城市軌道交通TETRA集群無線通信系統

蔣萌

（中鐵四局集團電氣化工程有限公司電務分公司 安徽合肥 230000）

城市軌道交通TETRA集群無線通信系統

蔣萌

（中鐵四局集團電氣化工程有限公司電務分公司 安徽合肥 230000）

隨著城市現代化進程的加快，傳統形式的交通系統與管理方式已然不能滿足要求，交通擁堵、故障頻仍已經成為大中型城市現代化進程中屢見不鮮的現象。無線通信技術的快速發展促進人與人之間便捷溝通的同時，也推動了現代化城市軌道交通的不斷改善。本文立足于日新月異的無線通信技術領域，結合當前現代化城市軌道交通發展現狀，進一步探討了TETRA集群無線通信系統在城市軌道交通中的有效應用與發展前景。

TETRA；集群；無線通信；軌道交通

隨著現代社會經濟的不斷發展，人民的生活水平和精神追求也逐漸提高，出行交通問題也不例外。尤其是在諸如北京、上海、廣州、深圳等的大城市，大量務工及其他外來人口的涌入，進一步加大了現代化城市的交通調度與管理的難度。但隨著科技水平的不斷提高，無線通信技術的蓬勃發展與廣泛應用已經在一定程度上有效提高了交通資源的利用率，降低了交通擁堵的程度和交通事故發生的頻率，比較全面可靠地促進了城市軌道交通的不斷發展，保障了人民日常出行的便利與安全。

1 無線通信系統發展概況

無線通信作為當前發展最快的通信技術之一，從基于蜂窩概念和模擬制式的第一代移動通信系統的產生，到數字傳輸方式與以時分復用接入（Time Division Multiple Access，TDMA）為標志的第二代移動通信技術的大力發展，乃至以碼分復用多址接入技術（Code Division Multiple Access，CDMA）與多媒體技術為支撐的第三代移動通信系統，每一次概念的提出和技術的突破，都強有力地推動了無線通信技術的大力發展。

傳統無線通信技術的快速發展也促進了對該領域技術的進一步研究。近年來，適用于無線通信系統的研究成果層出不窮，包括適用于物理層的TDMA、頻分復用接入（Frequency Division Multiple Access，FDMA）、空分復用接入（Spatial Division Multiple Access，SDMA）以及波分復用接入（Wavelength Division Multiple Access，WDMA）等技術與適用于媒介接入控制（Medium Access Control，MAC）層的載波偵聽多址接入（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）等技術的提出與不斷完善不僅在很大程度上提高了無線通信系統的傳輸速率與通信容量，也有效保障了無線通信傳輸的安全性與可靠性能。

隨著傳統無線通信技術的快速發展，其應用范圍也迅速突破了傳統的運營商領域。通過與各行各業具體的應用需求相結合，無線通信系統逐步滲透到各行各業，并在各個領域發揮著不可小覷的作用。隨著現代化城市的快速發展，城鎮人口的迅速增加，人民的日常出行已經成為衡量一個城市生活水平的重要標志之一。通過與城市軌道交通系統的有效結合，無線通信系統已經為城鎮人民的日常出行提供了強有力的技術支撐。

2 城市軌道交通的現狀與瓶頸

隨著社會經濟水平的不斷提高以及城鎮人口的迅速增加，地鐵等各種軌道交通已經逐步成為大中城市居民出行的首選交通工具。然而，隨著城市軌道交通的日益興起，軌道交通系統的合理調度與有效運營等工作也為市政及相關人員帶來了不容忽視的挑戰。城市軌道通系統正常穩健的運營離不開大量相關信息的交互，專用的通信系統是必不可少的。因此，便捷的無線通信調度系統是提高運輸效率、確保行車安全及應對突發事件的必要手段。城市軌道無線通信系統是一個接口復雜、可靠性要求較高并且專用性很強的多功能調度系統。結合城市軌道交通系統的基本要求，適用于該系統的無線通信系統應滿足對于軌道列車、站務人員、的集中統籌調度、沿線列車運行基礎保障設施的防災、環境控制等信息的傳輸與反饋等功能。同時，城市軌道無線通信系統還應具有諸如調度不同車次、通過機車臺對列車的信息進行及時廣播等。由此可知城市軌道交通特有的特點及其無線通信系統的必須功能亟需一套因地制宜的無線通信系統來保障其能夠合理地完成軌道車輛的合理調度與控制，從而有效保障城市軌道交通的順利管制與人民日常出行的安全與便利。

3 TETRA數字集群通信系統在城市軌道交通中的應用

早期的城市軌道交通無線調度通信系統均采用專用信道來解決，如北京和上海的一號線等。后來，集群技術使采用一個無線移動通信系統實現列車運行調度和公安、維修、環控等功能成為可能，自此以后，城市軌道交通無線系統均優先采用集群調度通信系統。如廣州地鐵二號線和北京輕軌等采用了TETRA（Terrestrial Trunked Radio）數字集群系統。TETRA為歐洲電信標準協會（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）批準的數字集群標準，為我國四大數字集群標準之一。TETRA除了具有一般數字集群系統的特點外，在話音功能、數據服務、系統容量等方面具有比較明顯的優勢，已成為我國數字集群共網系統普遍采用的技術標準。

