轨道交通无线通信数字集群系统应用

摘要：城市轨道交通工程建设规模随城市化进程的推进而逐步扩大，TETRA数字集群系统取得广泛应用，作为城市轨道无线通信系统的关键组成部分，其能够有效解决城市轨道运输秩序性不足、效率低等问题。对此，文章TETRA数字集群系统为基本探讨对象，阐述其在轨道交通无线通信系统中的具体应用要点，以供同行参考。

关键词：TETRA；数字集群系统；轨道交通；无线通信

TETRA数字集群系统是现阶段较为主流的专用移动通信系统，兼具无线电话、调度呼叫、数据传输功能，可满足人员调度、应急事件处理等方面的需求，对于提高城市轨道交通运行水平具有重要意义。

1工程概况

郑州机场至许昌市域铁路工程为中原城市群城际轨道交通网的骨干线路。其中，郑许市域铁路（许昌段）总长33.693km，起于郑州与许昌市界，止于许昌东站，具体包含高架线、地面线及地下线，设站11座，设梅庄停车场1座，设颍川大道、永兴东路2座主变。

2TETRA数字集群系统的概述

TETRA是以TDMA技术为核心而衍生出的全新专业移动通信系统[1]，其引入/4-DQPSK调制技术，可提供的调制速率达36kbit/s，执行ACELP编码，运行速率可达4.8bit/s。具体至我国，TETRA数字集群系统已经取得较广泛的应用，其工作频率普遍为350MHz和806MHz~866MHz。图1为数字集群系统工作频段。TETRA数字集群系统集多重功能于一体，除常规的多群组间调度功能外，可面向用户提供短数据及分组数据传输等相关服务，由于系统应用的是移动台脱网直通方式，因此可达到端对端加密的效果[2]。此外，TETRA的虚拟专用功能应用效果显著，有助于提高物理网络的服务水平，使其对接多个组织机构，为之提供可靠的服务。得益于TETRA数字集群系统的多重应用特征，现阶段其在车辆定位、数据库查询等领域均取得较显著的应用效果[3]。关于TETRA系统的基本结构情况如图2所示。

3轨道交通中TETRA数字集群系统的设计标准

3.1系统的工作能力要求

无线通信技术是轨道交通系统中的核心支撑技术，列车运行阶段，调度员、值班员等各岗位工作人员的沟通均需要得到无线通信技术的支持，若因某些原因而诱发安全事故，无线通信技术还能够满足防灾应急过程中的信息沟通需求。在轨道交通通信的设计工作中也可以应用TETRA系统，原因在于该系统的适应能力强，运行稳定，日常运行期间能够根据需求完成扩充、组网等操作[4]。对于设备的选择，需从技术可行性和经济效益性两个角度展开综合分析，使TETRA设备以低成本的方式达到高效运行的效果。对于系统的设计，则需充分提高抗干扰能力，并结合管理部门所提出的要求做细微的调整。合理引入国际化标准，提高传输通道的建设水平。

3.2TETRA系统的设计方案

TETRA系统的设计具有系统性，应以交换机和基站的设置情况为立足点，扩宽系统信号的覆盖范围，力争达到全方位覆盖的效果，以便给城市轨道交通的通信需求提供帮助。在交换机的设计工作中，需要考虑到数值集群无线系统，合理做出选择，提高中心交换机的运行独立性和可靠性，以免出现中心交换机重复建设的情况[5]。对于无线通信系统，以中心交换机较为合适，在设计中需考虑到其它线路的接入预留问题，给后续工作的开展提供便捷的条件，给列车的正常运行提供保障。在无线通信基站的建设中，可考虑全基站小区制的方案，其兼具越区切换便捷、系统安全可靠等多重优势，是现阶段城市轨道交通建设中的重要应用方案。此外，多基站中区制也是可行的方案，具体需根据实际建设条件加以选择及优化。

