黃鶴

摘 要：作為現(xiàn)代軌道交通最重要的通信手段，專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)已經(jīng)成為軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中不可或缺的一部分。而TETRA系統(tǒng)也成為目前城市軌道交通專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的最廣泛選擇。TETRA除擁有一般的語(yǔ)音通信功能外，還具有廣泛的數(shù)據(jù)通信等功能，為城市軌道交通能夠安全、高密度、高效運(yùn)營(yíng)起到了保障性作用。同時(shí)，TETRA系統(tǒng)的功能應(yīng)用和組網(wǎng)方案也成為重要的課題。文章針對(duì)TETRA系統(tǒng)的功能應(yīng)用、系統(tǒng)構(gòu)成、組網(wǎng)方案等做了簡(jiǎn)單的分析闡述，在保障城市軌道交通建設(shè)基本的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)功能需求基礎(chǔ)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以達(dá)到系統(tǒng)的更加高效可靠。

關(guān)鍵詞：地鐵集群；專(zhuān)用；無(wú)線(xiàn)；通信系統(tǒng)

1 TETRA主要功能的應(yīng)用

1.1 TETRA系統(tǒng)的主要功能

TETRA系統(tǒng)的主要功能如下：（1）通話(huà)功能（包括組呼、個(gè)呼、通播組呼叫、緊急呼叫等）。（2）編組功能。（3）通話(huà)組掃描功能。（4）廣播功能：控制中心調(diào)度員可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)調(diào)度臺(tái)，選擇運(yùn)行中的全部本線(xiàn)列車(chē)或部分列車(chē)進(jìn)行廣播，車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)調(diào)度員可對(duì)位于車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的全部列車(chē)或部分列車(chē)進(jìn)行廣播。（5）存儲(chǔ)功能：當(dāng)用戶(hù)發(fā)出呼叫時(shí)，位于控制中心的設(shè)備能存儲(chǔ)呼叫類(lèi)型、呼叫狀態(tài)、被呼和主呼的移動(dòng)臺(tái)標(biāo)識(shí)碼和位置（以車(chē)站站名表示）、通話(huà)起止時(shí)間等有關(guān)信息，必要時(shí)可輸出至打印機(jī)。（6）錄音功能。（7）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理功能：系統(tǒng)具有完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能，中心級(jí)網(wǎng)管終端應(yīng)能夠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各級(jí)設(shè)備如中心控制器模塊、音頻器接口、電源、音頻交換模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、集群基站接口模塊、音頻交換器通道、遠(yuǎn)端基站控制器、集群信道機(jī)、光纖直放站、基站通道、集群轉(zhuǎn)發(fā)器接口卡和系統(tǒng)管理終端通道等的運(yùn)行狀態(tài)信息，如電源狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)等，可完成自動(dòng)檢測(cè)、遙控檢測(cè)、故障定位、故障報(bào)警及遠(yuǎn)端維護(hù)等，出現(xiàn)故障時(shí)能夠發(fā)出聲光報(bào)警。（8）故障弱化功能：包括中心控制器容錯(cuò)、單站集群、控制信道備份、脫網(wǎng)呼叫等故障弱化功能。（9）強(qiáng)插功能：在一個(gè)小組的通話(huà)過(guò)程中，調(diào)度員具有最高的優(yōu)先級(jí)，可以隨時(shí)插入到一個(gè)小組的通話(huà)中，并打斷其他無(wú)線(xiàn)用戶(hù)的通話(huà)。除此之外，預(yù)占優(yōu)先功能同樣可以給調(diào)度與及其他主要無(wú)線(xiàn)用戶(hù)提供強(qiáng)插和強(qiáng)拆功能。