在我國(guó)城市地鐵通信系統(tǒng)中，專(zhuān)用無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)是高速運(yùn)行的地鐵列車(chē)與車(chē)下運(yùn)營(yíng)管理人員之間唯一的通信手段，擔(dān)負(fù)著提高運(yùn)營(yíng)效率、確保行車(chē)安全及地鐵乘客生命安全的重要使命，為列車(chē)調(diào)度、維修調(diào)度、防災(zāi)環(huán)控調(diào)度、車(chē)輛段調(diào)度提供無(wú)線通信保障。

 

1.地鐵集群無(wú)線通信專(zhuān)用網(wǎng)概述

 

目前國(guó)內(nèi)地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)所采用的組網(wǎng)方案是集群方案，所謂集群方案是在專(zhuān)用頻道方案基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種系統(tǒng)資源共享、頻率資源共享、多用途高效能、技術(shù)先進(jìn)的無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)，在我國(guó)多種行業(yè)和部門(mén)中獲得廣泛的應(yīng)用。集群通信的最大特點(diǎn)是多用戶共享多頻率。話音通信采用PTT(PushToTalk)，以一按即通的方式接續(xù)，被叫無(wú)需摘機(jī)即可接聽(tīng)，且接續(xù)速度較快，并能支持群組呼叫等功能，它的運(yùn)作方式以雙工、半雙工為主，主要采用信道動(dòng)態(tài)分配方式，每個(gè)用戶都有自己的身份并分成不同的工作小組具有不同的優(yōu)先等級(jí)和特殊功能，通信時(shí)可以單呼、組呼、和緊急呼叫。

 

隨著數(shù)字通信技術(shù)的快速發(fā)展數(shù)字集群正在逐步取代模擬集群，我國(guó)現(xiàn)今已投入運(yùn)營(yíng)的地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)大部份采用數(shù)字集群系統(tǒng)A體制方案既TETRA系統(tǒng)。與其它幾種數(shù)字集群系統(tǒng)相比，TETRA是一種較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)點(diǎn)是指揮調(diào)度功能比較齊全，組網(wǎng)方式靈活，抗干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大、能提供語(yǔ)言、數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)和靈活的網(wǎng)絡(luò)管理功能、加密和脫網(wǎng)功能較強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)脫網(wǎng)直通模式和端到端加密，TETRA集雙向無(wú)線電對(duì)講機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)據(jù)傳送等多功能于一體，在地鐵無(wú)線調(diào)度通信中具有良好的適宜性。

 

2.地鐵TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)按基站設(shè)置方式不同的幾種組網(wǎng)方案：

 

2.1方案一：多基站小區(qū)制方案：

 

該方案在控制中心設(shè)置集群交換機(jī)和調(diào)度臺(tái)，在地鐵沿線各車(chē)站、車(chē)輛段設(shè)置集群基站，在車(chē)輛段設(shè)車(chē)輛段調(diào)度臺(tái)。交換控制設(shè)備與基站之間通過(guò)有線傳輸通道連接，地鐵沿線架設(shè)漏泄同軸電纜實(shí)現(xiàn)車(chē)站站臺(tái)及隧道內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋；各地下站站廳用小天線覆蓋。各基站均采用2載頻基站，每個(gè)基站2載頻共8個(gè)信道。

 

2.2方案二：多基站中區(qū)制（光纖直放站）方案：

 

該方案是由交換機(jī)+多基站+光纖直放站的方式組成鏈狀網(wǎng)，集群基站與控制中心交換機(jī)通過(guò)E1進(jìn)行連接，設(shè)在各車(chē)站的集群基站或光直放遠(yuǎn)端站通過(guò)漏纜覆蓋整個(gè)隧道和站臺(tái)區(qū)間，用小天線覆蓋地鐵車(chē)站站廳層，在車(chē)輛段設(shè)置地面集群基站及天線覆蓋車(chē)輛段區(qū)域。該方案基站均采用2載頻；光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)通過(guò)光纖與設(shè)在基站處的光纖直放站近端機(jī)相連；在控制中心設(shè)置直放站網(wǎng)絡(luò)管理終端，