4TETRA系统的主要功能分析

4.1基本通话功能

地铁专用无线通信系统的功能类型丰富，其中通话为基础功能，其作用在于给调度人员与被调度人员创建高效的联系渠道。通话功能的覆盖面较广，例如中心行车调度员与车站值班员、在线列车司机等的通话；车列车司机之间的通话；车站值班员与在线列车司机的通话；环控值班员与移动人员的通话；停车场值班员与列车司机的通话；便携台人员间的通话等。总体来看，通话功能几乎覆盖至轨道交通系统的各岗位人员，彼此之间可以实现高效的通话，以便传递信息、下达指令，减少信息沟通壁垒问题，提高轨道交通系统的运行效率。

4.2数据功能

TETRA系统需具备数据功能，功能的服务范围应覆盖至电路数据、分组数据等多个方面。系统数据交流期间，依托于系统的数据功能可以联结调度终端和移动终端，实现彼此间的高效交流，而且可以提高短消息的传递效率，以免出现滞后的问题。数据传输过程中，在接入远端调度台后，应提供调度通话的实时录音功能，目的在于给调度工作的开展创设良好的条件，提高工作效率。

4.3TETRA系统的工作方式

TETRA系统的工作方式多样，具体有如下三种：（1）语音+数据（V+D）：可满足话音、数据及图像的通信需求，对于一般电路模式数据传输而言，可提供的数据传输速率有7.2/14.4/21.6/28.8kbit/s；若为保护性电路模式数据传输，则有4.8/9.6/14.4/19.2kbit/s。（2）分组数据优化（POD）：此方式的应用特点在于只支持分组数据通信，可产生的最大数据传输速率为36.6kbit/s，此模式在电子信箱、媒介信息、计算机文件传输等领域均有所应用。（3）直通模式（DMO）：指的是两个及其以上移动台之间的直接通信，其特点在于彼此间的通信不经过上层网络的转发，具有较强的独立性与可靠性。在直通模式应用时，无线用户之间的通信可以不经过网络基础设施而实现，采用的无线频率独立性较好，未受到基站和交换机的控制，但直通模式的应用需得到无线终端的配合。实践表明，直通模式的应用优势较为显著，即：在无TETRA网络覆盖时也可稳定运行；在V+D模式网络负荷过重的条件下，可辅以直通模式，以达到扩容的效果。直通模式运行中无基站的参与，根据此特点，要求采用的通信标准应具有精简而稳定的特点。直通模式执行的是同频单工的方式，共有包含直线模式线性化碎发在内的三种碎发结构形式。通过直通模式的应用，可有效延伸TETRA系统的应用范围，同时具有扩容的效果。直通模式可以满足端到端之间脱网通信的要求，而配置的网关等相关设备则具有辅助作用，可延展直通模式的应用范围。作为V+D模式的补充形式，在直通模式的通信参数配置工作中，所采用的参数应与V+D模式的参数接近。而在直通模式的支持下，则有效提高了TETRA系统的综合应用水平，实际应用效果普遍优于其它数字集群系统。

4.4TETRA支持的业务形式

（1）语音业务。TETRA的语音业务主要包含三类，即单呼、组呼以及固定电话呼叫。其中，单呼发生于两个无线用户、两个调度台、调度台与无线用户或是无线用户与公网用户间。从用户的角度来看，TETRA系统能够为之提供组呼通信功能，在网管或调度台的配合下，能够将用户编辑成特定的组别，存在于组内的用户便可实现点对点的通信。若用户存在组呼需求，此时仅建立通话关系即可，无需成员做出特定的应答。（2）数据业务。短数据信息和状态指示信息均是数据业务中的核心部分，其中短数据传输业务（SDTS）为传输层承载服务，其能够支持包含文本消息、遥控遥测、出入库自检在内的多种数据应用。SDTS可提供短数据传送功能，具有“点到点”和“点到多点”两种形式，可支持的信息最多为140字节，且各用户终端均能够享受到短数据传送功能。短数据的服务范围较广，以二次开发中的调度系统为例，其中的呼叫请求RTT则依托于短数据传送业务而实现。通过移动台的PEI接口，列车运行期间所产生的状态信息以及告警信息均能够高效传送给计算机终端（此装置设置在调度中心）。对于140字节的数据而言，若移动台守候在控制信道，在向计算机终端发送信息时完成整个操作的时间为1s~2s；在执行此项操作中，若移动台处于正通话的状态，在应用短数据和话音同时传送的功能时，完成整个传送操作的时间达到11s~13s。除此之外还可实现无线终端与调度台间的信息沟通。在向TETRA系统发送状态指示信息后，可以全面地采集用户的全新指示信息，将该部分载入TETRA系统内，实现存储，同时还可向调度台发出信息。在此工作机制下，调度台能够及时掌握用户的状态信息。此外，TETRA系统还具备多重业务特征，包含但不局限于：紧急呼叫、动态重组（如图3所示）、限时通话、呼叫显示、迟后进入、超出服务区指示，优先通话组（如图4所示）等。

