廣州地鐵800 MHz數字集群共網系統方案研究

鮑淑紅

(廣州地鐵設計研究院有限公司，510010, 廣州//工程師)

廣州地鐵是一個非常龐大的軌道交通運輸網絡。由于地鐵內人流密度高，地下空間復雜，給日常管理和應急指揮調度帶來了相當大的難度，一旦出現突發事件，如不能及時有效地組織和調動全社會的資源予以快捷處置，將帶來非常嚴重的人民群眾生命財產損失，產生嚴重的社會問題。

廣州市政府以亞運保障為契機，建立了地上覆蓋的800 MHz數字集群共網(800 MHz TETRA(泛歐集群無線電)制式)系統(以下簡稱800 MHz共網系統)，以滿足政府各級部門和重要社會公益單位日常政務指揮調度通信及應急通信的需求[1-3]。但由于建設資金、建設周期等諸多方面的原因，未能將地鐵共網同步實施。

由于廣州800 MHz共網系統目前僅能覆蓋地面部分，地鐵地下部分未作全面覆蓋，地鐵區域內日常管理指揮調度通信及突發事件應急通信無法滿足地鐵正常運營需求的問題十分突出。因此有序地開展廣州地鐵既有線和在建線路800 MHz共網系統的規劃建設，并與地面網實現良好的互聯互通，以實現廣州800 MHz共網系統地上與地下一張網的目標。

1 廣州市地面800 MHz共網系統概況

為保證政府相關部門日常政務管理及應急指揮通信的需要,構建統一、靈活、高效的應急管理機制，建立突發公共事件預警預報信息系統和專業化、社會化相結合的應急指揮體系，廣州市政府以“企業建設運營，政府購買服務”的模式，建設了廣州市800 MHz共網系統。

廣州市已建成的800 MHz共網系統設備采用了由空客防務與空間有限公司(原歐洲宇航Cassidian公司)生產的800 MHz TETRA數字集群無線通信系統核心設備，其包括2個區域機房的交換中心設備以及幾百個無線基站等，覆蓋廣州市中心市區、郊區及郊市國道、省道[1]。

2 廣州地鐵800 MHz共網系統需求分析

2.1 服務對象及容量需求

800 MHz共網系統延伸進入地鐵后，主要用于滿足公安、消防、安全、急救、交通以及應急辦等部門在地鐵內的通信需要。通過調研得到廣州市數字集群共網系統在地鐵區域內日常及應急情況下的通話組預測，如表1所示。

表1 廣州市數字集群共網用戶通話組數(地下部分)預測表

2.2 話務模型及基站配置

根據話務模型，對基站可承載的組數進行計算得到，每組忙時話務量為0.1 Erl(該值是由每小時內每個通話組的10次呼叫、每次呼叫36 s的話務模型計算得出的)，全網調度電話用戶比例為100%(其中雙工電話用戶比例不超過10%)，有線/核心網信道擁塞率小于0.5%，無線信道擁塞率小于5%。計算得出2載頻基站和4載頻基站可承載的通話組數如下：

(1) 2載頻基站：根據5%的排隊率，通過查愛爾蘭C表得出的7個業務信道可提供3.188 Erl話務量，每組忙時話務量為0.1 Erl。由此得出系統可承載的通話組數G約為32組。

(2) 4載頻基站：根據5%的排隊率，通過查愛爾蘭C表得出的15個業務信道可提供9.044 Erl話務量。同上，可得出G約為90組。

結合表1用戶需求，考慮到所有的通話組均在同一個基站覆蓋范圍下出現的概率并不高，特別是消防、應急、武警等通話組跨站通信概率不高，往往僅占用個別的基站；即使是應急情況下也可以通過限制接入通話組數量、設置優先級的資源調配方式來進行調控。因此可在每普通車站設置1套2載頻基站，對話務量較高的換乘站則可采用載頻擴容的方式來滿足其通話組數量需求。

3 廣州地鐵800 MHz共網系統交換中心規劃方案

廣州地鐵線網規劃部署2個區域交換中心(1個區域中心與廣州“十二五”新線同步初步建設，1個在既有線改造項目中獨立立項建設)。這2個區域交換中心采用數據庫鏡像備份，并統籌接入廣州市地面800 MHz共網系統，從整體架構上提高廣州地鐵線網800 MHz數字集群共網的可靠性。2個區域交換中心根據業務均攤的原則，通過IP(互聯網協議)通道均分連接各地鐵車站基站。

