城軌無(wú)線通信系統(tǒng)改造方案研究

王 平

（大連地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，116021）

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城軌無(wú)線通信系統(tǒng)改造方案研究

王 平

（大連地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，116021）

摘要：城軌無(wú)線通信系統(tǒng)在城市道交通的列車(chē)運(yùn)營(yíng)和日常管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，本文以大連快軌三號(hào)線無(wú)線系統(tǒng)改造工程為例，對(duì)在軌道交通行業(yè)最常用的幾種數(shù)字集群系統(tǒng)包括：GSM-R、TETRA和NEXEDGE系統(tǒng)進(jìn)行研究對(duì)比。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；GSM-R；TETRA；NEXEDGE

軌道交通的運(yùn)營(yíng)離不開(kāi)大量信息的交互,其中專(zhuān)用無(wú)線通信系統(tǒng)是城市軌道交通通信系統(tǒng)的重要組成部分,主要用于解決固定人員(調(diào)度員、值班員)與流動(dòng)人員(司機(jī)、維修人員、列檢人員)間及流動(dòng)人員相互之間的通話及數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，是提高運(yùn)輸效率、確保行車(chē)安全及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的必要手段。在城市軌道交通的列車(chē)運(yùn)營(yíng)和日常管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1　方案研究

下面針對(duì)大連快軌三號(hào)線現(xiàn)階段無(wú)線通信系統(tǒng)情況、運(yùn)營(yíng)需求、改造成本等具體情況及可供選擇的幾種方案進(jìn)行分析研究，從而選擇一套較適合該線路的方案。

目前國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)大多采用以下幾種無(wú)線通信制式：模擬專(zhuān)用信道、模擬集群、數(shù)字集群。而隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，模擬系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用已寥寥無(wú)幾，只有少數(shù)早期修建，還未進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改造的線路能見(jiàn)到模擬專(zhuān)用信道系統(tǒng)的應(yīng)用。而幾乎所有新建及進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)升級(jí)改造的線路都采用了抗干擾能力更強(qiáng)、頻率利用率更高、實(shí)現(xiàn)功能更強(qiáng)大、擴(kuò)容性更好的數(shù)字集群系統(tǒng)。而在軌道交通行業(yè)最常用的幾種數(shù)字集群系統(tǒng)包括：GSM-R和TETRA。還有在國(guó)內(nèi)軌道交通沒(méi)有過(guò)應(yīng)用，但功能上完全能夠滿(mǎn)足需要的健伍NEXEDGE系統(tǒng)。

大連快軌三號(hào)線現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)于2002年10月開(kāi)通，是一套采用模擬專(zhuān)用信道的系統(tǒng)，分為列調(diào)子系統(tǒng)、維修子系統(tǒng)和車(chē)輛段子系統(tǒng)，全線設(shè)置三個(gè)基站?？傮w來(lái)看，當(dāng)初大連快軌的無(wú)線通信系統(tǒng)采用的專(zhuān)用信道的方式，不論從建設(shè)成本、系統(tǒng)功能上都比較合理，但由于設(shè)備的多年運(yùn)行，部分設(shè)備老化，加之周邊環(huán)境出現(xiàn)較大變化，影響到了場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋。另外，按照國(guó)家對(duì)加快無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)字化進(jìn)程的要求，現(xiàn)有設(shè)備急需進(jìn)行升級(jí)改造，以適應(yīng)未來(lái)軌道交通運(yùn)營(yíng)的更高要求。

GSM-R（GSMforRailways）系統(tǒng)是在GSM技術(shù)基礎(chǔ)上專(zhuān)門(mén)為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專(zhuān)用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。它在GSMPhase2+的規(guī)范協(xié)議的高級(jí)語(yǔ)音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優(yōu)先級(jí)搶占和強(qiáng)拆業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信特別是鐵路專(zhuān)用調(diào)度通信的需要。主要提供無(wú)線列調(diào)、編組調(diào)車(chē)通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信、應(yīng)急通信、隧道通信等語(yǔ)音通信功能，可為列車(chē)自動(dòng)控制與檢測(cè)信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，并可提供列車(chē)自動(dòng)尋址和旅客服務(wù)。GSM-R在國(guó)內(nèi)更適合于鐵路的應(yīng)用，無(wú)論從建設(shè)成本還是實(shí)際應(yīng)用方面考慮，GSM-R都不適合大連快軌三號(hào)線的無(wú)線通信系統(tǒng)改造。

