广州地铁800 MHz数字集群共网系统方案研究

鲍淑红

(广州地铁设计研究院有限公司，510010, 广州//工程师)

广州地铁是一个非常庞大的轨道交通运输网络。由于地铁内人流密度高，地下空间复杂，给日常管理和应急指挥调度带来了相当大的难度，一旦出现突发事件，如不能及时有效地组织和调动全社会的资源予以快捷处置，将带来非常严重的人民群众生命财产损失，产生严重的社会问题。

广州市政府以亚运保障为契机，建立了地上覆盖的800 MHz数字集群共网(800 MHz TETRA(泛欧集群无线电)制式)系统(以下简称800 MHz共网系统)，以满足政府各级部门和重要社会公益单位日常政务指挥调度通信及应急通信的需求[1-3]。但由于建设资金、建设周期等诸多方面的原因，未能将地铁共网同步实施。

由于广州800 MHz共网系统目前仅能覆盖地面部分，地铁地下部分未作全面覆盖，地铁区域内日常管理指挥调度通信及突发事件应急通信无法满足地铁正常运营需求的问题十分突出。因此有序地开展广州地铁既有线和在建线路800 MHz共网系统的规划建设，并与地面网实现良好的互联互通，以实现广州800 MHz共网系统地上与地下一张网的目标。

1 广州市地面800 MHz共网系统概况

为保证政府相关部门日常政务管理及应急指挥通信的需要,构建统一、灵活、高效的应急管理机制，建立突发公共事件预警预报信息系统和专业化、社会化相结合的应急指挥体系，广州市政府以“企业建设运营，政府购买服务”的模式，建设了广州市800 MHz共网系统。

广州市已建成的800 MHz共网系统设备采用了由空客防务与空间有限公司(原欧洲宇航Cassidian公司)生产的800 MHz TETRA数字集群无线通信系统核心设备，其包括2个区域机房的交换中心设备以及几百个无线基站等，覆盖广州市中心市区、郊区及郊市国道、省道[1]。

2 广州地铁800 MHz共网系统需求分析

2.1 服务对象及容量需求

800 MHz共网系统延伸进入地铁后，主要用于满足公安、消防、安全、急救、交通以及应急办等部门在地铁内的通信需要。通过调研得到广州市数字集群共网系统在地铁区域内日常及应急情况下的通话组预测，如表1所示。

表1 广州市数字集群共网用户通话组数(地下部分)预测表

2.2 话务模型及基站配置

根据话务模型，对基站可承载的组数进行计算得到，每组忙时话务量为0.1 Erl(该值是由每小时内每个通话组的10次呼叫、每次呼叫36 s的话务模型计算得出的)，全网调度电话用户比例为100%(其中双工电话用户比例不超过10%)，有线/核心网信道拥塞率小于0.5%，无线信道拥塞率小于5%。计算得出2载频基站和4载频基站可承载的通话组数如下：

(1) 2载频基站：根据5%的排队率，通过查爱尔兰C表得出的7个业务信道可提供3.188 Erl话务量，每组忙时话务量为0.1 Erl。由此得出系统可承载的通话组数G约为32组。

(2) 4载频基站：根据5%的排队率，通过查爱尔兰C表得出的15个业务信道可提供9.044 Erl话务量。同上，可得出G约为90组。

结合表1用户需求，考虑到所有的通话组均在同一个基站覆盖范围下出现的概率并不高，特别是消防、应急、武警等通话组跨站通信概率不高，往往仅占用个别的基站；即使是应急情况下也可以通过限制接入通话组数量、设置优先级的资源调配方式来进行调控。因此可在每普通车站设置1套2载频基站，对话务量较高的换乘站则可采用载频扩容的方式来满足其通话组数量需求。

3 广州地铁800 MHz共网系统交换中心规划方案

广州地铁线网规划部署2个区域交换中心(1个区域中心与广州“十二五”新线同步初步建设，1个在既有线改造项目中独立立项建设)。这2个区域交换中心采用数据库镜像备份，并统筹接入广州市地面800 MHz共网系统，从整体架构上提高广州地铁线网800 MHz数字集群共网的可靠性。2个区域交换中心根据业务均摊的原则，通过IP(互联网协议)通道均分连接各地铁车站基站。

