大連地鐵專用無線系統設計

王 笑

(大連地鐵運營有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

大連地鐵是近幾年快速發展的城市地鐵之一。2015年，大連地鐵1、2號線相繼開通；2022年，大連地鐵13號線正式運營；未來，大連還有地鐵5號線、地鐵4號線要相繼開通，從而方便大連市民的日常出行。對于大連地鐵，通信專業是地鐵的重要專業，通信專業的專用無線系統更是通信專業的重要系統之一。以大連地鐵1、2號線為例，專用無線系統采用的是摩托羅拉的核心設備，二次開發則是采用河北遠東哈里斯的產品。截至目前，地鐵1、2號線專用無線系統整體運行比較穩定，為大連地鐵的安全運營提供保障[1]。

1 大連地鐵專用無線系統介紹

大連地鐵專用無線系統由前端和后臺設備組成，前端設備包括指揮中心的行車調度臺、車站車控室的固定臺、維修人員的手持臺、司機使用的車載臺以及其他相關附件(天饋設備、漏纜等)；后臺設備由控制中心的MSO設備、車站的基站設備以及相關服務器組成。

1.1 前端設備

行車調度臺的功能就是指揮中心的行調人員與司機進行實時通話，所謂行車調度臺就是一臺電腦，安裝了相關的行調軟件，可以在行調軟件上選擇不同的列車，點擊列車與司機進行實時溝通。車站車控室的固定臺主要是確保車站調度人員與司機進行實時溝通。如果指揮中心下放站控，那么車站調度人員就能與司機進行站管區呼叫，從而確保車站調度人員可以與司機進行站管區的聯系。司機使用的車載臺是一臺移動的固定臺，功能是與行調人員進行實時溝通，是司機的主要溝通工具。維修人員的手持臺則是類似于移動手機，日常維修人員可以在地鐵內任何位置通過手持臺進行溝通和聯系，從而確保設備維修的及時性[2]。

1.2 后臺設備

控制中心的MSO是專用無線系統的“大腦”，是主要的中心處理器，主要對交互信息進行處理，通過收發數據來完成數據的傳輸。車站的基站是每個車站的“小腦”，可以接收“大腦”MSO的數據發送，從而將這些數據在地鐵內擴散出去，確保每一臺前端設備接收到數據并將數據反饋給用戶。另外，隧道內的專用無線信號采用的是漏纜的方式進行鋪設，保障隧道內的無線信號；車站站廳、站臺的無線信號則是采用天饋設備進行信號覆蓋，利用定向天線對站廳、站臺、設備區進行無死角的無線信號覆蓋，確保無線設備的可用性。對于一些特殊的隧道，即3 km以上的隧道或者轉角比較大的隧道，需要采用遠端直放站的形式進行信號覆蓋，這樣確保整個地鐵區域沒有任何無線信號死角，真正保障地鐵專用無線系統的穩定使用[3]。

2 大連地鐵專用無線系統設計

大連地鐵專用無線系統采用環形網絡，控制中心采用MSO核心設備。通過傳輸系統將MSO核心設備的數據進行每一個車站的傳輸，每個車站的基站再通過傳輸系統將控制中心下發的數據進行接收和處理，再通過饋線傳送到區間的漏纜以及站廳、站臺的定向天線，從而實現車站、隧道所有地鐵區域的無線信號覆蓋[4]，具體如圖1所示。

圖1 大連地鐵1、2號線專用無線通信系統

3 抗干擾分析及措施

3.1 同頻干擾

同頻干擾就是各基站的頻點存在相同，從而導致相同頻率下的干擾，大連地鐵專用無線的頻點采用的是ABC復用的方式。如果地鐵線路只是一條線路，專用無線的頻點采用AB復用即可，但是類似大連地鐵1、2號線這樣存在著西安路換乘站，AB復用就會產生同頻干擾，因此采用ABC復用，在西安路換乘站的前后左右車站均采用不一樣的頻點，從而避免出現同頻干擾的情況[5]。

