軌道交通無線通信數(shù)字集群系統(tǒng)應(yīng)用

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摘要：城市軌道交通工程建設(shè)規(guī)模隨城市化進程的推進而逐步擴大，TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)取得廣泛應(yīng)用，作為城市軌道無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其能夠有效解決城市軌道運輸秩序性不足、效率低等問題。對此，文章TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)為基本探討對象，闡述其在軌道交通無線通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用要點，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：TETRA；數(shù)字集群系統(tǒng)；軌道交通；無線通信

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)是現(xiàn)階段較為主流的專用移動通信系統(tǒng)，兼具無線電話、調(diào)度呼叫、數(shù)據(jù)傳輸功能，可滿足人員調(diào)度、應(yīng)急事件處理等方面的需求，對于提高城市軌道交通運行水平具有重要意義。

1工程概況

鄭州機場至許昌市域鐵路工程為中原城市群城際軌道交通網(wǎng)的骨干線路。其中，鄭許市域鐵路（許昌段）總長33.693km，起于鄭州與許昌市界，止于許昌東站，具體包含高架線、地面線及地下線，設(shè)站11座，設(shè)梅莊停車場1座，設(shè)潁川大道、永興東路2座主變。

2TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的概述

TETRA是以TDMA技術(shù)為核心而衍生出的全新專業(yè)移動通信系統(tǒng)[1]，其引入/4-DQPSK調(diào)制技術(shù)，可提供的調(diào)制速率達36kbit/s，執(zhí)行ACELP編碼，運行速率可達4.8bit/s。具體至我國，TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)已經(jīng)取得較廣泛的應(yīng)用，其工作頻率普遍為350MHz和806MHz~866MHz。圖1為數(shù)字集群系統(tǒng)工作頻段。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)集多重功能于一體，除常規(guī)的多群組間調(diào)度功能外，可面向用戶提供短數(shù)據(jù)及分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)认嚓P(guān)服務(wù)，由于系統(tǒng)應(yīng)用的是移動臺脫網(wǎng)直通方式，因此可達到端對端加密的效果[2]。此外，TETRA的虛擬專用功能應(yīng)用效果顯著，有助于提高物理網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平，使其對接多個組織機構(gòu)，為之提供可靠的服務(wù)。得益于TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的多重應(yīng)用特征，現(xiàn)階段其在車輛定位、數(shù)據(jù)庫查詢等領(lǐng)域均取得較顯著的應(yīng)用效果[3]。關(guān)于TETRA系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)情況如圖2所示。

3軌道交通中TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的設(shè)計標準

3.1系統(tǒng)的工作能力要求

無線通信技術(shù)是軌道交通系統(tǒng)中的核心支撐技術(shù)，列車運行階段，調(diào)度員、值班員等各崗位工作人員的溝通均需要得到無線通信技術(shù)的支持，若因某些原因而誘發(fā)安全事故，無線通信技術(shù)還能夠滿足防災(zāi)應(yīng)急過程中的信息溝通需求。在軌道交通通信的設(shè)計工作中也可以應(yīng)用TETRA系統(tǒng)，原因在于該系統(tǒng)的適應(yīng)能力強，運行穩(wěn)定，日常運行期間能夠根據(jù)需求完成擴充、組網(wǎng)等操作[4]。對于設(shè)備的選擇，需從技術(shù)可行性和經(jīng)濟效益性兩個角度展開綜合分析，使TETRA設(shè)備以低成本的方式達到高效運行的效果。對于系統(tǒng)的設(shè)計，則需充分提高抗干擾能力，并結(jié)合管理部門所提出的要求做細微的調(diào)整。合理引入國際化標準，提高傳輸通道的建設(shè)水平。

3.2TETRA系統(tǒng)的設(shè)計方案

TETRA系統(tǒng)的設(shè)計具有系統(tǒng)性，應(yīng)以交換機和基站的設(shè)置情況為立足點，擴寬系統(tǒng)信號的覆蓋范圍，力爭達到全方位覆蓋的效果，以便給城市軌道交通的通信需求提供幫助。在交換機的設(shè)計工作中，需要考慮到數(shù)值集群無線系統(tǒng)，合理做出選擇，提高中心交換機的運行獨立性和可靠性，以免出現(xiàn)中心交換機重復(fù)建設(shè)的情況[5]。對于無線通信系統(tǒng)，以中心交換機較為合適，在設(shè)計中需考慮到其它線路的接入預(yù)留問題，給后續(xù)工作的開展提供便捷的條件，給列車的正常運行提供保障。在無線通信基站的建設(shè)中，可考慮全基站小區(qū)制的方案，其兼具越區(qū)切換便捷、系統(tǒng)安全可靠等多重優(yōu)勢，是現(xiàn)階段城市軌道交通建設(shè)中的重要應(yīng)用方案。此外，多基站中區(qū)制也是可行的方案，具體需根據(jù)實際建設(shè)條件加以選擇及優(yōu)化。