（10）動(dòng)態(tài)重組功能：系統(tǒng)管理員可以動(dòng)態(tài)地對(duì)通話(huà)組進(jìn)行重組，并通過(guò)RCM（Radio Control Manager，無(wú)線(xiàn)控制管理器軟件）實(shí)施“風(fēng)暴計(jì)劃”，一次執(zhí)行多個(gè)動(dòng)態(tài)重組的命令，動(dòng)態(tài)重組功能是通過(guò)在空中接口向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（11）多級(jí)優(yōu)先功能：每個(gè)無(wú)線(xiàn)用戶(hù)機(jī)被系統(tǒng)管理員分配一個(gè)范圍在2至10之間的優(yōu)先級(jí)，每個(gè)通話(huà)組也有優(yōu)先級(jí)別。每次組呼的優(yōu)先級(jí)或者為發(fā)起用戶(hù)級(jí)的優(yōu)先級(jí)，或者為通話(huà)組的優(yōu)先級(jí)，以其中級(jí)別高的為準(zhǔn)，如果信道資源不夠，系統(tǒng)會(huì)對(duì)呼叫進(jìn)行排隊(duì)，保證高優(yōu)先級(jí)的呼叫優(yōu)先得到處理。（12）系統(tǒng)擴(kuò)展功能：采用積木式、模塊化的結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)容，全I(xiàn)P模塊化的結(jié)構(gòu)支持系統(tǒng)平滑擴(kuò)容。（13）狀態(tài)信息業(yè)務(wù)功能：狀態(tài)信息業(yè)務(wù)允許無(wú)線(xiàn)用戶(hù)發(fā)送預(yù)編碼狀態(tài)信息至調(diào)度臺(tái)。只有用戶(hù)機(jī)能發(fā)送狀態(tài)信息且僅主控制信道（MCCH）支持發(fā)送，狀態(tài)信息被傳送給用戶(hù)機(jī)組所屬的調(diào)度臺(tái)，且僅被送給調(diào)度臺(tái)，而不送給其它通話(huà)組成員。（14）短數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)功能：短數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)（SDTS或短信）是一種傳輸層承載服務(wù)。SDTS可支持文本消息、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)、AVL（Automatic Vehicle Location，自動(dòng)車(chē)輛定位）、遙控遙測(cè)等數(shù)據(jù)應(yīng)用。SDTS同時(shí)支持“點(diǎn)到點(diǎn)”和“點(diǎn)到多點(diǎn)”TETRA短數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，SDTS支持信息多達(dá)140字節(jié)（中文70個(gè)漢字）。所有用戶(hù)終端都具有短數(shù)據(jù)傳送功能。（15）分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能：分組數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展使得各種服務(wù)，諸如話(huà)音、圖像和高速數(shù)據(jù)鏈接都可以采用IP技術(shù)實(shí)施。IP的簡(jiǎn)單性和普遍性，以及互聯(lián)網(wǎng)客戶(hù)/服務(wù)器（資源分散）模式的推廣，為客戶(hù)承接數(shù)據(jù)服務(wù)的開(kāi)發(fā)提供了先導(dǎo)，比如，為GSM蜂窩電話(huà)開(kāi)發(fā)的多媒體應(yīng)用可以移植到TETRA。（16）虛擬專(zhuān)網(wǎng)功能：在多條線(xiàn)共享一個(gè)MSO的情況下，從管理上又要能夠?qū)崿F(xiàn)分線(xiàn)管理，這就需要借助于VPN技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備、用戶(hù)、調(diào)度、數(shù)據(jù)等多方面的分線(xiàn)管理。

1.2 系統(tǒng)工作方式

除調(diào)度臺(tái)、固定臺(tái)與車(chē)載臺(tái)及無(wú)線(xiàn)用戶(hù)與有線(xiàn)用戶(hù)為雙工通話(huà)外，其余用戶(hù)通信皆為半雙工或單工方式。

1.3 系統(tǒng)方案的選定

地鐵無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用鏈狀覆蓋，車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)所在地采用面狀覆蓋。系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須符合本市軌道交通網(wǎng)的整體布局和現(xiàn)狀情況，同事考慮工程實(shí)施的可能性。