3.2 互調干擾

互調干擾的情況非常多，例如非線性的相互調制導致不需要副產品的組合頻率，這種情況就會造成發射機的互調干擾。對此，一般要保證基站的發射機互調衰減不能低于70 dB，絕對電平不大于-36 dBm。對于基站內部的雙工器、耦合器、分路器，互調衰減都不能低于110 dB。

因相鄰信道發射的信號功率落入相鄰信道的接收機所產生的干擾就是鄰道干擾。一般采用兩個載頻之間必須大于10個信道間隔來消除鄰道干擾，即10×25 KHz=250 KHz。對于基站和移動臺接受鄰道抗擾性的要求，就是載波電平與鄰道干擾電平比要優于-45 dB。

阻塞干擾也是互調干擾的一部分，即接收頻率的有一強干擾信號，這就是阻塞干擾。這種情況下，基本上要保持基站、移動臺的發射機和接收機的隔離度不能低于69 dB，可以避免阻塞干擾的發生[6]。

3.3 外電磁干擾

外電磁干擾就是TETRA集群專網與其他接近800 M頻段無線系統所產生的干擾。安裝施工要求，車站內布置天線不能與公網天線支架產生干擾，一般公網天線需要與專用無線天線間距大于4.5 m[7]。

4 專用無線系統冗余設計

大連地鐵專用無線系統采用的是冗余設計，控制中心的MSO內部采用雙服務器的冗余設計，二次開發也是采用CAD服務器A和CAD服務器B進行雙冗余備份。此外，車站的基站采用雙電源及兩個POWER、兩個主機TSC和兩個發射機BR，任意一個設備出現故障，也不會影響整個基站的使用。因此，這種冗余設計和備份確保了地鐵專用無線系統的穩定運行[8]。

5 專用無線系統的未來發展趨勢

通過調查了解，我國上百條地鐵幾乎70%采用美國摩托羅拉的數字集群TETRA制式，眾所周知，當下美國與我國的貿易往來存在問題，很多核心設備及技術嚴重受限。因此，針對國產專用無線系統也是在快速研發中，河北遠東哈里斯經過多年的技術開發，推出了自主研發的Acro TETRA，其工作方式與摩托羅拉的數字集群TETRA基本相同，目前已經在國內多條地鐵線路試用。Acro TETRA的具體應用優勢如下。

(1)無需二次開發，所有設備真正采用統一核心、統一前端設備，每個基站都內嵌了交換軟件，可以提供短數據、分組數據、電話數據等數據交互[9]。

(2)IP組網方式，通過IP鏈路可以構成“多基站”系統，為用戶擴大無線信號范圍。

(3)系統高度開放接口，基本上可以滿足當下所有接口需求，更好地滿足外來系統的介入功能。

(4)系統高度國產化，不再受限于數字集群TETRA技術，真正實現核心設備的國產化，從而全面提升國產設備覆蓋率。

目前，Acro TETRA基站的頻率范圍基本上覆蓋了地鐵專用無線系統和地鐵警用無線系統使用頻率，如表1所示。因此，未來全面接管摩托羅拉設備已經變得勢在必行[10]。

表1 基站頻率范圍

6 結語

近幾年，大連地鐵發展得非常好，幾乎每三年就有新開的線路，大連地鐵為大連市民的出行提供了很大方便。對于大連地鐵的安全運行，通信專業的專用無線系統功不可沒，不但提供了暢通無阻的通話頻道，還對地鐵區域的每個角落進行無線信號的覆蓋。通過對大連地鐵的信號測試，不論是地鐵控制中心、車輛段，還是地鐵的車站、隧道，專用無線信號都非常好，基本保持在-65 dB以下，通話順暢。總而言之，在專用無線系統的有效保障下，大連地鐵的安全運行將會越來越好，從而為大連市民的出現提供更好的乘車體驗，也為大連地鐵的快速發展提供最大的助力。