地鐵無線通信系統方案設計及相關問題分析

謝詩朦

【摘要】 在目前輕軌和地鐵中，無線通信系統的核心應用價值已經得到充分的證實。但是，根據地鐵要求可持續發展和成本節約的想法而言，選擇哪種無線通信系統更流暢、依靠何種技術更穩定等方面疑問，是當前的地鐵無線通信系統方案設計中一個仍需進一步探索的問題。基于成本最小化、使用價值最大化的要求，本文比對了當前地鐵無線通信系統，并根據地鐵當前發展的實際需要和方案設計的有效性問題，提出一系列新的建議。

【關鍵詞】 地鐵無線通信系統 應用技術 系統方案選擇

一、引言

地鐵專用無線通信作為高速運行的地鐵列車與車下運營管理機構之間唯一的通信手段，不僅擔負保證運營順暢、提高運營效率的義務， 還肩負著保障行車安全及地鐵乘客生命安全的重要使命。因此，設計地鐵專用無線通信系統應該確保語音及數據通信功能、調度管理功能的有效實現以及保證全線場強覆蓋、提高通信質量為最終目標。

同時，安全可靠、擴容的系統和具有延續性的后期工程也是系統設計的重要依據。其中，系統設計工作中最為關鍵的環節是確定系統方案，它不僅決定著整個無線通信系統性能的好壞程度、價格的高低起伏，而且極大的影響著地鐵后期工程帶來的通信系統是否能滿足擴容要求。因此，慎重設計和優選系統方案、妥善處理好當前建設和今后發展的關系都具有重要的意義。

二、地鐵無線通信系統的設計選擇及對比

2.1應用用技術的選擇和比對

目前，對地鐵無線通信系統進行建設的時候，GMS-R數字集群，MPT1327（ 模擬集群），以及TETRA是最常見的通信應用技術，TETRA數字集群網絡結構見圖一。在這三種途徑里面，GMS-R是基于公網GMS的技術，具有較高通信效率、較強綜合規劃能力的特點，能夠支持對共享無線通信資源城域應用數字通信系統。深圳地鐵二號線在初始設計階段已經利用過了這種模式，由于大城市的GMS-R通信密度、使用頻率都比較低，因此為了安全著想就不予考慮在GMS-R的應用模式和無人駕駛技術的設計。然而這種方式里面體現了更多的創新思想，在設計規劃中國的地下無線通信系統過程中，我們仍能吸取到很多有利、有效的經驗，為進一步發展技術創新開辟了一條新的道路。TETRA數字通信中繼系統是主應用程序試圖呈現無線通信系統，專門為地鐵遠距離通信而開發設計出的體制，所以，其需要具備覆蓋所有類型的功能、編程的溝通能力等特點。同時，利用這種技術到實際的生活生產中可以預測出將來地鐵專用無線通信系統主要的發展方向很有可能就是數字通信系統。與以上兩種方式比較起來，MPT1327雖然是模擬集群，但是這種方式的利用率和數字系統頻率的利用率相比依然是相差好長一段距離，對于水利系統、公安以及油田等方面來說MPT1327仍然是一個不錯的選擇。

2.2地鐵無線通信系統方案選擇的比對

地鐵無線通信系統方案具有較多的種類，按照目前工作信道為標準來區分，主要可為公用頻道方案和專用頻道方案兩種，其中公用頻道方案還可以分為數字集群和模擬集群這兩種方案模式。專用頻道方案要求每種頻道的用途都必須是唯一的、單獨的，即便空置下來也不能用做其他方面的用途，因此其可分為中繼器方式和車站臺方式。公用頻道方案的數字集群要求下產生的方案需要設置多種通話頻道以及一個控制頻道，由于集群方案中需要使用頻道共享和動態分配頻道技術，以此保障所有頻道在均被使用時的概率低于專用頻道繁忙時所使用的概率，此方案在頻道高于三個以上時優勢就會被充分體現出來，比如其可靠性、穩定性、擴容、流暢性、保密性以及對無線電頻率的占用、頻道切換和轉換均會高于其他方案。模擬集群的方案主要用于傳輸300-300HZ模擬信號，在對載頻調制時，模擬話音信號只能保留一個頻率，在我國這種方式只能使用MPT1327的集群標準。相對而言，數字集群方案則主要側重于使用低碼率話音編碼的方式，具有同一個載頻可以擁有多種頻次的特點，此種集群方式以TETRA的集群標準為準，能夠解決單一的業務、較弱的功能水平、低下的頻率效率、不便于加密等模擬集群無法解決的技術問題。

2.3系統結構比選

TETRA數字集群通信系統根據地鐵線路的特點，按基站不同的設置方式可以有以下幾種系統結構：

（1）小區制：在控制中心設置交換控制設備，在地鐵沿線各車站設置基站，交換控制設備與基站之間通過使用有線傳輸通道實現相互連接，在地鐵沿線架設漏泄同軸電纜能夠有效加強傘線場覆蓋率。小區制的缺點在于投資成本較高、列車司機與行車調度員之間進行通話需要切換較多越區，容易出現延時性；優點是較高的信道利用率、較強的系統故障弱化能力，最為重要的是其能夠實現車站值班員與接近列車司機之間無須撥號就能直接通信聯系（國鐵俗稱小三角通信）。

（2）中區制：在控制中心設置交換控制設備，在地鐵沿線的重要車站設置基站并且在其它車站設置射頻放大設備，交換控制設備與基站之間通過有線傳輸通道實現相互連接，在地鐵沿線架設漏泄同軸電纜。中區制在設備投資成本、信道利用率、越區切換頻次、系統故障弱化能力等方面的水平均處于大區制與小區制之間，既不具備小區制的小三角通信功能也不存在大區制車載設備在列車進出車輛段時正線通話組與車輛段通話組不能自動轉換的問題。

（3）大區制：在控制中心設置交換控制設備和基站，在地鐵沿線車站均設置射頻放大設備，地鐵沿線架設漏泄同軸電纜提高場強覆蓋率。大區制的優點是投資較省，列車司機與行車調度員之間進行通話不存在切換越區的問題，從而減少誤差；缺點是信道利用率不高、故障弱化能力較差、無法實現小三角通信，尤其是當列車進出車輛段時，正線通話組與車輛段通話組無法自動轉換，帶來諸多不便。此外大區制的致命弱點是系統結構不易擴容，而分期、分階段建設地鐵工程是司空見慣的事情。因此在移動通信系統中不提倡采用大區制系統，而更多會建議采用大區分裂成小區的移動通信系統方案。也就是說，多基站的中、小區制方式的話務量與服務質量會優于單基站的大區制方式。

三、結束語

本文章通過比較和分析各個方面， 得出頻率資源使用程度最高、使用范圍最廣的是TETRA，這種技術還有一個優勢就是其話務分布與其他相比略微均勻，較少受到外部因素的干擾，系統在運行過程中安全、穩定、可靠， 可以得到大面積的推廣和使用。

參 考 文 獻

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