福州地鐵1號線專用無線通信系統的設計

【摘要】根據福州地鐵1號線無線指揮調度通信的需求，設計了福州地鐵1號線專用無線通信系統的網絡結構，并對設備性能、系統功能以及技術特點進行了詳細分析。

【關鍵詞】福州地鐵專用無線通信系統網絡結構

中圖分類號：TN929.52文獻標識碼：B文章編號：1006-1010（2014）-16-

[Abstract]According to the requirements of radio control and command communication for Fuzhou Metro Line1， the network structure of the dedicated radio communication system for Fuzhou Metro Line1 is designed in this paper， and the equipment characteristics， system functions and technical features are described in detail.

[Key words]Fuzhou metro dedicated radio communication system network structure

1 引言

近年來，國內地鐵發展和建設非常迅速。作為福建省的行政中心和省會城市，福州規劃了9條地鐵線路，其中軌道交通1號線已經開工建設，并將于2015年底投入試運營。

地鐵通信系統是整個地鐵建設中必不可少的一個環節，而專用無線通信系統作為地鐵中列車調度、車輛調度、防災調度、環控調度必不可少的無線通信手段，在整個地鐵的無線調度中承擔著至關重要的任務，決定了地鐵無線調度是否能夠穩定有序地進行。

2 福州地鐵專用無線通信系統的用戶需求

福州市軌道交通1號線專用無線通信系統采用800MHz TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陸地集群無線電）數字集群調度系統，為地鐵運營的固定用戶（控制中心及車輛段調度員、車站值班員等）和移動用戶（列車司機、防災人員、維修人員）之間的語音、數據信息交換提供可靠的通信手段，對行車安全、提高運輸效率和管理水平、改善服務質量提供了重要保證；同時，當地鐵運營出現異常情況、有線通信出現故障時，亦能迅速提供防災救援和事故處理等指揮所需要的通信手段。

2.1 通信功能需求

福州軌道交通1號線專用無線通信系統應具有語音呼叫、數據傳輸、系統調度控制以及系統安全功能。

（1）語音呼叫功能主要包括組呼、個呼、系統全呼、緊急呼叫、呼叫優先、預占優先呼叫、有線/無線互聯呼叫、背景組/通播組呼叫、調度授權呼叫、語音優先、呼叫保持、PABX電話組呼、快速呼叫、超出服務區指示、呼入呼出限制（呼叫限制）、呼叫提示、優先級排隊、用戶級別、發射禁止（發射關閉）、直通模式等功能。

（2）數據傳輸功能主要包括狀態信息傳輸、SDS（Short Data Service，短數據業務）傳輸、IP分組數據傳輸等功能。狀態信息傳輸用于發送頻繁使用的某些信息，狀態信息的長度只有16bit（65536個不同的值），其中（即32768個信息被預留）用于不同的應用需求，而其余的用于TETRA數字集群系統的標準需求。TETRA數字集群系統能夠在狀態信息被存儲到系統數據庫之后，向終端發送確認信息。用戶不同應用的狀態信息不存儲在數據庫中，可被用于向一個用戶終端發送信息。TETRA數字集群系統僅作為這些狀態信息的服務載體。SDS傳輸可以保證在無線終端之間或無線終端與調度臺之間發送信息，無線終端可以同時參與短數據信息傳輸和話音呼叫。IP分組數據傳輸可提供IP數據報的傳送，分配給用戶的IP地址可以是靜態的或動態的。

（3）系統調度控制功能主要包括動態重組、基站區域呼叫、區域選擇、通話限時、自動重撥、遲后進入、移動終端遙斃/復活、監聽、環境偵聽、強拆/強插、通話組掃描、優先掃描/優先監視、主叫/被叫顯示限制、講話方識別顯示、縮位尋址、呼叫限制、超出服務區指示、二次撥號等功能。

（4）系統安全功能主要包括雙向鑒權、鑒權密鑰管理以及對移動終端的遙斃/復活等功能。

2.2 覆蓋需求

福州地鐵1號線專用無線通信系統采用多基站小區制方案，在沿線的22個車站設置22套集群基站，車輛段和停車場各設置1套集群基站。全線共設置24套集群基站，完成對全線車站、區間、車輛段和停車場的無線場強覆蓋。