4TETRA系統(tǒng)的主要功能分析

4.1基本通話功能

地鐵專用無線通信系統(tǒng)的功能類型豐富，其中通話為基礎(chǔ)功能，其作用在于給調(diào)度人員與被調(diào)度人員創(chuàng)建高效的聯(lián)系渠道。通話功能的覆蓋面較廣，例如中心行車調(diào)度員與車站值班員、在線列車司機等的通話；車列車司機之間的通話；車站值班員與在線列車司機的通話；環(huán)控值班員與移動人員的通話；停車場值班員與列車司機的通話；便攜臺人員間的通話等?？傮w來看，通話功能幾乎覆蓋至軌道交通系統(tǒng)的各崗位人員，彼此之間可以實現(xiàn)高效的通話，以便傳遞信息、下達指令，減少信息溝通壁壘問題，提高軌道交通系統(tǒng)的運行效率。

4.2數(shù)據(jù)功能

TETRA系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)功能，功能的服務(wù)范圍應(yīng)覆蓋至電路數(shù)據(jù)、分組數(shù)據(jù)等多個方面。系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流期間，依托于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)功能可以聯(lián)結(jié)調(diào)度終端和移動終端，實現(xiàn)彼此間的高效交流，而且可以提高短消息的傳遞效率，以免出現(xiàn)滯后的問題。數(shù)據(jù)傳輸過程中，在接入遠端調(diào)度臺后，應(yīng)提供調(diào)度通話的實時錄音功能，目的在于給調(diào)度工作的開展創(chuàng)設(shè)良好的條件，提高工作效率。

4.3TETRA系統(tǒng)的工作方式

TETRA系統(tǒng)的工作方式多樣，具體有如下三種：（1）語音+數(shù)據(jù)（V+D）：可滿足話音、數(shù)據(jù)及圖像的通信需求，對于一般電路模式數(shù)據(jù)傳輸而言，可提供的數(shù)據(jù)傳輸速率有7.2/14.4/21.6/28.8kbit/s；若為保護性電路模式數(shù)據(jù)傳輸，則有4.8/9.6/14.4/19.2kbit/s。（2）分組數(shù)據(jù)優(yōu)化（POD）：此方式的應(yīng)用特點在于只支持分組數(shù)據(jù)通信，可產(chǎn)生的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為36.6kbit/s，此模式在電子信箱、媒介信息、計算機文件傳輸?shù)阮I(lǐng)域均有所應(yīng)用。（3）直通模式（DMO）：指的是兩個及其以上移動臺之間的直接通信，其特點在于彼此間的通信不經(jīng)過上層網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)，具有較強的獨立性與可靠性。在直通模式應(yīng)用時，無線用戶之間的通信可以不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而實現(xiàn)，采用的無線頻率獨立性較好，未受到基站和交換機的控制，但直通模式的應(yīng)用需得到無線終端的配合。實踐表明，直通模式的應(yīng)用優(yōu)勢較為顯著，即：在無TETRA網(wǎng)絡(luò)覆蓋時也可穩(wěn)定運行；在V+D模式網(wǎng)絡(luò)負荷過重的條件下，可輔以直通模式，以達到擴容的效果。直通模式運行中無基站的參與，根據(jù)此特點，要求采用的通信標準應(yīng)具有精簡而穩(wěn)定的特點。直通模式執(zhí)行的是同頻單工的方式，共有包含直線模式線性化碎發(fā)在內(nèi)的三種碎發(fā)結(jié)構(gòu)形式。通過直通模式的應(yīng)用，可有效延伸TETRA系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，同時具有擴容的效果。直通模式可以滿足端到端之間脫網(wǎng)通信的要求，而配置的網(wǎng)關(guān)等相關(guān)設(shè)備則具有輔助作用，可延展直通模式的應(yīng)用范圍。作為V+D模式的補充形式，在直通模式的通信參數(shù)配置工作中，所采用的參數(shù)應(yīng)與V+D模式的參數(shù)接近。而在直通模式的支持下，則有效提高了TETRA系統(tǒng)的綜合應(yīng)用水平，實際應(yīng)用效果普遍優(yōu)于其它數(shù)字集群系統(tǒng)。

