上海城市軌道交通民用通信系統的規劃與實現

鄭燕燕 張雙健

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司,201103,上海∥第一作者,工程師)

1 上海城市軌道交通民用通信系統規劃的背景

從1993年上海第一條地鐵建成通車至今,上海軌道交通已由單線運營發展成為網絡化的建設和運營,對地下空間的信息服務需求也隨之產生。在實現安全、高效、舒適地運送乘客的同時,如何為地下空間的乘客提供先進的、多樣的、暢通的、高質量的各類信息服務,并達到與地面空間無縫連接的目標,已成為提升城市軌道交通服務品質和社會形象,并同時為企業帶來相應收益的的重要課題。為此,對民用通信系統規劃(以下簡為“規劃”)的研究于2006年展開。該規劃結合了在上海軌道交通1、2號線引進移動通信的初步探索及成功經驗,以城市軌道交通主體網絡建設的規劃和要求為根本前提,以經營城市軌道交通信息服務業務為最終目標,以移動通信技術的迅猛發展和廣泛的市場應用為切入點,實現上海城市軌道交通民用通信系統的統籌建設、運營、管理和經營。

2 規劃的定位目標及基本準則

2.1 民用通信系統規劃的定位

民用通信系統的定位是:將建立一個多部門共享、涵蓋上海城市軌道交通全網絡的具有多種業務用途的經營性信息網絡系統,結合對城市軌道交通既有基礎資源的重復利用,以標準化、集約化的手段實現多家運營商的移動通信及數據通信的網絡引入,服務大眾,優質經營,為城市軌道交通的信息產業鏈的形成和發展提供良好的基礎。因此,在尚無明確、統一的建設標準的情況下,站在全網絡統籌的高度,從系統的整體架構、業務范圍、技術支持、全網監控方式等多層面研究,并制定適合城市軌道交通業務特色的民用通信系統的整體規劃,是具有戰略眼光和深遠意義的。

2.2 民用通信系統規劃的目標

目標一:規劃研究確定了民用通信系統以移動通信引入為契機和起點,逐步建立和發展多種信息類業務的建設目標,包含五大類系統。第一類為傳統的數據及語音通信系統,將實現移動GSM900、聯通GSM900、上海電信CDMA800和各運營商的3G系統在城市軌道交通地下空間的網絡覆蓋,以及程控交換電話的覆蓋;第二類為非傳統數據業務系統,包括局域網(LAN)系統、無線局域網(WLAN)系統和乘客信息系統(PIS);第三類為互聯網數據存儲業務系統,即IDC系統;第四類為基礎配套系統,包括傳輸系統及電源接地系統;第五類為網絡管理系統,即面向全網絡各系統的綜合監控告警系統。上海城市軌道交通民用通信系統的網絡架構如圖1所示。

目標二:規劃將通過確定統一的技術標準和建設標準的方法,達到既可提高服務質量,亦可統籌安排各類資源、提高資源的共享程度和利用率、降低系統的建設和運營成本的目標,為下一步的經營和商業模式的建立提供有利的基礎條件和支持。

綜上所述,規劃的總體目標是擬通過建立技術先進、運行可靠、維護有效,并具有一定前瞻性的民用通信系統,為逐步形成適合城市軌道交通特點的經營管理及資產運作的產業體系提供良好的平臺,使之實現長期的、可持續性的發展。

