TETRA 数字集群在地铁无线调度系统中的应用

TETRA数字集群在地铁无线调度系统中的应用索亮深圳市赛格通信有限公司朱建林诺基亚（中国）投资有限公司[摘要]：本文首先介绍了地铁无线调度通信系统的组成，然后说明地铁无线通信系统的特点和功能要求，最后阐述了实现方法。

1 引言地铁是城市运送大量乘客的地下电气化轨道交通系统，是现代城市基础设施建设的重要项目，地铁的运营离不开大量信息的交互，专用的通信系统是必不可少的，其中无线调度通信系统则是提高运输效率、确保行车安全及应对突发事件的必要手段。

地铁无线调度通信系统是专用性很强、可靠性要求高、接口复杂的多功能调度系统。

由于用户主要分布在隧道或地下站厅，针对隧道通信的特点，实现优质的弱场区移动通信，需要精心的系统设计、技术先进的产品以及规范的施工。

此外，由于地铁建设的周期性，无线调度通信系统的规划设计必须考虑日后扩容的延续性、经济性、安全性。

2 无线调度通信系统的组成无线调度通信系统多采用单中心控制交换机+多基站+１级中继器的结构。

在调度控制中心设置中心控制交换机、调度台、操作维护终端、服务器及其它附属设备；沿线各站设置基站或中继器；无线场强覆盖通过漏泄同轴电缆、室内/外天线、隧道天线实现。

无线调度通信系统主要设备组成如图1所示。

图1：无线调度通信系统的组成采用单中心控制交换机+多基站+１级中继器结构的无线调度通信系统的主要优点为：工程造价较低；频率复用率较高；话务分布较为均匀；能较好地满足群组通信的需求；越区切换几率较少；系统可靠性较高。

2.1 数字集群系统无线调度子系统采用TETRA数字集群通信体制，它符合欧洲电信标准协会ETSI制定的有关TETRA（陆地集群无线调度系统）的一系列标准，亦符合我国信息产业部发布的SJ/T11228-2000《数字集群移动通信系统体制》标准的要求，其频段为800MHz。

无线调度通信系统采用的核心设备是数字集群设备，具有信令标准公开、技术先进、频谱利用率高、编码效率高、抗干扰能力强、通信质量高、可靠性高、易于扩容、调度功能强、可提供多种业务服务、适合于未来技术的发展等一系列优点，其主要技术特点为： 25kHz的载频带宽内承载4个物理信道（4时隙TDMA），频率利用率高。

采用π/4DQPSK调制方式，可以进行有效的非相干解调，具有很高的频谱效率、极低的带外辐射。

采用ACELP（码本激励线性预测）编码技术。

这种编码方案不传送语音样值编码信号，而只传送码本中与样值相应的码矢量地址，从而使空中接口的码速率大为降低。

因此，误码率低、话音质量好、抗噪声能力强。

采用前向纠错编码（FEC）技术，使其解码后的信号质量会有较稳定的表现，提高通信质量。

约每秒插入的一个控制帧使得即使系统工作在最小工作模式（即4个时隙全部用作话音业务），仍会存在控制信道信令。

TETRA数字集群作为指挥调度通信系统的优势为：快速反应；调度业务丰富；加密方式灵活；安全抗毁性高；可脱网直通；嘈杂环境下的话音质量好；高速环境下有较好的适应性；系统组网灵活；标准开放并不断升级；多制造商供货。

NOKIA公司提供的数字集群（TETRA）系统非常适合于地铁的要求。

已在西班牙Bilbao 市地铁中取得了成功应用。

其主要特点为：组网灵活——单DXT可以组成星状、链状、环状、树状网，多DXT可以组成网状网、多层网等，我们建议工程实施时在基站链型拓朴结构的基础上，闭环构成环型自愈网；可靠性高——全冗余配置（n+1或2n冗余）和故障弱化设计；扩容和维护方便——全模块结构：模块化的软件/插拔方式的硬件保证功能的全模块化；可在线平滑扩容；同步方式可靠和灵活——主从同步方式/GPS同步方式可选，建议用主从同步方式；升级和调整方便——基站软件升级版本可以从交换机下载，基站信道机及分/合路器频率均可远程调整等；使用方便（独特的位置信息数据库使得呼叫建立速度快，移动台具有中文界面，可收发中文短信）；交换机和基站等机房设备结构紧凑、功率消耗低。

