地铁专用无线通信降级备用系统的应用

2012-07-05陈东伐

城市轨道交通研究 2012年3期

陈东伐

（苏州轨道交通有限公司，215006，苏州／／工程师）

地铁运行控制设备一般位于地铁公司控制中心大楼。在地铁控制中心遭遇恐怖袭击、灾害等突发情况下，有可能影响包括无线通信在内的设备系统的运行，进而影响整个地铁线路的运行。因此，有必要设置备用设施以减少突发情况对地铁运营系统的影响。

近年来，业内提出了相对于控制中心大楼（主用）而言的备用中心的概念。备用中心一般设置于车辆段，对一些事关列车运行的重要中心控制设备进行备用。在控制中心（主用）发生突发情况之下，启用备用中心设备，以确保列车的正常运行，最大限度地减少对运营线路的影响。

地铁专用无线通信系统是地铁运营调度指挥及维护管理的重要设施，是地铁运行列车与车下运营管理机构之间唯一的通信手段，担负着提高运营效率和管理水平、保证行车安全及地铁乘客生命安全的重要使命。鉴于地铁专用无线通信系统的重要作用，有必要对其采用备用方案，因此地铁专用无线通信系统一般是备用中心考虑的系统之一。本文以中国电子科技集团第54研究所研制开发的降级备用系统产品为例，着重阐述地铁专用无线通信降级备用系统的原理、构建与实现。

1 地铁专用无线通信系统概述

目前，地铁专用无线通信系统普遍采用800 MHz TETRA（陆地数字集群无线系统）通信方式。系统主要由交换控制中心设备、调度台、集中网管系统、调度管理服务器等设备，以及基站、直放站、列车车载台、固定电台、便携台、天馈系统（包括漏泄同轴电缆、天线、射频电缆、功分器、耦合器等）和传输通道等构成，以实现对地铁线路的统一无线调度通信和管理。

地铁专用无线通信系统一般采用单中心控制交换机加多基站小区制组网方案。在控制中心设置集群交换机，在地铁沿线各车站、车辆段和控制中心设置集群基站。各基站通过有线传输通道与控制中心集群交换机相连，采用星型方式组网，一般设置行车调度台、防灾环控调度台等。

地铁专用TETRA无线通信系统主要实现以下功能：通话服务，数据服务，调度台功能及管理等。此外，TETRA无线通信系统还设计故障弱化的功能，即单站集群功能、直通模式功能。

2 专用无线通信系统备用模式的比较

迄今，国内外对于专用无线通信系统的备用方案，存在三种模式。

1）完全备份模式：即对主用系统完全备份。其优点是系统可靠性很高，缺点是建设成本较高。这种模式采用较少。

2）故障弱化模式：即利用TETRA无线通信系统的故障弱化功能，包括单站集群功能、直通模式功能。其优点是，不用增加投资，可实现单基站下的呼叫功能和短距离对讲功能；缺点是，无法实现中心调度功能，不能进行统一调度。

3）降级备用系统模式：即基于TETRA无线通信系统，在备用中心通过一套备用控制设备和备用调度台终端，以一种远程控制基站接入电台（Site Access Radio，以下简为SAR）的方式接入到TETRA基站，实现备用情况下对各基站下用户的呼叫、指挥。其优点是：相对于第一种模式，可以节约很多建设成本；相对于第二种模式，既可以建设功能弱化的备用集群中心系统，又增强了单站集群功能，可以实现中心调度员对各基站下用户的统一调度指挥。

通过以上比较分析不难看出，降级备用系统具有一定的经济、技术优势，因此其应用亦越来越多。目前，该系统在北京地铁5号线、10号线得到成功应用。

3 降级备用系统的实现原理

在主用系统条件下，各个TETRA集群基站均通过有线传输链路连接到集群交换控制中心。在降级备用系统条件下，不存在集群交换控制中心，所有集群基站都工作在单站集群模式下；若要接入TETRA基站，常见的方式是通过有线方式直接连接和控制基站，但是控制中心与基站通信采用的协议为私有协议，不向第三方公开的。因此，有线接入方式在降级备用系统设计时不可行。降级备用系统通过SAR接入基站，降级备用中心设备通过有线传输链路连接到SAR，然后通过SAR以无线方式接入基站，进而建立各基站下移动台的通信（如图1所示）。

在降级备用系统中，SAR是降级备用中心与各基站下的车载台，以及手持台通信的中继转发设备。物理连接方面，SAR通过RS422数据接口及4线音频接口，经传输系统连接到降级备用中心的设备；在编组方面，SAR内部需编入降级备用系统专用通话组，并启动通话组扫描；在接收外部控制管理方面，下行方向接收备用控制中心的控制命令完成转组、开关扫描、PTT（一按就通话）键操作等动作，上行方向将接收到的同基站下用户呼叫信息发送给备用控制中心。