4 广州市地铁与地面共网的互联互通方案

广州市地铁800 MHz共网系统是广州市800 MHz共网系统在地下的延伸和子网，其是地上网的一个有机组成部分，同时亦具有一定的相对独立性。

4.1 地铁、地面功能联动融合方案要点

(1) 地面、地上均采用800 MHz TETRA数字集群通信制式(工作频段：上行方向为806～821 MHz，下行方向为851～866 MHz)；800 MHz数字集群共网的基本性能要求应符合欧洲通信标准协会TETRA标准，其他信令及接口满足SJ/T 11228—2000《数字集群移动通信系统体制》的规定。

(2) 地铁800 MHz共网系统支持地面共网现有的虚拟专网的管理结构和配置：地面网现有超级管理调度台负责全网(包括地面网和地铁网)的虚拟专网划分和权限管理；地铁800 MHz共网系统共划分为4个虚拟专网(分别为政府、公安、电信、地铁)，由各自虚拟专网管理调度台分别进行管理；地上地下互联后，地面网的现有虚拟专网管理调度台可以管理本虚拟网内所有地上、地下的用户，如公安现有的虚拟专网管理调度台可以统一管理公安虚拟网内的所有用户。

(3) 地铁800 MHz共网系统支持地面共网现有入网管理流程，已在地面入网的数万名用户和规划使用的通话组，无需重新在地铁项目交换机中进行配置，便能跨地上/地下基站使用；新增的地面网的用户及其通话组均在地面交换机加入网络，同时新增地铁专网用户在地铁交换机入网。

(4) 地铁800 MHz共网系统的用户鉴权须遵照地面网现有鉴权流程，新增地铁用户的鉴权数据统一通过地面网现有的鉴权密钥分发服务器(AKDC)分发至网络中的交换机进行存储。

(5) 地铁共网交换机与地面共网交换机互联后，整个网络具备完整的HLR(归属位置寄存器)-VLR(访问位置寄存器)机制。地铁交换机的HLR仅用于配置地铁虚拟专网内用户，其他虚拟专网用户均在地面交换机的HLR中配置；地面用户漫游至地铁，此时地铁交换机可用作地面用户在地下的VLR，反之，地面交换机用作地下用户在地上的访问位置寄存器。

(6) 地铁共网和地面共网互联后，地面用户功能不会弱化，用户在地面能够进行的所有指挥调度功能包括空中接口鉴权、自动越区切换、个呼、短信、组呼，动态重组、迟后进入以及通话组合并等均能跨地面地铁基站实现；反之，地下用户进入地面基站，所有功能亦均能实现。

(7) 地铁共网通过分发服务器向地面网管提供所需的各类信息，包括系统告警和基站负荷信息。同时，地铁共网网管也可作为地面网管的1个子系统，其可在地上网与地下网断开后，独立配置、设置网络及用户的主要参数，满足地铁800 MHz共网系统的独立运营。

(8) 原广州市地面800 MHz共网系统无全网录音系统建设。为满足使用方事后检索查询通话记录的需求，由地铁共网项目设置地上、地下共网全网动态录音系统。该录音系统中，地面的组呼通话通过E1(欧洲的30路脉冲编码调制)和IP链路发送给地铁全网录音设备进行录音，以实现组呼号、呼叫方号码、呼叫开始时间、呼叫结束时间、业务类别，以及单位等方式的存储、离线检索及播放功能。地面、地铁800 MHz共网系统全网拓扑图如图1所示。

图1 地面、地铁800 MHz共网系统全网拓扑图

4.2 地面、地铁互联物理链路规划方案要点

地面、地铁800 MHz共网系统互联规划方案需要实现语音、信令、网管数据等信息的互联，因此应本着尽量保证互联拓扑结构的可靠性、尽量减少通话的跳数及时延以及节省地面、地铁共网互联通道的原则进行方案的制定与研究。

