鮑淑紅

(廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，510010, 廣州//工程師)

廣州地鐵是一個非常龐大的軌道交通運輸網(wǎng)絡(luò)。由于地鐵內(nèi)人流密度高，地下空間復(fù)雜，給日常管理和應(yīng)急指揮調(diào)度帶來了相當(dāng)大的難度，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，如不能及時有效地組織和調(diào)動全社會的資源予以快捷處置，將帶來非常嚴(yán)重的人民群眾生命財產(chǎn)損失，產(chǎn)生嚴(yán)重的社會問題。

廣州市政府以亞運保障為契機，建立了地上覆蓋的800 MHz數(shù)字集群共網(wǎng)(800 MHz TETRA(泛歐集群無線電)制式)系統(tǒng)(以下簡稱800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng))，以滿足政府各級部門和重要社會公益單位日常政務(wù)指揮調(diào)度通信及應(yīng)急通信的需求[1-3]。但由于建設(shè)資金、建設(shè)周期等諸多方面的原因，未能將地鐵共網(wǎng)同步實施。

由于廣州800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)目前僅能覆蓋地面部分，地鐵地下部分未作全面覆蓋，地鐵區(qū)域內(nèi)日常管理指揮調(diào)度通信及突發(fā)事件應(yīng)急通信無法滿足地鐵正常運營需求的問題十分突出。因此有序地開展廣州地鐵既有線和在建線路800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)，并與地面網(wǎng)實現(xiàn)良好的互聯(lián)互通，以實現(xiàn)廣州800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)地上與地下一張網(wǎng)的目標(biāo)。

1 廣州市地面800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)概況

為保證政府相關(guān)部門日常政務(wù)管理及應(yīng)急指揮通信的需要,構(gòu)建統(tǒng)一、靈活、高效的應(yīng)急管理機制，建立突發(fā)公共事件預(yù)警預(yù)報信息系統(tǒng)和專業(yè)化、社會化相結(jié)合的應(yīng)急指揮體系，廣州市政府以“企業(yè)建設(shè)運營，政府購買服務(wù)”的模式，建設(shè)了廣州市800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)。

廣州市已建成的800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備采用了由空客防務(wù)與空間有限公司(原歐洲宇航Cassidian公司)生產(chǎn)的800 MHz TETRA數(shù)字集群無線通信系統(tǒng)核心設(shè)備，其包括2個區(qū)域機房的交換中心設(shè)備以及幾百個無線基站等，覆蓋廣州市中心市區(qū)、郊區(qū)及郊市國道、省道[1]。

2 廣州地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)需求分析

2.1 服務(wù)對象及容量需求

800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)延伸進(jìn)入地鐵后，主要用于滿足公安、消防、安全、急救、交通以及應(yīng)急辦等部門在地鐵內(nèi)的通信需要。通過調(diào)研得到廣州市數(shù)字集群共網(wǎng)系統(tǒng)在地鐵區(qū)域內(nèi)日常及應(yīng)急情況下的通話組預(yù)測，如表1所示。

表1 廣州市數(shù)字集群共網(wǎng)用戶通話組數(shù)(地下部分)預(yù)測表

2.2 話務(wù)模型及基站配置

根據(jù)話務(wù)模型，對基站可承載的組數(shù)進(jìn)行計算得到，每組忙時話務(wù)量為0.1 Erl(該值是由每小時內(nèi)每個通話組的10次呼叫、每次呼叫36 s的話務(wù)模型計算得出的)，全網(wǎng)調(diào)度電話用戶比例為100%(其中雙工電話用戶比例不超過10%)，有線/核心網(wǎng)信道擁塞率小于0.5%，無線信道擁塞率小于5%。計算得出2載頻基站和4載頻基站可承載的通話組數(shù)如下：

(1) 2載頻基站：根據(jù)5%的排隊率，通過查愛爾蘭C表得出的7個業(yè)務(wù)信道可提供3.188 Erl話務(wù)量，每組忙時話務(wù)量為0.1 Erl。由此得出系統(tǒng)可承載的通話組數(shù)G約為32組。

(2) 4載頻基站：根據(jù)5%的排隊率，通過查愛爾蘭C表得出的15個業(yè)務(wù)信道可提供9.044 Erl話務(wù)量。同上，可得出G約為90組。

