大連地鐵專用無線系統(tǒng)設(shè)計

王 笑

(大連地鐵運營有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

大連地鐵是近幾年快速發(fā)展的城市地鐵之一。2015年，大連地鐵1、2號線相繼開通；2022年，大連地鐵13號線正式運營；未來，大連還有地鐵5號線、地鐵4號線要相繼開通，從而方便大連市民的日常出行。對于大連地鐵，通信專業(yè)是地鐵的重要專業(yè)，通信專業(yè)的專用無線系統(tǒng)更是通信專業(yè)的重要系統(tǒng)之一。以大連地鐵1、2號線為例，專用無線系統(tǒng)采用的是摩托羅拉的核心設(shè)備，二次開發(fā)則是采用河北遠(yuǎn)東哈里斯的產(chǎn)品。截至目前，地鐵1、2號線專用無線系統(tǒng)整體運行比較穩(wěn)定，為大連地鐵的安全運營提供保障[1]。

1 大連地鐵專用無線系統(tǒng)介紹

大連地鐵專用無線系統(tǒng)由前端和后臺設(shè)備組成，前端設(shè)備包括指揮中心的行車調(diào)度臺、車站車控室的固定臺、維修人員的手持臺、司機(jī)使用的車載臺以及其他相關(guān)附件(天饋設(shè)備、漏纜等)；后臺設(shè)備由控制中心的MSO設(shè)備、車站的基站設(shè)備以及相關(guān)服務(wù)器組成。

1.1 前端設(shè)備

行車調(diào)度臺的功能就是指揮中心的行調(diào)人員與司機(jī)進(jìn)行實時通話，所謂行車調(diào)度臺就是一臺電腦，安裝了相關(guān)的行調(diào)軟件，可以在行調(diào)軟件上選擇不同的列車，點擊列車與司機(jī)進(jìn)行實時溝通。車站車控室的固定臺主要是確保車站調(diào)度人員與司機(jī)進(jìn)行實時溝通。如果指揮中心下放站控，那么車站調(diào)度人員就能與司機(jī)進(jìn)行站管區(qū)呼叫，從而確保車站調(diào)度人員可以與司機(jī)進(jìn)行站管區(qū)的聯(lián)系。司機(jī)使用的車載臺是一臺移動的固定臺，功能是與行調(diào)人員進(jìn)行實時溝通，是司機(jī)的主要溝通工具。維修人員的手持臺則是類似于移動手機(jī)，日常維修人員可以在地鐵內(nèi)任何位置通過手持臺進(jìn)行溝通和聯(lián)系，從而確保設(shè)備維修的及時性[2]。

1.2 后臺設(shè)備

控制中心的MSO是專用無線系統(tǒng)的“大腦”，是主要的中心處理器，主要對交互信息進(jìn)行處理，通過收發(fā)數(shù)據(jù)來完成數(shù)據(jù)的傳輸。車站的基站是每個車站的“小腦”，可以接收“大腦”MSO的數(shù)據(jù)發(fā)送，從而將這些數(shù)據(jù)在地鐵內(nèi)擴(kuò)散出去，確保每一臺前端設(shè)備接收到數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)反饋給用戶。另外，隧道內(nèi)的專用無線信號采用的是漏纜的方式進(jìn)行鋪設(shè)，保障隧道內(nèi)的無線信號；車站站廳、站臺的無線信號則是采用天饋設(shè)備進(jìn)行信號覆蓋，利用定向天線對站廳、站臺、設(shè)備區(qū)進(jìn)行無死角的無線信號覆蓋，確保無線設(shè)備的可用性。對于一些特殊的隧道，即3 km以上的隧道或者轉(zhuǎn)角比較大的隧道，需要采用遠(yuǎn)端直放站的形式進(jìn)行信號覆蓋，這樣確保整個地鐵區(qū)域沒有任何無線信號死角，真正保障地鐵專用無線系統(tǒng)的穩(wěn)定使用[3]。

2 大連地鐵專用無線系統(tǒng)設(shè)計

大連地鐵專用無線系統(tǒng)采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，控制中心采用MSO核心設(shè)備。通過傳輸系統(tǒng)將MSO核心設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行每一個車站的傳輸，每個車站的基站再通過傳輸系統(tǒng)將控制中心下發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理，再通過饋線傳送到區(qū)間的漏纜以及站廳、站臺的定向天線，從而實現(xiàn)車站、隧道所有地鐵區(qū)域的無線信號覆蓋[4]，具體如圖1所示。

圖1 大連地鐵1、2號線專用無線通信系統(tǒng)

3 抗干擾分析及措施

3.1 同頻干擾

同頻干擾就是各基站的頻點存在相同，從而導(dǎo)致相同頻率下的干擾，大連地鐵專用無線的頻點采用的是ABC復(fù)用的方式。如果地鐵線路只是一條線路，專用無線的頻點采用AB復(fù)用即可，但是類似大連地鐵1、2號線這樣存在著西安路換乘站，AB復(fù)用就會產(chǎn)生同頻干擾，因此采用ABC復(fù)用，在西安路換乘站的前后左右車站均采用不一樣的頻點，從而避免出現(xiàn)同頻干擾的情況[5]。