 

2.3方案三：多基站中區(qū)制（射頻直放站）方案：

 

該方案在基站設(shè)置方式上與光纖直放站方案基本相同，不同的是在其它車(chē)站設(shè)置射頻放大設(shè)備。交換控制設(shè)備與基站之間通過(guò)有線傳輸通道連接，地鐵沿線架設(shè)漏泄同軸電纜。以漏纜加射頻中繼器的方式覆蓋地鐵隧道和站臺(tái)區(qū)間，因多級(jí)射頻中繼器極聯(lián)后會(huì)引起噪聲積累，使信噪比變差，所以基站左右只能連接一個(gè)中繼器，每個(gè)基站覆蓋三個(gè)車(chē)站的區(qū)間。

 

車(chē)輛段仍采用基站加天線方式覆蓋。站廳用小天線覆蓋。 

    3.組網(wǎng)方案分析與探討

 

組網(wǎng)方案不僅對(duì)整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)性能的好壞、設(shè)備投資的大小起著決定性的作用，而且對(duì)地鐵開(kāi)通后設(shè)備維護(hù)及通信系統(tǒng)擴(kuò)容具有極大的影響。只有優(yōu)選系統(tǒng)方案才能妥善處理好當(dāng)前建設(shè)和今后發(fā)展的關(guān)系。

 

國(guó)內(nèi)部分城市地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)組網(wǎng)情況：

 

從表上可以看出，由于多基站中區(qū)制方案組網(wǎng)在通信性能方面基本滿足要求，系統(tǒng)設(shè)備投資較多基站小區(qū)制方案低，所以在我國(guó)較早建設(shè)的城市地鐵廣州2號(hào)線、深圳1號(hào)線、上海地鐵、南京地鐵1號(hào)線上采用了中區(qū)制方案。運(yùn)行狀況基本穩(wěn)定，但是多基站中區(qū)制方案在系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中暴露出的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：

 

3.1多基站中區(qū)制（以光纖直放站方案為例）方案分析：

 

（1）系統(tǒng)容量較低：在信道方面存在一定的缺陷，每個(gè)基站有2個(gè)載頻即8個(gè)信道在同一個(gè)基站下只能同時(shí)供4對(duì)用戶使用個(gè)呼功能（雙工通話），否則將出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)繁忙的現(xiàn)象。對(duì)此有些地鐵不得已關(guān)閉了大部分用戶的個(gè)呼功能，這使得TETRA的總體功能受到了限制。

 

（2）多基站中區(qū)制方案相當(dāng)于3個(gè)車(chē)站的用戶共用8個(gè)信道，共用信道用戶越多，耐過(guò)載能力越差。緊急情況下話路巨增容易阻塞，即話務(wù)量過(guò)載時(shí)呼損率增加越快，服務(wù)質(zhì)量下降越嚴(yán)重，從話務(wù)量與服務(wù)質(zhì)量的關(guān)系角度看，多基站小區(qū)制方案優(yōu)于多基站中區(qū)制方案。

 

（3）從運(yùn)營(yíng)維護(hù)角度：由于光纖直放站包含近端射頻調(diào)制、光路傳輸、遠(yuǎn)端射頻解調(diào)、射頻放大四個(gè)部分，，出故障的環(huán)節(jié)多，增大運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量。

 

（4）系統(tǒng)可靠性較差：光纖直放站中任一部分出現(xiàn)故障，都會(huì)導(dǎo)致整條鏈路故障，影響2-3個(gè)車(chē)站的用戶，影響面大。

 

（5）多基站中區(qū)制中的基站設(shè)備和光纖直放站設(shè)備不屬一個(gè)供貨商，出現(xiàn)故障時(shí)責(zé)任不好劃分，不利于處理故障。

 

（6）光纖直放站由于光端機(jī)噪聲系數(shù)的增加，其信號(hào)的載噪比不及多基站小區(qū)制。

 

