GSM——R手持终端剖析
新型数据通信方式GSM-R手持终端的实现
新型数据通信方式GSM-R手持终端的实现1 GSM-R手持终端功能概述铁道部已确定以GSM-R系统作为中国铁路无线通信平台，因此，以GSM-R为平台建立综合无线通信系统，为GSM-R网络的各种作业提供无线通信手段和设备已迫在眉睫。
WT588D接收端反应速度较快，整个语音信息从触发到播放并发送BUSY反馈信号的时间不到5ms，能在速度上很好的迎合整套系统所追求的速率。
在配套软件方面，从语音编辑到下载语音工程，操作都趋向简易模式，不仅能很好的被资深设计者使用，而且也适合入门者做实验测试。
GSM-R手持终端在编组站中有着特殊的应用。
编组站的作业以小组为单位，完成调车、编组工作。
小组的每位成员均配备GSM-R专业手持终端，并根据职务要求的不同，具有各自的功能。
本文主要介绍语音回示功能的实现方式。
调车长发出的调度指令种类是有限的，因此，GSM-R手持终端可以先预存相应指令的语音信息，然后根据收到的调度指令，播放出相应的语音。
这个功能是编组站手持终端必备的功能，本文采用ATMEGA48和WT588D语音芯片完成此功能，并采用一种全新的方法高效完成ATMEGA48与WT588D语音芯片之间的通信与控制，完全发挥了ATMEGA48高速的特点。
2 器件简述本文采用WT588D语音芯片与ATMEGA48之间的SPI控制接口，完成所需要的语音回示功能。
ATMEGA48是AVR单片机的一个型号，AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与算术逻辑单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
它还废除了机器周期，采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，可高速执行指令。
这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。
在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。
GSMR手持台操作解析
二、GSM-R手持台功能介绍
GSM-R手持台具有普通手机的所有功能， 本次重点介绍GSM-R功能。GSM-R功能是专 门为铁路相关用户所设计开发的专用功能，需 要GSM-R网络的支持以及专用SIM卡的支持。
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1、点呼：点对点语音呼叫。
2、组呼：可以有多个用户接听，但同一时间只有一个 用户可以讲话的群组呼叫。常见组呼有210和299，其 中210组呼的功能是接续车站基站区所有用户，299组 呼（也称紧急呼叫）的功能是接续相邻三个基站覆盖区 域内的所有用户和所属调度员，非紧急情况严禁操作。 用户需按住PTT键来占用“讲话权“，松开PTT键则释 放”讲话权“，抢占”讲话权“成功后可以讲话。 3、广播：与组呼相似，但只有广播的发起者可以讲话且 无需按住PTT键，其他多个用户只能接听，无法抢占“讲 话权“。目前南昌局暂未开通此项业务。 4、短号码呼叫：用于快速接入特定用户。常用的有 1200和1300。在GSM-R业务覆盖区段，无论在车上还 是铁路沿线，发起1200呼叫即可接通所属调度台，1300 可接通与当前地理位置最近的车站值班台（值班员）。
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一、相关管理文件
1、GSM-R手持终端的管理
