胥智鵬

（上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，201103，上海∥工程師）

上海軌道交通5號線南延伸工程無線通信方案探討

胥智鵬

（上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，201103，上?！喂こ處煟?/p>

介紹了上海軌道交通5號線南延伸工程無線通信系統(tǒng)的改造和擴(kuò)建初步設(shè)計(jì)中的中區(qū)制多基站加光纖直放站配置方案。從直放站工作模式、系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)和通信質(zhì)量等方面對該方案進(jìn)行分析，建議下階段工作中無線組網(wǎng)采用全基站小區(qū)制方案。

上海軌道交通；5號線南延伸工程；專用無線通信；中區(qū)制多基站加光纖直放站

Author's address Shanghai Shentong Rail Transit Research &Consultancy Co.，Ltd.，201103，shanghai，China

1　工程概況

上海軌道交通5號線南延伸工程起點(diǎn)為東川路站預(yù)留接軌點(diǎn)，終點(diǎn)為南橋新城站，沿途經(jīng)閔行和奉賢兩區(qū)。線路全長約19 km，自北向南新建江川路站、西渡站、肖塘站、奉浦站、環(huán)東路站、望園路站、金海湖站、南橋新城站共8座車站。其中，東川路站至奉浦站為高架車站，高架線約11 km；環(huán)東路站至南橋新城站為地下車站，地下線約8 km。線路最大站間距（西渡站至肖塘站）為2 747.027 m，最小站間距（望園路站至金海湖站）為1 216.487 m，平均站間距為2 008.969 m。設(shè)平莊公路定修段和莘莊停車場各1座，新建主變電站1座。

值得一提的是，5號線南延伸工程過江段是和閔浦二橋共同建成。該橋既是黃浦江上首座公路和軌道交通共用的雙層橋，也使得5號線南延伸成為上海軌道交通第一條從“空中”過江的線路。

2　無線系統(tǒng)改擴(kuò)建方案

在我國城市軌道交通通信系統(tǒng)中，專用無線調(diào)度通信系統(tǒng)是高速運(yùn)行的列車與車下運(yùn)營管理人員之間唯一的通信手段，擔(dān)負(fù)著提高運(yùn)營效率、確保行車安全及乘客生命安全的重要使命。它為列車調(diào)度、維修調(diào)度、防災(zāi)環(huán)控調(diào)度、車輛段調(diào)度提供無線通信保障，為固定用戶（調(diào)度員、值班員）與移動用戶（列車司機(jī)、維修人員、列檢人員）間及移動用戶相互之間提供語音和數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

2.1初步設(shè)計(jì)組網(wǎng)方案

依據(jù)5號線南延伸工程初步設(shè)計(jì)文件，南延伸專用無線通信系統(tǒng)不自設(shè)無線交換機(jī)，所有無線基站、調(diào)度臺和遠(yuǎn)端調(diào)度臺都通過既有5號線傳輸系統(tǒng)和共用信息傳輸系統(tǒng)接入東寶興路及中山北路主備用交換機(jī)。在劍川路控制中心，對既有5號線專用無線通信系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容。在定修段和停車場各設(shè)遠(yuǎn)端調(diào)度臺及調(diào)度臺錄音設(shè)備。無線系統(tǒng)的設(shè)備包括基站和光纖直放站，通過劍川路控制中心的既有5號線控制中心分網(wǎng)管進(jìn)行集中監(jiān)控和集中監(jiān)測維護(hù)管理。

基站設(shè)置及信號覆蓋初步設(shè)計(jì)方案推薦中區(qū)制多基站加光纖直放站配置方案，如圖1所示。在西渡站、奉浦站各設(shè)2載頻基站，環(huán)東路站及金海湖站各設(shè)4載頻基站一座。每個定修段（停車場）單獨(dú)設(shè)置2載頻基站。其他車站設(shè)置直放站。長隧道區(qū)間內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)端光纖直放站通過區(qū)間光纜和基站連接，隧道區(qū)間及地面高架區(qū)間采用漏泄同軸電纜覆蓋，車站站廳、公用區(qū)和側(cè)式站臺均采用室內(nèi)天線進(jìn)行覆蓋，島式站臺區(qū)則通過區(qū)間泄漏同軸電纜進(jìn)行覆蓋。車輛段/停車場用室外天線進(jìn)行信號覆蓋。車輛段/停車場車庫內(nèi)根據(jù)情況設(shè)置光纖直放站，通過室內(nèi)天線進(jìn)行庫內(nèi)信號覆蓋，以滿足車輛段/停車場全部范圍的無線覆蓋要求。

