地铁TETRA集群无线通信系统组网方案详解

 在我国城市地铁通信系统中，专用无线调度通信系统是高速运行的地铁列车与车下运营管理人员之间唯一的通信手段，担负着提高运营效率、确保行车安全及地铁乘客生命安全的重要使命，为列车调度、维修调度、防灾环控调度、车辆段调度提供无线通信保障。

 

1.地铁集群无线通信专用网概述

 

目前国内地铁无线通信系统所采用的组网方案是集群方案，所谓集群方案是在专用频道方案基础上发展起来的一种系统资源共享、频率资源共享、多用途高效能、技术先进的无线调度通信系统，在我国多种行业和部门中获得广泛的应用。集群通信的最大特点是多用户共享多频率。话音通信采用PTT(PushToTalk)，以一按即通的方式接续，被叫无需摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能，它的运作方式以双工、半双工为主，主要采用信道动态分配方式，每个用户都有自己的身份并分成不同的工作小组具有不同的优先等级和特殊功能，通信时可以单呼、组呼、和紧急呼叫。

 

随着数字通信技术的快速发展数字集群正在逐步取代模拟集群，我国现今已投入运营的地铁无线通信系统大部份采用数字集群系统A体制方案既TETRA系统。与其它几种数字集群系统相比，TETRA是一种较为成熟的标准。其优点是指挥调度功能比较齐全，组网方式灵活，抗干扰能力强、频谱利用率高，系统容量大、能提供语言、数据通信业务和灵活的网络管理功能、加密和脱网功能较强，可以实现脱网直通模式和端到端加密，TETRA集双向无线电对讲机、移动电话、数据传送等多功能于一体，在地铁无线调度通信中具有良好的适宜性。

 

2.地铁TETRA数字集群通信系统按基站设置方式不同的几种组网方案：

 

2.1方案一：多基站小区制方案：

 

该方案在控制中心设置集群交换机和调度台，在地铁沿线各车站、车辆段设置集群基站，在车辆段设车辆段调度台。交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现车站站台及隧道内的场强覆盖；各地下站站厅用小天线覆盖。各基站均采用2载频基站，每个基站2载频共8个信道。

 

2.2方案二：多基站中区制（光纤直放站）方案：

 

该方案是由交换机+多基站+光纤直放站的方式组成链状网，集群基站与控制中心交换机通过E1进行连接，设在各车站的集群基站或光直放远端站通过漏缆覆盖整个隧道和站台区间，用小天线覆盖地铁车站站厅层，在车辆段设置地面集群基站及天线覆盖车辆段区域。该方案基站均采用2载频；光纤直放站远端机通过光纤与设在基站处的光纤直放站近端机相连；在控制中心设置直放站网络管理终端，

 

2.3方案三：多基站中区制（射频直放站）方案：

 

该方案在基站设置方式上与光纤直放站方案基本相同，不同的是在其它车站设置射频放大设备。交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，地铁沿线架设漏泄同轴电缆。以漏缆加射频中继器的方式覆盖地铁隧道和站台区间，因多级射频中继器极联后会引起噪声积累，使信噪比变差，所以基站左右只能连接一个中继器，每个基站覆盖三个车站的区间。

 

车辆段仍采用基站加天线方式覆盖。站厅用小天线覆盖。 

    3.组网方案分析与探讨

 

组网方案不仅对整个无线通信系统性能的好坏、设备投资的大小起着决定性的作用，而且对地铁开通后设备维护及通信系统扩容具有极大的影响。只有优选系统方案才能妥善处理好当前建设和今后发展的关系。

 

国内部分城市地铁无线通信系统组网情况：

 

从表上可以看出，由于多基站中区制方案组网在通信性能方面基本满足要求，系统设备投资较多基站小区制方案低，所以在我国较早建设的城市地铁广州2号线、深圳1号线、上海地铁、南京地铁1号线上采用了中区制方案。运行状况基本稳定，但是多基站中区制方案在系统运营中暴露出的缺点也是显而易见的：

