上海轨道交通5号线南延伸工程无线通信方案探讨

胥智鹏

（上海申通轨道交通研究咨询有限公司，201103，上海∥工程师）

上海轨道交通5号线南延伸工程无线通信方案探讨

胥智鹏

（上海申通轨道交通研究咨询有限公司，201103，上海∥工程师）

介绍了上海轨道交通5号线南延伸工程无线通信系统的改造和扩建初步设计中的中区制多基站加光纤直放站配置方案。从直放站工作模式、系统运营维护和通信质量等方面对该方案进行分析，建议下阶段工作中无线组网采用全基站小区制方案。

上海轨道交通；5号线南延伸工程；专用无线通信；中区制多基站加光纤直放站

Author's address Shanghai Shentong Rail Transit Research &Consultancy Co.，Ltd.，201103，shanghai，China

1　工程概况

上海轨道交通5号线南延伸工程起点为东川路站预留接轨点，终点为南桥新城站，沿途经闵行和奉贤两区。线路全长约19 km，自北向南新建江川路站、西渡站、肖塘站、奉浦站、环东路站、望园路站、金海湖站、南桥新城站共8座车站。其中，东川路站至奉浦站为高架车站，高架线约11 km；环东路站至南桥新城站为地下车站，地下线约8 km。线路最大站间距（西渡站至肖塘站）为2 747.027 m，最小站间距（望园路站至金海湖站）为1 216.487 m，平均站间距为2 008.969 m。设平庄公路定修段和莘庄停车场各1座，新建主变电站1座。

值得一提的是，5号线南延伸工程过江段是和闵浦二桥共同建成。该桥既是黄浦江上首座公路和轨道交通共用的双层桥，也使得5号线南延伸成为上海轨道交通第一条从“空中”过江的线路。

2　无线系统改扩建方案

在我国城市轨道交通通信系统中，专用无线调度通信系统是高速运行的列车与车下运营管理人员之间唯一的通信手段，担负着提高运营效率、确保行车安全及乘客生命安全的重要使命。它为列车调度、维修调度、防灾环控调度、车辆段调度提供无线通信保障，为固定用户（调度员、值班员）与移动用户（列车司机、维修人员、列检人员）间及移动用户相互之间提供语音和数据通信服务。

2.1初步设计组网方案

依据5号线南延伸工程初步设计文件，南延伸专用无线通信系统不自设无线交换机，所有无线基站、调度台和远端调度台都通过既有5号线传输系统和共用信息传输系统接入东宝兴路及中山北路主备用交换机。在剑川路控制中心，对既有5号线专用无线通信系统设备进行扩容。在定修段和停车场各设远端调度台及调度台录音设备。无线系统的设备包括基站和光纤直放站，通过剑川路控制中心的既有5号线控制中心分网管进行集中监控和集中监测维护管理。

基站设置及信号覆盖初步设计方案推荐中区制多基站加光纤直放站配置方案，如图1所示。在西渡站、奉浦站各设2载频基站，环东路站及金海湖站各设4载频基站一座。每个定修段（停车场）单独设置2载频基站。其他车站设置直放站。长隧道区间内设置远端光纤直放站通过区间光缆和基站连接，隧道区间及地面高架区间采用漏泄同轴电缆覆盖，车站站厅、公用区和侧式站台均采用室内天线进行覆盖，岛式站台区则通过区间泄漏同轴电缆进行覆盖。车辆段/停车场用室外天线进行信号覆盖。车辆段/停车场车库内根据情况设置光纤直放站，通过室内天线进行库内信号覆盖，以满足车辆段/停车场全部范围的无线覆盖要求。

图1　上海轨道交通5号线南延伸工程无线系统初步设计框图

2.2无线组网方案建议

从满足无线覆盖和降低造价的角度，采用直放站方式似乎是个不错的选择。现网是轨道交通行业无线通信系统中常用的光纤直放站，其工作模式是：在某个基站同址设置光纤直放站近端机，通过大功率耦合器直接从基站的射频端耦合出一部分射频信号，在近端机内部实现电光转换；再通过光纤联通若干个分散在各个车站或区间的远端机，在远端机内部经光电转换出射频信号，馈入天线系统实现下行覆盖。上行信号方向反之亦然。然而，目前业界知名的TETRA（泛欧集群无线电）制造商大多不会涉足直放站产品，故此类产品通常为OEM（原始设备制造商）贴牌或直接采购，导致直放站系统管理维护独立于TETRA系统，需单独设置或仅在UI（用户界面）初步集成，增加了系统运营维护的复杂程度。而且从其工作原理中可知，直放站近端机直接放大TETRA基站射频信号，同时也放大了基站的噪声；加上近端机和远端机的两次电光和光电转换，额外增加了转换噪声，此外还叠加了有源设备固有的电噪声。放站从整体上抬高了TETRA系统的噪声，降低了上下行系统信噪比，损害了系统质量，从而干扰TETRA系统的安全运行。此种噪声叠加的情况对上海轨道交通这样一个网络化运营的大系统可造成严重的“蝴蝶效应”。

