TETRA无线数字集群通信系统在深圳地铁3号线的应用

刘万青

TETRA无线数字集群通信系统在深圳地铁3号线的应用

刘万青

结合深圳地铁3号线的工程建设及运营实践经验，从系统架构、组网方式和系统功能等方面介绍TETRA无线集群通信系统在深圳地铁3号线的应用。并结合深圳地铁二期工程现有TETRA系统，浅谈了深圳地铁三期工程TETRA系统建设的几点建议，以便实现TETRA系统资源共享，使系统在行车调度指挥工作中发挥更大的作用。

陆地集群无线电;无线通信;组网方式;建设建议

TETRA是陆地集群无线电，其在调度功能上是比较完善的，比较适合做专网。目前国内地铁无线通信系统大多采用集群通信的组网方案。其运作方式以双工、半双工为主，主要采用信道动态分配方式，每个用户都有自己的身份并分成不同的工作小组，具有不同的优先等级和特殊功能，通信时可以单呼、组呼、群呼和紧急呼叫，很好地满足了地铁运营所需的列车无线行车调度、车辆段调度、维修调度，以及列车司机、车站值班员和运营维护人员之间的无线通信。本文结合TETRA系统在深圳地铁3号线的应用，重点介绍其系统架构、组网方式、系统功能，并提出后期地铁建设的几点建议。

1 TETRA系统在深圳地铁3号线的应用

深圳地铁3号线专用无线通信系统，采用EADS 800MHz频段的TETRA数字集群通信。系统主要由中心交换机、调度服务器、调度操作台、维护终端、基站、车载台、手持台、漏泄同轴电缆和天馈系统等组成，多个TETRA基站形成一个有线、无线相结合的网络，控制中心与各车站和车辆段之间的语音和数据业务由传输和交换网络提供支撑。

系统自建成以来，满足了3号线行车调度、环控(防灾)调度、维修调度、站务、车辆段值班和应急等各子系统通话的要求，通话组内的通信操作互不妨碍，可以进行车-地传输列车状态信息和列车广播，实现设备和频率资源共享、无线信道话务负荷平均分配，服务质量高、接续时间短、信令系统先进，可灵活地多级分组，具有自动监视、报警及故障弱化等功能;且具有强大的扩展功能，扩展时不会影响既有设备的使用，增加设备较少;通过软件升级和系统设备的中心配置，即可实现远程操作和控制，便于维修抢修。

系统采用单中心控制交换机+多基站小区制组网方案，各基站通过有线传输通道与控制中心集群交换机相连，在横岗车辆段控制中心设置集群交换机DXTip和调度台，在地铁沿线(益田—双龙及中心公园停车场、横岗车辆段)共设32个集群基站，采用星型方式组网，交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，形成一个有线、无线相结合的网络。地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现车站站台、高架段区间及隧道内的场强覆盖，各站站厅用小天线覆盖。基站均采用2载频基站，每个基站2载频共8个信道。系统运营无线网络拓扑图如图1所示。

图1 系统运营无线网络拓扑图

网络基础设施主要有中心交换控制器、归属位置寄存器、访问位置寄存器、网管设备、调度服务器以及基站、基站控制器等。其中中心交换控制设备采用IP交换技术，正常运行时各基站由设置在中心的中心控制器控制，当基站与中心控制器通信中断时，它将以单站集群方式支持单站系统的正常运行，实现深圳地铁3号线全线统一的无线调度通信和网络管理。

深圳地铁3号线根据地铁运行特点，以车站划分小区，其中车辆段独立设置为一个小区，通过控制中心交换设备的连接而构成分级管理区域网。相同的载波频率可在不同的工作小区同时使用。

2 TETRA系统应用改善及功能提升

2.1 区间越区切换问题的解决

地铁移动通信网络内越区切换存在诸多的不确定因素。特别是在隧道环境，由于多种因素产生的信号快速衰落，使切换区域设置和漏泄电缆的尾端连接方式对越区切换的效果影响很大，直接关系到无线网络的服务质量。

为达到98%以上区域各信号的最弱电平为－85dBm，保证切换时不会因为信号变化太快造成掉话，可以将区间中点的漏泄电缆LCX联通，使两边基站来的信号尽量形成较多的重叠区，当列车高速运行经过隧道中段时，原小区信号逐渐减弱，切入小区的信号逐渐增强，没有信号突然消失的情况，避免了移动台因为切换时间不足造成掉话。通过在网络中设置相应参数，将各隧道的覆盖场强调整到合适的水平，可以使切换更加平滑。

