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摘要：本文以无线通信系统在现有的轨道交通中正在广泛使用的现实证明，无线通信系统在轨道交通运营中的重要作用。然后通过对几种不同无线通信系统进行比较后进行论述并得出全文的论点：即在广州市区内轨道建设适宜采用 TETRA 数字集群的无线通信系统。文中还举例介绍了数字集群系统在广州地铁二号线的应用情况，从系统构成、主要设备功能及优点等方面进行了介绍。
关键词：数字集群；TETRA；轨道交通
1 无线通信系统在轨道交通运营中具有重要作用
随着城市轨道交通的发展，无线通信技术应用广度和深度不断增强，在轨道交通管理和运营自动化发展方面，无线通信技术在城市轨道交通中的应用更加广泛。目前地铁中除了原有的专用无线通信系统外，还有各种各样的城市商用移动无线通信系统引入，以及信号和乘客信息系统的无线系统。
2 城市轨道交通建设中无线通信系统方案的比选
2.1 专用无线通信系统制式
2.1.1 专用频道方案
专用频道方式是根据用途来配置频道， 用途与频道之间一一对应。以列车调度无线通信为主，中心控制设备与移动台（如列车台和便携台）之间的通路，采用有线（通信车站电台经过光缆传输系统至中心控制设备）和无线（如车站电台通过漏泄同轴电缆或天线辐射无线电波至移动台）相结合的方式。
2.1.2 共用频道方案（集群方案）
集群方式是所有用途共用几个频道，根据需要和使用情况临时分配频道。即设 1 个控制频道和若干个通话频道，通话频道的数目可以少于用途数，一般情况下，所有移动台（列车台和便携台）均处于控制频道，以便接收来自中心控制设备的信号和向中心控制设备反馈信息，通话时由中心控制设备根据情况分配 1 个通话频道，通话结束后自动返回控制频道。其系统构成见图 1。
集群通信系统是一种高级移动指挥调度系统， 采用专用无线信道作为信令的控制方式。该系统主要特点：①无线信道利用率高;②采用分散式容错处理，有故障弱化功能;③先进的信令系统;④灵活的多级分组;⑤可进行动态重组与紧急呼叫;⑥可进行数据传输和图像传输;⑦能与有线交换机互联。
2.2 专用频道方式与集群方式的区别
集群方式在通话功能、呼叫功能、检测功能、占用的频道数、冗余方式、扩容方面均优于专用频道方式，并具有解决紧急呼叫、确定移动台位置、自动检测等功能。其电话互联、多级调度呼叫、数据传输、调度多级优先、调度动态重组、调度连续信道刷新、电话繁忙排队/自动回叫等功能，也是专用频道方式无法比拟的，更重要的是它采用了信道的动态分配，因而能使用有限的频率资源为更多用户服务。上海轻轨明珠线、广州地铁均采用集群通信方式。
2.3 城市轨道交通集群无线通信系统构成
控制中心设移动交换中心控制器及网络管理设备， 各调度员配备调度台，列车配备车载台，沿线移动作业人员配备便携电台，各基站通过光传输通道与移动交换中心控制器相连，构成一个以完成行车调度功能为主的、多个子系统并存的、链状结构的专用无线通信系统。车辆段设调度台，利用集群的虚拟网功能构成车辆段无线通信子系统， 完成对车辆段内移动作业人员的调度指挥。轨道交通沿线地面部分的场强可采用漏泄同轴电缆进行覆盖，也可采用天线进行覆盖，地下部分及其他弱场区的场强一般采用漏泄同轴电缆进行覆盖，另车辆段、车站站厅等区间的场强一般采用基站天线覆盖。对于较长的弱场区，可根据系统频率合理设置中继设备。
3 Tetra将在广州市轨道交通的无线通信系统确立主导地位
3.1 TETRA标准
TETRA是开放而全新的数字集群标准，与GSM标准一样，是由用户、生产商、网络运营商共同参与而制定的开放式标准，是一种基于数字时分多址的无线通信技术标准，专为满足专业无线用户的需要而设计的。TETRA最大的优势在于其系统间的互通，优良的保密功能及优先呼叫和快速的呼叫建立，可为用户提供指挥调度、数据话音、电话互联和DMD业务。
3.2 TETRA无线集群系统在广州市轨道交通工程中的应用
TETRA无线集群系统在广州市轨道交通工程中主要提供下述基本功能和服务：
（1）可以为地铁或轻轨内部固定工作人员与流动工作人员之间提供话音通信和短信息通信。
（2）根据业务需要，为所有用户之间提供无线通信手段。
（3）按使用部门进行优先权排队。优先权级别高的呼叫可中断优先权级别低的通话，以保证调度作业的正常进行。
（4）具有一般呼叫及紧急呼叫功能，紧急呼叫的优先权高于一般呼叫。
（5）中心调度员可对列车乘客选呼广播和全呼广播。
（6）中心调度员可监听本部门通话，并对所有通话自动录音。
TETRA无线集群系统在城市轨道交通工程中还可以提供下述增值业务和服务：①自动车辆定位；②可以被用作地铁和轻轨的专用通信系统；③静止图像与视频数据传输；④其他应用如：信息广播、文件传输、传真。
