劉萬青

TETRA無線數(shù)字集群通信系統(tǒng)在深圳地鐵3號線的應(yīng)用

劉萬青

結(jié)合深圳地鐵3號線的工程建設(shè)及運營實踐經(jīng)驗，從系統(tǒng)架構(gòu)、組網(wǎng)方式和系統(tǒng)功能等方面介紹TETRA無線集群通信系統(tǒng)在深圳地鐵3號線的應(yīng)用。并結(jié)合深圳地鐵二期工程現(xiàn)有TETRA系統(tǒng)，淺談了深圳地鐵三期工程TETRA系統(tǒng)建設(shè)的幾點建議，以便實現(xiàn)TETRA系統(tǒng)資源共享，使系統(tǒng)在行車調(diào)度指揮工作中發(fā)揮更大的作用。

陸地集群無線電;無線通信;組網(wǎng)方式;建設(shè)建議

TETRA是陸地集群無線電，其在調(diào)度功能上是比較完善的，比較適合做專網(wǎng)。目前國內(nèi)地鐵無線通信系統(tǒng)大多采用集群通信的組網(wǎng)方案。其運作方式以雙工、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、群呼和緊急呼叫，很好地滿足了地鐵運營所需的列車無線行車調(diào)度、車輛段調(diào)度、維修調(diào)度，以及列車司機(jī)、車站值班員和運營維護(hù)人員之間的無線通信。本文結(jié)合TETRA系統(tǒng)在深圳地鐵3號線的應(yīng)用，重點介紹其系統(tǒng)架構(gòu)、組網(wǎng)方式、系統(tǒng)功能，并提出后期地鐵建設(shè)的幾點建議。

1 TETRA系統(tǒng)在深圳地鐵3號線的應(yīng)用

深圳地鐵3號線專用無線通信系統(tǒng)，采用EADS 800MHz頻段的TETRA數(shù)字集群通信。系統(tǒng)主要由中心交換機(jī)、調(diào)度服務(wù)器、調(diào)度操作臺、維護(hù)終端、基站、車載臺、手持臺、漏泄同軸電纜和天饋系統(tǒng)等組成，多個TETRA基站形成一個有線、無線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，控制中心與各車站和車輛段之間的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)由傳輸和交換網(wǎng)絡(luò)提供支撐。

系統(tǒng)自建成以來，滿足了3號線行車調(diào)度、環(huán)控(防災(zāi))調(diào)度、維修調(diào)度、站務(wù)、車輛段值班和應(yīng)急等各子系統(tǒng)通話的要求，通話組內(nèi)的通信操作互不妨礙，可以進(jìn)行車-地傳輸列車狀態(tài)信息和列車廣播，實現(xiàn)設(shè)備和頻率資源共享、無線信道話務(wù)負(fù)荷平均分配，服務(wù)質(zhì)量高、接續(xù)時間短、信令系統(tǒng)先進(jìn)，可靈活地多級分組，具有自動監(jiān)視、報警及故障弱化等功能;且具有強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展時不會影響既有設(shè)備的使用，增加設(shè)備較少;通過軟件升級和系統(tǒng)設(shè)備的中心配置，即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和控制，便于維修搶修。

系統(tǒng)采用單中心控制交換機(jī)+多基站小區(qū)制組網(wǎng)方案，各基站通過有線傳輸通道與控制中心集群交換機(jī)相連，在橫崗車輛段控制中心設(shè)置集群交換機(jī)DXTip和調(diào)度臺，在地鐵沿線(益田—雙龍及中心公園停車場、橫崗車輛段)共設(shè)32個集群基站，采用星型方式組網(wǎng)，交換控制設(shè)備與基站之間通過有線傳輸通道連接，形成一個有線、無線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)。地鐵沿線架設(shè)漏泄同軸電纜實現(xiàn)車站站臺、高架段區(qū)間及隧道內(nèi)的場強(qiáng)覆蓋，各站站廳用小天線覆蓋。基站均采用2載頻基站，每個基站2載頻共8個信道。系統(tǒng)運營無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運營無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施主要有中心交換控制器、歸屬位置寄存器、訪問位置寄存器、網(wǎng)管設(shè)備、調(diào)度服務(wù)器以及基站、基站控制器等。其中中心交換控制設(shè)備采用IP交換技術(shù)，正常運行時各基站由設(shè)置在中心的中心控制器控制，當(dāng)基站與中心控制器通信中斷時，它將以單站集群方式支持單站系統(tǒng)的正常運行，實現(xiàn)深圳地鐵3號線全線統(tǒng)一的無線調(diào)度通信和網(wǎng)絡(luò)管理。