圖1 上海城市軌道交通民用通信系統網絡架構示意圖

2.3 民用通信系統規劃的基本準則

1)民用通信系統的設計和建設須服從城市軌道交通整體網絡建設框架及其基本準則,在符合線路建設的技術要求和實施標準的前提下實施。

2)民用通信系統的設計與建設須遵循集約化、標準化的原則,符合可靠性、兼容性、先進性的要求,兼顧現階段的信息技術要求和未來發展的要求。

3)民用通信系統須兼顧城市軌道交通常態下的信息業務開展與緊急狀態下的應急功能,可通過與其他應急系統的緊急聯動以共同實現為事故救援提供手段的功能要求。

4)民用通信系統規劃應明確該系統與多家運營商之間的技術銜接、維護界面和管理接口。

5)為實現城市軌道交通信息服務的多元化,民用通信系統應以發展的眼光捕捉具有持續發展潛力的新業務并為其創造接入條件。其前提是試驗先行,確保安全。

6)民用通信各系統應采用能適應城市軌道交通的復雜運行環境、性能穩定、性價比高、易于運營維護的成熟技術和設備。

3 規劃中各子系統的功能要求及基本技術原則

3.1 移動通信引入系統

移動通信引入系統是民用通信系統規劃中最早得以實施并隨著移動通信業務發展而發展的系統,是民用通信系統最為傳統和成熟應用的基礎業務。

移動通信引入系統采用寬頻帶組網方式,頻率范圍從600 MHz至2.5 GHz,實現各大移動運營商2 G和3 G系統的語音及數據通信信號的引入和覆蓋,包括:GSM900、CDMA800、WCDMA 、CDMA2000、TD-SCDMA;并同時兼容其它無線通信體制,包括WLAN和DVB-T等,為真正意義的多制式、多頻段系統。系統覆蓋范圍包括地下車站、隧道區間、站廳及站臺公共區、辦公區域、設備區域、出入口和城市軌道交通管理范疇的公共商業區域。引入系統由集約化寬頻段信號分合路平臺(簡稱POI平臺)和綜合信號分布系統共同構成。其中,綜合信號分布系統由泄漏同軸電纜、天線及饋纜等組成。為達到“綠色通信”的目標,引入系統應結合車站、隧道的結構、限界、裝潢情況,合理布置有關設備及天饋線系統,適當增加天線并降低天線口的全向輻射功率(EIRP),以實現良好的均勻覆蓋。移動通信引入系統最終應達到讓地鐵乘客享受到相當于地面、甚至優于地面的無線通信服務,同時應符合環保要求的目標。

3.2 固定電話系統

民用通信的固定電話系統是公務電話系統的補充,主要用于滿足城市軌道交通公務電話及專用電話服務范圍以外的非運營性客戶的固定電話聯絡要求,如商鋪租戶、商務大樓客戶等。民用通信固定電話組網方案立足于城市軌道交通整體網絡,并應符合方便升級擴容、重點考慮負荷集中和便于管理的要求。固定電話系統采用數字程控交換設備組網,由數字程控交換機、遠端模塊、線路設施及終端組成,具備完善的計費功能和計費管理功能。

3.3 乘客信息系統(PIS)

PIS依托多媒體網絡技術,以計算機系統為核心,以車站及列車車廂的顯示終端為媒介,向乘客提供行車時間、安全行車指導等相關信息服務,同時可為地鐵電視的直播提供顯示功能。PIS包括車站PIS和車載PIS。無論是車站PIS還是車載PIS,均需具備與其他應急系統的聯動功能,以實現在緊急狀況下的緊急信息顯示。

PIS采用民用通信上層中心、各線控制中心和本地(車站或車載設備)三級控制結構。其中,上層中心與各線中心的傳輸鏈路由上層共用信息傳輸網絡提供。PIS依據不同的運營環境分別以正常模式、應急模式和單點故障模式運行。

3.4 局域網(LAN)系統

LAN系統包含了內部專用LAN接入系統和公眾LAN接入系統。內部專用LAN系統用于實現城市軌道交通各車站、控制中心等用于生產的計算機終端的高速互聯,并可統一接入互聯網,還可實現基于LAN系統的VoIP(Voice over Internet Protocol,互聯網協議語音)電話功能。公眾 LAN接入系統用于實現城市軌道交通范圍內的非運營性用戶通過集中或分散接入方式接入互聯網的需求,如商鋪客戶上網、銀行ATM設備的數據傳輸等,或實現基于LAN系統的IP(Internet Protocol,網絡互聯協議)電話業務的需求。LAN系統具備完善的用戶管理和計費功能。

3.5 無線局域網(WLAN)系統

為充分利用民用通信系統的相關基礎資源,如泄漏同軸電纜、傳輸系統等,應建立相互獨立的內部專用WLAN和公眾WLAN接入平臺。

內部專用WLAN系統的規劃目標是用于實現車地寬帶無線通信,滿足高速運動中的地鐵列車與車站固定設施之間的雙向通信。在民用通信系統中,可為實現車載PIS的實時信息發布提供無線寬帶通道;并同時為實現城市軌道交通內部的基于WLAN的移動通信提供平臺,以滿足常規通信手段未建立之前工程施工人員對內部通信聯絡的需求。公眾WLAN系統的規劃目標是建立基于多個通信運營商的WLAN用戶接入平臺,為城市軌道交通范圍內的公眾乘客及商家提供快速的無線上網通道,并為開發基于公眾WLAN系統的增值應用提供可能。如:城市軌道交通《時代報》的無線發布,以及結合建立合理的經營模式為非軌道交通運營性客戶提供通話功能。公眾WLAN系統應具備完善的用戶管理和計費功能。

3.6 綜合監控告警系統

建立民用通信綜合監控告警系統的目標是高效、綜合地監控和管理民用通信各子系統設備的工作狀態,以及設備機房的環境狀態和身份識別信息;實現系統管理、性能監視及故障管理的功能。綜合監控告警系統依托多媒體網絡技術,以計算機高速數據處理能力為核心,實時采集被控端設備和環境參量的具體狀態信息,并集中分析處理,實時地輸出至告警監控終端上,實現高效的系統網絡化管理。