1.4 系統(tǒng)構(gòu)成

基站加光纖直放站方案的系統(tǒng)設(shè)備包括設(shè)置在控制中心的集群交換控制設(shè)備、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備、集群電話(huà)互聯(lián)設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)備、調(diào)度臺(tái)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和各子系統(tǒng)調(diào)度臺(tái)；設(shè)置在車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)的調(diào)度臺(tái)；設(shè)置在各地鐵車(chē)站的集群基站（或光線(xiàn)直放站）和車(chē)站電臺(tái)、每列車(chē)的車(chē)載電臺(tái)、站內(nèi)有關(guān)工作人員、維修人員配備的手持臺(tái)以及漏泄同軸電纜、天饋設(shè)備等。中心集群交換控制設(shè)備與基站以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式星型連接，設(shè)置基站的車(chē)站，由基站直接提供信號(hào)進(jìn)行覆蓋，其他車(chē)站由光纖直放站進(jìn)行覆蓋。光纖直放站主站（近端站）設(shè)置在有基站的車(chē)站，通過(guò)耦合器取很小一部分基站信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將信號(hào)通過(guò)光纖連接到鄰站的直放站（遠(yuǎn)端站）上，直放站完成光電轉(zhuǎn)換后將信號(hào)放大后饋送至LCX輻射出去。直放站收到各移動(dòng)用戶(hù)的信號(hào)，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后通過(guò)光纖傳至直放站主站再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，恢復(fù)的電信號(hào)通過(guò)耦合器饋入基站。為控制系統(tǒng)噪聲和時(shí)延指標(biāo)，光纖直放站不采用級(jí)聯(lián)方式。無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的傳輸，地下隧道區(qū)間采用漏泄同軸電纜（LCX）方式，在隧道洞壁單側(cè)敷設(shè)。地上及高架段的基站通過(guò)室外天線(xiàn)（或漏泄同軸電纜）覆蓋各自的區(qū)段。在站間距離較長(zhǎng)的區(qū)間根據(jù)需要設(shè)置光纖直放站遠(yuǎn)端站，補(bǔ)償LCX的線(xiàn)路衰耗，或采用優(yōu)化型漏纜以保證系統(tǒng)的通話(huà)質(zhì)量和滿(mǎn)足越區(qū)切換要求。地面的車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)利用室外天線(xiàn)采用空間波方式進(jìn)行電波傳播。

1.5 系統(tǒng)頻率配置

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定載波干擾比為，以地點(diǎn)概率95%的要求，對(duì)于地面帶狀服務(wù)區(qū)來(lái)說(shuō)，通過(guò)國(guó)際和國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均表明，對(duì)于中等起伏的地形，兩個(gè)地面同頻基站之間間隔2個(gè)小區(qū)的保護(hù)距離是足夠的，因此地面應(yīng)采用三頻率組以滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)用的要求。隧道區(qū)段因采用漏纜覆蓋，地下車(chē)站可采用二頻組隔站服用的方式。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)采用共信道的運(yùn)用方式，自動(dòng)、動(dòng)態(tài)地指配給系統(tǒng)全部用戶(hù)使用。每個(gè)載波能容納4個(gè)邏輯信道，其中1個(gè)信道為控制信道。當(dāng)基站載頻數(shù)量不超過(guò)2個(gè)時(shí)，載頻配置可采用雙機(jī)雙頻模式?；静捎?個(gè)收發(fā)信機(jī)各自采用一對(duì)頻點(diǎn)。可設(shè)置成不同載頻的信道機(jī)互為熱備用，以提高在單載頻工作條件下的抗干擾性能。當(dāng)基站載頻數(shù)量只有1個(gè)時(shí)，載頻配置可采用雙機(jī)單頻模式?；镜?個(gè)收發(fā)信機(jī)采用同一對(duì)頻點(diǎn)。平時(shí)一個(gè)收發(fā)信機(jī)工作，當(dāng)這個(gè)收發(fā)信機(jī)故障時(shí)，另一個(gè)收發(fā)信機(jī)投入使用?？稍O(shè)置成相同載頻的信道機(jī)互為備用。