圖1　上海軌道交通5號線南延伸工程無線系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)框圖

2.2無線組網(wǎng)方案建議

從滿足無線覆蓋和降低造價的角度，采用直放站方式似乎是個不錯的選擇?，F(xiàn)網(wǎng)是軌道交通行業(yè)無線通信系統(tǒng)中常用的光纖直放站，其工作模式是：在某個基站同址設(shè)置光纖直放站近端機(jī)，通過大功率耦合器直接從基站的射頻端耦合出一部分射頻信號，在近端機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換；再通過光纖聯(lián)通若干個分散在各個車站或區(qū)間的遠(yuǎn)端機(jī)，在遠(yuǎn)端機(jī)內(nèi)部經(jīng)光電轉(zhuǎn)換出射頻信號，饋入天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下行覆蓋。上行信號方向反之亦然。然而，目前業(yè)界知名的TETRA（泛歐集群無線電）制造商大多不會涉足直放站產(chǎn)品，故此類產(chǎn)品通常為OEM（原始設(shè)備制造商）貼牌或直接采購，導(dǎo)致直放站系統(tǒng)管理維護(hù)獨(dú)立于TETRA系統(tǒng)，需單獨(dú)設(shè)置或僅在UI（用戶界面）初步集成，增加了系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)的復(fù)雜程度。而且從其工作原理中可知，直放站近端機(jī)直接放大TETRA基站射頻信號，同時也放大了基站的噪聲；加上近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)的兩次電光和光電轉(zhuǎn)換，額外增加了轉(zhuǎn)換噪聲，此外還疊加了有源設(shè)備固有的電噪聲。放站從整體上抬高了TETRA系統(tǒng)的噪聲，降低了上下行系統(tǒng)信噪比，損害了系統(tǒng)質(zhì)量，從而干擾TETRA系統(tǒng)的安全運(yùn)行。此種噪聲疊加的情況對上海軌道交通這樣一個網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的大系統(tǒng)可造成嚴(yán)重的“蝴蝶效應(yīng)”。

鑒于中區(qū)制直放站方案在組網(wǎng)靈活性、抗干擾性、穩(wěn)定性、通信質(zhì)量等指標(biāo)方面相對較弱，建議在下階段工作中根據(jù)運(yùn)營使用、維護(hù)要求，進(jìn)一步研究5號線南延伸工程采用全基站小區(qū)制方案的合理性與實(shí)施的可行性。

從既保持無線系統(tǒng)性能又降低初期建設(shè)成本CAPAX（資本性支出）和后期運(yùn)營成本（OPEX）的角度，還可以考慮射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)。射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)的特點(diǎn)，簡單講就是把基站分成基帶部分和射頻部分，將數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為光信號，由遠(yuǎn)端射頻單元再轉(zhuǎn)換為射頻信號實(shí)施覆蓋。不同于光纖直放站簡單地將基站射頻信號進(jìn)行放大的同時放大基站噪聲，射頻拉遠(yuǎn)模塊（RRU）和基帶處理單元（BBU）之間傳送的是數(shù)字中頻信號，沒有額外的噪聲增加。此外，射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)除了能增加覆蓋外，還增加了覆蓋區(qū)的容量且兼有組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，可根據(jù)不同環(huán)境，構(gòu)建星形、樹形、鏈形、環(huán)形等構(gòu)造的各種網(wǎng)絡(luò)。因此，該技術(shù)可用于擴(kuò)展地鐵商場、購物中心、換乘站等人流密集區(qū)域的容量覆蓋，以及用于改善控制中心、辦公樓或地下停車場等信號難以到達(dá)區(qū)域的覆蓋質(zhì)量。從可維護(hù)性和可監(jiān)控性的角度講，由于RRU和基站是同一個廠家的產(chǎn)品，是基站的一部分，可以和基站一起監(jiān)控、維護(hù)，相比直放站方案不會增加額外的管理維護(hù)工作。