（1）GSM-R手持终端及SIM卡是运输生产的专用行车 设备。 （2）GSM-R手持终端分作业台、通用台、调车台三种 类型。 （3）作业台（OPH）主要供列车、车站、编组站、沿线 区间等直接参与行车的运输作业人员使用。 通用台(GPH)主要供与运输有关的其他人员使用。 调车台（OPS）主要供编组站、中间站参与调车作业的 外勤等人员使用，用于话音与数据通信。 目前，我局只配备有作业台和通用台两种手持台。
GSM-R功能
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• 通用式机车电台包括电台主机（含机车电台功能单元 通用式机车电台包括电台主机（ 和GPS单元）、控制盒、扬声器、送话器、控制电缆、 单元）、控制盒、扬声器、送话器、控制电缆、 单元）、控制盒 电台天线、电台射频电缆、 天线、 射频电缆、 电台天线、电台射频电缆、GPS天线、GPS射频电缆、 天线 射频电缆 电源电缆以及应用软件和应用数据库等组成。 电源电缆以及应用软件和应用数据库等组成。 • 机车电台功能单元包括 机车电台功能单元包括450MHz信道机设备、机车台控 信道机设备、 信道机设备 制单元、电源单元等。 制单元、电源单元等。 • GPS单元包括GPS接收机和线路数据库等。 GPS单元包括 接收机和线路数据库等。 单元包括 接收机和线路数据库等
MMI界面 界面
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主要性能： 主要性能：
※集成化程度高，结构坚固，满足机车的使用环境要求。 集成化程度高，结构坚固，满足机车的使用环境要求。 采用GSM-R调度通信模块和数据模块，传输可靠，话音质量高， 调度通信模块和数据模块， ※采用 调度通信模块和数据模块 传输可靠，话音质量高， 误码率小。 误码率小。 采用了先进的嵌入式ARM系统，具有体积小、低功耗、低成本、高 系统， ※采用了先进的嵌入式 系统 具有体积小、低功耗、低成本、 性能的特点。 的环境， 性能的特点。适用于恶劣 的环境，适应复杂且稳定性要求高的现 场需求。 场需求。 采用了功能强、性能好、可靠性高的嵌入式平台Windows CE操作 ※采用了功能强、性能好、可靠性高的嵌入式平台 操作 系统，能够实现Windows环境的资源共享。 环境的资源共享。 系统，能够实现 环境的资源共享 具有车次号接口和列车尾部风压接口。 ※具有车次号接口和列车尾部风压接口。 采用可视化的操作终端，屏幕为5.7＂的真彩液晶。 ※采用可视化的操作终端，屏幕为 ＂的真彩液晶。 界面友好，便于操作。 ※界面友好，便于操作。 具有预留扩展数据接口，用于给机车上以后的扩展业务使用。 ※具有预留扩展数据接口，用于给机车上以后的扩展业务使用。
铁路数字移动通信系统（ＧＳＭ
铁路数字移动通信系统（ＧＳＭ Ｒ）⼿持终端第１部分：技术
要求
设备分类和组成
ＧＳＭ-Ｒ⼿持终端设备是指在ＧＳＭ Ｒ⽹络中能实现或获得业务服务的⼿持移动设备，可分为ＧＰＨ和ＯＰＨ。
ＧＰＨ主要⽤于铁路各类管理⼈员、与铁路业务相关的⼈员话⾳和数据通信。
ＯＰＨ⽀持调度通信业务，主要⽤于列车、车站、编组场、沿线区间及其他铁路作业区的各⼯种⼯作⼈员话⾳和数据通信。
⼿持终端主要由主机（含显⽰屏、键盘、天线、麦克风和扬声器）、电池、充电器、外置⽿机麦克风等组成。
ＧＰＨ可采⽤物理键盘或虚拟键盘，ＯＰＨ应有物理键盘。
结构要求
ＧＰＨ和ＯＰＨ结构要求：
ａ）ＧＰＨ：长不⼤
于１５０ｍｍ，宽不⼤于８０ｍｍ，厚不⼤于３０ｍｍ，重量（含电池）不⼤于２２０ｇ；
ｂ）ＯＰＨ：长不⼤于１５５ｍｍ，宽不⼤于６７ｍｍ，厚不⼤于４０ｍｍ，重量（含电池）不⼤于２８０ｇ。
功能要求
业务要求。
