城軌無線通信系統(tǒng)改造方案研究

王 平

（大連地鐵運營有限公司，116021）

?

城軌無線通信系統(tǒng)改造方案研究

王 平

（大連地鐵運營有限公司，116021）

摘要：城軌無線通信系統(tǒng)在城市道交通的列車運營和日常管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，本文以大連快軌三號線無線系統(tǒng)改造工程為例，對在軌道交通行業(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)進行研究對比。

關(guān)鍵詞：無線通信；GSM-R；TETRA；NEXEDGE

軌道交通的運營離不開大量信息的交互,其中專用無線通信系統(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)與流動人員(司機、維修人員、列檢人員)間及流動人員相互之間的通話及數(shù)據(jù)傳輸問題，是提高運輸效率、確保行車安全及應對突發(fā)事件的必要手段。在城市軌道交通的列車運營和日常管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1　方案研究

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

目前國內(nèi)軌道交通行業(yè)大多采用以下幾種無線通信制式：模擬專用信道、模擬集群、數(shù)字集群。而隨著社會的發(fā)展、科技的進步，模擬系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)的應用已寥寥無幾，只有少數(shù)早期修建，還未進行系統(tǒng)升級改造的線路能見到模擬專用信道系統(tǒng)的應用。而幾乎所有新建及進行過系統(tǒng)升級改造的線路都采用了抗干擾能力更強、頻率利用率更高、實現(xiàn)功能更強大、擴容性更好的數(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。還有在國內(nèi)軌道交通沒有過應用，但功能上完全能夠滿足需要的健伍NEXEDGE系統(tǒng)。

大連快軌三號線現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)于2002年10月開通，是一套采用模擬專用信道的系統(tǒng)，分為列調(diào)子系統(tǒng)、維修子系統(tǒng)和車輛段子系統(tǒng)，全線設置三個基站。總體來看，當初大連快軌的無線通信系統(tǒng)采用的專用信道的方式，不論從建設成本、系統(tǒng)功能上都比較合理，但由于設備的多年運行，部分設備老化，加之周邊環(huán)境出現(xiàn)較大變化，影響到了場強的覆蓋。另外，按照國家對加快無線通信系統(tǒng)數(shù)字化進程的要求，現(xiàn)有設備急需進行升級改造，以適應未來軌道交通運營的更高要求。

GSM-R（GSMforRailways）系統(tǒng)是在GSM技術(shù)基礎上專門為鐵路通信設計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)。它在GSMPhase2+的規(guī)范協(xié)議的高級語音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優(yōu)先級搶占和強拆業(yè)務的基礎上，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用調(diào)度通信的需要。主要提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護維修作業(yè)通信、應急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動控制與檢測信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，并可提供列車自動尋址和旅客服務。GSM-R在國內(nèi)更適合于鐵路的應用，無論從建設成本還是實際應用方面考慮，GSM-R都不適合大連快軌三號線的無線通信系統(tǒng)改造。

TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在各國的地鐵、輕軌等城市交通領(lǐng)域有大量的應用；TETRA是基于TDMA（數(shù)字時分多址）技術(shù)的專業(yè)移動通信系統(tǒng)，它的優(yōu)勢是通過中繼臺將信道容量增至模擬系統(tǒng)的兩倍。一臺中繼臺承擔兩臺中繼臺的工作，減少硬件設備的投入。不足之處在于它將信道分為了兩個時隙，實現(xiàn)信道容量的增容和頻譜利用率的提高需要借助中繼臺，否則手持臺和車載臺在12.5KHz信道下只能傳輸一路語音或者數(shù)據(jù)；在同一時隙里，不能實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)同傳；TDMA方式下，時隙間阻止數(shù)據(jù)沖突所需的保護時間會使系統(tǒng)覆蓋面積和單間隙有效數(shù)據(jù)傳輸率減少。可實現(xiàn)鑒權(quán)、空中接口加密和端對端加密。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)同時還具有虛擬專網(wǎng)功能，可以使一個物理網(wǎng)絡為互不相關(guān)的多個組織機構(gòu)服務。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)具有豐富的服務功能、更高的頻率利用率、高通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式，許多新的應用（如車輛定位、圖像傳輸、移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫查詢等）都已在TETRA中得到實現(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)接入點不同TETRA基本業(yè)務可劃分為承載業(yè)務和用戶終端業(yè)務。TETRA 支持的用戶終端業(yè)務包括：單呼（點對點）、組呼（點對多點）、應答組呼、廣播呼叫（單向點對多點）以及上述各種情況的明話或密話。TETRA支持的承載業(yè)務包括：分組數(shù)據(jù)、電路數(shù)據(jù)。

可見從功能及行業(yè)應用來說，TETRA是個非常合適的選擇，但當前主要的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，這些國外產(chǎn)品本身價格較高，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，設備數(shù)量大幅度增加，改造成本會非常昂貴，仍不適合現(xiàn)階段大連快軌無線通信系統(tǒng)的改造。

NEXEDGE系統(tǒng)是建伍公司最新開發(fā)的全數(shù)字化專業(yè)無線通信系統(tǒng)。采用最先進的語音編碼技術(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,不需借助中繼臺也能實現(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，使整機獲得了良好的接收靈敏度，通信距離優(yōu)于當前的模擬通信系統(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)量相對少，電臺通信距離遠，投資相對節(jié)省，而且便于維護。特別適合特殊情況下的應急通信使用。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，通話延遲時間短，用戶不易察覺，操作容易掌握，不會有不習慣的感覺。

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

2　總結(jié)

可見，NEXDEGE作為一套數(shù)字集群系統(tǒng)從功能上完全能夠滿足大連快軌三號線的要求，雖然其設備也是國外產(chǎn)品，單個設備價格較高，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，所以工程總價相對于TETRA等系統(tǒng)要低很多。

綜合考慮，大連快軌三號線的無線通信系統(tǒng)改造方案可選擇NEXDEGE多基站系統(tǒng)。該方案在國內(nèi)雖沒有應用案例，但在北美地區(qū)已有多個成功案例。當然，具體實施還要經(jīng)過全面考察、測試才能最終定論。

參考文獻

[1]林浩，淺談GSM-R系統(tǒng)技術(shù)分析及在我國鐵路通信中的具體應用[J]，中國高新技術(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系統(tǒng)運行與維修[M]，北京：中國建筑工業(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