專用無線通信系統對區間（包括地下隧道區間、地面區間及高架區間）的覆蓋采用漏泄同軸電纜方式，上、下行線路各敷設1條漏泄同軸電纜，車站站臺采用漏泄同軸電纜+天線方式，站廳、出入口、車輛段、停車場采用天線覆蓋方式。

3 專用無線通信系統的組成

福州地鐵1號線專用無線通信系統采用TETRA數字集群技術體制，由控制中心設備、車站設備、車輛段/停車場設備以及無線終端組成。其網絡結構如圖1所示：

（1）控制中心

控制中心設置TETRA數字集群中心交換設備、鑒權服務器、計算機輔助調度服務器（主備配置，冗余熱備）、中心無線集群網管（二次開發網管）等。

（2）車站設備

車站設備由2載頻基站、車站值班員固定臺、車站天饋單元、值班人員便攜臺等組成。

（3）車輛段/停車場

車輛段/停車場設備主要由2載頻數字集群基站、車輛段/停車場遠端調度臺和固定臺、車輛段/停車場鐵塔及天饋單元組成。

TETRA數字集群交換機是專用無線通信系統核心，與無線系統其他設備之間通過不同的接口相連。基站通過E1接口與TETRA數字集群交換機連接，調度臺通過E1接口與TETRA數字集群交換機連接，TETRA數字集群網管系統通過E1和RS232與TETRA數字集群交換機連接。endprint

各基站與控制中心交換機之間采用點對點星型連接的方式，基站與交換機的傳輸通道類型為標準的E1通道、2Mbit/s、G.703/G.704，不需要通過外接的接口轉接器轉接，減少了中間環節，設備的可靠性也得到了強有力保障。

為實現系統所需要的功能，專用無線通信系統設備還需要與通信系統內部其他子系統以及外部系統相連，例如：傳輸子系統、公務電話子系統、專用電話子系統、時鐘子系統、電源子系統、集中網管子系統、車輛系統、信號ATS系統、綜合監控系統等。

4 專用無線通信系統的設計

4.1 交換中心的設計

交換機是TETRA數字集群網絡的核心，其性能和可靠性直接決定整個TETRA數字集群網絡的性能和可靠性。福州地鐵1號線專用無線通信系統采用AIRBUS公司的DXT（Digital Exchange for TETRA，TETRA數字交換機），該交換機基于先進的DX200容錯平臺，具有冗余度、性能可靠、處理能力強、無單點故障等優點，采用高度模塊化和高度集成化的設計，其他系統交換中心的主要網元均只相當于DXT交換機的功能模塊。

福州地鐵DXT交換機內部板塊采用冗余備份部署，支持2n和n+1的熱備份方案，一旦單元故障，備用單元自動取代故障單元，保持系統正常工作，不會引起中斷或服務中斷。主要部件包括CMM（呼叫控制及中央內存單元）、GSWB（交換單元）、OMU（操作和維護單元）、CLSU（時鐘和同步單元）、CLAB（時鐘和告警緩沖單元）、MB（信息總線），局域網交換機ESB24和電源模塊均采用2n備份熱備方式，CCSU（公共信令信道單元）、接口單元ET16/ET2E采用n+1備份。DXT交換機的構成如圖2所示：

DXT交換機采用分布式多處理器結構交換機，具有大數據量處理能力，保證在通信繁忙的重負荷下仍能可靠、快速建立呼叫；同時，還具備實時故障自動檢測及恢復功能，確保主用單元發生故障時自動切換到備用單元。

冗余設計、自動監控、告警檢測、自愈和結構管理系統保障了TETRA系統的不間斷運行，即使DXT交換系統內部發生單點故障，也不會引起運行的中斷。

4.2 基站系統的設計

福州地鐵專用無線通信系統的基站采用AIRBUS公司的TETRA TB3（第三代EADS基站）基站，該基站在數字處理技術和射頻技術等方面采用了全新設計，具有高可靠性和易于升級等特點，無線覆蓋性能好，能夠用較少的TB3基站滿足覆蓋要求。

