缆监测单元在GSM-R中的应用

GSM-R系统中的无线信号覆盖主要使用GSM-R直放站和漏泄同轴电缆，传统的GSM-R直放站只能监控设备本身的工作状态，无法检测漏缆的工作状态，通过在GSM-R直放站中内嵌漏缆检测模块实现无线信号覆盖和漏缆检测功能。在隧道两端的漏缆，使用内嵌漏缆检测模块的直放站不经济，使用上述的漏缆监测单元。

GSM-R网络日常运营维护中，漏缆、天馈线等无源部件的故障占整个基站子系统故障的50%以上，漏缆监测系统能及时发现漏缆故障并上报监控中心，为铁路无线通信系统可靠运行及高铁行车安全提供了可靠保障，从技术手段上实现了漏缆工作状态的检测，为铁路信号系统的维护提供便利。

4 不足方面的分析

本文设计的漏缆监测系统虽然可以有效检测漏缆的工作状态，但也存在一定的不足：

①很难检测到短隧道的漏缆，因短隧道大多只有一个电源配电间（或设备间），很难解决此类漏缆监控单元的供电问题。

②不能进行故障定位。

对于供电问题，目前仍未有好的解决办法；针对故障定位问题，可以通过检测发射和接收信号，计算漏缆的回波损耗值，精确定位漏缆的故障点。

5 结束语

漏缆监测系统将线路巡检人员从繁重的巡检工作解放出来。本文设计的漏缆监测系统广泛应用于GSM-R系统中监测漏缆的工作状态，漏缆监测系统的通信采用的是短信通信方式，受限于短信的发送字节数限制，通信数据量较大时被分成多条短信进行发送，影响通信速度，同时存在丢短信的风险。后续的系统设计中，考虑增加以太网通信方式，根据漏缆监测单元的安装位置，零活选择通信方式，对于网络布线容易的地区或漏缆易损的地区采用以太网通信方式，提高通信效率；对于网络布线较困难的地区采用短信通信方式，节约布线成本。

参考文献

[1] 吴昊，史晓华，谷勇浩.GSM-R系统的安全策略研究与改进[J].北京交通大学学报，2009（02）.

[2] 杨焱，谈振辉，钟章队.铁路大型枢纽地区GSM-R网络无线资源的管理[J].北京交通大学学报，2010（03）.

GSM系统篇12

依托现有成熟和覆盖广泛的GSM网络支持UMTS的建设发展, 是3GPP组织研究发展3G技术的一个重要考虑。WCDMA技术也为GSM技术的平滑演进制定了详细的无线协议基础和接口。而且从UMTS运营商角度考虑, 利用成熟的GSM网络实现双网合一, 也是3G网络发展初期保证通信服务质量, 保障网络安全的重要手段。

而要使两种移动通信技术能够互相支持、承载对方的业务, 就先必须实现两网间的自由切换。因此, 实现系统间切换对于发展3G网络有非常重要的意义。

切换是指终端在业务连接状态下, 保持原有链路和业务基本不变, 无线承载由目前小区改为相邻小区的操作过程。目标小区和源小区是否是同一种RAT (无线接入技术) 决定了切换是Intra-RAT还是Inter-RAT方式。图 1描述的是WCDMA和GSM网络互联结构图。电路域中的2G 与3G MSC需要连接到共同的GMSC上。在分组域中, 2G与3G的SGSN需要连接到共同的GGSN上。

GSM系统中, 话音业务采用切换, 数据业务采用小区重选。而WCDMA系统中则对处于Cell_FACH、Cell_PCH和URA_PCH状态下的数据业务进行小区重选, 对Cell_DCH状态下的数据业务和语音业务则进行切换。

以下将集中讨论在Cell_DCH状态下如何利用GSM网络承载WCDMA的数据和语音业务, 顺利实现切换。

2 系统间切换过程

2.1 切换过程

WCDMA和GSM系统间的切换涉及到不同的技术标准, 主要由RNC (无线网络控制器) 、BSC (基站系统控制器) 和CN (核心网) 实施。切换过程一般分为以下四个阶段:

1) 测量控制。

UE通过小区信令中的测量控制信息获得异系统切换和测量所需的各种参数, 并完成配置;

2) 测量报告。

UE以事件触发的方式启动异系统测量, 完成后发送测量报告给网络;

3) 切换判决。

RNC或者BSC根据测量报告内容做出判决, 并与核心网协商;

4) 切换执行。

UE继续做切换测量, 实施切换。

值得注意的是, 切换的算法和触发机制没有固定的程式。触发异系统切换测量的可以是空中接口的信号强度、信号质量等, 也可以是无线资源管理中的拥塞控制、负载均衡等。

2.2 压缩模式

一般情况下, 一个UE只有一套收发信机。因此在Cell_DCH状态下, 要完成对异系统的测量就必须中止下行链路数据接收, 在空出的时间内进行测量。在WCDMA中是通过压缩模式来完成这一任务的。压缩模式主要是在下行链路应用。只有当测量目标频率靠近上行频段的时候, 终端才会同时在上行链路也引入压缩模式。