TETRA是ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）技術(shù)委員會制定的一整套泛歐集群通信標(biāo)準(zhǔn)，涉及空中接口、網(wǎng)絡(luò)接口、提供的服務(wù)與基礎(chǔ)設(shè)施等各個方面，到目前為止，歷經(jīng)Release 1和Release 2兩個版本且技術(shù)路線仍在演進(jìn)之中。TETRA標(biāo)準(zhǔn)是一個開放的體系，國際組織TCCA（TETRA+ Critical Communications Association）致力于TETRA設(shè)備和系統(tǒng)間的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)，力圖在全球范圍內(nèi)開創(chuàng)一個真正開放的多廠商市場。摩托羅拉和國內(nèi)的東方通信以及泰雷茲等眾多國際知名廠商都是該組織的會員單位。多廠商互聯(lián)互通的市場帶給城市軌道交通行業(yè)用戶的利益是顯而易見的，如廣泛可選的相互兼容設(shè)備、新產(chǎn)品的快速推出、充分競爭帶來的設(shè)備和對供應(yīng)商選擇的話語權(quán)等。建議以用戶需求為原則，對軌道交通既有的進(jìn)口通信設(shè)備及國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和性能，特別是系統(tǒng)設(shè)備的功能要求進(jìn)行充分調(diào)研并進(jìn)行分析，研究出不同廠家TETRA系統(tǒng)設(shè)備及終端之間接口配合、互聯(lián)互通的解決方案。

隨著國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、層次、能級的不斷提升，現(xiàn)階段城市軌道交通領(lǐng)域大部分的通信設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。在確保系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)的前提下，國產(chǎn)化通信設(shè)備相對于進(jìn)口設(shè)備有價格低廉、人機(jī)界面友好、售后服務(wù)有保證等特點(diǎn)，采用國產(chǎn)化設(shè)備不但能提升自主知識產(chǎn)權(quán)占比、促進(jìn)民族工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，而且能大大降低工程造價。

遵照國家發(fā)展和改革委員會對國產(chǎn)化率的要求，城市軌道交通無線通信系統(tǒng)在適時考慮國產(chǎn)化TETRA設(shè)備或面向未來的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)無線制式方面，還有很多工作可做。

3　結(jié)語

城市軌道交通專用無線通信系統(tǒng)為地鐵行車安全、提高運(yùn)輸效率和管理水平、改善服務(wù)質(zhì)量提供了重要保證；同時，在地鐵運(yùn)營出現(xiàn)異常情況和有線通信出現(xiàn)故障時，亦能迅速提供防災(zāi)救援和事故處理等指揮所需要的通信手段。作為城市軌道交通的核心裝備，在系統(tǒng)制式、組網(wǎng)方案的選擇等方面，需要充分了解現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營的功能需求，精準(zhǔn)把握相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演化脈絡(luò)，統(tǒng)籌考慮項(xiàng)目全生命周期成本。

［1］ 中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.5號線南延伸通信系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)［R］.上海：中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2014.

［2］ TETRA Association.TETRA interoperability and certification issue4［EB/OL］.（2011-08-15）［2014-06-25］.http：∥www. tandcca.com/.

［3］ ETSI Technical Committee TETRA and Critical Communications EvoLution（TCCE）.Critical communications architecture reference model TR 103 269-1 V1.1.1［R］.Nice-France：ETSI，2014.

［4］ 郭祥壽.城市軌道交通延伸線通信系統(tǒng)實(shí)施方案探討［J］.城市軌道交通研究，2012（8）：131.

Radio Communication Scheme for the South Extension of Shanghai Rail Transit Line 5

Xu Zhipeng

The configuration scheme of centralized multibase station and fiber optic repeater for the reconstruction and expansion of radio commnunication system is introduced，which is designed for the the south extension of Shanghai rail transit Line 5.This scheme is analyzed from the working mode of repeater，to the maintenance of the system and communication quality，and the district base station is recommended for the wireless networking in the next stage..

Shanghai rail transit；the south extension of Line 5；private radio communication；centralized multibase station and fiber optic repeater

U 231.7

10.16037/j.1007-869x.2015.07.034

2014-07-11）