地铁专用无线通信系统方案选择

地铁专用无线通信系统方案选择

摘要：在我国城市地铁通信系统中，专用无线通信系统是高速运行的地铁列车

与车站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

及地铁乘客生命安全的重要使命，为列车调度、维修调度、防灾环控调度、车辆

段调度等提供无线通信保障。本文通过对系统实施方案的选择与分析，为地铁无

线通信系统的建设提供参考。

关键词：地铁专用移动通信方案选择覆盖计算

1 系统方案及比选

1.1系统制式

根据无线通信技术的发展，城市轨道交通专用无线移动通信系统制式主要可

分为常规无线通信、模拟集群、数字集群等。

TETRA数字集群体制可更好地实现轨道交通系统功能，在保证系统的高可靠性、减少系统造价以及体制标准的公开性、组网的灵活性等方面具有明显的优势。在数字集群主设备基础上，针对轨道交通用户开发的二次开发功能日趋完善。同时，目前国内厂家也在积极准备开发和引进先进的TETRA数字集群系统。因此，

无线通信系统推荐采用TETRA数字集群制式进行组网。

1.2基站设置方案

在满足服务质量的基础上，结合地铁车站分布和线路特点，集群无线通信系

统可以采用两种组网方案：多基站小区制方案和多基站中区制（光纤直放站）方案。两个方案结合场强覆盖方案可以划分为不同的基站覆盖区。

1.2.1方案一：多基站小区制方案

多基站小区制方案在全线设置多个覆盖区。各车站、车辆段、停车场分别设

置一个集群基站。车辆段、停车场地面区域利用全向天线的方式进行场强覆盖，

各车站站厅、站台采用功分器、耦合器加全向小天线的方式进行场强覆盖；隧道

区间利用泄漏同轴电缆，以上下行合缆的方式加以覆盖，在过长的正线区间，增

加光纤直放站做信号补盲。

1.2.2方案二：多基站中区制（光纤直放站）方案

多基站中区制（光纤直放站）方案在车辆段、停车场各设置一个基站，覆盖

车辆段、停车场车场区域。在部分车站设置集群基站、光纤直放近端机、部分车

站设置光纤直放远端机，采用基站+光纤直放站+漏泄同轴电缆覆盖全线车站及区间，站厅用小天线覆盖。

1.2.3方案比选：

以上两种方案各有优缺点，小区制方案系统功能较强，系统稳定性较高，组

网和开通较容易，同时可组成统一的网络管理；中区制方案性能满足要求，系统

投资较低，但在组网灵活性、抗干扰性、稳定性、通信质量指标等系统性能方面

都稍劣于小区制方案；中区制共用信道用户数增多，耐过载能力越差，紧急情况

下话路激增容易阻塞。因此，方案一为首选。

在无线通信系统基站组网时，为提高移动交换控制中心和基站之间通路连接

的可靠性，在通道组织的逻辑上，采用星型连接，但在传输物理链路上采用环路

连接方式，并借助传输的环路倒换机制保护提高系统的可靠性。

1.2.4.中继方案

对于较长的区间，由于信号衰减，车载台接收到的信号强度可能不能满足通

信需求，需要设置中继器。通常无线系统可采用两种信号中继方式，分别为光纤

直放站方式和射频干线放大器中继放大方式。光纤直放站方式能很好的控制系统

上行噪声，同时，光纤直放站的射频信号可以双方向传递，其中继的距离约是射

频干线放大器的1.7倍。采用干线放大器只能向一个方向传递，中继距离短。

1.2.5系统信号覆盖

3 专用无线通信系统工程设计

3.1网络结构

根据地铁线路的特点，数字集群通信系统按基站设置方式的不同可以有以下

几种系统结构：

小区制：在控制中心设置交换控制设备，在地铁沿线各车站设置基站，交换

控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现全

线场强覆盖。小区制的缺点是投资较高，列车司机与行车调度员之间的通话存在

较多越区切换；优点是信道利用率高，系统的故障弱化能力较强，最大特点是能

够实现车站值班员与列车司机之间无须拨号即可建立通信联系。

中区制：在控制中心设置交换控制设备，在地铁沿线的重要车站设置基站，

其它车站设置射频放大设备，交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，

地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现全线场强覆盖。中区制在设备投资、信道利用、

越区切换频次、故障弱化能力等方面均介于大区制与小区制之间，不具备小区制

的小三角通信功能，也不存在大区制的车载设备在列车进出车辆段时正线通话组

与车辆段通话组不能自动转换的问题。

大区制：在控制中心设置交换控制设备和基站，在地铁沿线车站均设置射频

放大设备，地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现全线场强覆盖。大区制的优点是投资

较小，列车司机与行车调度员之间的通话不存在越区切换；缺点是信道利用率不高，故障弱化能力较差，不能实现小三角通信，尤其是列车进出车辆段时正线通

话组与车辆段通话组不能自动转换。此外，大区制系统结构不易扩容也是其致命

弱点。

综合上述对大、中、小区制三种系统结构的分析比较，建议地铁专用无线通

信系统采用中、小区制系统结构进行组网。

3.2场强覆盖

地铁专用无线通信系统信号场强覆盖区域通常分为：隧道区间的覆盖、车站

站台的覆盖、车站站厅的覆盖。

地铁隧道区间内场强的覆盖方式无外乎两种：采用隧道天线作为辐射源的空

间波覆盖方式及采用漏泄电缆作为传输线和分布天线的覆盖方式。前者投资小，

安装工程量小，但场强覆盖难以控制，会对隧道内的电磁环境产生不良影响，无

法为控制越区切换、降低同频干扰等具体问题进行针对性的场强分布精确设计，

实际使用先例很少；而后者投资较大，安装工程量较大，但由于采用漏泄电缆能

够实现对电磁波传播和辐射的严密控制（既保证了自身系统的抗干扰又能降低对

其他无线系统干扰的可能性），因此在国内外地铁的建设中均得到了广泛的应用。所以推荐采用漏泄电缆解决隧道内的场强覆盖。

采用漏泄电缆实现区间场强覆盖时，当区间太长时需在漏缆中间加设放大器

对射频信号进行放大。常用的放大器有两种类型：射频直放中继器和光纤作为传

输媒介的光纤直放站。两种放大方式对比如下：

3.2.1下行载噪比

采用射频直放中继器放大的是由基站获得的信号，可以获得较好的载噪比；

光纤直放站由于光端机噪声系数的增加，其信号的载噪比不及射频直放中继器。