2.2.1 压缩帧和时隙

WCDMA主要通过数据速率和帧格式的调整, 在无线帧中空出一段测量间隔时隙TGL (Transmission Gap Length) 完成异频或者异系统测量。如图 2所示:在压缩帧流中, 压缩帧时隙分为测量间隔时隙和压缩时隙。其中, TGL长度范围为1～14个, 即最大测量间隔可达14个时隙。考虑到一个10ms无线帧最大测量长度为7个时隙, 如果所需TGL长度超过7个, 则帧结构必须采用双帧模式。

2.2.2 压缩测量

有三种实现压缩模式的方法:

1) 缩短扩频码。

提高物理层数据速率, 在剩余的压缩时隙把信息发送出去;

2) 高层调度。

低层操作不变, 由高层控制TFC (Transport Format Combination) 格式, 用TFCI字段占用了实际数据信息位置, 来限制帧内的实际信息比特数量, 以较低的数据速率发射, 为测量空出时隙间隔;

3) 速率适配。

由低层控制减少数据冗余, 降低速率。

对于面向GSM的测量, UTRAN将以TGMP (Transmission Gap Measurement Purpose) 的实现来配置压缩参数和帧序列。TGMP内容包括了:GSM载波RSSI测量;初始BSIC确认;BSIC复核。UE对BCCH测量得到RSSI, 并根据强度排出前8个小区。当进行BSIC确认时, UE再对FCCH解码, 获得时序和频率同步的信息。最后UE继续对SCH解码以复核该BSIC的合法性。

2.2.3 测量时隙

对BCCH信号强度的测量可以用压缩模式的短测量时隙模式;而对FCCH和SCH的测量一般要使用长测量时隙模式才能满足要求。

协议要求在Cell_DCH状态下, 参数TMeasurement Period, GSM固定把BCCH测量周期配置为480ms。终端则最多可测量32个相邻小区的BCCH信号强度。对FCCH和SCH的测量过程中, UTRAN必须调度压缩模式的测量时隙, 保证GSM邻小区的FCCH或SCH时隙完全落在测量时隙中。一个GSM时隙约为0.577ms;一个GSM帧时长约为4.615ms。考虑到FCCH和SCH总是在第一个时隙发送。在最不利情况下, 对FCCH和SCH的测量时隙必须持续4.615+0.577=5.192ms, 接近WCDMA无线帧中的8个时隙。因此采用双帧模式测量FCCH和SCH比较可靠。

2.3 触发条件

触发条件和判决方式由RNC对其控制的UE进行参数配置来控制。图 3列出了常用的切换事件和触发条件。

值得注意的是某些事件, 既可以通过码功率RSCP的绝对变化触发;也可以通过信道质量Ec/No的相对变化来触发;还可以通过Path Loss路径损耗距离来触发。这些方式多种多样、有利有弊。RSCP能够迅速地反映覆盖变化;Ec/No则主要针对无线链路性能、系统干扰水平的状况;Path Loss能直观反映与基站相对位置。具体应用需要根据网络维护的实际需要来选用。

3 话音业务切换

3.1 由WCDMA向GSM切换

从WCDMA到GSM的切换过程是由RNC发起的, 如图 4所示信令流程。

首先是UE根据UMTS小区广播信息中的参数配置进行压缩模式测量。RNC根据UE上报的测量报告做出切换的判决。当RNC确定切换后, 就会向CN发送一个Relocation Required的消息。其中包含了目标小区的ID、手机配置和安全加密等信息。然后, 3G-MSC将把RANAP (Radio Access Network Application Part) 信令和GSM-BSSAP (Base Station System Application Part) 信令进行解析和匹配, 通过MAPE接口发送给GSM-MSC。在GSM网络分配资源后, 就通过CN发送一个Relocation Command给SRNC, 通知切换。SRNC会挂起分配给UE的RAB, 以防切换失败UE返回用。直到收到CN的Release Command才释放原有链接的资源。

在无线侧, UE主要测量GSM网络的BCCH信道的信号强度RSSI值, 再由GSM Filter Coefficient参数筛选以确保信号的可靠性。在触发之前还需要UE测量验证GSM小区的BSIC及合法性。要完成一次由WCDMA向GSM切换至少需要触发2D、2F和3A事件。实际应用中每个事件上报前都需要在原有门限增加偏置Hysteresis 3a, 并附加磁滞时间Time-to-Trigger 3a, 以避免乒乓触发。

某些情况下, WCDMA系统也支持数据库辅助的盲切换。切换过程只参考数据库中相邻小区定义和优先级顺序, 而不对GSM网络做任何测量。

3.2 由GSM向WCDMA切换

如果WCDMA网络有较高的优先级, 则双模UE会不断测量以寻求返回3G网络。考虑到省电和实际的应用场景, 这个过程并不是持续进行的。升级后的GSM网络采用QSI、QSC两个参数来控制向WCDMA网络的切换。其中, QSI参数针对空闲模式和GPRS/EDGE分组切换模式, 由BCCH或者PBCCH广播下发;QSC参数针对的是话音激活模式, 由SACCH广播下发。