2.2 中继器在移动通信网中，既充分地利用现有信道，又比较经济、便捷地解决分散的小区或者盲区的覆盖，使用中继器（直放站）是一种合理的手段。

在地铁无线调度通信系统中，中继器的采用除了起到补偿衰减的作用之外，主要是为了提高系统的性价比。

同时，基站覆盖区的扩大，可以提高信道利用率、提高系统的可靠性、同时可以减小列车越区切换的概率。

中继器一般分为三类，即信道选择型中继器、频段选择型（宽带型）中继器和转频中继器。

具体的工程实施时，集成商可根据具体用户的不同需求及用户所提供的条件合理选择使用中继器。

2.3 漏泄电缆由于在隧道中天线系统无法完成有效的场强覆盖，所以需要使用泄露同轴电缆来进行地铁隧道中链状服务区的场强覆盖。

在隧道中使用漏泄电缆进行场强覆盖是一种成熟的，行之有效的场强覆盖解决方法。

普通同轴电缆是将电缆中传送的射频能量从一端传输到另一端，并且希望有最大的横向屏蔽，使信号不能穿透电缆以避免传输过程中的射频能量的损耗。

但是，漏泄电缆的设计目的恰恰是特意减小横向屏蔽，使得电磁能量可以部分地从电缆内穿透到电缆外，当然，电缆外的电磁能量也将感应到电缆内。

漏泄电缆一般是用簿铜皮作为外导体，在外导体上开切不同形式的槽孔。

按漏泄机理的不同，漏泄电缆分为两类：耦合型和辐射型。

具体的工程实施时，集成商可根据具体用户的不同需求及用户所提供的条件合理选择使用漏泄电缆。

3 无线调度通信系统的要求3.1 调度员与司机间的通信不中断地铁无线调度子系统需重点保障的是调度员与司机间的通信，要求接通率高、接入迅速、通信不间断，因此系统结构设计必须考虑越区切换问题，尽量减少越区切换的频次。

3.2 群组通信地铁无线调度子系统的用户通常分为若干群组，且作业区不太大（如维修作业通信、车站通信），因此系统结构设计必须考虑单区组呼和多区组呼的分配问题，尽量减少多区组呼，以降低系统负荷，并提高系统资源的利用率。

3.3 用户数、话务量地铁无线调度子系统的用户数和话务量与公众网相比均较小，因此系统结构设计时可考虑适当增大无线小区的覆盖范围，以提高系统资源的利用率。

3.4 通信可靠性地铁无线调度子系统的要求高可靠通信，因此除采用冗余设计外，系统结构设计必须考虑系统的可靠性及故障弱化。

3.5 通信质量地铁无线调度子系统的通信质量要求高，因此系统结构设计必须考虑减小各种干扰和噪声（如同频干扰、互调干扰、噪声积累、时延造成的误码等），以提高通信质量。