5系统方案

5.1系统覆盖方案

方案一：全基站小区制覆盖方案。各车站分别配置集群基站，其与中心控制交换机形成连接渠道，以2M传输通道为基础支撑，以达到点对点高效连接的效果。方案二：基站+直放站覆盖方案。某基站同时供多个车站而使用，但有所不同的是，某一车站由基站覆盖，除此之外的其它车站则由直放站覆盖。两类方案在功能特性、运行特性等方面均具有独特性，具体情况如表1所示。根据表1内容可知，两种方案均有其优缺点。若采取的是全基站小区制覆盖方案，则能够丰富系统功能，创建较为完善的管理网络，尽管某基站在运行期间存在故障，但周边的基站依然可维持稳定，基站的独立性较好；但也存在局限之处，即投资成本较高，且为了保证基站的稳定性，还需配置中心交换设备，易影响到项目的经济效益。而对于基站+直放站覆盖的方案，可以根据移动台的运行特点制定更为科学的切换规划，能够满足地铁专网话务量要求，同时其成本投入较少，具有显著的经济效益。本无线通信系统中，无论是中区制还是小区制均能够正常使用，但考虑专用话音通信和数据短信通道的相关需求，认为以小区制更为合适。从市场发展来看，系统设备在应用水平提升的同时其价格呈逐步下降的变化特点，因此在此方面的采购成本可得到有效的控制，以小区制全基站方式组网较为合适。

5.2场强覆盖方案

本线为高架线路，其在建设期间易出现与邻/同频系统相互干扰的情况。鉴于此问题，推荐采用漏缆方式，其特点在于抗干扰能力强，可保证系统的稳定运行，减小对系统自身或是其它系统的干扰。实际建设工作中可组织扫频测试等相关工作，以便对系统运行情况作出判断。若存在问题，可采取增设滤波器等方式进行处理。并且，根据该城市轨道交通网络的发展趋势，更应采用漏缆覆盖的方式，原因在于可以发挥出抗干扰的应用优势。站台轨行区以泄漏同轴电缆覆盖的方式为宜；而对于办公区、公共区及展厅则可以采用天线覆盖；根据停车场的建设特点可采用铁塔天线，空间波覆盖。

6结语

TETRA数字集群系统是现阶段智能化系统网络发展领域的代表形式，将其应用于轨道交通无线通信系统后可显著提高系统的稳定性，扩充其功能，给轨道列车的稳定运行提供保障。文章则以TETRA数字集群系统为基本切入点，重点探讨其在轨道交通无线通信系统中的具体应用要点，希望所提内容可作为类似工程的参考。

参考文献：

[1]安永新.城市轨道交通无线通信系统中TETRA数字集群系统的运用研究[J].数字通信世界,2020(04):178.

[2]李文彬.地铁TETRA数字集群系统应用探讨[J].无线互联科技,2018(06):59-60.

[3]倪炎军.TETRA数字集群系统在城市轨道交通无线通信系统的运用[J].数字技术与应用,2017(01):87+89.

[4]李凡.TETRA数字集群通信系统安全机制[J].通讯世界,2019(05):65-66.

[5]赵文强.TETRA数字集群调度系统动态复用的研究和应用[J].移动通信,2015(21):80-84.

作者：王长青 单位：中铁十六局集团电气化工程有限公司