如图 5所示信令流程, 切换由GSM-BSC发起。此时GSM-MSC通过MAPE接口向3G-MSC发起切换请求, 并且在Handover Required信令中加入专门控制RNC的IE (Information Element) 参数。3G-MSC向GSM-MSC回发加密信息。在这个流程中, 3G-MSC把来自GSM系统的BSSAP信令翻译成3G-RANAP信令。GSM向WCDMA切换的判决和执行过程与WCDMA向GSM的切换基本相同。无线参数配置当中, 必须把参数3G_Search_Prio设置为1, UE才能把3G网络置为更高优先级, 并完成对WCDMA覆盖的测量。测量对象既可以是侧重覆盖的RSCP, 也可以是侧重质量的Ec/No, 由FDD_REP_QUANT参数"0/1"置位来决定。GSM向WCDMA切换在实际应用中比较少, 首先在3G建设初期, GSM网络的话音承载能力优于3G网络, GSM的话音质量并不比WCDMA差;其次依托GSM网络分担负荷, 均衡WCDMA话务主要是针对话音业务。双模UE一般选择在通话结束之后, 通过重新选网回到WCDMA网络。由GSM向WCDMA的话音业务切换更多地是作为一个功能存在。

4 数据业务切换

4.1 电路域切换

在电路域只进行WCDMA到GSM的单向切换。信令协商可以通过GSM网络或者3G网络的MSC升级, 实现两网之间的信令解析和信令过程的完全匹配。对于RNC来说类似启动了一次异系统的电路域切换, 但是对于GSM的MSC来说, 也只是处理了一次局间切换。

4.2 分组域切换

分组业务状态下, RNC根据UE的压缩模式测量报告做判决。对于分组域切换, WCDMA系统也支持数据库辅助的盲小区重选。如果RNC决定进行小区重选, UE首先进入空闲模式, 进入对2G小区的重选过程, 准备接入GSM网络。然后UE向GPRS/EDGE-SGSN发起路由区更新请求。3G-SGSN则会把PDP上下文数据、加密信息和QoS参数等数据按照协议规定翻译成GPRS/EDGE标准, 发送给GPRS/EDGE-SGSN, 以便其修改在3G-GGSN上的PDP数据。小区重选后的PDP上下文传递将会在GPRS/EDGE-SGSN和原来的3G-GGSN间实现。切换过程完成后, 3G-GGSN指示RNC释放无线承载的链路和资源。

基于GSM网络的GPRS/EDGE业务向3G网络切换, 过程与空闲模式下的小区重选过程基本一致。双模UE必须首先监听来自BCCH消息当中定义好的WCDMA相邻小区清单。完成WCDMA小区的信号测量后, 结果被映射成可以和GSM小区信号强度比较的值, 再通过类似GSM小区重选的算法处理, 即可做出重选的判决。这个过程中数据发送不可避免受到影响, 因此它并不是一个真正的切换。

4.3 组合业务切换

WCDMA技术也支持一个电路域业务加一个分组域业务的组合。在GSM中也有相应的DTM (Dual Transfer Mode) 技术与之对应。如果设备具备该功能, 就可以实现相互间的切换。否则当从WCDMA小区向GSM小区切换时, UE会把电路域业务切换到GSM系统中, 待成功以后RNC再通知SGSN释放分组域业务。

5 总结

在WCDMA建网初期, 3G网络应当更多地考虑由GSM网络来分担话音业务, 既可以保证服务质量, 又可以减轻WCDMA系统的负荷。对于分组数据业务, 首先要保证在3G覆盖不足时提供向GPRS/EDGE的切换。但必须能让GPRS/EDGE用户能够顺利切换到WCDMA系统中来享受更好的数据服务, 提高用户感知和认可

水平。

当网络发展逐渐成熟, 用户数量和业务量达到一定水平, WCDMA和GSM网络之间就必须支持更多的基于负载均衡的双向切换。未来的新技术也必将更好地支持WCDMA和GSM之间的互操作。

摘要：WCDMA与GSM系统之间的互操作为双网合一网络运营提供了便利。本文介绍了WCDMA与GSM互操作中的切换过程, 对其中几项关键技术进行了详细分析, 并对切换中的性能和要点进行了探讨, 为3G网络的建设发展提出了具体建议。

关键词：CellDCH,压缩模式,事件触发,信令

参考文献

[1]3GPP.TS25.331 V6.5.0.Radio Resource Control[S].Release 6, 2005.

[2]3GPP.TS 23.009 V5.11.0.Handover procedures[S].Release 5, 2006.

[3]3GPP.TS24.008 V5.16.0.Mobile radio interface Layer3 specification[S].Release, 2006.

[4]3GPP.TS 25.133 V5.14.0.Requirements for support ofradio resource management[S].Release 5, 2005.

[5]Gertie Alsenmyr, Joakim Bergstr m.Handover betweenWCDMA and GSM[J].Ericsson Review, No.1, 2003:6-10.

[6]郝云飞.WCDMA中的压缩模式测量[J].移动通信 (增刊) , 2006.3:8-11.

[7]马奔腾, 邢小刚.WCDMA与GSM系统间切换浅析[J].电信工程技术与标准化, 2004.3:69-74.