地鐵專用無線制式選擇

石小忠

（中鐵上海設計院集團有限公司 上海 200070）

1 制式差異的形成

城市軌道交通是在國家鐵路技術的基礎上，通過對城市公共交通大運量、小區間、高密度、低電壓的特點進行研究并逐漸發展變化而來，因此兩者之間無論是設計力量、技術規范、設備標準，都一直存在著高度的關聯性。然而，從無線通信系統的應用制式來看，鐵路目前大力推進的GSM-R與城市軌道交通普遍使用的TETRA制式，卻似乎是一個例外。

在1998年前后，面對通信系統的數字化發展趨勢，鐵道部2002年前對于數字移動通信究竟采用TETRA還是GSM-R制式進行了大量的比較研究但一直未有定論。因此，在此期間編制定稿并于2003年5月出版的《地鐵設計規范》（GB50157-2003），根據當時的形勢對無線通信制式提出了如下的規定：“15.5.2 …… 地鐵無線通信系統根據業務需求可采用專用頻道方式，也可采用數字集群移動通信方式。”也就是說除了當時鐵路廣泛使用并且技術已呈落后之態的450MHz專用信道無線通信系統制式以外，該版地鐵設計主推當時比較熱門的TETRA制式。然而，隨著鐵道部技術引進以及應用試驗等各方面的條件發生變化，2002年末鐵道部最終確定了采用GSM-R制式來建設列車無線調度系統，同時確定通過對歐洲的ETCS規范進行研究，發展中國自身的CTCS體制的方向。2002年12月在我國召開的國際鐵路聯盟大會上，鐵道部向世界宣布了發展中國列車運行控制系統（CTCS)的規劃。其中時速300km以上的高速鐵路采用的CTCS-3系統為基于GSM-R無線傳輸工作方式，從而為GSM-R系統在中國鐵路的無線通信從模擬轉向數字應用確定了基調。隨后，在2005年出版的《鐵路運輸通信設計規范》（TB10006-2005）提出了如下規定：“4.8.4 列車無線調度電話應根據鐵路運輸指揮作業方式和運輸能力，采用GSM-R綜合數字移動通信系統或《列車無線調度通信系統制式及主要技術條件》（TB/T3052）規定的A、B、C三種制式”。至此，國鐵與城市軌道交通在數字專用無線通信系統的制式上出現了明顯的差異。

2 差異帶來的影響

受2003版《地鐵設計規范》的限制，其后建設的城市軌道交通項目無線通信制式除了小部分使用較為廉價的450MHz專用信道制式以外，絕大部分項目都采用了TETRA數字集群通信制式，但始終未能投入力量編制相應的行業標準來滿足我國軌道交通的特殊應用需求。

鐵道部則在2003年之后集中力量對GSM-R系統展開了試驗研究，首先從標準、規范等層面，逐漸確立了GSM-R的平臺地位，并且通過青藏線等線路的實際應用對系統功能進行了驗證。如今完成的《鐵路GSM-R數字移動通信系統工程設計暫行規定》、《鐵路GSM-R數字移動通信工程施工技術指南》、《鐵路GSM-R數字移動通信工程施工質量驗收暫行標準》等一系列的規范性文件以及《GSM-R數字移動通信應用技術條件》、《GSM-R數字移動通信網設備技術規范》等大量的技術文件，保證了足夠的GSM-R數字移動通信應用水平和互聯互通的能力，并使不同廠家設備之間得以兼容，設備采購挑選的余地增大。確保了無線通信系統能成為一個規范化、體系化、網絡化以及深度研究和細化補充的基礎上實現的專用系統。在2009年編制完成的高速鐵路設計規范，更將專用無線通信系統章節直接定義為：“13.7 GSM-R數字移動通信”，并明確其應提供話音業務、數據業務、與呼叫相關的業務和鐵路特定業務。

