TETRA無線數字集群通信系統在深圳地鐵3號線的應用

劉萬青

TETRA無線數字集群通信系統在深圳地鐵3號線的應用

劉萬青

結合深圳地鐵3號線的工程建設及運營實踐經驗，從系統架構、組網方式和系統功能等方面介紹TETRA無線集群通信系統在深圳地鐵3號線的應用。并結合深圳地鐵二期工程現有TETRA系統，淺談了深圳地鐵三期工程TETRA系統建設的幾點建議，以便實現TETRA系統資源共享，使系統在行車調度指揮工作中發揮更大的作用。

陸地集群無線電;無線通信;組網方式;建設建議

TETRA是陸地集群無線電，其在調度功能上是比較完善的，比較適合做專網。目前國內地鐵無線通信系統大多采用集群通信的組網方案。其運作方式以雙工、半雙工為主，主要采用信道動態分配方式，每個用戶都有自己的身份并分成不同的工作小組，具有不同的優先等級和特殊功能，通信時可以單呼、組呼、群呼和緊急呼叫，很好地滿足了地鐵運營所需的列車無線行車調度、車輛段調度、維修調度，以及列車司機、車站值班員和運營維護人員之間的無線通信。本文結合TETRA系統在深圳地鐵3號線的應用，重點介紹其系統架構、組網方式、系統功能，并提出后期地鐵建設的幾點建議。

1 TETRA系統在深圳地鐵3號線的應用

深圳地鐵3號線專用無線通信系統，采用EADS 800MHz頻段的TETRA數字集群通信。系統主要由中心交換機、調度服務器、調度操作臺、維護終端、基站、車載臺、手持臺、漏泄同軸電纜和天饋系統等組成，多個TETRA基站形成一個有線、無線相結合的網絡，控制中心與各車站和車輛段之間的語音和數據業務由傳輸和交換網絡提供支撐。

系統自建成以來，滿足了3號線行車調度、環控(防災)調度、維修調度、站務、車輛段值班和應急等各子系統通話的要求，通話組內的通信操作互不妨礙，可以進行車-地傳輸列車狀態信息和列車廣播，實現設備和頻率資源共享、無線信道話務負荷平均分配，服務質量高、接續時間短、信令系統先進，可靈活地多級分組，具有自動監視、報警及故障弱化等功能;且具有強大的擴展功能，擴展時不會影響既有設備的使用，增加設備較少;通過軟件升級和系統設備的中心配置，即可實現遠程操作和控制，便于維修搶修。

系統采用單中心控制交換機+多基站小區制組網方案，各基站通過有線傳輸通道與控制中心集群交換機相連，在橫崗車輛段控制中心設置集群交換機DXTip和調度臺，在地鐵沿線(益田—雙龍及中心公園停車場、橫崗車輛段)共設32個集群基站，采用星型方式組網，交換控制設備與基站之間通過有線傳輸通道連接，形成一個有線、無線相結合的網絡。地鐵沿線架設漏泄同軸電纜實現車站站臺、高架段區間及隧道內的場強覆蓋，各站站廳用小天線覆蓋。基站均采用2載頻基站，每個基站2載頻共8個信道。系統運營無線網絡拓撲圖如圖1所示。

圖1 系統運營無線網絡拓撲圖

網絡基礎設施主要有中心交換控制器、歸屬位置寄存器、訪問位置寄存器、網管設備、調度服務器以及基站、基站控制器等。其中中心交換控制設備采用IP交換技術，正常運行時各基站由設置在中心的中心控制器控制，當基站與中心控制器通信中斷時，它將以單站集群方式支持單站系統的正常運行，實現深圳地鐵3號線全線統一的無線調度通信和網絡管理。

深圳地鐵3號線根據地鐵運行特點，以車站劃分小區，其中車輛段獨立設置為一個小區，通過控制中心交換設備的連接而構成分級管理區域網。相同的載波頻率可在不同的工作小區同時使用。

2 TETRA系統應用改善及功能提升

2.1 區間越區切換問題的解決

地鐵移動通信網絡內越區切換存在諸多的不確定因素。特別是在隧道環境，由于多種因素產生的信號快速衰落，使切換區域設置和漏泄電纜的尾端連接方式對越區切換的效果影響很大，直接關系到無線網絡的服務質量。