GSM-R编组站手持终端及其软件设计的开题报告
GSM-R编组站手持终端及其软件设计的开题报告1. 研究背景GSM-R系统是铁路专用无线通信系统，是欧洲铁路行业标准之一。
作为铁路行业通信的主要手段，GSM-R系统的稳定性、可靠性以及通信效率起着非常重要的作用。
在铁路通信系统的使用中，由于特殊的环境和使用要求，手持终端是不可或缺的一部分。
基于此，通过研究设计GSM-R编组站手持终端及其软件，可以提高GSM-R系统通信效率和可靠性，同时也能提高铁路行业的安全性和效率。
2. 研究目的本文旨在设计一款GSM-R编组站手持终端及其软件，实现以下目标：1）接收、处理并发送GSM-R系统的各种信息。
2）支持语音通话、短信和数据传输功能。
3）支持调度工作，如录音、广播等功能。
4）能够抵御铁路行业特殊环境的干扰。
3. 研究内容本文将分为以下几部分：1）分析需求，设计GSM-R编组站手持终端的硬件结构，选择合适的传输方式和标准，同时考虑终端电力消耗等因素。
2）设计GSM-R编组站手持终端软件，包括通信协议、信息处理方式、用户接口和功能实现等方面。
3）进行软硬件联合试验，对终端进行验证和性能测试。
4. 研究方法本文将采用以下研究方法：1）文献研究，结合已有研究、标准和技术文献，了解GSM-R系统的基本原理和发展趋势。
2）需求分析，分析GSM-R编组站手持终端的使用环境、通信要求以及功能需求，制定系统设计规定。
3）设计方案，包括硬件结构设计和软件设计两个方面。
4）实现调试，对系统硬件、软件进行联调测试和性能评估。
5）对研究结果进行总结、分析和评价。
5. 研究意义通过本文的研究，可以设计出一款适用于铁路行业特殊环境的GSM-R编组站手持终端和相应的软件系统，以提高铁路行业通信效率和可靠性。
同时，也可以为GSM-R系统的发展提供借鉴和参考。
另外，本文的研究方法和方案也具有一定的推广和应用价值。
6. 预期成果通过本文的研究，将实现以下成果：1）GSM-R编组站手持终端的硬件结构设计，以及适合特殊环境的电源储备和耐用度。
GSM-R手持机使用说明书
GSM-R手持机使用说明(本说明适用于GPH610和OPH810型号)GSM-R手持机是指专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统手机，简称为吉时玛手机。
GSM-R配的SIM卡称为MSISDN号，如。
吉时玛手机的功能菜单有“呼叫记录”“薄”“工具”“短消息”“GSM-R”等功能菜单，其中“GSM-R”为铁路吉时玛手机专用菜单，配合专用SIM使用的。
其它菜单同普通手机一样。
“GSM-R”菜单功能又受到所配SIM卡的权限限制。
如工区所配SIM卡不能注册司机车次功能号，不能发起210组呼等限制。
吉时玛手机使用说明如下：1． GSM-R手持台用户类别调度通信用户：司机、助理值班员（车务应急值守人员）、随车机械师；其它用户：通信、信号、工务、供电维护人员，列车长，公安人员，有关管理人员。
2． GSM-R手持台呼叫方式2.1 常规功能的使用（1）GSM-R手机只能实现手机与铁路的互打，不支持与移动、联通、电信的互打。
（2）GSM-R手机拨打GSM-R手机，直接拨打对方（如，手机上会显示来电和来电）。
（3）使用GSM-R手机拨打铁路：901—0441—铁路5位（其中0441为铁路长途区号）。
（4）铁路拨打GSM-R手机：018—0—手机。
（其中018为铁路区号，3字头的铁路暂时不能拨打GSM-R手机）。
2.2 功能号呼叫方式该拨叫方式适合调度通信用户，列车长。
使用功能号呼叫前提是被叫用户必须进行功能号网络注册（注册方式见下文“3. ”）。
用户直接拨打功能号即可发起呼叫。
