城軌無(wú)線通信系統(tǒng)改造方案思考

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摘要：城軌無(wú)線通信系統(tǒng)在城市道交通的列車運(yùn)營(yíng)和日常管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，本文以大連快軌三號(hào)線無(wú)線系統(tǒng)改造工程為例，對(duì)在軌道交通行業(yè)最常用的幾種數(shù)字集群系統(tǒng)包括：GSM-R、TETRA和NEXEDGE系統(tǒng)進(jìn)行研究對(duì)比。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；GSM-R；TETRA；NEXEDGE

軌道交通的運(yùn)營(yíng)離不開大量信息的交互,其中專用無(wú)線通信系統(tǒng)是城市軌道交通通信系統(tǒng)的重要組成部分,主要用于解決固定人員(調(diào)度員、值班員)與流動(dòng)人員(司機(jī)、維修人員、列檢人員)間及流動(dòng)人員相互之間的通話及數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，是提高運(yùn)輸效率、確保行車安全及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的必要手段。在城市軌道交通的列車運(yùn)營(yíng)和日常管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1方案研究

下面針對(duì)大連快軌三號(hào)線現(xiàn)階段無(wú)線通信系統(tǒng)情況、運(yùn)營(yíng)需求、改造成本等具體情況及可供選擇的幾種方案進(jìn)行分析研究，從而選擇一套較適合該線路的方案。目前國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)大多采用以下幾種無(wú)線通信制式：模擬專用信道、模擬集群、數(shù)字集群。而隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，模擬系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用已寥寥無(wú)幾，只有少數(shù)早期修建，還未進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改造的線路能見(jiàn)到模擬專用信道系統(tǒng)的應(yīng)用。而幾乎所有新建及進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)升級(jí)改造的線路都采用了抗干擾能力更強(qiáng)、頻率利用率更高、實(shí)現(xiàn)功能更強(qiáng)大、擴(kuò)容性更好的數(shù)字集群系統(tǒng)。而在軌道交通行業(yè)最常用的幾種數(shù)字集群系統(tǒng)包括：GSM-R和TETRA。還有在國(guó)內(nèi)軌道交通沒(méi)有過(guò)應(yīng)用，但功能上完全能夠滿足需要的健伍NEXEDGE系統(tǒng)。大連快軌三號(hào)線現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)于2002年10月開通，是一套采用模擬專用信道的系統(tǒng)，分為列調(diào)子系統(tǒng)、維修子系統(tǒng)和車輛段子系統(tǒng)，全線設(shè)置三個(gè)基站。總體來(lái)看，當(dāng)初大連快軌的無(wú)線通信系統(tǒng)采用的專用信道的方式，不論從建設(shè)成本、系統(tǒng)功能上都比較合理，但由于設(shè)備的多年運(yùn)行，部分設(shè)備老化，加之周邊環(huán)境出現(xiàn)較大變化，影響到了場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋。另外，按照國(guó)家對(duì)加快無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)字化進(jìn)程的要求，現(xiàn)有設(shè)備急需進(jìn)行升級(jí)改造，以適應(yīng)未來(lái)軌道交通運(yùn)營(yíng)的更高要求。