鉴于中区制直放站方案在组网灵活性、抗干扰性、稳定性、通信质量等指标方面相对较弱，建议在下阶段工作中根据运营使用、维护要求，进一步研究5号线南延伸工程采用全基站小区制方案的合理性与实施的可行性。

从既保持无线系统性能又降低初期建设成本CAPAX（资本性支出）和后期运营成本（OPEX）的角度，还可以考虑射频拉远技术。射频拉远技术的特点，简单讲就是把基站分成基带部分和射频部分，将数字基带信号转换为光信号，由远端射频单元再转换为射频信号实施覆盖。不同于光纤直放站简单地将基站射频信号进行放大的同时放大基站噪声，射频拉远模块（RRU）和基带处理单元（BBU）之间传送的是数字中频信号，没有额外的噪声增加。此外，射频拉远技术除了能增加覆盖外，还增加了覆盖区的容量且兼有组网灵活的特点，可根据不同环境，构建星形、树形、链形、环形等构造的各种网络。因此，该技术可用于扩展地铁商场、购物中心、换乘站等人流密集区域的容量覆盖，以及用于改善控制中心、办公楼或地下停车场等信号难以到达区域的覆盖质量。从可维护性和可监控性的角度讲，由于RRU和基站是同一个厂家的产品，是基站的一部分，可以和基站一起监控、维护，相比直放站方案不会增加额外的管理维护工作。

TETRA是ETSI（欧洲电信标准化协会）技术委员会制定的一整套泛欧集群通信标准，涉及空中接口、网络接口、提供的服务与基础设施等各个方面，到目前为止，历经Release 1和Release 2两个版本且技术路线仍在演进之中。TETRA标准是一个开放的体系，国际组织TCCA（TETRA+ Critical Communications Association）致力于TETRA设备和系统间的互联互通标准，力图在全球范围内开创一个真正开放的多厂商市场。摩托罗拉和国内的东方通信以及泰雷兹等众多国际知名厂商都是该组织的会员单位。多厂商互联互通的市场带给城市轨道交通行业用户的利益是显而易见的，如广泛可选的相互兼容设备、新产品的快速推出、充分竞争带来的设备和对供应商选择的话语权等。建议以用户需求为原则，对轨道交通既有的进口通信设备及国产设备的技术指标和性能，特别是系统设备的功能要求进行充分调研并进行分析，研究出不同厂家TETRA系统设备及终端之间接口配合、互联互通的解决方案。

随着国内通信产业结构、层次、能级的不断提升，现阶段城市轨道交通领域大部分的通信设备均已实现国产化。在确保系统功能和技术指标的前提下，国产化通信设备相对于进口设备有价格低廉、人机界面友好、售后服务有保证等特点，采用国产化设备不但能提升自主知识产权占比、促进民族工业进一步发展，而且能大大降低工程造价。

遵照国家发展和改革委员会对国产化率的要求，城市轨道交通无线通信系统在适时考虑国产化TETRA设备或面向未来的拥有自主知识产权的国产无线制式方面，还有很多工作可做。

3　结语

城市轨道交通专用无线通信系统为地铁行车安全、提高运输效率和管理水平、改善服务质量提供了重要保证；同时，在地铁运营出现异常情况和有线通信出现故障时，亦能迅速提供防灾救援和事故处理等指挥所需要的通信手段。作为城市轨道交通的核心装备，在系统制式、组网方案的选择等方面，需要充分了解现网运营的功能需求，精准把握相关技术标准的演化脉络，统筹考虑项目全生命周期成本。

［1］ 中铁上海设计院集团有限公司.5号线南延伸通信系统初步设计［R］.上海：中铁上海设计院集团有限公司，2014.

［2］ TETRA Association.TETRA interoperability and certification issue4［EB/OL］.（2011-08-15）［2014-06-25］.http：∥www. tandcca.com/.

［3］ ETSI Technical Committee TETRA and Critical Communications EvoLution（TCCE）.Critical communications architecture reference model TR 103 269-1 V1.1.1［R］.Nice-France：ETSI，2014.

［4］ 郭祥寿.城市轨道交通延伸线通信系统实施方案探讨［J］.城市轨道交通研究，2012（8）：131.

Radio Communication Scheme for the South Extension of Shanghai Rail Transit Line 5

Xu Zhipeng

The configuration scheme of centralized multibase station and fiber optic repeater for the reconstruction and expansion of radio commnunication system is introduced，which is designed for the the south extension of Shanghai rail transit Line 5.This scheme is analyzed from the working mode of repeater，to the maintenance of the system and communication quality，and the district base station is recommended for the wireless networking in the next stage..

Shanghai rail transit；the south extension of Line 5；private radio communication；centralized multibase station and fiber optic repeater

U 231.7

10.16037/j.1007-869x.2015.07.034

2014-07-11）