為達到98%以上區域各信號的最弱電平為－85dBm，保證切換時不會因為信號變化太快造成掉話，可以將區間中點的漏泄電纜LCX聯通，使兩邊基站來的信號盡量形成較多的重疊區，當列車高速運行經過隧道中段時，原小區信號逐漸減弱，切入小區的信號逐漸增強，沒有信號突然消失的情況，避免了移動臺因為切換時間不足造成掉話。通過在網絡中設置相應參數，將各隧道的覆蓋場強調整到合適的水平，可以使切換更加平滑。

一般情況下小區間進行正常切換需要6～10 s，切換區應滿足10 s切換的最低要求，而列車在隧道中段最高速度為80 km/ h，10 s內行進的距離為222 m。在理想情況下，本小區與相鄰小區的信號在LCX中傳輸損耗是相同的，因此它們的場強衰減特性曲線相對于其交點是對稱的，所以LCX的越區切換損耗余量可由本小區與相鄰小區各負擔一半，即111 m。對應于LCX傳輸損耗24 dB/km，越區切換損耗余量為24×(1/ 1000)×111=2.7 dB，參見圖2。

圖2 區間越區切換

2.2 采用手持臺個號與列車車號相同的編碼方式

無線通信作為指揮行車的重要手段，為了保障列車的運行安全需提供備用通信，故在每列車上都會配置一部800 MHz手持臺作為備用。在800 MHz手持臺編寫個號時，應將列車車體號作為備用800MHz手持臺的個號編碼依據，這樣便于調度員在應急情況下快速找到手持臺的個號。以深圳地鐵3號線列車為例(0301車)，手持臺個號應該為:633301(前面3位號碼是固定的633，后面3位根據列車車號來編號)，這樣在應急情況下調度員可以非常便捷地呼叫到司機，從而縮短號碼搜索耗時，提高調度指揮效率。

2.3 改善高架段區間漏纜支架和吊夾的穩固性

深圳地鐵龍崗線擁有15座高架站，高架站區間漏泄同軸電纜的敷設采用漏纜支架與吊夾結合的方式進行固定。其中，漏纜吊夾安裝在鐵支架的兩側，采用長螺釘穿孔安裝在支架兩側頂端，開孔底部用螺母及彈簧墊片緊固。列車在高架段區間長期的運行過程中，產生的震動將會影響到漏纜支架和吊夾的穩固性。時間越長，漏纜支架的固定螺栓及漏纜吊夾的螺母越松動，甚至脫落。當漏纜吊夾螺絲掉落到一定數量時，漏纜亦會因無法固定向外彎曲，從而造成漏纜侵限，影響列車安全運行。經實踐摸索，在漏纜吊夾螺絲底部刷漆，可以提高其穩定性。

2.4 無線系統的互聯互通

近幾年來，地鐵專用無線系統互聯互通越來越普遍，不但可以實現全網漫游，拓展每條線路用戶的作業區域，而且支持獨立運營及必要時跨線運營全網調度。深圳地鐵5條線路均由歐洲宇航提供TETRA系統設備，在國內率先實現了5條地鐵線路的互聯互通及統一指揮調度，資源共享，節省投資，提高了指揮調度效率，可以更好地應對大型活動保障和突發事件。深圳地鐵5條線路互聯互通后的網絡架構如圖3所示。

深圳地鐵5條線路互聯互通后，保證了深圳地鐵1～5號線所有工作人員的手持臺不僅能在本車站管轄范圍內自由漫游，而且可以在深圳地鐵1～5號線的全線范圍內(包括換乘站管轄范圍內)自由漫游，進行組呼、單呼、緊急呼叫、數據傳輸等集群系統支持的通信;支持不同線路用戶在深圳地鐵全線區間內的互聯互通，進行必要或緊急情況下對深圳地鐵所有無線用戶之間的協調。

3 后期建設的建議

3.1 建設整體容災能力

圖3 深圳地鐵5條線路互聯互通后的網絡架構

隨著國內數字集群系統建設進入規模化、網絡化，政府、公安、地鐵等專業用戶越來越關注專用無線通信系統的整體冗余容災能力，考慮整個無線系統的災備越發重要。災備主要有以下幾種方案。

