地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及相關(guān)問(wèn)題分析

謝詩(shī)朦

【摘要】 在目前輕軌和地鐵中，無(wú)線通信系統(tǒng)的核心應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)得到充分的證實(shí)。但是，根據(jù)地鐵要求可持續(xù)發(fā)展和成本節(jié)約的想法而言，選擇哪種無(wú)線通信系統(tǒng)更流暢、依靠何種技術(shù)更穩(wěn)定等方面疑問(wèn)，是當(dāng)前的地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中一個(gè)仍需進(jìn)一步探索的問(wèn)題。基于成本最小化、使用價(jià)值最大化的要求，本文比對(duì)了當(dāng)前地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)，并根據(jù)地鐵當(dāng)前發(fā)展的實(shí)際需要和方案設(shè)計(jì)的有效性問(wèn)題，提出一系列新的建議。

【關(guān)鍵詞】 地鐵無(wú)線通信系統(tǒng) 應(yīng)用技術(shù) 系統(tǒng)方案選擇

一、引言

地鐵專用無(wú)線通信作為高速運(yùn)行的地鐵列車(chē)與車(chē)下運(yùn)營(yíng)管理機(jī)構(gòu)之間唯一的通信手段，不僅擔(dān)負(fù)保證運(yùn)營(yíng)順暢、提高運(yùn)營(yíng)效率的義務(wù)， 還肩負(fù)著保障行車(chē)安全及地鐵乘客生命安全的重要使命。因此，設(shè)計(jì)地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)該確保語(yǔ)音及數(shù)據(jù)通信功能、調(diào)度管理功能的有效實(shí)現(xiàn)以及保證全線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋、提高通信質(zhì)量為最終目標(biāo)。

同時(shí)，安全可靠、擴(kuò)容的系統(tǒng)和具有延續(xù)性的后期工程也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。其中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是確定系統(tǒng)方案，它不僅決定著整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)性能的好壞程度、價(jià)格的高低起伏，而且極大的影響著地鐵后期工程帶來(lái)的通信系統(tǒng)是否能滿足擴(kuò)容要求。因此，慎重設(shè)計(jì)和優(yōu)選系統(tǒng)方案、妥善處理好當(dāng)前建設(shè)和今后發(fā)展的關(guān)系都具有重要的意義。

二、地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇及對(duì)比

2.1應(yīng)用用技術(shù)的選擇和比對(duì)

目前，對(duì)地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)的時(shí)候，GMS-R數(shù)字集群，MPT1327（ 模擬集群），以及TETRA是最常見(jiàn)的通信應(yīng)用技術(shù)，TETRA數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖一。在這三種途徑里面，GMS-R是基于公網(wǎng)GMS的技術(shù)，具有較高通信效率、較強(qiáng)綜合規(guī)劃能力的特點(diǎn)，能夠支持對(duì)共享無(wú)線通信資源城域應(yīng)用數(shù)字通信系統(tǒng)。深圳地鐵二號(hào)線在初始設(shè)計(jì)階段已經(jīng)利用過(guò)了這種模式，由于大城市的GMS-R通信密度、使用頻率都比較低，因此為了安全著想就不予考慮在GMS-R的應(yīng)用模式和無(wú)人駕駛技術(shù)的設(shè)計(jì)。然而這種方式里面體現(xiàn)了更多的創(chuàng)新思想，在設(shè)計(jì)規(guī)劃中國(guó)的地下無(wú)線通信系統(tǒng)過(guò)程中，我們?nèi)阅芪〉胶芏嘤欣?、有效的?jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)辟了一條新的道路。TETRA數(shù)字通信中繼系統(tǒng)是主應(yīng)用程序試圖呈現(xiàn)無(wú)線通信系統(tǒng)，專門(mén)為地鐵遠(yuǎn)距離通信而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出的體制，所以，其需要具備覆蓋所有類(lèi)型的功能、編程的溝通能力等特點(diǎn)。同時(shí)，利用這種技術(shù)到實(shí)際的生活生產(chǎn)中可以預(yù)測(cè)出將來(lái)地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)主要的發(fā)展方向很有可能就是數(shù)字通信系統(tǒng)。與以上兩種方式比較起來(lái)，MPT1327雖然是模擬集群，但是這種方式的利用率和數(shù)字系統(tǒng)頻率的利用率相比依然是相差好長(zhǎng)一段距離，對(duì)于水利系統(tǒng)、公安以及油田等方面來(lái)說(shuō)MPT1327仍然是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

2.2地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)方案選擇的比對(duì)