3.2 互調(diào)干擾

互調(diào)干擾的情況非常多，例如非線性的相互調(diào)制導(dǎo)致不需要副產(chǎn)品的組合頻率，這種情況就會造成發(fā)射機(jī)的互調(diào)干擾。對此，一般要保證基站的發(fā)射機(jī)互調(diào)衰減不能低于70 dB，絕對電平不大于-36 dBm。對于基站內(nèi)部的雙工器、耦合器、分路器，互調(diào)衰減都不能低于110 dB。

因相鄰信道發(fā)射的信號功率落入相鄰信道的接收機(jī)所產(chǎn)生的干擾就是鄰道干擾。一般采用兩個載頻之間必須大于10個信道間隔來消除鄰道干擾，即10×25 KHz=250 KHz。對于基站和移動臺接受鄰道抗擾性的要求，就是載波電平與鄰道干擾電平比要優(yōu)于-45 dB。

阻塞干擾也是互調(diào)干擾的一部分，即接收頻率的有一強(qiáng)干擾信號，這就是阻塞干擾。這種情況下，基本上要保持基站、移動臺的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的隔離度不能低于69 dB，可以避免阻塞干擾的發(fā)生[6]。

3.3 外電磁干擾

外電磁干擾就是TETRA集群專網(wǎng)與其他接近800 M頻段無線系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾。安裝施工要求，車站內(nèi)布置天線不能與公網(wǎng)天線支架產(chǎn)生干擾，一般公網(wǎng)天線需要與專用無線天線間距大于4.5 m[7]。

4 專用無線系統(tǒng)冗余設(shè)計

大連地鐵專用無線系統(tǒng)采用的是冗余設(shè)計，控制中心的MSO內(nèi)部采用雙服務(wù)器的冗余設(shè)計，二次開發(fā)也是采用CAD服務(wù)器A和CAD服務(wù)器B進(jìn)行雙冗余備份。此外，車站的基站采用雙電源及兩個POWER、兩個主機(jī)TSC和兩個發(fā)射機(jī)BR，任意一個設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會影響整個基站的使用。因此，這種冗余設(shè)計和備份確保了地鐵專用無線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[8]。

5 專用無線系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

通過調(diào)查了解，我國上百條地鐵幾乎70%采用美國摩托羅拉的數(shù)字集群TETRA制式，眾所周知，當(dāng)下美國與我國的貿(mào)易往來存在問題，很多核心設(shè)備及技術(shù)嚴(yán)重受限。因此，針對國產(chǎn)專用無線系統(tǒng)也是在快速研發(fā)中，河北遠(yuǎn)東哈里斯經(jīng)過多年的技術(shù)開發(fā)，推出了自主研發(fā)的Acro TETRA，其工作方式與摩托羅拉的數(shù)字集群TETRA基本相同，目前已經(jīng)在國內(nèi)多條地鐵線路試用。Acro TETRA的具體應(yīng)用優(yōu)勢如下。

(1)無需二次開發(fā)，所有設(shè)備真正采用統(tǒng)一核心、統(tǒng)一前端設(shè)備，每個基站都內(nèi)嵌了交換軟件，可以提供短數(shù)據(jù)、分組數(shù)據(jù)、電話數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)交互[9]。

(2)IP組網(wǎng)方式，通過IP鏈路可以構(gòu)成“多基站”系統(tǒng)，為用戶擴(kuò)大無線信號范圍。

(3)系統(tǒng)高度開放接口，基本上可以滿足當(dāng)下所有接口需求，更好地滿足外來系統(tǒng)的介入功能。

(4)系統(tǒng)高度國產(chǎn)化，不再受限于數(shù)字集群TETRA技術(shù)，真正實現(xiàn)核心設(shè)備的國產(chǎn)化，從而全面提升國產(chǎn)設(shè)備覆蓋率。

目前，Acro TETRA基站的頻率范圍基本上覆蓋了地鐵專用無線系統(tǒng)和地鐵警用無線系統(tǒng)使用頻率，如表1所示。因此，未來全面接管摩托羅拉設(shè)備已經(jīng)變得勢在必行[10]。

表1 基站頻率范圍

6 結(jié)語

近幾年，大連地鐵發(fā)展得非常好，幾乎每三年就有新開的線路，大連地鐵為大連市民的出行提供了很大方便。對于大連地鐵的安全運行，通信專業(yè)的專用無線系統(tǒng)功不可沒，不但提供了暢通無阻的通話頻道，還對地鐵區(qū)域的每個角落進(jìn)行無線信號的覆蓋。通過對大連地鐵的信號測試，不論是地鐵控制中心、車輛段，還是地鐵的車站、隧道，專用無線信號都非常好，基本保持在-65 dB以下，通話順暢。總而言之，在專用無線系統(tǒng)的有效保障下，大連地鐵的安全運行將會越來越好，從而為大連市民的出現(xiàn)提供更好的乘車體驗，也為大連地鐵的快速發(fā)展提供最大的助力。