蔣萌

（中鐵四局集團(tuán)電氣化工程有限公司電務(wù)分公司 安徽合肥 230000）

城市軌道交通TETRA集群無(wú)線通信系統(tǒng)

蔣萌

（中鐵四局集團(tuán)電氣化工程有限公司電務(wù)分公司 安徽合肥 230000）

隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)形式的交通系統(tǒng)與管理方式已然不能滿足要求，交通擁堵、故障頻仍已經(jīng)成為大中型城市現(xiàn)代化進(jìn)程中屢見(jiàn)不鮮的現(xiàn)象。無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)人與人之間便捷溝通的同時(shí)，也推動(dòng)了現(xiàn)代化城市軌道交通的不斷改善。本文立足于日新月異的無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)代化城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)一步探討了TETRA集群無(wú)線通信系統(tǒng)在城市軌道交通中的有效應(yīng)用與發(fā)展前景。

TETRA；集群；無(wú)線通信；軌道交通

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民的生活水平和精神追求也逐漸提高，出行交通問(wèn)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(wù)工及其他外來(lái)人口的涌入，進(jìn)一步加大了現(xiàn)代化城市的交通調(diào)度與管理的難度。但隨著科技水平的不斷提高，無(wú)線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展與廣泛應(yīng)用已經(jīng)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(fā)生的頻率，比較全面可靠地促進(jìn)了城市軌道交通的不斷發(fā)展，保障了人民日常出行的便利與安全。

1 無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展概況

無(wú)線通信作為當(dāng)前發(fā)展最快的通信技術(shù)之一，從基于蜂窩概念和模擬制式的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的產(chǎn)生，到數(shù)字傳輸方式與以時(shí)分復(fù)用接入（Time Division Multiple Access，TDMA）為標(biāo)志的第二代移動(dòng)通信技術(shù)的大力發(fā)展，乃至以碼分復(fù)用多址接入技術(shù)（Code Division Multiple Access，CDMA）與多媒體技術(shù)為支撐的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，每一次概念的提出和技術(shù)的突破，都強(qiáng)有力地推動(dòng)了無(wú)線通信技術(shù)的大力發(fā)展。

傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展也促進(jìn)了對(duì)該領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)一步研究。近年來(lái)，適用于無(wú)線通信系統(tǒng)的研究成果層出不窮，包括適用于物理層的TDMA、頻分復(fù)用接入（Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA）、空分復(fù)用接入（Spatial Division Multiple Access，SDMA）以及波分復(fù)用接入（Wavelength Division Multiple Access，WDMA）等技術(shù)與適用于媒介接入控制（Medium Access Control，MAC）層的載波偵聽(tīng)多址接入（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）等技術(shù)的提出與不斷完善不僅在很大程度上提高了無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸速率與通信容量，也有效保障了無(wú)線通信傳輸?shù)陌踩耘c可靠性能。

隨著傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也迅速突破了傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商領(lǐng)域。通過(guò)與各行各業(yè)具體的應(yīng)用需求相結(jié)合，無(wú)線通信系統(tǒng)逐步滲透到各行各業(yè)，并在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可小覷的作用。隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)人口的迅速增加，人民的日常出行已經(jīng)成為衡量一個(gè)城市生活水平的重要標(biāo)志之一。通過(guò)與城市軌道交通系統(tǒng)的有效結(jié)合，無(wú)線通信系統(tǒng)已經(jīng)為城鎮(zhèn)人民的日常出行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2 城市軌道交通的現(xiàn)狀與瓶頸

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高以及城鎮(zhèn)人口的迅速增加，地鐵等各種軌道交通已經(jīng)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(tǒng)的合理調(diào)度與有效運(yùn)營(yíng)等工作也為市政及相關(guān)人員帶來(lái)了不容忽視的挑戰(zhàn)。城市軌道通系統(tǒng)正常穩(wěn)健的運(yùn)營(yíng)離不開(kāi)大量相關(guān)信息的交互，專(zhuān)用的通信系統(tǒng)是必不可少的。因此，便捷的無(wú)線通信調(diào)度系統(tǒng)是提高運(yùn)輸效率、確保行車(chē)安全及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的必要手段。城市軌道無(wú)線通信系統(tǒng)是一個(gè)接口復(fù)雜、可靠性要求較高并且專(zhuān)用性很強(qiáng)的多功能調(diào)度系統(tǒng)。結(jié)合城市軌道交通系統(tǒng)的基本要求，適用于該系統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)滿足對(duì)于軌道列車(chē)、站務(wù)人員、的集中統(tǒng)籌調(diào)度、沿線列車(chē)運(yùn)行基礎(chǔ)保障設(shè)施的防災(zāi)、環(huán)境控制等信息的傳輸與反饋等功能。同時(shí)，城市軌道無(wú)線通信系統(tǒng)還應(yīng)具有諸如調(diào)度不同車(chē)次、通過(guò)機(jī)車(chē)臺(tái)對(duì)列車(chē)的信息進(jìn)行及時(shí)廣播等。由此可知城市軌道交通特有的特點(diǎn)及其無(wú)線通信系統(tǒng)的必須功能亟需一套因地制宜的無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)保障其能夠合理地完成軌道車(chē)輛的合理調(diào)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(shù)字集群通信系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