如今，國鐵項目的GSM-R數字無線通信系統建設已經邁上了快車道，這幾年開通的大量高速鐵路，全部采用了GSM-R技術，按照350km時速設計的高速鐵路更是無一例外地采用了基于GSM-R無線傳輸的CTCS-3高速列控技術。這表明無論是從穩定性、功能性、還是高速的適應性上面，GSM-R都已經經受住考驗。同時，由于形成了廣闊的市場前景，國內的華為、中興等廠商，都進行了GSM-R系統的開發研究，并且生產能力在不斷擴大，對于保證整個網絡安全、提高后續的服務能力，降低系統建設投資價格水平等都形成了良好的推動作用。由于在規范層面進行大量研究，目前在建的GSM-R系統中不同廠家的設備互聯互通實際應用效果良好，各種業務滿足數據和通話需求。其中，通過用戶組的等級劃分、頻點的合理分配以及弱場直放站的精心配置，無論是樞紐站的大話務量應用，還是區間惡劣地形條件下的高速列控數據傳送，系統都能提供滿意的使用效果。

反觀地鐵集群通信系統，由于行業本身缺乏全國性的行業標準、技術規范的編制力量，造成軌道交通行業長期以來在集群通信系統標準方面的不完善。在與國鐵形成了制式的差異以后，就無法直接引用國鐵的技術力量及其現場的系統、設備規范標準。因此實踐中集群系統的系統結構、系統性能、網絡指標、設備性能都受制于設備生產商提供的方案。目前在基本形成軌道交通線網的城市，其軌道交通的數字集群建設更是一個令使用方頭疼的問題，往往只能受制于設備供應商提供的條件，而受到廠商的自我保護和控制等條件約束，每個城市的軌道交通在不同廠家的集群設備之間統一組網基本無望實現，而且在運營一段時間以后，網絡擴建和維護的成本更顯高昂。同時，由于TETRA在國內地鐵行業的供應商已經呈高度集中態勢，在別的系統技術不斷更新時，廠商提供的集群系統技術升級、功能更新、設備指標改良等方面的迫切性不強。

況且，從實際使用效果看，TETRA對于我們的地鐵管理方式而言，還存在一定程度的適應面較窄的問題，由于它是一種適應通話時長較短的無線通信制式，特別符合適應于行車調度指揮等應用。但是，隨著地鐵管理扁平化進展，目前地鐵線路大量現場管理人員、設備維護人員的移動通話要求，卻因TETRA 的系統性能限制而較難得到完全滿足。一些線路較多的城市軌道交通存在因TETRA系統裕量不足，設備維護部門不敢隨意擴大發放范圍、工作人員和管理人員則抱怨現場通話終端嚴重不足的矛盾。另外，由于缺乏相應的系統接口標準,目前軌道交通研究的基于無線通信的列車控制功能（CBTC）基本都由信號系統通過自建局域網等方式提供空間信號傳輸。

我們看到2009年開始修編的新版《地鐵設計規范》（征求意見稿）有關軌道交通無線通信的描述則改為“無線通信系統根據業務需求宜采用數字集群移動通信系統?！痹撘幏峨m未強制規定必須采用集群通信系統，但未能從標準層面為軌道交通行業提供更多的選擇條件。同時，除了編制地鐵設計規范以外，軌道交通行業難以集中力量編制更多適用的行業性TETRA規范和標準體系和系統接口規范，地鐵建設、設計、施工和運營部門在具體實施過程中仍將處于無據可依的窘況。

3 方案擴展的契機

3.1 體制的發展

今年9月3日，鐵道部和成都市簽訂了《鐵道部、成都市人民政府關于推進成都市域軌道交通建設補充協議》。協議明確了“實現地鐵與鐵路的資源共享，……更加密切路網干線、城際鐵路、城市地鐵的互聯互通，實現多種軌道交通的無縫銜接，方便旅客換乘”的原則。為此，鐵道部與成都市聯合組建合資公司以合作建設和經營成都城市地鐵，目前項目已正式進入了實際操作階段。與此同時，2010年廣佛城際地下鐵道已經在2010年11月3日正式開通。而2010年10月初，國家發改委批準建設全國首條跨省建立的城市城市軌道交通線路“上海軌道交通11號線花橋段延伸項目”，將上海11號線從安亭站延伸至江蘇昆山的花橋站。