4 廣州市地鐵與地面共網的互聯互通方案

廣州市地鐵800 MHz共網系統是廣州市800 MHz共網系統在地下的延伸和子網，其是地上網的一個有機組成部分，同時亦具有一定的相對獨立性。

4.1 地鐵、地面功能聯動融合方案要點

(1) 地面、地上均采用800 MHz TETRA數字集群通信制式(工作頻段：上行方向為806～821 MHz，下行方向為851～866 MHz)；800 MHz數字集群共網的基本性能要求應符合歐洲通信標準協會TETRA標準，其他信令及接口滿足SJ/T 11228—2000《數字集群移動通信系統體制》的規定。

(2) 地鐵800 MHz共網系統支持地面共網現有的虛擬專網的管理結構和配置：地面網現有超級管理調度臺負責全網(包括地面網和地鐵網)的虛擬專網劃分和權限管理；地鐵800 MHz共網系統共劃分為4個虛擬專網(分別為政府、公安、電信、地鐵)，由各自虛擬專網管理調度臺分別進行管理；地上地下互聯后，地面網的現有虛擬專網管理調度臺可以管理本虛擬網內所有地上、地下的用戶，如公安現有的虛擬專網管理調度臺可以統一管理公安虛擬網內的所有用戶。

(3) 地鐵800 MHz共網系統支持地面共網現有入網管理流程，已在地面入網的數萬名用戶和規劃使用的通話組，無需重新在地鐵項目交換機中進行配置，便能跨地上/地下基站使用；新增的地面網的用戶及其通話組均在地面交換機加入網絡，同時新增地鐵專網用戶在地鐵交換機入網。

(4) 地鐵800 MHz共網系統的用戶鑒權須遵照地面網現有鑒權流程，新增地鐵用戶的鑒權數據統一通過地面網現有的鑒權密鑰分發服務器(AKDC)分發至網絡中的交換機進行存儲。

(5) 地鐵共網交換機與地面共網交換機互聯后，整個網絡具備完整的HLR(歸屬位置寄存器)-VLR(訪問位置寄存器)機制。地鐵交換機的HLR僅用于配置地鐵虛擬專網內用戶，其他虛擬專網用戶均在地面交換機的HLR中配置；地面用戶漫游至地鐵，此時地鐵交換機可用作地面用戶在地下的VLR，反之，地面交換機用作地下用戶在地上的訪問位置寄存器。

(6) 地鐵共網和地面共網互聯后，地面用戶功能不會弱化，用戶在地面能夠進行的所有指揮調度功能包括空中接口鑒權、自動越區切換、個呼、短信、組呼，動態重組、遲后進入以及通話組合并等均能跨地面地鐵基站實現；反之，地下用戶進入地面基站，所有功能亦均能實現。

(7) 地鐵共網通過分發服務器向地面網管提供所需的各類信息，包括系統告警和基站負荷信息。同時，地鐵共網網管也可作為地面網管的1個子系統，其可在地上網與地下網斷開后，獨立配置、設置網絡及用戶的主要參數，滿足地鐵800 MHz共網系統的獨立運營。

(8) 原廣州市地面800 MHz共網系統無全網錄音系統建設。為滿足使用方事后檢索查詢通話記錄的需求，由地鐵共網項目設置地上、地下共網全網動態錄音系統。該錄音系統中，地面的組呼通話通過E1(歐洲的30路脈沖編碼調制)和IP鏈路發送給地鐵全網錄音設備進行錄音，以實現組呼號、呼叫方號碼、呼叫開始時間、呼叫結束時間、業務類別，以及單位等方式的存儲、離線檢索及播放功能。地面、地鐵800 MHz共網系統全網拓撲圖如圖1所示。

圖1 地面、地鐵800 MHz共網系統全網拓撲圖

4.2 地面、地鐵互聯物理鏈路規劃方案要點

地面、地鐵800 MHz共網系統互聯規劃方案需要實現語音、信令、網管數據等信息的互聯，因此應本著盡量保證互聯拓撲結構的可靠性、盡量減少通話的跳數及時延以及節省地面、地鐵共網互聯通道的原則進行方案的制定與研究。

