王永明（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司，上海 200436）

隨著國內(nèi)各大城市軌道交通的發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)在全國各大城市如火如荼的進行。地鐵交通處在一個復(fù)雜及特殊的工作環(huán)境，因此地鐵通信也有許多特殊功能要求。無線通信作為地鐵通信的重要組成部分，具有自身的特點及特殊性。而數(shù)字集群通信是一種共享資源、向用戶提供優(yōu)良服務(wù)的多用途、高效能的先進無線電指揮、調(diào)度系統(tǒng)，其在軌道交通無線調(diào)度中得到了廣泛應(yīng)用。本文以北京地鐵五號線通信系統(tǒng)工程為例，簡單論述數(shù)字集群通信系統(tǒng)在地鐵通信中的應(yīng)用。

1 工程概況

北京地鐵五號線全長27.78?km，設(shè)車站23座。其中地下線車站16座（宋家莊站—惠新西街北口站）；地面線車站1座（立水橋站）；高架線車站6座（大屯路東站—天通苑北站）。本線設(shè)控制中心（小營）一座，車輛段（太平莊）1處和停車場（宋家莊）1處。無線通信系統(tǒng)為地鐵行車提供通話、呼叫、數(shù)據(jù)傳送、輔助業(yè)務(wù)的功能及網(wǎng)絡(luò)管理功能。

地鐵五號線無線系統(tǒng)覆蓋范圍為全部地下車站和隧道區(qū)間、全部地上車站及線路、車輛段及停車場區(qū)域。地下車站的站廳、出入口采用室內(nèi)天線進行場強覆蓋，地下車站的站臺及隧道區(qū)間采用漏泄同軸電纜（簡稱漏纜）進行場強覆蓋。地上車站及線路、區(qū)域采用室外天線進行場強覆蓋。

2 應(yīng)用方案

本工程無線通信系統(tǒng)采用800?M頻段陸地集群無線電（TETRA）數(shù)字集群設(shè)備，TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)是一種基于數(shù)字時分多址（TDMA）技術(shù)的專業(yè)移動通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在同一技術(shù)平臺上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話服務(wù)。該系統(tǒng)包括5個子系統(tǒng)：行車調(diào)度、防災(zāi)調(diào)度、車輛段值班調(diào)度、停車場值班調(diào)度和維修調(diào)度。系統(tǒng)采用摩托羅拉公司的TETRA設(shè)備。本工程無線通信系統(tǒng)在沿線的16個地下車站設(shè)置16套集群基站，地面區(qū)域設(shè)置3套集群基站，即宋家莊停車場、立水橋站、太平莊車輛段各設(shè)置一套集群基站。全線共設(shè)置19套集群基站，完成對全線車站、區(qū)間、車輛段及停車場的無線場強覆蓋。因立水橋站基站覆蓋區(qū)域較大，經(jīng)場強測試將一對光纖直放站設(shè)置在立水橋站（近端機）及大屯路東站（遠端機），利用光纖傳輸信號至大屯東路，信號進行光電轉(zhuǎn)換后通過天線對此區(qū)間進行場強覆蓋。

數(shù)字集群移動臺在通話過程中從一個基站覆蓋區(qū)進入另一個基站覆蓋區(qū)時，會自動進行越區(qū)切換。列車從一端開出，從一個站駛向另一個站時，機車車載臺也會面臨越區(qū)切換，越區(qū)切換時間不大于500?ms，由于時間很短從而不會使通話中斷。從始發(fā)站到終點站將經(jīng)歷多次越區(qū)切換。因此，無線通信系統(tǒng)如何保障快速可靠的越區(qū)切換過程，使話音通信和數(shù)據(jù)通信能夠不中斷，這對于行車調(diào)度的順利進行將是至關(guān)重要的因素。

TETRA標準定義了5種切換類型，分別為：非聲明型切換、非通知型切換、3類通知型切換、2類通知型切換、1類通知型切換。在3類通知型切換中，TETRA標準采用2個門限值，當移動臺需要轉(zhuǎn)換基站時，在比較高的門限值，基站被認為是可以改善的，如果無線移動臺找到另一個基站提供的信號高于這個門限值一個事先選定的值，它會轉(zhuǎn)換到新的基站。在低門限值，基站被認為是必須放棄的，無線移動臺必須轉(zhuǎn)換基站來避免由于信號進一步惡化而帶來的通信質(zhì)量損失。