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在各國(guó)的地鐵、輕軌等城市交通領(lǐng)域有大量的應(yīng)用；TETRA是基于TDMA（數(shù)字時(shí)分多址）技術(shù)的專(zhuān)業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)，它的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)中繼臺(tái)將信道容量增至模擬系統(tǒng)的兩倍。一臺(tái)中繼臺(tái)承擔(dān)兩臺(tái)中繼臺(tái)的工作，減少硬件設(shè)備的投入。不足之處在于它將信道分為了兩個(gè)時(shí)隙，實(shí)現(xiàn)信道容量的增容和頻譜利用率的提高需要借助中繼臺(tái)，否則手持臺(tái)和車(chē)載臺(tái)在12.5KHz信道下只能傳輸一路語(yǔ)音或者數(shù)據(jù)；在同一時(shí)隙里，不能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)同傳；TDMA方式下，時(shí)隙間阻止數(shù)據(jù)沖突所需的保護(hù)時(shí)間會(huì)使系統(tǒng)覆蓋面積和單間隙有效數(shù)據(jù)傳輸率減少。可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、空中接口加密和端對(duì)端加密。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)同時(shí)還具有虛擬專(zhuān)網(wǎng)功能，可以使一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)為互不相關(guān)的多個(gè)組織機(jī)構(gòu)服務(wù)。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)具有豐富的服務(wù)功能、更高的頻率利用率、高通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式，許多新的應(yīng)用（如車(chē)輛定位、圖像傳輸、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)等）都已在TETRA中得到實(shí)現(xiàn)。因此，近兩年TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在歐洲乃至世界得到了快速的發(fā)展。根據(jù)接入點(diǎn)不同TETRA基本業(yè)務(wù)可劃分為承載業(yè)務(wù)和用戶(hù)終端業(yè)務(wù)。TETRA 支持的用戶(hù)終端業(yè)務(wù)包括：?jiǎn)魏簦c(diǎn)對(duì)點(diǎn)）、組呼（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）、應(yīng)答組呼、廣播呼叫（單向點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）以及上述各種情況的明話或密話。TETRA支持的承載業(yè)務(wù)包括：分組數(shù)據(jù)、電路數(shù)據(jù)。

可見(jiàn)從功能及行業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，TETRA是個(gè)非常合適的選擇，但當(dāng)前主要的TETRA系統(tǒng)廠家是EADS和Motorola公司；主要的TETRA終端廠家是Sepura、EADS和Motorola公司，這些國(guó)外產(chǎn)品本身價(jià)格較高，加之TETRA系統(tǒng)只能采用中、小區(qū)制覆蓋的模式，線路上需要增加多處基站，設(shè)備數(shù)量大幅度增加，改造成本會(huì)非常昂貴，仍不適合現(xiàn)階段大連快軌無(wú)線通信系統(tǒng)的改造。

NEXEDGE系統(tǒng)是建伍公司最新開(kāi)發(fā)的全數(shù)字化專(zhuān)業(yè)無(wú)線通信系統(tǒng)。采用最先進(jìn)的語(yǔ)音編碼技術(shù)和DSP處理技術(shù)，大幅度提高了頻率使用效率，信道寬度最窄可以做到6.25kHz,不需借助中繼臺(tái)也能實(shí)現(xiàn)頻譜利用率比傳統(tǒng)的模擬12.5KHz系統(tǒng)增加2倍。僅是目前25kHz信道間隔的1/4。并且，在6.25kHz信道上,由于采用具有優(yōu)異陡降特性的濾波器，使整機(jī)獲得了良好的接收靈敏度，通信距離優(yōu)于當(dāng)前的模擬通信系統(tǒng)。即使脫離系統(tǒng)常規(guī)使用也可以提供令人滿(mǎn)意的通信距離。此外，數(shù)字處理技術(shù)使得通信的背景噪聲大幅度降低了，通話更加清晰、舒適。