互聯通道類型的選擇，首先要了解地面、地鐵中心交換機的選型規劃以及語音、信令、網管數據傳輸通道類型的需求。地鐵2個交換中心的集群交換機均后期建設，其語音、信令、網管數據傳輸均考慮采用IP通道；地面2個交換中心的語音傳輸在早期建設中均選用E1數字中繼通道、數據傳輸采用IP傳輸通道的集群交換機，地面交換中心2在后期擴建項目中，增配了1套集群交換機，其語音、信令、網管數據傳輸則均采用IP通道。

地鐵、地面共網互聯物理邏輯鏈路圖如圖2所示。由圖2可知，地鐵交換中心1與地面交換中心1采用IP和E1物理鏈路互聯，地鐵交換中心1與地面交換中心2采用IP物理鏈路互聯，地鐵交換中心2與地面交換中心1采用IP 和E1物理鏈路互聯。另外，互聯以太網鏈路設置冗余的防火墻，以盡量避免地鐵、地面局域網間產生的網絡安全問題。

圖2中，地鐵各集群交換機間、基站與集群交換機間的互聯，共享地鐵內部的專用傳輸網絡。該傳輸網絡通道資源充足，但地面、地鐵共網的互聯通道需長期租用廣州市網絡運營商的專用有線傳輸通道。為盡量節省網絡租用費用的投入，在方案的制定中，排除選擇地鐵每套集群交換機與地面每套集群交換機點對點星型連接的高可靠性鏈路方案，同時方案又需盡量保障互聯拓撲結構的可靠性、盡量減少通話的跳數以及減小通話時延。本文制定了正常情況下集群交換機間通話組的通話跳數至多僅隔1套集群交換機的鏈路規劃方案。該方案中，即使任何單臺交換機出現故障，正常工作的每套交換機間通話組的通話跳數也至多僅隔1套集群交換機。

圖2 地鐵、地面共網互聯物理邏輯鏈路圖

4.3 全網動態錄音方案要點

廣州市800 MHz共網系統的地上、地下全網動態錄音計劃統一由地鐵共網項目統一承建。全網動態錄音系統能對整個集群共網中的組呼、緊急呼叫進行錄音，錄音可按時間、使用者等進行分類檢索；錄音回放可根據錄音文件順序回放，也可僅回放某1個用戶在某1次呼叫過程中的所有講話。

廣州市全網動態錄音方案如圖3所示。由圖3可知，系統配置錄音服務器(主備)、全網錄音控制服務器(主備)、數據庫服務器、WEB(萬維網)服務器以及查詢PC(個人電腦)等。另外，針對網絡中的每套集群交換機(DXT)，配置1臺錄音數據采集節點(TCS)服務器，其錄音容量可根據當前每交換機的話務量進行配置。

5 無線信號覆蓋方案研究

廣州市800 MHz共網系統應負責完成地鐵公共區、主要設備區、隧道區間、部分地鐵物業和市政通道的無線場強覆蓋。覆蓋范圍內信號強度滿足每載波不低于-90 dBm(覆蓋率為90%)的要求。

圖3 廣州市全網動態錄音方案示意圖

本項目通過漏泄電纜實現區間的無線覆蓋，并通過室內分布系統(系統采用射頻電纜、天線、功分耦合器等)完成站內區域覆蓋。

廣州地鐵建設的射頻無線覆蓋系統采用了800 MHz共網系統和專用無線調度系統。專用無線調度系統“十二五”新線采用800 MHz Tetra技術或TD-LTE(分時長期演進)技術，先期既有線路采用的是800 MHz Tetra技術?？紤]到節省工程投資、減少前期施工和后期維護工作量的需求，將上述兩種無線系統信源信號通過合路器合路，以便共用站內和區間無線覆蓋系統，合路方案如圖4所示。該方案在技術上具有可行性。

圖4 800 MHz共網系統與專用無線調度

既有線路的既有800 MHz專用無線系統若在部分車站出入口、設備區和物業區無法滿足800 MHz共網系統場強覆蓋要求，則需增補室內分布系統。

6 結語

地鐵800 MHz共網系統是廣州市800 MHz共網系統在地下的延伸和子網，其具有一定的相對獨立性。地面網負責全網的虛擬專網劃分、用戶鑒權和地面用戶(含所有公安用戶)的配置，而地鐵網的用戶、通話組則直接在地鐵交換機進行配置。

本文介紹了廣州地鐵800 MHz共網系統建設的用戶容量需求、話務模型、錄音方案以及場強覆蓋方案，著重提出廣州市地鐵與地面800 MHz數字集群共網聯動融合的具體方案，以期為該項目后期地鐵線路以及其他城市相關項目提供參考。