民用通信綜合監控告警系統為車站級、各線控制中心級和上層監控中心級的三級組網方式,可滿足城市軌道交通全網絡的民用通信系統的集中監控。

綜合監控告警系統應具有良好的可維護性、自診斷及恢復功能,以達到高可靠性和安全性;并具備開放性和平滑升級的能力,以達到網絡化的目標。

3.7 城市軌道交通的互聯網數據中心系統

互聯網數據中心(Internet Data Center,簡為IDC)是近年來發展迅速的高品質電信基礎設施,用以滿足互聯網應用外包服務的需求。除電信企業外,很多政府機構以及銀行、證券、保險、互聯網等眾多行業也都在建設各種不同用途、規模、等級的數據中心。在城市軌道交通民用通信系統規劃中,IDC系統將是其中預計投資最大的系統。應充分利用城市軌道交通控制中心、大型換乘站、停車場、車輛段和地面樓宇中閑置或未得到充分開發的空間,并有效地整合城市軌道交通豐富的管道資源、光纖資源、電力資源等來建設IDC系統,為城市軌道交通內部用戶(如各類生產、管理數據的備份等)和外部企業客戶提供以服務器托管為主的互聯網綜合服務業務。攜手電信基礎運營商和主流運營商建立長期的戰略合作關系,逐步形成規模效應和品牌效應,為其在激烈的IDC市場中贏得更多的競爭力,大大地拓展城市軌道交通信息類服務的未來成長和贏利空間。

IDC系統的網絡結構由邊界層、核心層、接入層構成,并采用整體網絡結構全冗余和設備的全冗余配置來保證網絡的高可靠性;采用具有大容量特性的核心交換設備和易于拓展的網絡結構,來保證網絡的可擴展性和高可用性。

目前,已將西藏南路信息樓作為試點,著手設計和建設IDC系統,并將以點帶面逐步展開在上海城市軌道交通網絡內的IDC系統的建設。

3.8 電源及接地系統

民用通信系統設獨立完整的電源系統。它是民用通信的基礎設施系統之一,為民用通信各子系統設備、電信運營商設于機房的信源設備,以及民用通信機房空調設備等提供不間斷、無瞬變、安全可靠的供電。電源系統為一級負荷供電,由降壓變電所引二路獨立的380 V三相交流電源至民用通信電源室;當使用中的一路出現故障時,應能自動或手動切換至另一路,并能在本地及遠端及時告警。電源系統由外供交流電源切換屏、交流配電盤、直流配電屏等組成。電源系統的技術要求和指標應與專用通信的電源系統保持一致。

另外,民用通信電源系統的結構設計應充分考慮到同時服務于多家電信運營商并分別為其計量的特殊需求,其交流配電屏應配置可分別用于不同運營商的交流電表,以保證電量統計的準確性與便利性。

民用通信接地系統是確保系統設備正常工作和工作人員人身安全的基礎保障。通常情況下,專用通信系統將為民用通信系統預設接地端子,否則應采用與車站供電系統合設接地體的方式設立接地系統。民用通信接地系統的技術指標應與專用通信的接地系統指標保持一致。

3.9 傳輸系統

傳輸系統是軌道交通民用通信系統的網絡基礎,為民用通信其他各子系統提供可靠的、冗余的、可擴展的傳輸通道,以滿足語音、數據、文字、圖像等各種業務的傳輸需求。傳輸系統包括系統設備和光纜設施。系統設備所采用的制式、系統性能要求以及系統自愈保護功能等,應與專用通信的傳輸系統完全一致;其光纜的技術規格和敷設要求也應與專用通信的保持一致。在光纜的容量設計方面,應充分考慮民用通信的經營性特點,應留有充足的余量并依據線路條件盡可能實現光纖網絡化,以滿足系統擴容及經營業務拓展的需求。

3.1 0 其他配套系統

根據民用通信系統的特點和功能需求,應對設于車站、控制中心、上層中心的民用通信機房、電源機房的工程建設原則和工藝要求作出相應規定,對系統建設所必需的預留孔洞和預埋管線的相關要求作出明確規定,對機房、區間、車站公共區的設備布置、安裝和纜線布放作出規范性規定。

4 結語

規劃確定了城市軌道交通民用通信系統的發展方向和各項建設內容,規劃的實現可為城市軌道交通的乘客提供便利、優質、先進的個性化信息服務,同時也為開展信息類業務的經營打下基礎。到目前為止,規劃的各項內容已逐項、逐步地在上海城市軌道交通的各條線上得以實現,并根據市場變化、經營需要以及不同線路的不同要求,予以適時地調整。隨著規劃的不斷細化和深化,其適用性也將不斷地提高,城市軌道交通信息業務的經營理念和產業鏈價值也將得到完善。規劃的研究成果和應用經驗亦可為全國其他城市的軌道交通民用通信系統建設提供借鑒。

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