成都地鐵開創了一種完全創新的中國地鐵行業建設與管理模式，對后續建設的大中城市軌道交通項目將具有示范性的作用。成都地鐵的部市聯合管理模式，不僅僅是管理單位的變化，它實際上顯示了行業整合、資源共享的一種趨勢。而廣州—佛山地鐵、上?！ド降罔F的建設，則顯示出鐵建設正由以往的單個城市建設管理的孤島模式，朝著城際聯網、分段管理的模式發展的一種趨勢。隨著地鐵項目的這種趨勢，地鐵通信的網絡特性會逐漸增強，互連的要求也會增多，對于系統間的接口要求也會越來越高。

3.2 GSM-R技術特點

GSM-R目前可實現的應用包括列車無線調度、公務（管理、施工、維護）移動、公安移動、應急語音通話等話音通信；能夠實現點對點呼叫、功能尋址、位置尋址、廣播呼叫、組呼通話、緊急通話、多優先級強拆和強插、呼叫限制等功能；同時還能通過GSM-R網絡的電路數據交換、GPRS、短消息、USSD等業務，實現車—地、車—車之間的列車運行控制信息、機車同步操控信息、列尾風壓信息、調度命令信息、車次號校核信息、調車機車信息以及監控信息等透明信息的無線傳輸。

應用于軌道交通項目，將完全能夠適應軌道交通的應用要求，還能為軌道交通目前的CBTC提供有力的支持，避免各自新建獨立的無線系統而造成投資重疊以及無線信號干擾問題。

而在成都地鐵等項目中，由于具有與鐵路統一管理方式和資源的條件，若能采用GSM-R制式，將有利于統一系統結構和技術標準、減少應用系統種類、合理分配系統頻點、促進CBTC的建設、降低維護難度與成本等優點，并且在建造城際地鐵線路時有利于提高無線通信的整體性能和擴展能力。

4 系統設計的新思路

基于軌道交通建設和管理的發展趨勢，地鐵無線通信的制式，有必要檢視設計規范的適用程度，從源頭上提供與建設及管理體制相適應的設施基礎。建議明確將GSM-R制式納入軌道交通的選擇范圍，結合鐵道部進入軌道交通領域等客觀因素，充分考慮選用GSM-R系統的適應性、可行性和必要性，并幫助軌道交通無線通信系統建立行業化的統一實施標準。

各城市軌道交通無線通信的制式，應允許按照各自的建設進程、既有系統的規模、以及各線路的使用需求，因地制宜，選用合理的方案。

在成都等條件適宜的城市，建議優先考慮GSM-R，以從標準上提高系統實施效果，降低設備維護困難和成本；而如北京、上海等地的地鐵TETRA已經成網的情況下，則應慎重選擇，以保證既有系統設備的投資效益。

[1]GB50157-2003, 地鐵設計規范. 北京: 中國計劃出版社, 2003

[2]TB10006-2005, 鐵路運輸通信設計規范. 北京：中國鐵道出版社，2005

[3]TB10621-2009, 高速鐵路設計規范(試行). 北京：中國鐵道出版社，2009

[4]成都日報. 我市與鐵道部簽署推進成都市域軌道交通建設補充協議. http://www.chengdu.gov.cn/PublicService/LegalServices/detail.jsp?id=348497

[5]鐵道部工程設計鑒定中心，北京全路通信信號研究設計院.中國鐵路GSM-R數字移動通信系統設計指南. 北京：中國鐵道出版社, 2008