在我國城市地鐵通信系統(tǒng)中，專用無線調(diào)度通信系統(tǒng)是高速運行的地鐵列車與車下運營管理人員之間唯一的通信手段，擔負著提高運營效率、確保行車安全及地鐵乘客生命安全的重要使命，為列車調(diào)度、維修調(diào)度、防災環(huán)控調(diào)度、車輛段調(diào)度提供無線通信保障。

 

1.地鐵集群無線通信專用網(wǎng)概述

 

目前國內(nèi)地鐵無線通信系統(tǒng)所采用的組網(wǎng)方案是集群方案，所謂集群方案是在專用頻道方案基礎上發(fā)展起來的一種系統(tǒng)資源共享、頻率資源共享、多用途高效能、技術(shù)先進的無線調(diào)度通信系統(tǒng)，在我國多種行業(yè)和部門中獲得廣泛的應用。集群通信的最大特點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)，被叫無需摘機即可接聽，且接續(xù)速度較快，并能支持群組呼叫等功能，它的運作方式以雙工、半雙工為主，主要采用信道動態(tài)分配方式，每個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)先等級和特殊功能，通信時可以單呼、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，我國現(xiàn)今已投入運營的地鐵無線通信系統(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準。其優(yōu)點是指揮調(diào)度功能比較齊全，組網(wǎng)方式靈活，抗干擾能力強、頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大、能提供語言、數(shù)據(jù)通信業(yè)務和靈活的網(wǎng)絡管理功能、加密和脫網(wǎng)功能較強，可以實現(xiàn)脫網(wǎng)直通模式和端到端加密，TETRA集雙向無線電對講機、移動電話、數(shù)據(jù)傳送等多功能于一體，在地鐵無線調(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置集群交換機和調(diào)度臺，在地鐵沿線各車站、車輛段設置集群基站，在車輛段設車輛段調(diào)度臺。交換控制設備與基站之間通過有線傳輸通道連接，地鐵沿線架設漏泄同軸電纜實現(xiàn)車站站臺及隧道內(nèi)的場強覆蓋；各地下站站廳用小天線覆蓋。各基站均采用2載頻基站，每個基站2載頻共8個信道。

 

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+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通過E1進行連接，設在各車站的集群基站或光直放遠端站通過漏纜覆蓋整個隧道和站臺區(qū)間，用小天線覆蓋地鐵車站站廳層，在車輛段設置地面集群基站及天線覆蓋車輛段區(qū)域。該方案基站均采用2載頻；光纖直放站遠端機通過光纖與設在基站處的光纖直放站近端機相連；在控制中心設置直放站網(wǎng)絡管理終端，

 

2.3方案三：多基站中區(qū)制（射頻直放站）方案：

 

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

 

車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)方案不僅對整個無線通信系統(tǒng)性能的好壞、設備投資的大小起著決定性的作用，而且對地鐵開通后設備維護及通信系統(tǒng)擴容具有極大的影響。只有優(yōu)選系統(tǒng)方案才能妥善處理好當前建設和今后發(fā)展的關(guān)系。

 

國內(nèi)部分城市地鐵無線通信系統(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)設備投資較多基站小區(qū)制方案低，所以在我國較早建設的城市地鐵廣州2號線、深圳1號線、上海地鐵、南京地鐵1號線上采用了中區(qū)制方案。運行狀況基本穩(wěn)定，但是多基站中區(qū)制方案在系統(tǒng)運營中暴露出的缺點也是顯而易見的：

 

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，每個基站有2個載頻即8個信道在同一個基站下只能同時供4對用戶使用個呼功能（雙工通話），否則將出現(xiàn)網(wǎng)絡繁忙的現(xiàn)象。對此有些地鐵不得已關(guān)閉了大部分用戶的個呼功能，這使得TETRA的總體功能受到了限制。

 

（2）多基站中區(qū)制方案相當于3個車站的用戶共用8個信道，共用信道用戶越多，耐過載能力越差。緊急情況下話路巨增容易阻塞，即話務量過載時呼損率增加越快，服務質(zhì)量下降越嚴重，從話務量與服務質(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）從運營維護角度：由于光纖直放站包含近端射頻調(diào)制、光路傳輸、遠端射頻解調(diào)、射頻放大四個部分，，出故障的環(huán)節(jié)多，增大運營維護工作量。

 

（4）系統(tǒng)可靠性較差：光纖直放站中任一部分出現(xiàn)故障，都會導致整條鏈路故障，影響2-3個車站的用戶，影響面大。

 

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

 

（6）光纖直放站由于光端機噪聲系數(shù)的增加，其信號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網(wǎng)管設備，不便組成統(tǒng)一的網(wǎng)絡管理。

 

（8）光纖直放站方案在傳輸時存在一定的時延。

 

3.2.多基站小區(qū)制方案分析

 

相對于多基站中區(qū)制方案，多基站小區(qū)制有如下優(yōu)點：

 

（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，各基站仍能以單機站集群的方式運行。

 

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

 

（4）功能較完善，可實現(xiàn)車站與司機間的組呼。

 

小區(qū)制的缺點是投資較高，列車司機與行車調(diào)度員之間的通話存在較多越區(qū)切換，但現(xiàn)在的TETRA設備性能可以達到越區(qū)時無縫連接。

 

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)擴展功能等方面都優(yōu)于多基站中區(qū)制。而地鐵集群無線通信專用網(wǎng)的性質(zhì)決定了其在系統(tǒng)安全性、可靠性、通信接續(xù)時間、通信延時等方面較公眾移動通信都有更高的要求。一旦出現(xiàn)故障或緊急情況關(guān)系到千萬人的生命安全，地鐵無線專用網(wǎng)系統(tǒng)承擔的不僅是經(jīng)濟責任而且還要承擔社會責任，因此，在系統(tǒng)層面和網(wǎng)絡組織方案上應盡量減少故障率，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號線、5號線、10號線、深圳地鐵延伸線、廣州地鐵3號線、4號線、5號線、6號線、武漢輕軌等地鐵無線通信系統(tǒng)都采用了多基站小區(qū)制方案組網(wǎng)。地鐵無線通信系統(tǒng)采用多基站小區(qū)制已成為一種趨勢。

 

沈陽市地鐵一號線一期工程無線通信系統(tǒng)《初步設計》推薦采用多基站中區(qū)制方案，該方案在控制中心設置集群交換控制設備，在沈新路站、重工街站、鐵西廣場站、南京街站、懷遠門站、滂江街站分別設置基站和光纖直放站近端機、在其他地下站、洪湖北街與重工街區(qū)間分別設置光纖直放站遠端機，以漏泄電纜覆蓋隧道和站臺區(qū)間，站廳用小天線覆蓋。在車輛段設一個基站及天線覆蓋整個車輛段，各基站均采用2載頻基站，基站頻率采用三組頻率復用的方式設置。

 

該方案有一定的合理性，但從系統(tǒng)易擴容、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，我們認為首選多基站小區(qū)制無疑會使TETRA能夠更好的發(fā)揮其為地鐵運營服務的社會效益和經(jīng)濟效益。