地铁专用无线通信系统方案设计
谢诗朦
【摘要】 在目前轻轨和地铁中，无线通信系统的核心应用价值已经得到充分的证实。但是，根据地铁要求可持续发展和成本节约的想法而言，选择哪种无线通信系统更流畅、依靠何种技术更稳定等方面疑问，是当前的地铁无线通信系统方案设计中一個仍需进一步探索的问题。基于成本最小化、使用价值最大化的要求，本文比对了当前地铁无线通信系统，并根据地铁当前发展的实际需要和方案设计的有效性问题，提出一系列新的建议。
【关键词】 地铁无线通信系统 应用技术 系统方案选择
一、引言
地铁专用无线通信作为高速运行的地铁列车与车下运营管理机构之间唯一的通信手段，不仅担负保证运营顺畅、提高运营效率的义务， 还肩负着保障行车安全及地铁乘客生命安全的重要使命。因此，设计地铁专用无线通信系统应该确保语音及数据通信功能、调度管理功能的有效实现以及保证全线场强覆盖、提高通信质量为最终目标。
同时，安全可靠、扩容的系统和具有延续性的后期工程也是系统设计的重要依据。其中，系统设计工作中最为关键的环节是确定系统方案，它不仅决定着整个无线通信系统性能的好坏程度、价格的高低起伏，而且极大的影响着地铁后期工程带来的通信系统是否能满足扩容要求。因此，慎重设计和优选系统方案、妥善处理好当前建设和今后发展的关系都具有重要的意义。
二、地铁无线通信系统的设计选择及对比
2.1应用用技术的选择和比对
目前，对地铁无线通信系统进行建设的时候，GMS-R数字集群，MPT1327（ 模拟集群），以及TETRA是最常见的通信应用技术，TETRA数字集群网络结构见图一。在这三种途径里面，GMS-R是基于公网GMS的技术，具有较高通信效率、较强综合规划能力的特点，能够支持对共享无线通信资源城域应用数字通信系统。深圳地铁二号线在初始设计阶段已经利用过了这种模式，由于大城市的GMS-R通信密度、使用频率都比较低，因此为了安全着想就不予考虑在GMS-R的应用模式和无人驾驶技术的设计。然而这种方式里面体现了更多的创新思想，在设计规划中国的地下无线通信系统过程中，我们仍能吸取到很多有利、有效的经验，为进一步发展技术创新开辟了一条新的道路。TETRA数字通信中继系统是主应用程序试图呈现无线通信系统，专门为地铁远距离通信而开发设计出的体制，所以，其需要具备覆盖所有类型的功能、编程的沟通能力等特点。同时，利用这种技术到实际的生活生产中可以预测出将来地铁专用无线通信系统主要的发展方向很有可能就是数字通信系统。与以上两种方式比较起来，MPT1327虽然是模拟集群，但是这种方式的利用率和数字系统频率的利用率相比依然是相差好长一段距离，对于水利系统、公安以及油田等方面来说MPT1327仍然是一个不错的选择。
2.2地铁无线通信系统方案选择的比对
地铁无线通信系统方案具有较多的种类，按照目前工作信道为标准来区分，主要可为公用频道方案和专用频道方案两种，其中公用频道方案还可以分为数字集群和模拟集群这两种方案模式。专用频道方案要求每种频道的用途都必须是唯一的、单独的，即便空置下来也不能用做其他方面的用途，因此其可分为中继器方式和车站台方式。公用频道方案的数字集群要求下产生的方案需要设置多种通话频道以及一个控制频道，由于集群方案中需要使用频道共享和动态分配频道技术，以此保障所有频道在均被使用时的概率低于专用频道繁忙时所使用的概率，此方案在频道高于三个以上时优势就会被充分体现出来，比如其可靠性、稳定性、扩容、流畅性、保密性以及对无线电频率的占用、频道切换和转换均会高于其他方案。模拟集群的方案主要用于传输300-300HZ模拟信号，在对载频调制时，模拟话音信号只能保留一个频率，在我国这种方式只能使用MPT1327的集群标准。相对而言，数字集群方案则主要侧重于使用低码率话音编码的方式，具有同一个载频可以拥有多种频次的特点，此种集群方式以TETRA的集群标准为准，能够解决单一的业务、较弱的功能水平、低下的频率效率、不便于加密等模拟集群无法解决的技术问题。
2.3系统结构比选
TETRA数字集群通信系统根据地铁线路的特点，按基站不同的设置方式可以有以下几种系统结构：
（1）小区制：在控制中心设置交换控制设备，在地铁沿线各车站设置基站，交换控制设备与基站之间通过使用有线传输通道实现相互连接，在地铁沿线架设漏泄同轴电缆能够有效加强伞线场覆盖率。小区制的缺点在于投资成本较高、列车司机与行车调度员之间进行通话需要切换较多越区，容易出现延时性；优点是较高的信道利用率、较强的系统故障弱化能力，最为重要的是其能够实现车站值班员与接近列车司机之间无须拨号就能直接通信联系（国铁俗称小三角通信）。
（2）中区制：在控制中心设置交换控制设备，在地铁沿线的重要车站设置基站并且在其它车站设置射频放大设备，交换控制设备与基站之间通过有线传输通道实现相互连接，在地铁沿线架设漏泄同轴电缆。中区制在设备投资成本、信道利用率、越区切换频次、系统故障弱化能力等方面的水平均处于大区制与小区制之间，既不具备小区制的小三角通信功能也不存在大区制车载设备在列车进出车辆段时正线通话组与车辆段通话组不能自动转换的问题。
（3）大区制：在控制中心设置交换控制设备和基站，在地铁沿线车站均设置射频放大设备，地铁沿线架设漏泄同轴电缆提高场强覆盖率。大区制的优点是投资较省，列车司机与行车调度员之间进行通话不存在切换越区的问题，从而减少误差；缺点是信道利用率不高、故障弱化能力较差、无法实现小三角通信，尤其是当列车进出车辆段时，正线通话组与车辆段通话组无法自动转换，带来诸多不便。此外大区制的致命弱点是系统结构不易扩容，而分期、分阶段建设地铁工程是司空见惯的事情。因此在移动通信系统中不提倡采用大区制系统，而更多会建议采用大区分裂成小区的移动通信系统方案。也就是说，多基站的中、小区制方式的话务量与服务质量会优于单基站的大区制方式。
三、结束语
本文章通过比较和分析各个方面， 得出频率资源使用程度最高、使用范围最广的是TETRA，这种技术还有一个优势就是其话务分布与其他相比略微均匀，较少受到外部因素的干扰，系统在运行过程中安全、稳定、可靠， 可以得到大面积的推广和使用。
参 考 文 献
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