1.6 無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的覆蓋方式及場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)

（1）無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的覆蓋方式：列車(chē)運(yùn)行沿線(xiàn)的隧道區(qū)段、地面線(xiàn)路（含高架區(qū)段）和沿線(xiàn)車(chē)站站臺(tái)區(qū)敷設(shè)漏泄同軸電纜，場(chǎng)強(qiáng)比較穩(wěn)定，對(duì)外界也不會(huì)造成干擾。根據(jù)具體情況，當(dāng)頻率資源比較豐富時(shí)，地面線(xiàn)路（含高架區(qū)段）也可采用天線(xiàn)覆蓋方式。（2）基站和從屬直放站區(qū)間漏纜的截?cái)嚅g距。在漏纜覆蓋區(qū)間，為使信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布盡量均勻，一般從兩相鄰基站（或直放站）分別相向引出漏纜。如果是從基站和從屬直放站分別相向引出漏纜L1，L2來(lái)傳送同一射頻信號(hào)，此時(shí)為避免產(chǎn)生共道干擾，L1，L2不能直接相連，應(yīng)在切換點(diǎn)把漏纜斷開(kāi)，保持一定的距離，并在斷點(diǎn)兩邊加裝終端負(fù)載。如果漏纜兩邊為不同基站信號(hào)，此時(shí)漏纜切換點(diǎn)將不被斷開(kāi)。應(yīng)在其匯接處通過(guò)轉(zhuǎn)換接頭用跳線(xiàn)連接，以保持場(chǎng)強(qiáng)的連續(xù)性。（3）越區(qū)切換的重疊區(qū)。一般情況下，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。根據(jù)TETRA標(biāo)準(zhǔn)的要求以及所采用的系統(tǒng)設(shè)備的特點(diǎn)，廠(chǎng)家對(duì)越區(qū)切換有不同的換算法。為保證系統(tǒng)的通信概率可靠性指標(biāo)，在系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，需留有一定的系統(tǒng)余量。（4）場(chǎng)強(qiáng)覆蓋設(shè)計(jì)需考慮的主要因素。a.在滿(mǎn)足邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋所需余量的同時(shí)盡可能減小干擾（含本系統(tǒng)內(nèi)部的共道、互調(diào)等干擾；與其它系統(tǒng)的相互干擾）及滿(mǎn)足電磁環(huán)境衛(wèi)生要求（室內(nèi)天線(xiàn)端口功率≤15dBm）；b.移動(dòng)臺(tái)越區(qū)切換所需的場(chǎng)強(qiáng)重迭區(qū)；c.不同覆蓋區(qū)域的無(wú)線(xiàn)傳播模型、路徑損耗模型；d.列車(chē)高速移動(dòng)過(guò)程中的多普勒頻移、多徑效應(yīng)引起的快衰落、慢衰落、隧道效應(yīng)；e.車(chē)廂車(chē)體屏蔽、建筑物及結(jié)構(gòu)、隔墻、門(mén)窗、安全門(mén)屏蔽等所帶來(lái)的附加損耗；f.人體（含列車(chē)滿(mǎn)載乘客時(shí)）屏蔽所帶來(lái)的附加損耗等；g.基站、直放站射頻技術(shù)參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整；h.通過(guò)漏泄同軸電纜、天線(xiàn)、射頻電纜的選型（各類(lèi)損耗及增益）及安裝位置的選擇來(lái)滿(mǎn)足邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋要求；i.采用不同參數(shù)的功分器及定向耦合器，以?xún)?yōu)化基站射頻能量往不同覆蓋區(qū)域的分配及余量的平衡；j.考慮留有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量；k.考慮未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容需求等；l.列車(chē)滿(mǎn)載乘客以最高時(shí)速行走或靜止時(shí)及安全門(mén)影響。（5）場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的指標(biāo)要求。a.信噪比：在場(chǎng)強(qiáng)覆蓋區(qū)內(nèi)，無(wú)線(xiàn)接收機(jī)音頻輸出端的信號(hào)噪聲比不小于20dB。b.可靠性：在滿(mǎn)足信噪比的要求下，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的地點(diǎn)、時(shí)間可靠概率在漏泄同軸電纜區(qū)段不小于98%，在天線(xiàn)區(qū)段不小于95%。c.最低接收（場(chǎng)強(qiáng)）電平：下行鏈路的每載頻信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，在要求的覆蓋區(qū)內(nèi)應(yīng)滿(mǎn)足≥-85dBm。（6）TETRA系統(tǒng)地鐵項(xiàng)目的一般性場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的計(jì)算公式及參數(shù)取值。