GSM-R（GSMforRailways）系統(tǒng)是在GSM技術(shù)基礎(chǔ)上專門為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。它在GSMPhase2+的規(guī)范協(xié)議的高級(jí)語(yǔ)音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優(yōu)先級(jí)搶占和強(qiáng)拆業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信特別是鐵路專用調(diào)度通信的需要。主要提供無(wú)線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信、應(yīng)急通信、隧道通信等語(yǔ)音通信功能，可為列車自動(dòng)控制與檢測(cè)信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，并可提供列車自動(dòng)尋址和旅客服務(wù)。GSM-R在國(guó)內(nèi)更適合于鐵路的應(yīng)用，無(wú)論從建設(shè)成本還是實(shí)際應(yīng)用方面考慮，GSM-R都不適合大連快軌三號(hào)線的無(wú)線通信系統(tǒng)改造。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在各國(guó)的地鐵、輕軌等城市交通領(lǐng)域有大量的應(yīng)用；TETRA是基于TDMA（數(shù)字時(shí)分多址）技術(shù)的專業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)，它的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)中繼臺(tái)將信道容量增至模擬系統(tǒng)的兩倍。一臺(tái)中繼臺(tái)承擔(dān)兩臺(tái)中繼臺(tái)的工作，減少硬件設(shè)備的投入。不足之處在于它將信道分為了兩個(gè)時(shí)隙，實(shí)現(xiàn)信道容量的增容和頻譜利用率的提高需要借助中繼臺(tái)，否則手持臺(tái)和車載臺(tái)在12.5KHz信道下只能傳輸一路語(yǔ)音或者數(shù)據(jù)；在同一時(shí)隙里，不能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)同傳；TDMA方式下，時(shí)隙間阻止數(shù)據(jù)沖突所需的保護(hù)時(shí)間會(huì)使系統(tǒng)覆蓋面積和單間隙有效數(shù)據(jù)傳輸率減少。可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、空中接口加密和端對(duì)端加密。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)同時(shí)還具有虛擬專網(wǎng)功能，可以使一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)為互不相關(guān)的多個(gè)組織機(jī)構(gòu)服務(wù)。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)具有豐富的服務(wù)功能、更高的頻率利用率、高通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式，許多新的應(yīng)用（如車輛定位、圖像傳輸、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢等）都已在TETRA中得到實(shí)現(xiàn)。因此，近兩年TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在歐洲乃至世界得到了快速的發(fā)展。根據(jù)接入點(diǎn)不同TETRA基本業(yè)務(wù)可劃分為承載業(yè)務(wù)和用戶終端業(yè)務(wù)。TETRA支持的用戶終端業(yè)務(wù)包括：?jiǎn)魏簦c(diǎn)對(duì)點(diǎn)）、組呼（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）、應(yīng)答組呼、廣播呼叫（單向點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）以及上述各種情況的明話或密話。TETRA支持的承載業(yè)務(wù)包括：分組數(shù)據(jù)、電路數(shù)據(jù)。可見(jiàn)從功能及行業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，TETRA是個(gè)非常合適的選擇，但當(dāng)前主要的TETRA系統(tǒng)廠家是EADS和Motorola公司；主要的TETRA終端廠家是Sepura、EADS和Motorola公司，這些國(guó)外產(chǎn)品本身價(jià)格較高，加之TETRA系統(tǒng)只能采用中、小區(qū)制覆蓋的模式，線路上需要增加多處基站，設(shè)備數(shù)量大幅度增加，改造成本會(huì)非常昂貴，仍不適合現(xiàn)階段大連快軌無(wú)線通信系統(tǒng)的改造。NEXEDGE系統(tǒng)是建伍公司最新開發(fā)的全數(shù)字化專業(yè)無(wú)線通信系統(tǒng)。采用最先進(jìn)的語(yǔ)音編碼技術(shù)和DSP處理技術(shù)，大幅度提高了頻率使用效率，信道寬度最窄可以做到6.25kHz,不需借助中繼臺(tái)也能實(shí)現(xiàn)頻譜利用率比傳統(tǒng)的模擬12.5KHz系統(tǒng)增加2倍。僅是目前25kHz信道間隔的1/4。并且，在6.25kHz信道上,由于采用具有優(yōu)異陡降特性的濾波器，使整機(jī)獲得了良好的接收靈敏度，通信距離優(yōu)于當(dāng)前的模擬通信系統(tǒng)。即使脫離系統(tǒng)常規(guī)使用也可以提供令人滿意的通信距離。此外，數(shù)字處理技術(shù)使得通信的背景噪聲大幅度降低了，通話更加清晰、舒適。

NEXEDGE系統(tǒng)采用大區(qū)制，覆蓋大范圍區(qū)域所需要的基站數(shù)量相對(duì)少，電臺(tái)通信距離遠(yuǎn)，投資相對(duì)節(jié)省，而且便于維護(hù)。特別適合特殊情況下的應(yīng)急通信使用。有效的通信距離等于甚至優(yōu)于目前使用的同等條件下的模擬FM系統(tǒng)。而且，通話延遲時(shí)間短，用戶不易察覺(jué)，操作容易掌握，不會(huì)有不習(xí)慣的感覺(jué)。NEXEDGE系統(tǒng)采用NXDN數(shù)字空中接口標(biāo)準(zhǔn)，尋址方式采用FDMA（頻分多址）方式，每一個(gè)話路使用1個(gè)信道；語(yǔ)音編碼采用世界最先進(jìn)的AMBE＋2聲碼器，具有先進(jìn)的語(yǔ)音壓縮技術(shù)，背景噪聲極低，聲音保真度好，清晰易懂，結(jié)合高效率的糾錯(cuò)技術(shù)，即使在高速移動(dòng)、弱電場(chǎng)等惡劣環(huán)境中，也可以還原出語(yǔ)音；使用12.5kHz窄帶信道或6.25kHz超窄帶信道；語(yǔ)音和數(shù)據(jù)可以同時(shí)傳輸。在傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)中，可以利用空閑位置傳輸數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)/話同傳，為GPS數(shù)據(jù)傳輸提供了良好基礎(chǔ)。數(shù)字靜噪?？梢詼?zhǔn)確的檢測(cè)出是否有信號(hào)，因而可以有效的避免噪音誤打開靜噪造成干擾的情況。多基站集群網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最多可以有60000個(gè)用戶個(gè)人ID和60000個(gè)小組ID。傳輸集群方式和信息集群方式可以通過(guò)編程選擇使用。

2總結(jié)

可見(jiàn)，NEXDEGE作為一套數(shù)字集群系統(tǒng)從功能上完全能夠滿足大連快軌三號(hào)線的要求，雖然其設(shè)備也是國(guó)外產(chǎn)品，單個(gè)設(shè)備價(jià)格較高，但由于該系統(tǒng)是大區(qū)制覆蓋，所需基站數(shù)量少，改造施工量少，所以工程總價(jià)相對(duì)于TETRA等系統(tǒng)要低很多。綜合考慮，大連快軌三號(hào)線的無(wú)線通信系統(tǒng)改造方案可選擇NEXDEGE多基站系統(tǒng)。該方案在國(guó)內(nèi)雖沒(méi)有應(yīng)用案例，但在北美地區(qū)已有多個(gè)成功案例。當(dāng)然，具體實(shí)施還要經(jīng)過(guò)全面考察、測(cè)試才能最終定論。

參考文獻(xiàn)

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[2]何宗華，汪松滋，何其光，城市軌道交通通信信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行與維修[M]，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007年1月，73-81

作者：王平 單位：大連地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司