結(jié)合表1用戶需求，考慮到所有的通話組均在同一個基站覆蓋范圍下出現(xiàn)的概率并不高，特別是消防、應(yīng)急、武警等通話組跨站通信概率不高，往往僅占用個別的基站；即使是應(yīng)急情況下也可以通過限制接入通話組數(shù)量、設(shè)置優(yōu)先級的資源調(diào)配方式來進(jìn)行調(diào)控。因此可在每普通車站設(shè)置1套2載頻基站，對話務(wù)量較高的換乘站則可采用載頻擴容的方式來滿足其通話組數(shù)量需求。

3 廣州地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)交換中心規(guī)劃方案

廣州地鐵線網(wǎng)規(guī)劃部署2個區(qū)域交換中心(1個區(qū)域中心與廣州“十二五”新線同步初步建設(shè)，1個在既有線改造項目中獨立立項建設(shè))。這2個區(qū)域交換中心采用數(shù)據(jù)庫鏡像備份，并統(tǒng)籌接入廣州市地面800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)，從整體架構(gòu)上提高廣州地鐵線網(wǎng)800 MHz數(shù)字集群共網(wǎng)的可靠性。2個區(qū)域交換中心根據(jù)業(yè)務(wù)均攤的原則，通過IP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)通道均分連接各地鐵車站基站。

4 廣州市地鐵與地面共網(wǎng)的互聯(lián)互通方案

廣州市地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)是廣州市800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)在地下的延伸和子網(wǎng)，其是地上網(wǎng)的一個有機組成部分，同時亦具有一定的相對獨立性。

4.1 地鐵、地面功能聯(lián)動融合方案要點

(1) 地面、地上均采用800 MHz TETRA數(shù)字集群通信制式(工作頻段：上行方向為806～821 MHz，下行方向為851～866 MHz)；800 MHz數(shù)字集群共網(wǎng)的基本性能要求應(yīng)符合歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會TETRA標(biāo)準(zhǔn)，其他信令及接口滿足SJ/T 11228—2000《數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)體制》的規(guī)定。

(2) 地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)支持地面共網(wǎng)現(xiàn)有的虛擬專網(wǎng)的管理結(jié)構(gòu)和配置：地面網(wǎng)現(xiàn)有超級管理調(diào)度臺負(fù)責(zé)全網(wǎng)(包括地面網(wǎng)和地鐵網(wǎng))的虛擬專網(wǎng)劃分和權(quán)限管理；地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)共劃分為4個虛擬專網(wǎng)(分別為政府、公安、電信、地鐵)，由各自虛擬專網(wǎng)管理調(diào)度臺分別進(jìn)行管理；地上地下互聯(lián)后，地面網(wǎng)的現(xiàn)有虛擬專網(wǎng)管理調(diào)度臺可以管理本虛擬網(wǎng)內(nèi)所有地上、地下的用戶，如公安現(xiàn)有的虛擬專網(wǎng)管理調(diào)度臺可以統(tǒng)一管理公安虛擬網(wǎng)內(nèi)的所有用戶。

(3) 地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)支持地面共網(wǎng)現(xiàn)有入網(wǎng)管理流程，已在地面入網(wǎng)的數(shù)萬名用戶和規(guī)劃使用的通話組，無需重新在地鐵項目交換機中進(jìn)行配置，便能跨地上/地下基站使用；新增的地面網(wǎng)的用戶及其通話組均在地面交換機加入網(wǎng)絡(luò)，同時新增地鐵專網(wǎng)用戶在地鐵交換機入網(wǎng)。

(4) 地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)的用戶鑒權(quán)須遵照地面網(wǎng)現(xiàn)有鑒權(quán)流程，新增地鐵用戶的鑒權(quán)數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過地面網(wǎng)現(xiàn)有的鑒權(quán)密鑰分發(fā)服務(wù)器(AKDC)分發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中的交換機進(jìn)行存儲。

(5) 地鐵共網(wǎng)交換機與地面共網(wǎng)交換機互聯(lián)后，整個網(wǎng)絡(luò)具備完整的HLR(歸屬位置寄存器)-VLR(訪問位置寄存器)機制。地鐵交換機的HLR僅用于配置地鐵虛擬專網(wǎng)內(nèi)用戶，其他虛擬專網(wǎng)用戶均在地面交換機的HLR中配置；地面用戶漫游至地鐵，此時地鐵交換機可用作地面用戶在地下的VLR，反之，地面交換機用作地下用戶在地上的訪問位置寄存器。