（7）多基站中區(qū)制需要配備光纖直放站單獨(dú)網(wǎng)管設(shè)備，不便組成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理。

 

（8）光纖直放站方案在傳輸時(shí)存在一定的時(shí)延。

 

3.2.多基站小區(qū)制方案分析

 

相對(duì)于多基站中區(qū)制方案，多基站小區(qū)制有如下優(yōu)點(diǎn)：

 

（1）系統(tǒng)容量大，與中區(qū)制方案相比系統(tǒng)容量提高2倍。

 

（2）系統(tǒng)的故障弱化能力較強(qiáng)如在基站與控制中心通道中斷的情況下，各基站仍能以單機(jī)站集群的方式運(yùn)行。

 

（3）系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展功能，可組成完善的網(wǎng)絡(luò)管理，系統(tǒng)的可靠性大幅提高。

 

（4）功能較完善，可實(shí)現(xiàn)車(chē)站與司機(jī)間的組呼。

 

小區(qū)制的缺點(diǎn)是投資較高，列車(chē)司機(jī)與行車(chē)調(diào)度員之間的通話存在較多越區(qū)切換，但現(xiàn)在的TETRA設(shè)備性能可以達(dá)到越區(qū)時(shí)無(wú)縫連接。

 

從以上分析不難看出多基站小區(qū)制的方案在系統(tǒng)的安全可靠性、頻率利用率、系統(tǒng)容量、系統(tǒng)擴(kuò)展功能等方面都優(yōu)于多基站中區(qū)制。而地鐵集群無(wú)線通信專(zhuān)用網(wǎng)的性質(zhì)決定了其在系統(tǒng)安全性、可靠性、通信接續(xù)時(shí)間、通信延時(shí)等方面較公眾移動(dòng)通信都有更高的要求。一旦出現(xiàn)故障或緊急情況關(guān)系到千萬(wàn)人的生命安全，地鐵無(wú)線專(zhuān)用網(wǎng)系統(tǒng)承擔(dān)的不僅是經(jīng)濟(jì)責(zé)任而且還要承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，因此，在系統(tǒng)層面和網(wǎng)絡(luò)組織方案上應(yīng)盡量減少故障率，一旦發(fā)生故障仍能夠保證用戶的最低使用要求。目前北京地鐵4號(hào)線、5號(hào)線、10號(hào)線、深圳地鐵延伸線、廣州地鐵3號(hào)線、4號(hào)線、5號(hào)線、6號(hào)線、武漢輕軌等地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)都采用了多基站小區(qū)制方案組網(wǎng)。地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)采用多基站小區(qū)制已成為一種趨勢(shì)。

 

沈陽(yáng)市地鐵一號(hào)線一期工程無(wú)線通信系統(tǒng)《初步設(shè)計(jì)》推薦采用多基站中區(qū)制方案，該方案在控制中心設(shè)置集群交換控制設(shè)備，在沈新路站、重工街站、鐵西廣場(chǎng)站、南京街站、懷遠(yuǎn)門(mén)站、滂江街站分別設(shè)置基站和光纖直放站近端機(jī)、在其他地下站、洪湖北街與重工街區(qū)間分別設(shè)置光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)，以漏泄電纜覆蓋隧道和站臺(tái)區(qū)間，站廳用小天線覆蓋。在車(chē)輛段設(shè)一個(gè)基站及天線覆蓋整個(gè)車(chē)輛段，各基站均采用2載頻基站，基站頻率采用三組頻率復(fù)用的方式設(shè)置。

 

該方案有一定的合理性，但從系統(tǒng)易擴(kuò)容、易管理、以及與后續(xù)通信工程統(tǒng)一制式，提高系統(tǒng)的安全可靠性等方面考慮，我們認(rèn)為首選多基站小區(qū)制無(wú)疑會(huì)使TETRA能夠更好的發(fā)揮其為地鐵運(yùn)營(yíng)服務(wù)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。