地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)方案具有較多的種類(lèi)，按照目前工作信道為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)區(qū)分，主要可為公用頻道方案和專用頻道方案兩種，其中公用頻道方案還可以分為數(shù)字集群和模擬集群這兩種方案模式。專用頻道方案要求每種頻道的用途都必須是唯一的、單獨(dú)的，即便空置下來(lái)也不能用做其他方面的用途，因此其可分為中繼器方式和車(chē)站臺(tái)方式。公用頻道方案的數(shù)字集群要求下產(chǎn)生的方案需要設(shè)置多種通話頻道以及一個(gè)控制頻道，由于集群方案中需要使用頻道共享和動(dòng)態(tài)分配頻道技術(shù)，以此保障所有頻道在均被使用時(shí)的概率低于專用頻道繁忙時(shí)所使用的概率，此方案在頻道高于三個(gè)以上時(shí)優(yōu)勢(shì)就會(huì)被充分體現(xiàn)出來(lái)，比如其可靠性、穩(wěn)定性、擴(kuò)容、流暢性、保密性以及對(duì)無(wú)線電頻率的占用、頻道切換和轉(zhuǎn)換均會(huì)高于其他方案。模擬集群的方案主要用于傳輸300-300HZ模擬信號(hào)，在對(duì)載頻調(diào)制時(shí)，模擬話音信號(hào)只能保留一個(gè)頻率，在我國(guó)這種方式只能使用MPT1327的集群標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)而言，數(shù)字集群方案則主要側(cè)重于使用低碼率話音編碼的方式，具有同一個(gè)載頻可以擁有多種頻次的特點(diǎn)，此種集群方式以TETRA的集群標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)，能夠解決單一的業(yè)務(wù)、較弱的功能水平、低下的頻率效率、不便于加密等模擬集群無(wú)法解決的技術(shù)問(wèn)題。

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比選

TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)根據(jù)地鐵線路的特點(diǎn)，按基站不同的設(shè)置方式可以有以下幾種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

（1）小區(qū)制：在控制中心設(shè)置交換控制設(shè)備，在地鐵沿線各車(chē)站設(shè)置基站，交換控制設(shè)備與基站之間通過(guò)使用有線傳輸通道實(shí)現(xiàn)相互連接，在地鐵沿線架設(shè)漏泄同軸電纜能夠有效加強(qiáng)傘線場(chǎng)覆蓋率。小區(qū)制的缺點(diǎn)在于投資成本較高、列車(chē)司機(jī)與行車(chē)調(diào)度員之間進(jìn)行通話需要切換較多越區(qū)，容易出現(xiàn)延時(shí)性；優(yōu)點(diǎn)是較高的信道利用率、較強(qiáng)的系統(tǒng)故障弱化能力，最為重要的是其能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)站值班員與接近列車(chē)司機(jī)之間無(wú)須撥號(hào)就能直接通信聯(lián)系（國(guó)鐵俗稱小三角通信）。

（2）中區(qū)制：在控制中心設(shè)置交換控制設(shè)備，在地鐵沿線的重要車(chē)站設(shè)置基站并且在其它車(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)有線傳輸通道實(shí)現(xiàn)相互連接，在地鐵沿線架設(shè)漏泄同軸電纜。中區(qū)制在設(shè)備投資成本、信道利用率、越區(qū)切換頻次、系統(tǒng)故障弱化能力等方面的水平均處于大區(qū)制與小區(qū)制之間，既不具備小區(qū)制的小三角通信功能也不存在大區(qū)制車(chē)載設(shè)備在列車(chē)進(jìn)出車(chē)輛段時(shí)正線通話組與車(chē)輛段通話組不能自動(dòng)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。

（3）大區(qū)制：在控制中心設(shè)置交換控制設(shè)備和基站，在地鐵沿線車(chē)站均設(shè)置射頻放大設(shè)備，地鐵沿線架設(shè)漏泄同軸電纜提高場(chǎng)強(qiáng)覆蓋率。大區(qū)制的優(yōu)點(diǎn)是投資較省，列車(chē)司機(jī)與行車(chē)調(diào)度員之間進(jìn)行通話不存在切換越區(qū)的問(wèn)題，從而減少誤差；缺點(diǎn)是信道利用率不高、故障弱化能力較差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)小三角通信，尤其是當(dāng)列車(chē)進(jìn)出車(chē)輛段時(shí)，正線通話組與車(chē)輛段通話組無(wú)法自動(dòng)轉(zhuǎn)換，帶來(lái)諸多不便。此外大區(qū)制的致命弱點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不易擴(kuò)容，而分期、分階段建設(shè)地鐵工程是司空見(jiàn)慣的事情。因此在移動(dòng)通信系統(tǒng)中不提倡采用大區(qū)制系統(tǒng)，而更多會(huì)建議采用大區(qū)分裂成小區(qū)的移動(dòng)通信系統(tǒng)方案。也就是說(shuō)，多基站的中、小區(qū)制方式的話務(wù)量與服務(wù)質(zhì)量會(huì)優(yōu)于單基站的大區(qū)制方式。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文章通過(guò)比較和分析各個(gè)方面， 得出頻率資源使用程度最高、使用范圍最廣的是TETRA，這種技術(shù)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是其話務(wù)分布與其他相比略微均勻，較少受到外部因素的干擾，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中安全、穩(wěn)定、可靠， 可以得到大面積的推廣和使用。

參 考 文 獻(xiàn)

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