NEXEDGE系統(tǒng)采用大區(qū)制，覆蓋大范圍區(qū)域所需要的基站數(shù)量相對(duì)少，電臺(tái)通信距離遠(yuǎn)，投資相對(duì)節(jié)省，而且便于維護(hù)。特別適合特殊情況下的應(yīng)急通信使用。有效的通信距離等于甚至優(yōu)于目前使用的同等條件下的模擬FM系統(tǒng)。而且，通話延遲時(shí)間短，用戶(hù)不易察覺(jué)，操作容易掌握，不會(huì)有不習(xí)慣的感覺(jué)。

NEXEDGE系統(tǒng)采用NXDN數(shù)字空中接口標(biāo)準(zhǔn)，尋址方式采用FDMA（頻分多址）方式，每一個(gè)話路使用1個(gè)信道；語(yǔ)音編碼采用世界最先進(jìn)的AMBE＋2聲碼器，具有先進(jìn)的語(yǔ)音壓縮技術(shù)，背景噪聲極低，聲音保真度好，清晰易懂，結(jié)合高效率的糾錯(cuò)技術(shù)，即使在高速移動(dòng)、弱電場(chǎng)等惡劣環(huán)境中，也可以還原出語(yǔ)音；使用12.5kHz窄帶信道或6.25kHz超窄帶信道；語(yǔ)音和數(shù)據(jù)可以同時(shí)傳輸。在傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)中，可以利用空閑位置傳輸數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)/話同傳，為GPS數(shù)據(jù)傳輸提供了良好基礎(chǔ)。數(shù)字靜噪。可以準(zhǔn)確的檢測(cè)出是否有信號(hào)，因而可以有效的避免噪音誤打開(kāi)靜噪造成干擾的情況。多基站集群網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最多可以有60000個(gè)用戶(hù)個(gè)人ID和60000個(gè)小組ID。傳輸集群方式和信息集群方式可以通過(guò)編程選擇使用。

2　總結(jié)

可見(jiàn)，NEXDEGE作為一套數(shù)字集群系統(tǒng)從功能上完全能夠滿(mǎn)足大連快軌三號(hào)線的要求，雖然其設(shè)備也是國(guó)外產(chǎn)品，單個(gè)設(shè)備價(jià)格較高，但由于該系統(tǒng)是大區(qū)制覆蓋，所需基站數(shù)量少，改造施工量少，所以工程總價(jià)相對(duì)于TETRA等系統(tǒng)要低很多。

綜合考慮，大連快軌三號(hào)線的無(wú)線通信系統(tǒng)改造方案可選擇NEXDEGE多基站系統(tǒng)。該方案在國(guó)內(nèi)雖沒(méi)有應(yīng)用案例，但在北美地區(qū)已有多個(gè)成功案例。當(dāng)然，具體實(shí)施還要經(jīng)過(guò)全面考察、測(cè)試才能最終定論。

參考文獻(xiàn)

[1]林浩，淺談GSM-R系統(tǒng)技術(shù)分析及在我國(guó)鐵路通信中的具體應(yīng)用[J]，中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015年第2期，60-61

[2]何宗華，汪松滋，何其光，城市軌道交通通信信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行與維修[M]，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007年1月，73-81

Research on the reconstruction scheme of urban rail wireless communication system

Wang Ping
(Dalian Metro Operation Co.,Ltd.116021)

Abstract：City railway wireless communication system in urban road traffic train operations and daily management plays a key role,this paper taking the reconstruction project of Dalian rapid rail line No. 3 wireless systems,for example,in rail transportation industry, the most commonly used several kinds of digital trunk system include: GSM-R and tetra and NEXEDGE system for comparative study.

Keywords：wireless communication;GSM-R;TETRA;NEXEDGE