地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)的應用

陳東伐

（蘇州軌道交通有限公司，215006，蘇州／／工程師）

地鐵運行控制設備一般位于地鐵公司控制中心大樓。在地鐵控制中心遭遇恐怖襲擊、災害等突發(fā)情況下，有可能影響包括無線通信在內的設備系統(tǒng)的運行，進而影響整個地鐵線路的運行。因此，有必要設置備用設施以減少突發(fā)情況對地鐵運營系統(tǒng)的影響。

近年來，業(yè)內提出了相對于控制中心大樓（主用）而言的備用中心的概念。備用中心一般設置于車輛段，對一些事關列車運行的重要中心控制設備進行備用。在控制中心（主用）發(fā)生突發(fā)情況之下，啟用備用中心設備，以確保列車的正常運行，最大限度地減少對運營線路的影響。

地鐵專用無線通信系統(tǒng)是地鐵運營調度指揮及維護管理的重要設施，是地鐵運行列車與車下運營管理機構之間唯一的通信手段，擔負著提高運營效率和管理水平、保證行車安全及地鐵乘客生命安全的重要使命。鑒于地鐵專用無線通信系統(tǒng)的重要作用，有必要對其采用備用方案，因此地鐵專用無線通信系統(tǒng)一般是備用中心考慮的系統(tǒng)之一。本文以中國電子科技集團第54研究所研制開發(fā)的降級備用系統(tǒng)產品為例，著重闡述地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)的原理、構建與實現。

1 地鐵專用無線通信系統(tǒng)概述

目前，地鐵專用無線通信系統(tǒng)普遍采用800 MHz TETRA（陸地數字集群無線系統(tǒng)）通信方式。系統(tǒng)主要由交換控制中心設備、調度臺、集中網管系統(tǒng)、調度管理服務器等設備，以及基站、直放站、列車車載臺、固定電臺、便攜臺、天饋系統(tǒng)（包括漏泄同軸電纜、天線、射頻電纜、功分器、耦合器等）和傳輸通道等構成，以實現對地鐵線路的統(tǒng)一無線調度通信和管理。

地鐵專用無線通信系統(tǒng)一般采用單中心控制交換機加多基站小區(qū)制組網方案。在控制中心設置集群交換機，在地鐵沿線各車站、車輛段和控制中心設置集群基站。各基站通過有線傳輸通道與控制中心集群交換機相連，采用星型方式組網，一般設置行車調度臺、防災環(huán)控調度臺等。

地鐵專用TETRA無線通信系統(tǒng)主要實現以下功能：通話服務，數據服務，調度臺功能及管理等。此外，TETRA無線通信系統(tǒng)還設計故障弱化的功能，即單站集群功能、直通模式功能。

2 專用無線通信系統(tǒng)備用模式的比較

迄今，國內外對于專用無線通信系統(tǒng)的備用方案，存在三種模式。

1）完全備份模式：即對主用系統(tǒng)完全備份。其優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性很高，缺點是建設成本較高。這種模式采用較少。

2）故障弱化模式：即利用TETRA無線通信系統(tǒng)的故障弱化功能，包括單站集群功能、直通模式功能。其優(yōu)點是，不用增加投資，可實現單基站下的呼叫功能和短距離對講功能；缺點是，無法實現中心調度功能，不能進行統(tǒng)一調度。

3）降級備用系統(tǒng)模式：即基于TETRA無線通信系統(tǒng)，在備用中心通過一套備用控制設備和備用調度臺終端，以一種遠程控制基站接入電臺（Site Access Radio，以下簡為SAR）的方式接入到TETRA基站，實現備用情況下對各基站下用戶的呼叫、指揮。其優(yōu)點是：相對于第一種模式，可以節(jié)約很多建設成本；相對于第二種模式，既可以建設功能弱化的備用集群中心系統(tǒng)，又增強了單站集群功能，可以實現中心調度員對各基站下用戶的統(tǒng)一調度指揮。

通過以上比較分析不難看出，降級備用系統(tǒng)具有一定的經濟、技術優(yōu)勢，因此其應用亦越來越多。目前，該系統(tǒng)在北京地鐵5號線、10號線得到成功應用。

3 降級備用系統(tǒng)的實現原理

在主用系統(tǒng)條件下，各個TETRA集群基站均通過有線傳輸鏈路連接到集群交換控制中心。在降級備用系統(tǒng)條件下，不存在集群交換控制中心，所有集群基站都工作在單站集群模式下；若要接入TETRA基站，常見的方式是通過有線方式直接連接和控制基站，但是控制中心與基站通信采用的協議為私有協議，不向第三方公開的。因此，有線接入方式在降級備用系統(tǒng)設計時不可行。降級備用系統(tǒng)通過SAR接入基站，降級備用中心設備通過有線傳輸鏈路連接到SAR，然后通過SAR以無線方式接入基站，進而建立各基站下移動臺的通信（如圖1所示）。

在降級備用系統(tǒng)中，SAR是降級備用中心與各基站下的車載臺，以及手持臺通信的中繼轉發(fā)設備。物理連接方面，SAR通過RS422數據接口及4線音頻接口，經傳輸系統(tǒng)連接到降級備用中心的設備；在編組方面，SAR內部需編入降級備用系統(tǒng)專用通話組，并啟動通話組掃描；在接收外部控制管理方面，下行方向接收備用控制中心的控制命令完成轉組、開關掃描、PTT（一按就通話）鍵操作等動作，上行方向將接收到的同基站下用戶呼叫信息發(fā)送給備用控制中心。