图1 降级备用系统接入基站原理示意图

SAR接入集群基站方式避开了分析基站接口私有协议的大量工作，直接通过空中接口接入TETRA集群基站，而该空中接口是符合TETRA标准的，也是TETRA的内部接口。

SAR需要在降级备用系统的控制下才能完成中继转发工作。为了接收命令，SAR是在集群标准电台（设置于车控室的固定电台）上开发实现的。在电台上，集群厂家向第三方开放了一种称为SB 9600的接口和协议。通过该接口可以实现对电台的多种操作和控制。SAR通过一套固件程序与SB9600接口进行通信。

4 降级备用系统的构成与实现

4.1 降级备用系统的构成

降级备用系统由备用中心设备和若干套SAR、车载台（含备用功能）、手持台，以及若干个单站集群模式下的MTS基站等组成。其中，备用中心设备包括：中心控制机，服务器（包括软、硬件），备用调度台（包括软、硬件），音频接口设备，RS422接口转换设备，网络设备等。降级备用系统的组网结构如图2所示。其中主要设备的功能如下。

1）中心控制机功能：话音接续，接收服务器控制命令并处理。

2）服务器功能：对SAR、中心控制机进行控制，监视设备状态，为备用调度台提供信息服务。

3）SAR功能：在服务器人工远程操作控制下转入备用通话组，启动通话组扫描；接收和处理调度台指令，并对调度台指令作出回应；向调度台发送所属基站下手持台、车载台的呼叫信息；接收调度台语音，并通过无线链路发送给基站下的手持台、车载台；通过无线链路接收基站下手持台、车载台的语音，并传送给相应调度台。

图2 地铁专用无线通信降级备用系统组网结构示意图

4）音频接口设备功能：采用插卡方式安装在调度台计算机主机内，提供调度员操作接口；通过MIC（话筒）接收调度员话音，并发送给中心控制机；接收中心控制机的上行话音，并通过选中（或非选中）喇叭播放给调度员；提供录音输出接口，将MIC输入音频，选中喇叭音频输出给录音设备；向调度台计算机发送PTT按键信息。

5）调度台设备功能：为备用系统调度员提供人机界面，供调度员完成对列车、移动作业人员的基本调度指挥。

4.2 降级备用系统功能的实现

降级备用系统在主用中心集群交换设备瘫痪或控制中心不能按时投入使用时启用。

主用控制中心与备用控制中心采用人工切换。正常情况下，备用控制中心处于关闭状态。当主用控制中心设备出现故障无法使用时，可人工开启备用系统，启用备用控制中心；当主用控制中心恢复正常后，可人工关闭备用系统，重新开启主用控制中心系统。地铁专用无线通信系统中的车载台、手持台在人工控制下完成主、备模式切换，SAR在备用系统服务器人工远程操作控制下完成主、备模式切换。下面重点阐述降级备用呼叫功能的实现过程。

1）上行呼叫（移动台呼叫调度台）过程：在移动台上直接按下PTT键，将移动台呼叫使用的通话组、移动台ID首先通过无线链路发送给所属基站下的SAR；SAR获取这些信息后进行协议转换再转发给服务器；服务器分析上行呼叫信息，然后同时将信息下发给中心控制机和相关调度台；中心控制机立即建立相关SAR到调度台的话音通道，调度台收到服务器的信息后在界面上显示出主叫方信息。在移动台上按下PTT键后无需等待系统确认信息即可通话，产生话音流，话音首先通过无线链路发给所属基站下的SAR；SAR再通过中心控制机已经建立的话音通道传送给相关调度台。上行呼叫过程示意图见图3所示。

图3 上行呼叫过程示意图

2）下行呼叫（调度台呼叫移动台）过程（见图4）：调度台首先发送下行呼叫指令给服务器，服务器进行指令解析后同时将指令下达给中心控制机及所有SAR；中心控制机负责完成调度台到所有SAR的音频通道建立，所有SAR根据指令中的通话组信息转组到该通话组，关闭组扫描，中心控制机和所有SAR完成指令要求的工作后，回复确认信息给服务器；服务器进而将信息转给调度台，然后调度台即可按下PTT键讲话，产生话音流，调度台话音首先传送给中心控制机；中心控制机通过前面已建立的话音通道将调度台话音转发给所有SAR；然后SAR即可将话音下发给指定移动台。