北京地鐵五號線工程采用兩根漏纜在隧道中間直接連通的連接方式，此種方案的優(yōu)點：在越區(qū)切換前后信號均較強，越區(qū)切換平穩(wěn)；缺點：切換點不可控。地鐵五號線曾出現(xiàn)移動臺在下一站車站進行越區(qū)切換的現(xiàn)象，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)為隧道區(qū)間較短，上一站信號經(jīng)直通漏纜傳輸至下一站車站后才降低至切換門限電平以下，最終采用降低基站發(fā)射功率、調(diào)高切換門限電平值的方式將切換點調(diào)整至隧道中部。還有一點需要注意，在使用隧道間漏纜直接連通的方式時，依次排列的A、B、C三站中，除B站與A、C兩站信號不能相同外，A、C兩站信號也不能相同。否則，當A、C兩站信號相同時，如果基站發(fā)射信號較大，容易在B站造成越站或同頻干擾。

數(shù)字集群系統(tǒng)為提高系統(tǒng)的可靠性和性能，摩托羅拉TETRA系統(tǒng)基站間采用全球定位系統(tǒng)（GPS）同步方式。本工程地下集群基站采用3點引入GPS信號、通過GPS光收發(fā)模塊向附近其他地下站傳送GPS同步信號。16個地下無線基站從3個點集中引入GPS信號，分別是天壇東門站、東單站、雍和宮站。每個GPS信號引入點為4～5個地下無線基站提供同步信號，其中天壇東門站負責(zé)宋家莊站、劉家窯站、蒲黃榆站、磁器口站GPS信號的傳送，東單站負責(zé)崇文門站、燈市口站、東四站、張自忠路站、北新橋站GPS信號的傳送，雍和宮站負責(zé)和平里北街站、和平西橋站、惠新西街南口站、惠新西街北口站GPS信號的傳送。

在小營控制中心設(shè)置集群移動通信系統(tǒng)無線交換控制設(shè)備，無線交換控制設(shè)備與基站采用星型連接，完成不同基站覆蓋區(qū)內(nèi)用戶的交換和接續(xù)。小營控制中心同時設(shè)置集群網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，以完成系統(tǒng)參數(shù)和用戶參數(shù)的設(shè)置管理及系統(tǒng)設(shè)備故障告警、事件存檔記錄的功能。全系統(tǒng)共需調(diào)度臺5臺：在小營控制中心設(shè)置1臺行車調(diào)度臺，1臺防災(zāi)調(diào)度臺和1臺維修調(diào)度臺；?在車輛段設(shè)1臺車輛段值班調(diào)度臺；在停車場設(shè)置1臺停車場值班調(diào)度臺。值班員通過調(diào)度臺實現(xiàn)以下功能：組呼、私密呼叫（即單呼）、緊急呼叫、緊急呼叫、遇忙排隊和回叫等基本功能，以及系統(tǒng)管理、錄音管理等。

3 降級備用

本工程的無線通信降級備用系統(tǒng)是首次在城市軌道交通線路上使用，無線通信降級備用系統(tǒng)安裝在太平莊車輛段信號樓通信設(shè)備室，備用行車調(diào)度臺和備用維修調(diào)度臺安裝在該信號樓備用中心的調(diào)度室內(nèi)。其系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理：利用數(shù)字集群系統(tǒng)基站的單站集群模式，備用通信方案采用單站集群模式下的降級工作系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠滿足行車調(diào)度對列車司機的基本通話需求及維修調(diào)度的基本通話需求。降級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

降級系統(tǒng)的工作模式：當交換中心不能正常工作或無交換中心時,所有基站將進入單站集群工作狀態(tài),在每個基站的覆蓋區(qū)內(nèi)設(shè)置一部特殊的用戶臺（稱作基站接入電臺）,從基站側(cè)來看這個用戶臺具有與其他用戶臺相同的功能，能夠與同一基站下的用戶進行通信；從操控角度來看,接入電臺的所有操作都能在備用中心進行遠程操作和控制。這樣，在備用控制中心就能與所有基站覆蓋區(qū)內(nèi)的用戶進行通信。

在降級集群模式下，為了使調(diào)度員了解線路上列車的運行狀況，提高行車安全和工作效率，在備用中心配置了一套計算機輔助設(shè)計（CAD）計算機調(diào)度系統(tǒng)。CAD調(diào)度系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器模式，是一套由硬件設(shè)備和軟件構(gòu)成的計算機網(wǎng)絡(luò)。CAD服務(wù)器為主機，各個調(diào)度臺為客戶機，主機與客戶機之間通過局域網(wǎng)連接。CAD調(diào)度系統(tǒng)可以向調(diào)度員提供一個降級集群模式下的直觀、簡便、操作性強的中文操作界面，結(jié)合音頻接口設(shè)備完成調(diào)度指揮工作；另外，CAD系統(tǒng)還可以接收自動列車監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）提供的列車位置信息和時鐘系統(tǒng)提供的統(tǒng)一時間信息，可實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)的增強功能。

4 結(jié)束語

上述通信設(shè)備及功能實現(xiàn)，構(gòu)成了地鐵無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)總調(diào)、車站值班員、列車司機等多方通信，為地鐵安全運營提供了有力保障。

[1]鄭祖輝.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2008.