圖1 降級備用系統(tǒng)接入基站原理示意圖

SAR接入集群基站方式避開了分析基站接口私有協議的大量工作，直接通過空中接口接入TETRA集群基站，而該空中接口是符合TETRA標準的，也是TETRA的內部接口。

SAR需要在降級備用系統(tǒng)的控制下才能完成中繼轉發(fā)工作。為了接收命令，SAR是在集群標準電臺（設置于車控室的固定電臺）上開發(fā)實現的。在電臺上，集群廠家向第三方開放了一種稱為SB 9600的接口和協議。通過該接口可以實現對電臺的多種操作和控制。SAR通過一套固件程序與SB9600接口進行通信。

4 降級備用系統(tǒng)的構成與實現

4.1 降級備用系統(tǒng)的構成

降級備用系統(tǒng)由備用中心設備和若干套SAR、車載臺（含備用功能）、手持臺，以及若干個單站集群模式下的MTS基站等組成。其中，備用中心設備包括：中心控制機，服務器（包括軟、硬件），備用調度臺（包括軟、硬件），音頻接口設備，RS422接口轉換設備，網絡設備等。降級備用系統(tǒng)的組網結構如圖2所示。其中主要設備的功能如下。

1）中心控制機功能：話音接續(xù)，接收服務器控制命令并處理。

2）服務器功能：對SAR、中心控制機進行控制，監(jiān)視設備狀態(tài)，為備用調度臺提供信息服務。

3）SAR功能：在服務器人工遠程操作控制下轉入備用通話組，啟動通話組掃描；接收和處理調度臺指令，并對調度臺指令作出回應；向調度臺發(fā)送所屬基站下手持臺、車載臺的呼叫信息；接收調度臺語音，并通過無線鏈路發(fā)送給基站下的手持臺、車載臺；通過無線鏈路接收基站下手持臺、車載臺的語音，并傳送給相應調度臺。

圖2 地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)組網結構示意圖

4）音頻接口設備功能：采用插卡方式安裝在調度臺計算機主機內，提供調度員操作接口；通過MIC（話筒）接收調度員話音，并發(fā)送給中心控制機；接收中心控制機的上行話音，并通過選中（或非選中）喇叭播放給調度員；提供錄音輸出接口，將MIC輸入音頻，選中喇叭音頻輸出給錄音設備；向調度臺計算機發(fā)送PTT按鍵信息。

5）調度臺設備功能：為備用系統(tǒng)調度員提供人機界面，供調度員完成對列車、移動作業(yè)人員的基本調度指揮。

4.2 降級備用系統(tǒng)功能的實現

降級備用系統(tǒng)在主用中心集群交換設備癱瘓或控制中心不能按時投入使用時啟用。

主用控制中心與備用控制中心采用人工切換。正常情況下，備用控制中心處于關閉狀態(tài)。當主用控制中心設備出現故障無法使用時，可人工開啟備用系統(tǒng)，啟用備用控制中心；當主用控制中心恢復正常后，可人工關閉備用系統(tǒng)，重新開啟主用控制中心系統(tǒng)。地鐵專用無線通信系統(tǒng)中的車載臺、手持臺在人工控制下完成主、備模式切換，SAR在備用系統(tǒng)服務器人工遠程操作控制下完成主、備模式切換。下面重點闡述降級備用呼叫功能的實現過程。

1）上行呼叫（移動臺呼叫調度臺）過程：在移動臺上直接按下PTT鍵，將移動臺呼叫使用的通話組、移動臺ID首先通過無線鏈路發(fā)送給所屬基站下的SAR；SAR獲取這些信息后進行協議轉換再轉發(fā)給服務器；服務器分析上行呼叫信息，然后同時將信息下發(fā)給中心控制機和相關調度臺；中心控制機立即建立相關SAR到調度臺的話音通道，調度臺收到服務器的信息后在界面上顯示出主叫方信息。在移動臺上按下PTT鍵后無需等待系統(tǒng)確認信息即可通話，產生話音流，話音首先通過無線鏈路發(fā)給所屬基站下的SAR；SAR再通過中心控制機已經建立的話音通道傳送給相關調度臺。上行呼叫過程示意圖見圖3所示。

圖3 上行呼叫過程示意圖

2）下行呼叫（調度臺呼叫移動臺）過程（見圖4）：調度臺首先發(fā)送下行呼叫指令給服務器，服務器進行指令解析后同時將指令下達給中心控制機及所有SAR；中心控制機負責完成調度臺到所有SAR的音頻通道建立，所有SAR根據指令中的通話組信息轉組到該通話組，關閉組掃描，中心控制機和所有SAR完成指令要求的工作后，回復確認信息給服務器；服務器進而將信息轉給調度臺，然后調度臺即可按下PTT鍵講話，產生話音流，調度臺話音首先傳送給中心控制機；中心控制機通過前面已建立的話音通道將調度臺話音轉發(fā)給所有SAR；然后SAR即可將話音下發(fā)給指定移動臺。

圖4 下行呼叫過程示意圖

值得一提的是，與主用系統(tǒng)相比較，備用系統(tǒng)不提供派接呼叫功能、多選呼叫功能、私密呼叫功能、有線電話互聯功能，以及與短數據通信相關的功能等。

5 結語

降級備用系統(tǒng)通過遠程控制SAR接入集群基站的方式，使技術實現上相對簡單，以較少的代價有效彌補了TETRA故障弱化功能的不足，提高了地鐵無線調度指揮的可靠性；同時也為地鐵運營單位應對危機突發(fā)情況、反恐、防災等提供了重要技術保證。因此，降級備用系統(tǒng)具有較高的實際應用價值。

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