互联通道类型的选择，首先要了解地面、地铁中心交换机的选型规划以及语音、信令、网管数据传输通道类型的需求。地铁2个交换中心的集群交换机均后期建设，其语音、信令、网管数据传输均考虑采用IP通道；地面2个交换中心的语音传输在早期建设中均选用E1数字中继通道、数据传输采用IP传输通道的集群交换机，地面交换中心2在后期扩建项目中，增配了1套集群交换机，其语音、信令、网管数据传输则均采用IP通道。

地铁、地面共网互联物理逻辑链路图如图2所示。由图2可知，地铁交换中心1与地面交换中心1采用IP和E1物理链路互联，地铁交换中心1与地面交换中心2采用IP物理链路互联，地铁交换中心2与地面交换中心1采用IP 和E1物理链路互联。另外，互联以太网链路设置冗余的防火墙，以尽量避免地铁、地面局域网间产生的网络安全问题。

图2中，地铁各集群交换机间、基站与集群交换机间的互联，共享地铁内部的专用传输网络。该传输网络通道资源充足，但地面、地铁共网的互联通道需长期租用广州市网络运营商的专用有线传输通道。为尽量节省网络租用费用的投入，在方案的制定中，排除选择地铁每套集群交换机与地面每套集群交换机点对点星型连接的高可靠性链路方案，同时方案又需尽量保障互联拓扑结构的可靠性、尽量减少通话的跳数以及减小通话时延。本文制定了正常情况下集群交换机间通话组的通话跳数至多仅隔1套集群交换机的链路规划方案。该方案中，即使任何单台交换机出现故障，正常工作的每套交换机间通话组的通话跳数也至多仅隔1套集群交换机。

图2 地铁、地面共网互联物理逻辑链路图

4.3 全网动态录音方案要点

广州市800 MHz共网系统的地上、地下全网动态录音计划统一由地铁共网项目统一承建。全网动态录音系统能对整个集群共网中的组呼、紧急呼叫进行录音，录音可按时间、使用者等进行分类检索；录音回放可根据录音文件顺序回放，也可仅回放某1个用户在某1次呼叫过程中的所有讲话。

广州市全网动态录音方案如图3所示。由图3可知，系统配置录音服务器(主备)、全网录音控制服务器(主备)、数据库服务器、WEB(万维网)服务器以及查询PC(个人电脑)等。另外，针对网络中的每套集群交换机(DXT)，配置1台录音数据采集节点(TCS)服务器，其录音容量可根据当前每交换机的话务量进行配置。

5 无线信号覆盖方案研究

广州市800 MHz共网系统应负责完成地铁公共区、主要设备区、隧道区间、部分地铁物业和市政通道的无线场强覆盖。覆盖范围内信号强度满足每载波不低于-90 dBm(覆盖率为90%)的要求。

图3 广州市全网动态录音方案示意图

本项目通过漏泄电缆实现区间的无线覆盖，并通过室内分布系统(系统采用射频电缆、天线、功分耦合器等)完成站内区域覆盖。

广州地铁建设的射频无线覆盖系统采用了800 MHz共网系统和专用无线调度系统。专用无线调度系统“十二五”新线采用800 MHz Tetra技术或TD-LTE(分时长期演进)技术，先期既有线路采用的是800 MHz Tetra技术。考虑到节省工程投资、减少前期施工和后期维护工作量的需求，将上述两种无线系统信源信号通过合路器合路，以便共用站内和区间无线覆盖系统，合路方案如图4所示。该方案在技术上具有可行性。

图4 800 MHz共网系统与专用无线调度

既有线路的既有800 MHz专用无线系统若在部分车站出入口、设备区和物业区无法满足800 MHz共网系统场强覆盖要求，则需增补室内分布系统。

6 结语

地铁800 MHz共网系统是广州市800 MHz共网系统在地下的延伸和子网，其具有一定的相对独立性。地面网负责全网的虚拟专网划分、用户鉴权和地面用户(含所有公安用户)的配置，而地铁网的用户、通话组则直接在地铁交换机进行配置。

本文介绍了广州地铁800 MHz共网系统建设的用户容量需求、话务模型、录音方案以及场强覆盖方案，着重提出广州市地铁与地面800 MHz数字集群共网联动融合的具体方案，以期为该项目后期地铁线路以及其他城市相关项目提供参考。