例1：通过车次功能号呼叫D333次动车司机，可以直接拨打2006833381（“2”表示使用车次功能号呼叫，“0068”表示“D”，“333”表示1-5位可变长度的车次号数字位，“81”表示本务司机手持台）；如果呼叫D333次列车长，可以拨打2006833310（最后2位“10”表示列车长）。
车次功能号呼叫，除直接按齐拔打外，也可通过菜单：“GSM-R”—“铁路通讯拨号”—“车次功能号”—【输入车次号】栏输入D333，—【输入功能码】栏输入81或按“选择”键选择“本务司机手持台”项后拔打，通过本菜单可减少手工换算功能码的程序。
GSM-R手持台操作解析
GSM-R手持台操作
（2）铁路通信中有许多这样的情况，因为从运 输管理的角度出发，主叫方在发起呼叫时更多的 是使用被叫方所担当的功能角色编号。由于谁在 担当这个功能角色是在动态变化的，所以该编号 与真实的物理号码之间的对应也是在动态变化的。
GSM-R手持台操作
三、GSM-R手持台的操作方法
1、点呼 在待机状态下，输入被叫方电话号码、短号码或功能号， 然后按拨打键。 2、组呼 在待机状态下，输入组呼号码，然后根据屏幕下方的软件 提示按功能键1发起组呼。也可以进入主菜单-GSM-R功能组呼/广播-选择发起组呼。 注意事项： （1）组呼结束后应立即关闭，否则可能影响行车正常业 务通话，正确的退出方法是，按下挂机键，然后根据屏幕 提示按功能键1关闭该组呼，不可按功能键3，功能键3为 退出组呼，此时仅代表本机退出组呼业务，而其他用户仍 然在组呼当中。
GSM-R手持台操作
二、GSM-R手持台功能介绍 GSM-R 手持台具有普通手机的所有功能，本 次重点介绍GSM-R功能。GSM-R功能是专门为铁路 相关用户所设计开发的专用功能，需要 GSM-R 网 络的支持以及专用SIM卡的支持。
GSM-R手持台操作
1、点呼：点对点语音呼叫。 2、组呼：可以有多个用户接听，但同一时间只有一个用 户可以讲话的群组呼叫。常见组呼有210和299，其中210 组呼的功能是接续车站基站区所有用户，299组呼（也称 紧急呼叫）的功能是接续相邻三个基站覆盖区域内的所有 用户和所属调度员，非紧急情况严禁操作。用户需按住 PTT键来占用“讲话权“，松开PTT键则释放”讲话权“， 抢占”讲话权“成功后可以讲话。 3、广播：与组呼相似，但只有广播的发起者可以讲话且 无需按住PTT键，其他多个用户只能接听，无法抢占“讲 话权“。目前南昌局暂未开通此项业务。 4、短号码呼叫：用于快速接入特定用户。常用的有1200 和1300。在GSM-R业务覆盖区段，无论在车上还是铁路沿 线，发起1200呼叫即可接通所属调度台，1300可接通与 当前地理位置最近的车站值班台（值班员）。
浅谈GMS-R铁路移动通信系统
浅谈GMS-R铁路移动通信系统摘要：本文对GSM-R铁路移动通信系统的基本原理、网络结构、业务与应用进行了简单的介绍，明确GSM-R系统是我国铁路移动通信发展的方向。
关键词：GSM-R；基本原理；网络结构；业务与应用1、GMS-R在中国的发展我国GSM-R发展的目标：在全路建立一张移动通信网络，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车安全、高速地运行。
GSM-R 技术顺应时代的发展，是铁路信息化和自动化发展的基础。
2、GSM-R基本原理2.1区域覆盖2.1.1小区制小区制是将整改服务区划分成为若干个无线小区，每个无线小区设一基站负责小区内所有移动通信的联络和控制，在网络中设置一个移动交换中心，统一控制这些基站协调的工作，保证移动用户只要在服务区内，不论在哪个基站的辐射区都能正常通信。
小区制分为：面状服务覆盖和线状服务覆盖。