深圳地鐵3號線根據(jù)地鐵運行特點，以車站劃分小區(qū)，其中車輛段獨立設(shè)置為一個小區(qū)，通過控制中心交換設(shè)備的連接而構(gòu)成分級管理區(qū)域網(wǎng)。相同的載波頻率可在不同的工作小區(qū)同時使用。

2 TETRA系統(tǒng)應(yīng)用改善及功能提升

2.1 區(qū)間越區(qū)切換問題的解決

地鐵移動通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)越區(qū)切換存在諸多的不確定因素。特別是在隧道環(huán)境，由于多種因素產(chǎn)生的信號快速衰落，使切換區(qū)域設(shè)置和漏泄電纜的尾端連接方式對越區(qū)切換的效果影響很大，直接關(guān)系到無線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

為達(dá)到98%以上區(qū)域各信號的最弱電平為－85dBm，保證切換時不會因為信號變化太快造成掉話，可以將區(qū)間中點的漏泄電纜LCX聯(lián)通，使兩邊基站來的信號盡量形成較多的重疊區(qū)，當(dāng)列車高速運行經(jīng)過隧道中段時，原小區(qū)信號逐漸減弱，切入小區(qū)的信號逐漸增強(qiáng)，沒有信號突然消失的情況，避免了移動臺因為切換時間不足造成掉話。通過在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，將各隧道的覆蓋場強(qiáng)調(diào)整到合適的水平，可以使切換更加平滑。

一般情況下小區(qū)間進(jìn)行正常切換需要6～10 s，切換區(qū)應(yīng)滿足10 s切換的最低要求，而列車在隧道中段最高速度為80 km/ h，10 s內(nèi)行進(jìn)的距離為222 m。在理想情況下，本小區(qū)與相鄰小區(qū)的信號在LCX中傳輸損耗是相同的，因此它們的場強(qiáng)衰減特性曲線相對于其交點是對稱的，所以LCX的越區(qū)切換損耗余量可由本小區(qū)與相鄰小區(qū)各負(fù)擔(dān)一半，即111 m。對應(yīng)于LCX傳輸損耗24 dB/km，越區(qū)切換損耗余量為24×(1/ 1000)×111=2.7 dB，參見圖2。

圖2 區(qū)間越區(qū)切換

2.2 采用手持臺個號與列車車號相同的編碼方式

無線通信作為指揮行車的重要手段，為了保障列車的運行安全需提供備用通信，故在每列車上都會配置一部800 MHz手持臺作為備用。在800 MHz手持臺編寫個號時，應(yīng)將列車車體號作為備用800MHz手持臺的個號編碼依據(jù)，這樣便于調(diào)度員在應(yīng)急情況下快速找到手持臺的個號。以深圳地鐵3號線列車為例(0301車)，手持臺個號應(yīng)該為:633301(前面3位號碼是固定的633，后面3位根據(jù)列車車號來編號)，這樣在應(yīng)急情況下調(diào)度員可以非常便捷地呼叫到司機(jī)，從而縮短號碼搜索耗時，提高調(diào)度指揮效率。

2.3 改善高架段區(qū)間漏纜支架和吊夾的穩(wěn)固性

深圳地鐵龍崗線擁有15座高架站，高架站區(qū)間漏泄同軸電纜的敷設(shè)采用漏纜支架與吊夾結(jié)合的方式進(jìn)行固定。其中，漏纜吊夾安裝在鐵支架的兩側(cè)，采用長螺釘穿孔安裝在支架兩側(cè)頂端，開孔底部用螺母及彈簧墊片緊固。列車在高架段區(qū)間長期的運行過程中，產(chǎn)生的震動將會影響到漏纜支架和吊夾的穩(wěn)固性。時間越長，漏纜支架的固定螺栓及漏纜吊夾的螺母越松動，甚至脫落。當(dāng)漏纜吊夾螺絲掉落到一定數(shù)量時，漏纜亦會因無法固定向外彎曲，從而造成漏纜侵限，影響列車安全運行。經(jīng)實踐摸索，在漏纜吊夾螺絲底部刷漆，可以提高其穩(wěn)定性。