(6) 地鐵共網(wǎng)和地面共網(wǎng)互聯(lián)后，地面用戶功能不會弱化，用戶在地面能夠進(jìn)行的所有指揮調(diào)度功能包括空中接口鑒權(quán)、自動越區(qū)切換、個呼、短信、組呼，動態(tài)重組、遲后進(jìn)入以及通話組合并等均能跨地面地鐵基站實現(xiàn)；反之，地下用戶進(jìn)入地面基站，所有功能亦均能實現(xiàn)。

(7) 地鐵共網(wǎng)通過分發(fā)服務(wù)器向地面網(wǎng)管提供所需的各類信息，包括系統(tǒng)告警和基站負(fù)荷信息。同時，地鐵共網(wǎng)網(wǎng)管也可作為地面網(wǎng)管的1個子系統(tǒng)，其可在地上網(wǎng)與地下網(wǎng)斷開后，獨立配置、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)及用戶的主要參數(shù)，滿足地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)的獨立運營。

(8) 原廣州市地面800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)無全網(wǎng)錄音系統(tǒng)建設(shè)。為滿足使用方事后檢索查詢通話記錄的需求，由地鐵共網(wǎng)項目設(shè)置地上、地下共網(wǎng)全網(wǎng)動態(tài)錄音系統(tǒng)。該錄音系統(tǒng)中，地面的組呼通話通過E1(歐洲的30路脈沖編碼調(diào)制)和IP鏈路發(fā)送給地鐵全網(wǎng)錄音設(shè)備進(jìn)行錄音，以實現(xiàn)組呼號、呼叫方號碼、呼叫開始時間、呼叫結(jié)束時間、業(yè)務(wù)類別，以及單位等方式的存儲、離線檢索及播放功能。地面、地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)全網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 地面、地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)全網(wǎng)拓?fù)鋱D

4.2 地面、地鐵互聯(lián)物理鏈路規(guī)劃方案要點

地面、地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)互聯(lián)規(guī)劃方案需要實現(xiàn)語音、信令、網(wǎng)管數(shù)據(jù)等信息的互聯(lián)，因此應(yīng)本著盡量保證互聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可靠性、盡量減少通話的跳數(shù)及時延以及節(jié)省地面、地鐵共網(wǎng)互聯(lián)通道的原則進(jìn)行方案的制定與研究。

互聯(lián)通道類型的選擇，首先要了解地面、地鐵中心交換機的選型規(guī)劃以及語音、信令、網(wǎng)管數(shù)據(jù)傳輸通道類型的需求。地鐵2個交換中心的集群交換機均后期建設(shè)，其語音、信令、網(wǎng)管數(shù)據(jù)傳輸均考慮采用IP通道；地面2個交換中心的語音傳輸在早期建設(shè)中均選用E1數(shù)字中繼通道、數(shù)據(jù)傳輸采用IP傳輸通道的集群交換機，地面交換中心2在后期擴建項目中，增配了1套集群交換機，其語音、信令、網(wǎng)管數(shù)據(jù)傳輸則均采用IP通道。

地鐵、地面共網(wǎng)互聯(lián)物理邏輯鏈路圖如圖2所示。由圖2可知，地鐵交換中心1與地面交換中心1采用IP和E1物理鏈路互聯(lián)，地鐵交換中心1與地面交換中心2采用IP物理鏈路互聯(lián)，地鐵交換中心2與地面交換中心1采用IP 和E1物理鏈路互聯(lián)。另外，互聯(lián)以太網(wǎng)鏈路設(shè)置冗余的防火墻，以盡量避免地鐵、地面局域網(wǎng)間產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)安全問題。