TB3基站的構成如圖3所示：

TB3基站采用了多種冗余設計，基站最多可支持8個載波單元（收發信機），載波單元可相互備份，當1個載波單元出現故障時，不會影響基站的正常工作。MCCH（Main Control Channel，主控制信道）也設置成多級備份，一旦帶MCCH的載波單元出現故障，MCCH可以自動調整到另外的載波單元上，即將系統第一個載波的第一時隙設為控制信道，當該載波出現故障時，基站根據預先設定的優先級算法，自動選取1個工作正常載波的第一時隙作為新控制信道。

基站內部設置傳輸鏈路接口，提供4個E1接口，便于鏈路冗余并可以支持多種拓撲結構。基站控制器熱備冗余，當主用基站控制器故障時，基站自動切換到備用基站控制器。

AIRBUS公司的TETRA基站還能提供增強型單站故障弱化功能，當基站與交換機通信中斷時，仍能為本基站內的用戶提供基本的通信服務。

5 技術特點

福州地鐵1號線專用無線通信系統充分借鑒了國內外很多地鐵網絡的系統建設和運維經驗，在建設過程中綜合運用了多種技術手段保證網絡的可靠性和先進性，其主要技術特點如下：

（1）系統可靠性高

核心系統建立在高級冗余容錯平臺上，系統中主要和重要的功能部件全部采用冗余備份方式，能夠提供最高的可靠性。核心交換機模塊冗余熱備，無單點故障，多級時鐘機制能夠保證系統的安全穩定運行。

（2）用戶通信遠程控制能力

該系統主要用于無線用戶指揮調度，當發生大型勤務或緊急情況導致大量無線用戶集結時，需要應急措施來保障無線用戶的通信不中斷。因此，用戶通信遠程控制能力在很大程度上決定了用戶的運維工作量、成本以及能否很好地應對緊急情況下的調度需求。

系統具有用戶通信遠程控制能力，除了國家號、網絡號、終端號等幾個最基本的通信參數需要在終端中編程外，其他絕大多數通信參數均可以通過調度臺在系統側進行配置。當需要修改終端參數時，不需要回收終端重新進行編程，極大地減少了終端編程的工作量，用戶對通信參數的修改也非常方便和快捷，大量參數可針對不同地鐵線路（虛擬網）設定，無需針對單一用戶一一設定，也可針對無線用戶批量設定參數，配置及修改方便迅速。

（3）遠程運行維護能力

該系統的TB3基站可以提供超過30個外部告警輸入端子，可以支持對機房的門禁、空調、煙感進行環境監測，從而實現基站機房的完全無人值守；專用無線通信系統具有軟件遠端升級下載功能，即從控制中心一點可以遠程向基站、調度臺、API服務器下載升級軟件，無需訪問基站站點便能完成整個升級過程，并保證網絡在極短時間內達到同一功能水平。基站采用自動調諧合路器支持從控制中心遠程對基站頻率進行調整，保證后期靈活的網絡優化及干擾調整。

（4）強大平滑的系統擴容能力

該系統采用靈活的結構設計，可方便地進行網絡升級和擴展；具有高度模塊化的結構，可以提供擴展功能，以滿足不同話務容量和用戶容量的需求。在升級過程中，只要在現有硬件上加入新的模塊和軟件即可，整個升級過程不僅容易而且也很經濟。此外，系統還支持遠端軟件升級，即從控制中心一點可以遠程向基站、調度臺、API服務器下載升級軟件，無需訪問站點便能完成升級，例如：當夜間進行軟件升級時，使所有站點能在較短的時間內工作在統一的軟件版本，不會對整個系統的調度指揮造成影響。

6 結束語

本文描述了福州地鐵1號線專用無線通信系統的建設情況，由于福州地鐵建設較晚，專用無線系統中的核心設備已經在國內外很多地鐵項目中得到廣泛應用，故而福州地鐵建設起點較高。未來福州地鐵將進一步跟蹤、借鑒和吸納TETRA業內最新的技術發展及研究成果，以保證福州軌道交通專用無線通信系統的技術先進性和持續發展。

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作者簡介

林威：高級工程師，現任職于福州市城市地鐵有限責任公司機電部，主要從事城市軌道交通無線通信系統的建設和管理工作。endprint