2.4 無線系統(tǒng)的互聯(lián)互通

近幾年來，地鐵專用無線系統(tǒng)互聯(lián)互通越來越普遍，不但可以實現(xiàn)全網(wǎng)漫游，拓展每條線路用戶的作業(yè)區(qū)域，而且支持獨立運營及必要時跨線運營全網(wǎng)調(diào)度。深圳地鐵5條線路均由歐洲宇航提供TETRA系統(tǒng)設(shè)備，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了5條地鐵線路的互聯(lián)互通及統(tǒng)一指揮調(diào)度，資源共享，節(jié)省投資，提高了指揮調(diào)度效率，可以更好地應(yīng)對大型活動保障和突發(fā)事件。深圳地鐵5條線路互聯(lián)互通后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

深圳地鐵5條線路互聯(lián)互通后，保證了深圳地鐵1～5號線所有工作人員的手持臺不僅能在本車站管轄范圍內(nèi)自由漫游，而且可以在深圳地鐵1～5號線的全線范圍內(nèi)(包括換乘站管轄范圍內(nèi))自由漫游，進(jìn)行組呼、單呼、緊急呼叫、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃合到y(tǒng)支持的通信;支持不同線路用戶在深圳地鐵全線區(qū)間內(nèi)的互聯(lián)互通，進(jìn)行必要或緊急情況下對深圳地鐵所有無線用戶之間的協(xié)調(diào)。

3 后期建設(shè)的建議

3.1 建設(shè)整體容災(zāi)能力

圖3 深圳地鐵5條線路互聯(lián)互通后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

隨著國內(nèi)數(shù)字集群系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)入規(guī)?；⒕W(wǎng)絡(luò)化，政府、公安、地鐵等專業(yè)用戶越來越關(guān)注專用無線通信系統(tǒng)的整體冗余容災(zāi)能力，考慮整個無線系統(tǒng)的災(zāi)備越發(fā)重要。災(zāi)備主要有以下幾種方案。

1.采用HLR備份方案。HLR數(shù)據(jù)庫儲存了所有用戶的信息，備份的投資最小，不需要增加任何硬件，只是軟件上做相應(yīng)備份即可。例如，北京無線政務(wù)網(wǎng)、廣州無線政務(wù)網(wǎng)、深圳公安應(yīng)急指揮數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)、廣州地鐵都采用了HLR鏡像備份技術(shù)，保證全網(wǎng)核心HLR用戶數(shù)據(jù)庫的安全性。深圳地鐵目前1～5號線可以做HLR備份，未來的三期工程中，7、9、11號線可以考慮和已建成的一條或者多條線做HLR備份。如果三期工程采用了和一、二期不同廠家的設(shè)備，可以考慮單獨做備份。

2.核心基站同時連接雙交換機(jī)的方案。對于特別重要的基站，例如客流量很大的換乘站基站，可以同時連接到雙交換機(jī)，這樣，當(dāng)一臺交換機(jī)出現(xiàn)故障時，基站仍然可以繼續(xù)工作。條件是交換機(jī)側(cè)要實現(xiàn)互聯(lián)互通，深圳地鐵一、二期工程已經(jīng)在深圳交換機(jī)側(cè)互聯(lián)互通。深圳公安應(yīng)急指揮數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)、香港地鐵等項目，都將很多核心基站同時連接了雙交換機(jī)，以保證核心基站的工作安全。

3.一個交換機(jī)在線備份多個交換機(jī)的方案?？蓪⑵渲?臺交換機(jī)作為其他交換機(jī)的備份，深圳地鐵已建設(shè)了5條地鐵線，設(shè)置了5臺交換機(jī)，可將其中1臺作為備份。三期新線建設(shè)時如果采用和一期、二期一樣的設(shè)備，也可以考慮統(tǒng)一備份;如果采用不同的設(shè)備，可以采用1～5號線統(tǒng)一做備份，三期的新線統(tǒng)一做備份。

以上幾種技術(shù)手段統(tǒng)一建設(shè)可以進(jìn)一步提高專用無線系統(tǒng)的可靠性和容災(zāi)能力。3種方案并不是完全獨立的，也可以將幾種方案組合。

3.2 大規(guī)模使用全網(wǎng)動態(tài)錄音技術(shù)