圖2中，地鐵各集群交換機間、基站與集群交換機間的互聯(lián)，共享地鐵內(nèi)部的專用傳輸網(wǎng)絡(luò)。該傳輸網(wǎng)絡(luò)通道資源充足，但地面、地鐵共網(wǎng)的互聯(lián)通道需長期租用廣州市網(wǎng)絡(luò)運營商的專用有線傳輸通道。為盡量節(jié)省網(wǎng)絡(luò)租用費用的投入，在方案的制定中，排除選擇地鐵每套集群交換機與地面每套集群交換機點對點星型連接的高可靠性鏈路方案，同時方案又需盡量保障互聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可靠性、盡量減少通話的跳數(shù)以及減小通話時延。本文制定了正常情況下集群交換機間通話組的通話跳數(shù)至多僅隔1套集群交換機的鏈路規(guī)劃方案。該方案中，即使任何單臺交換機出現(xiàn)故障，正常工作的每套交換機間通話組的通話跳數(shù)也至多僅隔1套集群交換機。

圖2 地鐵、地面共網(wǎng)互聯(lián)物理邏輯鏈路圖

4.3 全網(wǎng)動態(tài)錄音方案要點

廣州市800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)的地上、地下全網(wǎng)動態(tài)錄音計劃統(tǒng)一由地鐵共網(wǎng)項目統(tǒng)一承建。全網(wǎng)動態(tài)錄音系統(tǒng)能對整個集群共網(wǎng)中的組呼、緊急呼叫進(jìn)行錄音，錄音可按時間、使用者等進(jìn)行分類檢索；錄音回放可根據(jù)錄音文件順序回放，也可僅回放某1個用戶在某1次呼叫過程中的所有講話。

廣州市全網(wǎng)動態(tài)錄音方案如圖3所示。由圖3可知，系統(tǒng)配置錄音服務(wù)器(主備)、全網(wǎng)錄音控制服務(wù)器(主備)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB(萬維網(wǎng))服務(wù)器以及查詢PC(個人電腦)等。另外，針對網(wǎng)絡(luò)中的每套集群交換機(DXT)，配置1臺錄音數(shù)據(jù)采集節(jié)點(TCS)服務(wù)器，其錄音容量可根據(jù)當(dāng)前每交換機的話務(wù)量進(jìn)行配置。

5 無線信號覆蓋方案研究

廣州市800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)負(fù)責(zé)完成地鐵公共區(qū)、主要設(shè)備區(qū)、隧道區(qū)間、部分地鐵物業(yè)和市政通道的無線場強覆蓋。覆蓋范圍內(nèi)信號強度滿足每載波不低于-90 dBm(覆蓋率為90%)的要求。

圖3 廣州市全網(wǎng)動態(tài)錄音方案示意圖

本項目通過漏泄電纜實現(xiàn)區(qū)間的無線覆蓋，并通過室內(nèi)分布系統(tǒng)(系統(tǒng)采用射頻電纜、天線、功分耦合器等)完成站內(nèi)區(qū)域覆蓋。

廣州地鐵建設(shè)的射頻無線覆蓋系統(tǒng)采用了800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)和專用無線調(diào)度系統(tǒng)。專用無線調(diào)度系統(tǒng)“十二五”新線采用800 MHz Tetra技術(shù)或TD-LTE(分時長期演進(jìn))技術(shù)，先期既有線路采用的是800 MHz Tetra技術(shù)。考慮到節(jié)省工程投資、減少前期施工和后期維護工作量的需求，將上述兩種無線系統(tǒng)信源信號通過合路器合路，以便共用站內(nèi)和區(qū)間無線覆蓋系統(tǒng)，合路方案如圖4所示。該方案在技術(shù)上具有可行性。

圖4 800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)與專用無線調(diào)度

既有線路的既有800 MHz專用無線系統(tǒng)若在部分車站出入口、設(shè)備區(qū)和物業(yè)區(qū)無法滿足800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)場強覆蓋要求，則需增補室內(nèi)分布系統(tǒng)。

6 結(jié)語

地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)是廣州市800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)在地下的延伸和子網(wǎng)，其具有一定的相對獨立性。地面網(wǎng)負(fù)責(zé)全網(wǎng)的虛擬專網(wǎng)劃分、用戶鑒權(quán)和地面用戶(含所有公安用戶)的配置，而地鐵網(wǎng)的用戶、通話組則直接在地鐵交換機進(jìn)行配置。

本文介紹了廣州地鐵800 MHz共網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的用戶容量需求、話務(wù)模型、錄音方案以及場強覆蓋方案，著重提出廣州市地鐵與地面800 MHz數(shù)字集群共網(wǎng)聯(lián)動融合的具體方案，以期為該項目后期地鐵線路以及其他城市相關(guān)項目提供參考。