一般情况下小区间进行正常切换需要6～10 s，切换区应满足10 s切换的最低要求，而列车在隧道中段最高速度为80 km/ h，10 s内行进的距离为222 m。在理想情况下，本小区与相邻小区的信号在LCX中传输损耗是相同的，因此它们的场强衰减特性曲线相对于其交点是对称的，所以LCX的越区切换损耗余量可由本小区与相邻小区各负担一半，即111 m。对应于LCX传输损耗24 dB/km，越区切换损耗余量为24×(1/ 1000)×111=2.7 dB，参见图2。

图2 区间越区切换

2.2 采用手持台个号与列车车号相同的编码方式

无线通信作为指挥行车的重要手段，为了保障列车的运行安全需提供备用通信，故在每列车上都会配置一部800 MHz手持台作为备用。在800 MHz手持台编写个号时，应将列车车体号作为备用800MHz手持台的个号编码依据，这样便于调度员在应急情况下快速找到手持台的个号。以深圳地铁3号线列车为例(0301车)，手持台个号应该为:633301(前面3位号码是固定的633，后面3位根据列车车号来编号)，这样在应急情况下调度员可以非常便捷地呼叫到司机，从而缩短号码搜索耗时，提高调度指挥效率。

2.3 改善高架段区间漏缆支架和吊夹的稳固性

深圳地铁龙岗线拥有15座高架站，高架站区间漏泄同轴电缆的敷设采用漏缆支架与吊夹结合的方式进行固定。其中，漏缆吊夹安装在铁支架的两侧，采用长螺钉穿孔安装在支架两侧顶端，开孔底部用螺母及弹簧垫片紧固。列车在高架段区间长期的运行过程中，产生的震动将会影响到漏缆支架和吊夹的稳固性。时间越长，漏缆支架的固定螺栓及漏缆吊夹的螺母越松动，甚至脱落。当漏缆吊夹螺丝掉落到一定数量时，漏缆亦会因无法固定向外弯曲，从而造成漏缆侵限，影响列车安全运行。经实践摸索，在漏缆吊夹螺丝底部刷漆，可以提高其稳定性。

2.4 无线系统的互联互通

近几年来，地铁专用无线系统互联互通越来越普遍，不但可以实现全网漫游，拓展每条线路用户的作业区域，而且支持独立运营及必要时跨线运营全网调度。深圳地铁5条线路均由欧洲宇航提供TETRA系统设备，在国内率先实现了5条地铁线路的互联互通及统一指挥调度，资源共享，节省投资，提高了指挥调度效率，可以更好地应对大型活动保障和突发事件。深圳地铁5条线路互联互通后的网络架构如图3所示。

深圳地铁5条线路互联互通后，保证了深圳地铁1～5号线所有工作人员的手持台不仅能在本车站管辖范围内自由漫游，而且可以在深圳地铁1～5号线的全线范围内(包括换乘站管辖范围内)自由漫游，进行组呼、单呼、紧急呼叫、数据传输等集群系统支持的通信;支持不同线路用户在深圳地铁全线区间内的互联互通，进行必要或紧急情况下对深圳地铁所有无线用户之间的协调。

3 后期建设的建议

3.1 建设整体容灾能力

图3 深圳地铁5条线路互联互通后的网络架构

随着国内数字集群系统建设进入规模化、网络化，政府、公安、地铁等专业用户越来越关注专用无线通信系统的整体冗余容灾能力，考虑整个无线系统的灾备越发重要。灾备主要有以下几种方案。

1.采用HLR备份方案。HLR数据库储存了所有用户的信息，备份的投资最小，不需要增加任何硬件，只是软件上做相应备份即可。例如，北京无线政务网、广州无线政务网、深圳公安应急指挥数字集群网络、广州地铁都采用了HLR镜像备份技术，保证全网核心HLR用户数据库的安全性。深圳地铁目前1～5号线可以做HLR备份，未来的三期工程中，7、9、11号线可以考虑和已建成的一条或者多条线做HLR备份。如果三期工程采用了和一、二期不同厂家的设备，可以考虑单独做备份。