目前，國內(nèi)專用無線系統(tǒng)的錄音功能大多是調(diào)度臺錄音，或者是交換機(jī)靜態(tài)錄音。調(diào)度臺錄音僅能錄調(diào)度臺參與的呼叫，故很不完備。而交換機(jī)靜態(tài)，則存在錄音通道利用率低、很難錄全部呼叫及通話內(nèi)容，不能跨交換機(jī)錄音等缺陷。近幾年隨著技術(shù)的發(fā)展，全網(wǎng)呼叫動態(tài)錄音技術(shù)因其錄音通道共享利用率高，可以錄全網(wǎng)所有呼叫及通話內(nèi)容，可以跨交換機(jī)錄音，易于管理和維護(hù)等特點越來越受到國內(nèi)外專業(yè)用戶的青睞。全網(wǎng)動態(tài)錄音技術(shù)已日臻成熟，可以考慮統(tǒng)一部署全網(wǎng)錄音系統(tǒng)，實現(xiàn)對全網(wǎng)所有地鐵線路呼叫的錄音。全網(wǎng)錄音系統(tǒng)可以負(fù)載均衡，也可以互為備份，最大程度保證了錄音的可用性。在三期工程建設(shè)部署全網(wǎng)統(tǒng)一錄音系統(tǒng)，可以解決深圳地鐵專用無線系統(tǒng)的通話錄音需求，也解決了一期工程只能對調(diào)度臺錄音的問題，后續(xù)工程不需要再新上錄音系統(tǒng)，只需要根據(jù)后續(xù)線路需求適當(dāng)擴(kuò)容即可。

3.3 統(tǒng)一頻率規(guī)劃及資源共享

隨著深圳地鐵3期工程的開工建設(shè)，換乘站數(shù)量越來越多，已經(jīng)出現(xiàn)4條線路在同一站換乘的情況。在各條線交換機(jī)未實現(xiàn)互聯(lián)互通的情況下，在進(jìn)行頻率規(guī)劃時需要遵循:換乘站各基站頻率不復(fù)用，相鄰基站(含換乘站、交匯站及相鄰車站基站)的頻率分配要避免同頻干擾及鄰頻干擾，避免三階互調(diào)等原則。目前國家無委批復(fù)給深圳地鐵已規(guī)劃16條線路的的總頻率數(shù)目是18對，已經(jīng)建成的5條線已經(jīng)使用了大部分，使得頻率規(guī)劃十分困難。由于目前深圳地鐵一期工程所建交換機(jī)與二期工程所建交換機(jī)已實現(xiàn)互聯(lián)互通，建議在三期工程中統(tǒng)籌考慮各換乘站共用基站，重新規(guī)劃全網(wǎng)無線電頻率，提高頻率使用效率，節(jié)約基站投資。

4 結(jié)束語

自2009年深圳地鐵3號線開通以來，TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)以其強(qiáng)大的無線調(diào)度通信功能、高頻譜利用率以及操作簡單、方便維護(hù)的優(yōu)點完全滿足了運營需求。在深圳地鐵三期TETRA系統(tǒng)中應(yīng)考慮整個地鐵網(wǎng)絡(luò)的整合和優(yōu)化，起到承上啟下的作用，實現(xiàn)全網(wǎng)的統(tǒng)一指揮和資源共享。

［1］鄭祖輝，陸錦華，鄭嵐，數(shù)字集群移動通信系統(tǒng).第二版［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005．

［2］李進(jìn)良，TETRA數(shù)字集群的進(jìn)展［N］.通信產(chǎn)業(yè)報，2000．

［3］沙學(xué)軍，譚學(xué)治，陳娟.數(shù)字集群網(wǎng)系統(tǒng)總體方案的探討［J］.移動通信，2001．

［4］張金安．制定中國數(shù)字集群體制標(biāo)準(zhǔn)的基本思路．中國數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)研討會［R］.1999.

［5］TETRA Interoperability Certificate in accordane with TIP V．1 15．11［S］.1999.

Combined with the engineering construction and operation experience of Shenzhen metro Line 3，this article introduces the application ofwireless trunking TETRA communication system in the line in terms of system architecture，networkingmode，and system function．Furthermore，based on the existing TETRA system of the second stage project of Shenzhen metro，several suggestions on the TETRA system of the third stage project of Shenzhen metro is discussed in order to realize source sharing of TETRA systems to fully play the role of TETRA system in train operation dispatching and command．

TErrestrial Trunked RAdio;Wireless Communication;Networking Mode;Construction Suggestions

劉萬青:深圳地鐵集團(tuán)3號線運營分公司助理工程師518173深圳

2012-12-20

(責(zé)任編輯:諸紅)