 

3.1多基站中区制（以光纤直放站方案为例）方案分析：

 

（1）系统容量较低：在信道方面存在一定的缺陷，每个基站有2个载频即8个信道在同一个基站下只能同时供4对用户使用个呼功能（双工通话），否则将出现网络繁忙的现象。对此有些地铁不得已关闭了大部分用户的个呼功能，这使得TETRA的总体功能受到了限制。

 

（2）多基站中区制方案相当于3个车站的用户共用8个信道，共用信道用户越多，耐过载能力越差。紧急情况下话路巨增容易阻塞，即话务量过载时呼损率增加越快，服务质量下降越严重，从话务量与服务质量的关系角度看，多基站小区制方案优于多基站中区制方案。

 

（3）从运营维护角度：由于光纤直放站包含近端射频调制、光路传输、远端射频解调、射频放大四个部分，，出故障的环节多，增大运营维护工作量。

 

（4）系统可靠性较差：光纤直放站中任一部分出现故障，都会导致整条链路故障，影响2-3个车站的用户，影响面大。

 

（5）多基站中区制中的基站设备和光纤直放站设备不属一个供货商，出现故障时责任不好划分，不利于处理故障。

 

（6）光纤直放站由于光端机噪声系数的增加，其信号的载噪比不及多基站小区制。

 

（7）多基站中区制需要配备光纤直放站单独网管设备，不便组成统一的网络管理。

 

（8）光纤直放站方案在传输时存在一定的时延。

 

3.2.多基站小区制方案分析

 

相对于多基站中区制方案，多基站小区制有如下优点：

 

（1）系统容量大，与中区制方案相比系统容量提高2倍。

 

（2）系统的故障弱化能力较强如在基站与控制中心通道中断的情况下，各基站仍能以单机站集群的方式运行。

 

（3）系统具有较好的扩展功能，可组成完善的网络管理，系统的可靠性大幅提高。

 

（4）功能较完善，可实现车站与司机间的组呼。

 

小区制的缺点是投资较高，列车司机与行车调度员之间的通话存在较多越区切换，但现在的TETRA设备性能可以达到越区时无缝连接。

 

从以上分析不难看出多基站小区制的方案在系统的安全可靠性、频率利用率、系统容量、系统扩展功能等方面都优于多基站中区制。而地铁集群无线通信专用网的性质决定了其在系统安全性、可靠性、通信接续时间、通信延时等方面较公众移动通信都有更高的要求。一旦出现故障或紧急情况关系到千万人的生命安全，地铁无线专用网系统承担的不仅是经济责任而且还要承担社会责任，因此，在系统层面和网络组织方案上应尽量减少故障率，一旦发生故障仍能够保证用户的最低使用要求。目前北京地铁4号线、5号线、10号线、深圳地铁延伸线、广州地铁3号线、4号线、5号线、6号线、武汉轻轨等地铁无线通信系统都采用了多基站小区制方案组网。地铁无线通信系统采用多基站小区制已成为一种趋势。

 

沈阳市地铁一号线一期工程无线通信系统《初步设计》推荐采用多基站中区制方案，该方案在控制中心设置集群交换控制设备，在沈新路站、重工街站、铁西广场站、南京街站、怀远门站、滂江街站分别设置基站和光纤直放站近端机、在其他地下站、洪湖北街与重工街区间分别设置光纤直放站远端机，以漏泄电缆覆盖隧道和站台区间，站厅用小天线覆盖。在车辆段设一个基站及天线覆盖整个车辆段，各基站均采用2载频基站，基站频率采用三组频率复用的方式设置。

 

该方案有一定的合理性，但从系统易扩容、易管理、以及与后续通信工程统一制式，提高系统的安全可靠性等方面考虑，我们认为首选多基站小区制无疑会使TETRA能够更好的发挥其为地铁运营服务的社会效益和经济效益。