1.采用HLR備份方案。HLR數據庫儲存了所有用戶的信息，備份的投資最小，不需要增加任何硬件，只是軟件上做相應備份即可。例如，北京無線政務網、廣州無線政務網、深圳公安應急指揮數字集群網絡、廣州地鐵都采用了HLR鏡像備份技術，保證全網核心HLR用戶數據庫的安全性。深圳地鐵目前1～5號線可以做HLR備份，未來的三期工程中，7、9、11號線可以考慮和已建成的一條或者多條線做HLR備份。如果三期工程采用了和一、二期不同廠家的設備，可以考慮單獨做備份。

2.核心基站同時連接雙交換機的方案。對于特別重要的基站，例如客流量很大的換乘站基站，可以同時連接到雙交換機，這樣，當一臺交換機出現故障時，基站仍然可以繼續工作。條件是交換機側要實現互聯互通，深圳地鐵一、二期工程已經在深圳交換機側互聯互通。深圳公安應急指揮數字集群網絡、香港地鐵等項目，都將很多核心基站同時連接了雙交換機，以保證核心基站的工作安全。

3.一個交換機在線備份多個交換機的方案。可將其中1臺交換機作為其他交換機的備份，深圳地鐵已建設了5條地鐵線，設置了5臺交換機，可將其中1臺作為備份。三期新線建設時如果采用和一期、二期一樣的設備，也可以考慮統一備份;如果采用不同的設備，可以采用1～5號線統一做備份，三期的新線統一做備份。

以上幾種技術手段統一建設可以進一步提高專用無線系統的可靠性和容災能力。3種方案并不是完全獨立的，也可以將幾種方案組合。

3.2 大規模使用全網動態錄音技術

目前，國內專用無線系統的錄音功能大多是調度臺錄音，或者是交換機靜態錄音。調度臺錄音僅能錄調度臺參與的呼叫，故很不完備。而交換機靜態，則存在錄音通道利用率低、很難錄全部呼叫及通話內容，不能跨交換機錄音等缺陷。近幾年隨著技術的發展，全網呼叫動態錄音技術因其錄音通道共享利用率高，可以錄全網所有呼叫及通話內容，可以跨交換機錄音，易于管理和維護等特點越來越受到國內外專業用戶的青睞。全網動態錄音技術已日臻成熟，可以考慮統一部署全網錄音系統，實現對全網所有地鐵線路呼叫的錄音。全網錄音系統可以負載均衡，也可以互為備份，最大程度保證了錄音的可用性。在三期工程建設部署全網統一錄音系統，可以解決深圳地鐵專用無線系統的通話錄音需求，也解決了一期工程只能對調度臺錄音的問題，后續工程不需要再新上錄音系統，只需要根據后續線路需求適當擴容即可。

3.3 統一頻率規劃及資源共享

隨著深圳地鐵3期工程的開工建設，換乘站數量越來越多，已經出現4條線路在同一站換乘的情況。在各條線交換機未實現互聯互通的情況下，在進行頻率規劃時需要遵循:換乘站各基站頻率不復用，相鄰基站(含換乘站、交匯站及相鄰車站基站)的頻率分配要避免同頻干擾及鄰頻干擾，避免三階互調等原則。目前國家無委批復給深圳地鐵已規劃16條線路的的總頻率數目是18對，已經建成的5條線已經使用了大部分，使得頻率規劃十分困難。由于目前深圳地鐵一期工程所建交換機與二期工程所建交換機已實現互聯互通，建議在三期工程中統籌考慮各換乘站共用基站，重新規劃全網無線電頻率，提高頻率使用效率，節約基站投資。

4 結束語

自2009年深圳地鐵3號線開通以來，TETRA數字集群系統以其強大的無線調度通信功能、高頻譜利用率以及操作簡單、方便維護的優點完全滿足了運營需求。在深圳地鐵三期TETRA系統中應考慮整個地鐵網絡的整合和優化，起到承上啟下的作用，實現全網的統一指揮和資源共享。

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Combined with the engineering construction and operation experience of Shenzhen metro Line 3，this article introduces the application ofwireless trunking TETRA communication system in the line in terms of system architecture，networkingmode，and system function．Furthermore，based on the existing TETRA system of the second stage project of Shenzhen metro，several suggestions on the TETRA system of the third stage project of Shenzhen metro is discussed in order to realize source sharing of TETRA systems to fully play the role of TETRA system in train operation dispatching and command．

TErrestrial Trunked RAdio;Wireless Communication;Networking Mode;Construction Suggestions

劉萬青:深圳地鐵集團3號線運營分公司助理工程師518173深圳

2012-12-20

(責任編輯:諸紅)