2.核心基站同时连接双交换机的方案。对于特别重要的基站，例如客流量很大的换乘站基站，可以同时连接到双交换机，这样，当一台交换机出现故障时，基站仍然可以继续工作。条件是交换机侧要实现互联互通，深圳地铁一、二期工程已经在深圳交换机侧互联互通。深圳公安应急指挥数字集群网络、香港地铁等项目，都将很多核心基站同时连接了双交换机，以保证核心基站的工作安全。

3.一个交换机在线备份多个交换机的方案。可将其中1台交换机作为其他交换机的备份，深圳地铁已建设了5条地铁线，设置了5台交换机，可将其中1台作为备份。三期新线建设时如果采用和一期、二期一样的设备，也可以考虑统一备份;如果采用不同的设备，可以采用1～5号线统一做备份，三期的新线统一做备份。

以上几种技术手段统一建设可以进一步提高专用无线系统的可靠性和容灾能力。3种方案并不是完全独立的，也可以将几种方案组合。

3.2 大规模使用全网动态录音技术

目前，国内专用无线系统的录音功能大多是调度台录音，或者是交换机静态录音。调度台录音仅能录调度台参与的呼叫，故很不完备。而交换机静态，则存在录音通道利用率低、很难录全部呼叫及通话内容，不能跨交换机录音等缺陷。近几年随着技术的发展，全网呼叫动态录音技术因其录音通道共享利用率高，可以录全网所有呼叫及通话内容，可以跨交换机录音，易于管理和维护等特点越来越受到国内外专业用户的青睐。全网动态录音技术已日臻成熟，可以考虑统一部署全网录音系统，实现对全网所有地铁线路呼叫的录音。全网录音系统可以负载均衡，也可以互为备份，最大程度保证了录音的可用性。在三期工程建设部署全网统一录音系统，可以解决深圳地铁专用无线系统的通话录音需求，也解决了一期工程只能对调度台录音的问题，后续工程不需要再新上录音系统，只需要根据后续线路需求适当扩容即可。

3.3 统一频率规划及资源共享

随着深圳地铁3期工程的开工建设，换乘站数量越来越多，已经出现4条线路在同一站换乘的情况。在各条线交换机未实现互联互通的情况下，在进行频率规划时需要遵循:换乘站各基站频率不复用，相邻基站(含换乘站、交汇站及相邻车站基站)的频率分配要避免同频干扰及邻频干扰，避免三阶互调等原则。目前国家无委批复给深圳地铁已规划16条线路的的总频率数目是18对，已经建成的5条线已经使用了大部分，使得频率规划十分困难。由于目前深圳地铁一期工程所建交换机与二期工程所建交换机已实现互联互通，建议在三期工程中统筹考虑各换乘站共用基站，重新规划全网无线电频率，提高频率使用效率，节约基站投资。

4 结束语

自2009年深圳地铁3号线开通以来，TETRA数字集群系统以其强大的无线调度通信功能、高频谱利用率以及操作简单、方便维护的优点完全满足了运营需求。在深圳地铁三期TETRA系统中应考虑整个地铁网络的整合和优化，起到承上启下的作用，实现全网的统一指挥和资源共享。

［1］郑祖辉，陆锦华，郑岚，数字集群移动通信系统.第二版［M］.北京:电子工业出版社，2005．

［2］李进良，TETRA数字集群的进展［N］.通信产业报，2000．

［3］沙学军，谭学治，陈娟.数字集群网系统总体方案的探讨［J］.移动通信，2001．

［4］张金安．制定中国数字集群体制标准的基本思路．中国数字集群标准研讨会［R］.1999.

［5］TETRA Interoperability Certificate in accordane with TIP V．1 15．11［S］.1999.

Combined with the engineering construction and operation experience of Shenzhen metro Line 3，this article introduces the application ofwireless trunking TETRA communication system in the line in terms of system architecture，networkingmode，and system function．Furthermore，based on the existing TETRA system of the second stage project of Shenzhen metro，several suggestions on the TETRA system of the third stage project of Shenzhen metro is discussed in order to realize source sharing of TETRA systems to fully play the role of TETRA system in train operation dispatching and command．

TErrestrial Trunked RAdio;Wireless Communication;Networking Mode;Construction Suggestions

刘万青:深圳地铁集团3号线运营分公司助理工程师518173深圳

2012-12-20

(责任编辑:诸红)