3.6 频率利用率频率资源日趋紧张，费用日益昂贵，因此系统结构设计必须考虑频率资源的利用率问题。

4 地铁无线调度通信系统的特点和设计要求4.1 地铁无线调度通信系统的特点无线调度通信系统是地铁整个通信系统的重要组成部分。

地铁通信系统主要由电话（公务电话、专用电话）、无线调度、电视监控、有线广播以及传输、时钟、电源等子系统构成。

通信系统的主要任务是为列车运行提供信息服务，为旅客提供信息服务，并通过控制中心对车站、机车进行高层次控制。

无线调度通信系统主要提供无线调度通信服务功能。

无线调度通信系统在为服务对象特别是为移动服务对象提供信息传输、提高地铁运营效率、确保行车安全和应对突发事件等方面，起着重要的、不可替代的作用。

地铁无线调度通信系统服务区是以频率复用为基础的链状服务区，使用的技术主要是数字无线集群技术和弱场区中继通信技术。

地铁建设周期长、分阶段，因此系统结构设计必须考虑将不断延长地铁线路，增加线路、转乘站、车站的因素，即要满足对无线调度通信系统不断扩容的需求。

4.2 地铁无线调度通信系统的设计要求在整个地铁无线调度子系统中，需确保所需语音及数据通信功能、调度管理功能的实现，保证全线覆盖、提高通信质量是系统的设计目标。

系统的安全可靠、扩容和后期工程的延续性考虑也是系统设计的原则。

其中，系统结构设计的重要性是不言而喻的，它不仅对整个无线调度通信系统性能的好坏、价格的高低起着关键性的作用，而且对是否能满足地铁后期工程带来的通信扩容要求具有极大的影响。

因此，慎重设计和优选系统结构，妥善处理好当前建设和今后发展的关系，具有重要的意义。

地铁通信系统中的系统设计主要包括：频率配置、容量设计、场强设计计算（隧道区间、站厅和车辆段），话音质量指标、越区切换重迭区设计、时延影响、干扰影响、中继器关键指标等。

通过对上述因素进行合理的分析与计算，得出较科学的理论依据，以避免工程设计、实施的盲目性，确保系统实现用户所需的各种功能并为用户提供可靠的、优质的通信服务。

对于地铁无线调度通信系统的设计而言，数字集群设备的选型是比较重要的考虑因素，由于各个不同厂商的设备对于系统结构、实现功能，设备特点等各不相同，所以需要根据地铁用户实际需求进行慎重选择。

5 无线调度通信系统功能的实现用户对地铁中无线调度通信系统的功能要求可分为两类，一类是可以直接由数字集群系统提供的标准集群功能。

另一类是标准集群功能所不能完成的用户的特殊功能要求，也是在地铁用户最关心的部分。

此类地铁用户的特殊功能要求需要集成商在数字集群系统上通过针对数字集群供货商提供的应用程序开发接口——API（应用可编程接口）进行二次开发来实现。

二次开发的软件平台由数字集群供货商提供。

5.1 TETRA系统直接提供的功能在地铁无线调度指挥系统中，TETRA数字集群应该提供下列功能：个别呼叫、组呼、全呼、紧急呼叫、多级优先、遇忙排队、组扫描、动态重组、迟后进入、新近用户优先、呼叫限时、繁忙发起、自动重发、会议呼叫、呼叫转移、呼叫转接、通播、授权用户监听、直通模式、分组数据、短信息、IP数据等功能。

5.2 二次开发后系统提供的功能在TETRA数字集群系统上，开发的地铁无线调度指挥系统应该具有下列功能：调度员以车次号呼叫司机；调度台与机车台之间相互核对车次号、服务号；行车线、车辆段呼叫隔离、机车转换所属群组；机车位置实时显示；车站值班员呼叫司机；司机呼叫车站值班员；调度员对列车旅客广播；无线有权用户与PABX/PSTN用户呼叫转接；调度员与司机间通话录音控制等。

由于地铁用户要求的核心功能需要通过二次开发来进行实现，所以开发平台的好坏直接关系到二次开发的难易程度，二次开发部分的可靠性、稳定性及用户功能的具体实现。

针对地铁调度系统的二次开发，数字集群供货商免费提供应用程序开发接口——API及开发平台，并向集成商提供深层次的技术支持，目前，已有部分国内及国外集成商完成相关的二次开发并已投入商用。

在Nokia公司提供API接口平台的基础上，集成商可针对地铁用户的特殊调度需求开发地铁调度应用软件，经二次开发后的地铁专用调度系统具有功能强大、结构合理、操作维护方便、可靠性高、易于扩展等突出优点。