根据铁路沿线的情况，GSM-R 系统可以在铁路线采用线状覆盖，在车站及枢纽地区采用面状覆盖。
2.1.2GSM-R系统无线覆盖GSM-R系统无线覆盖是指沿着铁路线实现场强无线连续覆盖并达到系统QoS（业务质量）要求。
GSM-R系统沿着路轨方向安装定向天线，以形成沿轨的椭圆形小区，在话务量较大但对速度的要求较低的编组站内采用扇形小区覆盖；在人口密度不高的低速路段和轨道交织处一般是采用全向覆盖。
每个小区有一个或几个收发信机，数目的多少由话务量决定。
2.2多址技术蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通话，许多用户同时通话时，就要相互以信道来区分，这就产生多址问题。
解决多址问题的方法叫做多址技术。
多址技术分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）三种。
在GSM-R系统中大多采用TDMA。
TDMA 是通过时隙划分使用户共享无线资源。
每个时隙仅允许一个用户使用，每个用户占用一个周期重复的时隙，因为可以把一个信道看做每一帧都会出现的特定时隙。
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三、GSM-R数字移动通信手持终端机（一）功能介绍
1.组呼、广播呼叫
2.铁路紧急呼叫
3.增强多级优先级与强拆呼叫支持
4.铁路通讯功能号管理
5.应急区间移动公务通信
6.指挥通信话音和数据业务
7.铁路通讯拨号
（二）关键技术
1.自主GSM-R协议功能实现
2.PTT功能设计
3.双面通话功能
4.超长时间待机
5.高稳定性
6.防滑设计
7.户外强光直射下清晰显示
8.三防设计（防尘、防水、防震）；达到IP54标准
（三）GSM-R 数字移动通信手持终端机结构图（见图1-5）
图1-5 GSM-R 数字移动通信手持终端机
四、站车信息交互手持设备
（一）整体系统结构
站车交互系统分为三个部分（见图1-6） 铁路通讯拨号 开关键 紧急群呼键 通话键 屏幕 音量键 功能键I 键通话功能 II 设置功能III 信道功能 指示灯
充电插口
背面电池 紧急呼救键
1.信息发布服务器：是客票系统与移动终端的接口系统，该服务器实时更新向外发布的客票数据。
2.移动终端：移动终端可以是手持终端或笔记本电脑，是应用显示和操作界面。
3.无线网络：本系统采用中国移动的GPRS网络实现移动终端和信息发布服务器直接的数据通道。
图1-6
手持终端/笔记本配置中国移动提供的专用SIM卡，连入中国移动的专用APN，由移动网络分配专用IP地址，再通过专用VPN接入客票外网。
手持终端/笔记本开机启动应用后，完成专用SIM卡在移动网络的注册，向信息发布服务器
发送身份认证信息，通过合法性验证后接收信息。
客票接口服务器定时产生乘车人数通知单数据和席位信息，由客票内网单向传送到位于客票外网的信息发布服务器。
信息发布服务器负责接收与管理从客票系统接口服务器传送的数据，根据车上手持终端的获取请求，将数据发送给GPRS接口服务器。
GPRS接口服务器是移动通信网络与站车交互系统信息发布服务器的数据交换平台，负责应用协议转换、终端地址寻址、信息发送、GSM和GSM-R（预留）网络的隔离、非法数据的安全屏蔽。
安全隔离系统负责保护铁道部中心客票系统内网与客票系统外网的边界安全，只允许预定义的合法信息通过。
防火墙负责保护客票外网与移动通信网络的边界安全。
M2M管理平台负责管理手持终端的状态信息。
（二）终端系统介绍
1.硬件和软件环境
（1）手持终端设备运行Microsoft Mobile Version 5.0 Pocket PC或者Microsoft Windows CE 5.0及以上的操作系