4.4TETRA支持的業(yè)務(wù)形式

（1）語音業(yè)務(wù)。TETRA的語音業(yè)務(wù)主要包含三類，即單呼、組呼以及固定電話呼叫。其中，單呼發(fā)生于兩個無線用戶、兩個調(diào)度臺、調(diào)度臺與無線用戶或是無線用戶與公網(wǎng)用戶間。從用戶的角度來看，TETRA系統(tǒng)能夠為之提供組呼通信功能，在網(wǎng)管或調(diào)度臺的配合下，能夠?qū)⒂脩艟庉嫵商囟ǖ慕M別，存在于組內(nèi)的用戶便可實現(xiàn)點對點的通信。若用戶存在組呼需求，此時僅建立通話關(guān)系即可，無需成員做出特定的應(yīng)答。（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。短數(shù)據(jù)信息和狀態(tài)指示信息均是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的核心部分，其中短數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)（SDTS）為傳輸層承載服務(wù)，其能夠支持包含文本消息、遙控遙測、出入庫自檢在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)應(yīng)用。SDTS可提供短數(shù)據(jù)傳送功能，具有“點到點”和“點到多點”兩種形式，可支持的信息最多為140字節(jié)，且各用戶終端均能夠享受到短數(shù)據(jù)傳送功能。短數(shù)據(jù)的服務(wù)范圍較廣，以二次開發(fā)中的調(diào)度系統(tǒng)為例，其中的呼叫請求RTT則依托于短數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)而實現(xiàn)。通過移動臺的PEI接口，列車運行期間所產(chǎn)生的狀態(tài)信息以及告警信息均能夠高效傳送給計算機終端（此裝置設(shè)置在調(diào)度中心）。對于140字節(jié)的數(shù)據(jù)而言，若移動臺守候在控制信道，在向計算機終端發(fā)送信息時完成整個操作的時間為1s~2s；在執(zhí)行此項操作中，若移動臺處于正通話的狀態(tài)，在應(yīng)用短數(shù)據(jù)和話音同時傳送的功能時，完成整個傳送操作的時間達到11s~13s。除此之外還可實現(xiàn)無線終端與調(diào)度臺間的信息溝通。在向TETRA系統(tǒng)發(fā)送狀態(tài)指示信息后，可以全面地采集用戶的全新指示信息，將該部分載入TETRA系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)存儲，同時還可向調(diào)度臺發(fā)出信息。在此工作機制下，調(diào)度臺能夠及時掌握用戶的狀態(tài)信息。此外，TETRA系統(tǒng)還具備多重業(yè)務(wù)特征，包含但不局限于：緊急呼叫、動態(tài)重組（如圖3所示）、限時通話、呼叫顯示、遲后進入、超出服務(wù)區(qū)指示，優(yōu)先通話組（如圖4所示）等。

5系統(tǒng)方案

5.1系統(tǒng)覆蓋方案

方案一：全基站小區(qū)制覆蓋方案。各車站分別配置集群基站，其與中心控制交換機形成連接渠道，以2M傳輸通道為基礎(chǔ)支撐，以達到點對點高效連接的效果。方案二：基站+直放站覆蓋方案。某基站同時供多個車站而使用，但有所不同的是，某一車站由基站覆蓋，除此之外的其它車站則由直放站覆蓋。兩類方案在功能特性、運行特性等方面均具有獨特性，具體情況如表1所示。根據(jù)表1內(nèi)容可知，兩種方案均有其優(yōu)缺點。若采取的是全基站小區(qū)制覆蓋方案，則能夠豐富系統(tǒng)功能，創(chuàng)建較為完善的管理網(wǎng)絡(luò)，盡管某基站在運行期間存在故障，但周邊的基站依然可維持穩(wěn)定，基站的獨立性較好；但也存在局限之處，即投資成本較高，且為了保證基站的穩(wěn)定性，還需配置中心交換設(shè)備，易影響到項目的經(jīng)濟效益。而對于基站+直放站覆蓋的方案，可以根據(jù)移動臺的運行特點制定更為科學(xué)的切換規(guī)劃，能夠滿足地鐵專網(wǎng)話務(wù)量要求，同時其成本投入較少，具有顯著的經(jīng)濟效益。本無線通信系統(tǒng)中，無論是中區(qū)制還是小區(qū)制均能夠正常使用，但考慮專用話音通信和數(shù)據(jù)短信通道的相關(guān)需求，認為以小區(qū)制更為合適。從市場發(fā)展來看，系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用水平提升的同時其價格呈逐步下降的變化特點，因此在此方面的采購成本可得到有效的控制，以小區(qū)制全基站方式組網(wǎng)較為合適。

5.2場強覆蓋方案

本線為高架線路，其在建設(shè)期間易出現(xiàn)與鄰/同頻系統(tǒng)相互干擾的情況。鑒于此問題，推薦采用漏纜方式，其特點在于抗干擾能力強，可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，減小對系統(tǒng)自身或是其它系統(tǒng)的干擾。實際建設(shè)工作中可組織掃頻測試等相關(guān)工作，以便對系統(tǒng)運行情況作出判斷。若存在問題，可采取增設(shè)濾波器等方式進行處理。并且，根據(jù)該城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，更應(yīng)采用漏纜覆蓋的方式，原因在于可以發(fā)揮出抗干擾的應(yīng)用優(yōu)勢。站臺軌行區(qū)以泄漏同軸電纜覆蓋的方式為宜；而對于辦公區(qū)、公共區(qū)及展廳則可以采用天線覆蓋；根據(jù)停車場的建設(shè)特點可采用鐵塔天線，空間波覆蓋。

6結(jié)語

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)是現(xiàn)階段智能化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展領(lǐng)域的代表形式，將其應(yīng)用于軌道交通無線通信系統(tǒng)后可顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擴充其功能，給軌道列車的穩(wěn)定運行提供保障。文章則以TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)為基本切入點，重點探討其在軌道交通無線通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用要點，希望所提內(nèi)容可作為類似工程的參考。

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作者：王長青 單位：中鐵十六局集團電氣化工程有限公司