3.1 系統組成

隨著傳統通信技術的逐步進步，各個領域的學者已經將最初的通信技術廣泛應用于規劃和有效調度城市軌道交通系統。該系統以信息網絡為基礎，具備傳統無線通信系統的基本功能，可支持話音、數據和圖像的傳輸，同時結合城市軌道系統的特殊需求，由系統控制中心對其他分系統進行調度，如通過列車自動控制系統統一安排列車的出發時間并實時監控列車運行狀態，通過車場管理系統進一步安排進站列車的停放與安檢工作，通過環控調度系統實時監控軌道交通系統運行環境等。總而言之，城市軌道無線通信系統通過控制中心進一步調用子系統從而實現對于各個模塊的逐級協調，滿足城市軌道無線調度指揮的功能。

圖1 軌道交通無線通信系統的組成

3.2 TETRA工作原理

TETRA是由ETSI制定的，采用TDMA技術與π4-DQPSK的調制方式，調制速率為36kbps，話音編碼方式為ACELP編碼，編碼速率為4.8kbps，采用基于時隙的ALOHA接入方式。其工作原理主要有以下三種：

（1）語音Voice+數據Data（V+D）

該模式同時支持話音、數據和圖像的傳輸，數據傳輸速率為7.2kbps、14.4kbps、21.6kbps、28.8kbps，（一般電路模式）或者4.8kbps、9.6kbps、14.4kbps、19.2kbps（保護型電路模式）。

（2）分組數據優化（Packet Data Optimization，PDO）

該模式只支持分組數據通信，為優化數據傳輸方式，最大傳輸數據速率為36.6kbps，有效數據傳輸速率為28.8kbps。主要應用于電子信箱、快速管理信息的調度、遠端數據基本接入、計算機文件傳輸、視頻和多媒體等方面。

（3）直接模式通信（Direct Mode Operation，DMO）

該模式主要是指兩個或者多個移動臺之間直接進行通信。在該模式下，兩個或多個移動臺之間的通信可不經過上層網絡的轉發，可在沒有TETRA或信號微弱的地方使用，進一步提高系統的容量。

3.3 TETRA組網方案

現代化城市的軌道無線通信系統應采用多基站小區制組網方案，以某城市環線為例，采用13個射頻直放站及8個基站組成了一個綜合智能的網絡系統。如圖2所示，該系統主要由4個部分組成，分別為基站、移動臺設備、信號分配單元和中央控制單元。

基站設備主要包括TETRA基站控制器、無線收發信機、GPS收發天線、環境告警系統、射頻分配系統。

移動臺設備包括如圖所示的無線車載臺等。

信號分配單元主要包括上述的射頻直放站、功分器、電纜、天線。

中央控制單元主要包括區域控制器、音頻交換機、碼變換器、基站連接復用器、短數據路由器、網絡管理系統、故障管理系統及調度臺系統等。

3.4 TETRA集群無線通信系統的優缺點

TETRA集群無線通信系統是一種既可用于專網（PMRS）又可用于公網（PLMR）的開放式數字集群標準，可提供支持話音、圖像、電路數據、短數據信息、分組等業務的直接模式通信，采用時分多址技術，具有兼容性好、開放型好、頻譜利用率高和保密功能強等優點，是當前比較先進有效的集群系統。

圖2 某城市環線TETRA無線通信系統示意圖

與其他數字集群系統相比，該系統主要具備以下優點：

（1）標準公開，具有廣泛的支持性；

（2）支持多變靈活的直通方式；

（3）可適應各種業務要求；

可同時傳輸數據和語音，采用時分多址技術，具有強大的數據傳輸功能，很容易在系統中加入GPS等特殊使用功能；

（4）靈活的系統加密方式；

既可以采用空中加密方式，也可以采用端到端的加密方式；加密算法可采用TETRA標準的加密算法，也可以采用用戶自己的算法，加密端口公開，方便特殊用戶增加硬件加密電路；

（5）更容易組件大型專網和公網系統；

（6）可平滑過渡到下一代通信系統。

雖然TETRA集群無線通信系統具有上述諸多其他數字集群系統無法比擬的優點，但是不同廠家聲場的TETRA系統設備還不能實現網間的互聯，不同廠家設備的兼容性也有待提高。

4 結語

現代城市軌道交通作為大容量快速交通系統，已經成為當前衡量一個城市現代化進行的重要標志，在整個城市客流運輸中起到了愈發重要的作用。TETRA數字集群無線通信系統以其獨特的優勢已經成為城市軌道交通無線系統當仁不讓的標準制式，有效改善了城市軌道交通無線通信系統的劣勢，提高了該系統頻率的有效利用率，為城鎮居民的日常出行提供了便利和有效的安全保障。

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