2 設(shè)計(jì)及計(jì)算說(shuō)明

（1）車(chē)載臺(tái)與手持臺(tái)差異。由于列車(chē)車(chē)載臺(tái)與手持臺(tái)相比，列車(chē)車(chē)載臺(tái)天線(xiàn)有一定的增益，天線(xiàn)架設(shè)于機(jī)車(chē)頂部，位置較高，距漏泄同軸電纜的直線(xiàn)距離較近，且不受車(chē)廂、車(chē)體屏蔽及人體屏蔽的影響。因此，在車(chē)載臺(tái)和手持臺(tái)均需覆蓋的所有車(chē)站、停車(chē)場(chǎng)/車(chē)輛段、隧道及地面、高架區(qū)間，車(chē)載臺(tái)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋余量在同一地點(diǎn)優(yōu)于手持臺(tái)，故在以下部分進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，主要考慮手持臺(tái)的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋設(shè)計(jì)、計(jì)算。（2）下行與上行差異。由于在無(wú)線(xiàn)覆蓋的下行鏈路計(jì)算與上行鏈路計(jì)算中，區(qū)別主要在基站與移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率、接收靈敏度不同。（3）互調(diào)、雜散發(fā)射等噪聲的影響。由于在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、設(shè)備技術(shù)參數(shù)選擇方面，已嚴(yán)格控制互調(diào)產(chǎn)物、雜散發(fā)射電平等電磁干擾指標(biāo)，因此，此類(lèi)噪聲電平對(duì)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的影響可忽略不計(jì)。（4）系統(tǒng)載干比。由于在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、設(shè)備技術(shù)參數(shù)選擇方面，已嚴(yán)格控制互調(diào)產(chǎn)物、雜散發(fā)射電平等電磁干擾指標(biāo)，因此，在移動(dòng)終端滿(mǎn)載條件時(shí)，系統(tǒng)下行干擾電平可控制在-120dBm以下；而系統(tǒng)上行干擾電平可控制在-125dBm以下。（5）無(wú)縫覆蓋。由于在無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)越區(qū)切換設(shè)計(jì)中，需考慮無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)越區(qū)切換重迭區(qū)（在最高車(chē)速下）的要求。在滿(mǎn)足信噪比的要求下，區(qū)間覆蓋應(yīng)符合在以下條件下任何100米連續(xù)區(qū)段內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)無(wú)縫覆蓋時(shí)間及地點(diǎn)概率為95%的要求：a.當(dāng)列車(chē)以最高速度運(yùn)行時(shí)；b.在列車(chē)車(chē)廂內(nèi)中心線(xiàn)；在滿(mǎn)足信噪比的要求下，控制中心、車(chē)站、停車(chē)場(chǎng)/車(chē)輛段無(wú)線(xiàn)覆蓋應(yīng)符合任何40米連續(xù)區(qū)段內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)無(wú)縫覆蓋時(shí)間及地點(diǎn)概率為98%的要求；在系統(tǒng)手持臺(tái)、車(chē)載電臺(tái)無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足98%任意時(shí)間及任意地點(diǎn)無(wú)縫覆蓋要求，在其測(cè)試范圍中必須無(wú)固定盲點(diǎn)。