统平台，并安装SQL Server Mobile相关组件；
（2）32MB的机内可用存储空间，1GB的存储卡空间，具体大小取决于根据功能需求而安装的应用程序组件。
2.系统操作
（1）手持终端的软件系统默认已经安装到设备的“\Program Files\WTS”目录下并且设置为开机自动运行，其中系统所需的声音文件放置在存储卡的“WTS”目录下。
（2）为防止不同硬件系统按键设置的不同和用户的误操作，终端系统软件在开机后将自动屏蔽各硬件按键，终端系统软件的操作主要以触摸屏点击为主。
以下说明中的“点击”是指用手写笔“点击”屏幕各功能项的操作。
（3）系统软件的业务下载功能以系统自动操作为主，人工干预为辅助作业手段；系统在自动下载过程中会以语音提示车站名称及该站数据的下载状态；另外系统会自动定时检测并且以语音方式提醒无线网络连接的状态。
（4）系统数据下载及界面操作状态将在关机前自动保存，系统重新启动后将自动进入主界面，并恢复关机前的操作状态
（5）由于以下各种原因引起的重新启动并不会影响软件系统的使用：
①网络异常重启；②异常操作重启；③电池没电后重启；
3.主界面（见图1-7）
图1-7
类似手机系统分为三个区域：上方的系统显示区；中间的业务功能区；下方的系统功能区。
上方系统显示区域分别为系统日期时间、按百分比显示的
系统电量、系统信号强度。
中间业务功能区域按照九宫格的方式显示了系统的主要业务功能按钮，按钮上以颜色区分功能可否使用。
下方系统功能区域以图标方式列出了四项系统功能按钮，分别为“锁定屏幕”、“帮助信息”、“系统管理”、“锁屏关屏”按钮。
（三）终端系统管理
1.屏幕管理
2系统管理
（1）管理用户
（2）网络配置
（3）日志管理
（4）……
3.软件管理
（四）终端系统使用（见图1-8）
图1-8
1.车站工作量大。
在列车集中到发的时段，部分车站由于人力不足，无法做到趟趟递交，尤其是动车组列车的大量开行，在车站大幅减员的情况下，传统的递交方式已无法满足高密度开行列车的需要。
2.影响列车补票。
列车实行席位复用、票额共用后，《乘车人数通知单》成为列车补票的唯一依据。
由于部分车站递送通知单工作不落实，使得列车上无法掌握可用于补票的剩余席位信息，影响列车补票工作的开展，经常引起旅客的投诉。
3.处理效率低。
为了向列车提供剩余席位的完整信息，客票系统将原来的《乘车人数通知单》、《剩余席位通知单》、《席位预留通知单》和《席位发售通知单》进行了合并，但新的
《乘车人数通知单》的篇幅较长，处理效率偏低。
据统计，打印一份通知单平均约需1分钟。
此外，列车与地面之间也缺乏相互传递其他信息、进行双向沟通的手段。
（五）注意事项
1.系统配置信息不可随意更改
2.GPRS拨号失败时检查电话状态与信号
3.手工下载数据与自动下载避免同时操作
4.数据下载较慢时操作需要耐心等待
（六）站车无线交互系统手持设备结构图（见图1-9）
LED屏幕>=2.8英寸，彩色液晶全屏手写触摸屏，分辨率不低于240X320；通讯模块：支持GSM/GPRS、EDGE
操作键盘
手写笔
LED触摸屏
背后电池及SIM
卡
扩展卡槽
功能键
充电插口
图1-9
五、手持电台（见图1-10）
客运乘务人员配手持电台。
动车组列车始发前，列车长的手持电台均应设置在频道1（CH1）与随车机械师、乘警或司机进行通话联络。
运行途中，列车长需与列车员通话时，转为各自的专门频道进行通话。
通话完毕，应转回频道1进行守护。
CH1：467.200MHz（动车组列车使用）；CH2：457.950MHz（动车组客运人员使用）。
调频设置旋钮
音量调节
屏幕
充电插口
对讲按钮
图1-10。