4 TETRA数字集群技术在广州地铁二号线的应用（举例）
广州地铁二号线采用的MOTOROLA公司开发的Dimetra，Dimetra数字集群系统基于TDMA时分多址技术、ACELP话音编码技术和π/4-DQPSK调制技术，集调度指挥、双工互连电话、短信息、数据通信于一体，提供有效的无线调度通信平台。现将就其在广州地铁二号线的应用进行介绍。
4.1 系统构成
广州地铁二号线无线通信系统包括行车调度、车辆段调度、环境控制调度、维修调度、公安调度 5 个无线子系统。通过系统的集群， 使得 5 个通信子系统在各自的通话组内的操作互不妨碍，同时又实现共用设备和频率资源、覆盖区的共享。该无线系统采用小区制组网方式，通过地铁内部传输网的连接，将多个基站组合起来，形成地铁内部区域的无线专用调度网络。在地铁站厅及车辆段区域，采用天线方式实现信号覆盖;在地铁隧道区间，则采用泄漏电缆实现信号覆盖，实现了整个区间无线信号均匀、可靠的覆盖。
4.2 系统主要设备
广州地铁二号线无线通信系统采用多基站小区制组网方式，由8个基站、13个射频直放站组成一个有线、无线相结合的网络系统。该系统可分为4个主要组成部分，即中央控制单元、基站、信号分配单元和移动台用户。系统组成如图2所示。
中央控制单元主要包括：区域控制器、音频交换机、码变换器、基站连接复用器、短数据路由器、网络管理系统、故障管理系统及调度台系统等。
基站设备主要包括：TETRA基站控制器、无线收发信机、GPS收发天线、环境告警系统、射频分配系统。信号分配单元主要包括：射频直放站、功分器、泄漏电缆、天线。
移动台设备包括：车载台、车站台、便携电台。
4.3 系统主要功能
广州地铁无线集群系统主要面向无线用户、调度员和网络管理者提供服务。Dimetra系统提供的主要功能有语音服务、数据服务和组呼的补充服务。
4.3.1语音服务
系统可提供如下语音服务：组呼、通播组呼叫、紧急呼叫、私密呼叫、电话互联、直通模式（DMO）方式通话。
4.3.2数据服务
系统可提供如下数据服务：状态信息服务、紧急告警、短数据传送服务。
4.3.3组呼的补充服务
系统可提供如下组呼的补充服务：遇忙排队和回叫、优先级排队、新近用户优先、动态站分配和关键站点分配、有效站点、全部启动和快速启动、动态重组、通话方识别、迟后加入、优先监视。
4.4 系统主要优点
数字集群通信系统由于采用了数字通信技术，具有以下优点：
（1）采用时分多址技术，频谱利用率高。广州地铁二号线数字集群通信系统信道复用采用TDMA（时分复用）方式，每个载频分为4个时隙，即1个载频能同时传送4路信号，使信道的利用率大大提高。
（2）系统功能强大。数字集群系统通过信号ATS接口，接收自动列车控制系统传来的数据，通过数据库的对应，在各行车调度台上显示列车在哪个站发出呼叫，乘务员是谁，车次号多少等信息。同时，在车辆段与正线转换轨的接口监控，使得列车从车辆段转到正线时，列车车组号从无线车厂调度台转到正线的行车调度台，列车的呼叫也发送到行车调度台，相反，当列车从正线返回车辆段时也可自动实现转换。
（3）数字集群在话音编码、调制和组网等方面采用的是当前最先进的技术。系统采用代数码激励线性预测（ACELP）话音编码技术，可重新产生准确的模拟波形，在每一级编码过程中，经过与原信号比较，反馈环使每个可能的输出都重新编码，经过比较及加权来计算误差，结果用于对输出进行调节。
（4）数字集群通信系统采用了各种数字信号处理技术和信道编码技术，抗干扰能力强，传输质量较高，话音质量好。
（5）数字技术易于采用大、中规模集成电路，可以大批量生产，设备成本低、体积小、重量轻。
5 结束语
可以说，TETRA是一种很适合于在城市轨道交通中应用的、开放而全新的数字集群标准，它从根本上改变了城市轨道交通无线通信的落后状态，完成了城市轨道交通无线通信系统由模拟设备到数字设备的转变，带来了虚拟专网的一系列优点，提高了频率的使用率和互通性，加之内在的加密功能和集成的语音及数据通信，满足了城市轨道交通用户在不断发展的环境中的多种需求。
参考文献
[1]郑祖辉.鲍智良等.《数字集群移动通信系统》，电子工业出版社，2015.
[2]王惠琴.曹明华.高风格.TETRA 在城市轨道交通无线通信系统中的应用《计算机工程与设计》，2015.08.
[3]杨 秀.无线通信系统组网方式探讨《铁道通信信号》，2016.05.
论文作者:林盛敦
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/7
标签：集群论文; 系统论文; 通信系统论文; 轨道交通论文; 方式论文; 数字论文; 频道论文; 《防护工程》2017年第14期论文;