早期的城市軌道交通無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)均采用專(zhuān)用信道來(lái)解決，如北京和上海的一號(hào)線等。后來(lái)，集群技術(shù)使采用一個(gè)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行調(diào)度和公安、維修、環(huán)控等功能成為可能，自此以后，城市軌道交通無(wú)線系統(tǒng)均優(yōu)先采用集群調(diào)度通信系統(tǒng)。如廣州地鐵二號(hào)線和北京輕軌等采用了TETRA（Terrestrial Trunked Radio）數(shù)字集群系統(tǒng)。TETRA為歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）批準(zhǔn)的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)四大數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)之一。TETRA除了具有一般數(shù)字集群系統(tǒng)的特點(diǎn)外，在話音功能、數(shù)據(jù)服務(wù)、系統(tǒng)容量等方面具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，已成為我國(guó)數(shù)字集群共網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 系統(tǒng)組成

隨著傳統(tǒng)通信技術(shù)的逐步進(jìn)步，各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者已經(jīng)將最初的通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于規(guī)劃和有效調(diào)度城市軌道交通系統(tǒng)。該系統(tǒng)以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，具備傳統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)的基本功能，可支持話音、數(shù)據(jù)和圖像的傳輸，同時(shí)結(jié)合城市軌道系統(tǒng)的特殊需求，由系統(tǒng)控制中心對(duì)其他分系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，如通過(guò)列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一安排列車(chē)的出發(fā)時(shí)間并實(shí)時(shí)監(jiān)控列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)一步安排進(jìn)站列車(chē)的停放與安檢工作，通過(guò)環(huán)控調(diào)度系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境等?？偠灾?，城市軌道無(wú)線通信系統(tǒng)通過(guò)控制中心進(jìn)一步調(diào)用子系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于各個(gè)模塊的逐級(jí)協(xié)調(diào)，滿足城市軌道無(wú)線調(diào)度指揮的功能。

圖1 軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)的組成

3.2 TETRA工作原理

TETRA是由ETSI制定的，采用TDMA技術(shù)與π4-DQPSK的調(diào)制方式，調(diào)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(shí)隙的ALOHA接入方式。其工作原理主要有以下三種：

（1）語(yǔ)音Voice+數(shù)據(jù)Data（V+D）

該模式同時(shí)支持話音、數(shù)據(jù)和圖像的傳輸，數(shù)據(jù)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(hù)型電路模式）。

（2）分組數(shù)據(jù)優(yōu)化（Packet Data Optimization，PDO）

該模式只支持分組數(shù)據(jù)通信，為優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方式，最大傳輸數(shù)據(jù)速率為36.6kbps，有效數(shù)據(jù)傳輸速率為28.8kbps。主要應(yīng)用于電子信箱、快速管理信息的調(diào)度、遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)基本接入、計(jì)算機(jī)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(gè)或者多個(gè)移動(dòng)臺(tái)之間直接進(jìn)行通信。在該模式下，兩個(gè)或多個(gè)移動(dòng)臺(tái)之間的通信可不經(jīng)過(guò)上層網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)，可在沒(méi)有TETRA或信號(hào)微弱的地方使用，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的容量。

3.3 TETRA組網(wǎng)方案

現(xiàn)代化城市的軌道無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)采用多基站小區(qū)制組網(wǎng)方案，以某城市環(huán)線為例，采用13個(gè)射頻直放站及8個(gè)基站組成了一個(gè)綜合智能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如圖2所示，該系統(tǒng)主要由4個(gè)部分組成，分別為基站、移動(dòng)臺(tái)設(shè)備、信號(hào)分配單元和中央控制單元。

基站設(shè)備主要包括TETRA基站控制器、無(wú)線收發(fā)信機(jī)、GPS收發(fā)天線、環(huán)境告警系統(tǒng)、射頻分配系統(tǒng)。

移動(dòng)臺(tái)設(shè)備包括如圖所示的無(wú)線車(chē)載臺(tái)等。

信號(hào)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(qū)域控制器、音頻交換機(jī)、碼變換器、基站連接復(fù)用器、短數(shù)據(jù)路由器、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、故障管理系統(tǒng)及調(diào)度臺(tái)系統(tǒng)等。

3.4 TETRA集群無(wú)線通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

TETRA集群無(wú)線通信系統(tǒng)是一種既可用于專(zhuān)網(wǎng)（PMRS）又可用于公網(wǎng)（PLMR）的開(kāi)放式數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，可提供支持話音、圖像、電路數(shù)據(jù)、短數(shù)據(jù)信息、分組等業(yè)務(wù)的直接模式通信，采用時(shí)分多址技術(shù)，具有兼容性好、開(kāi)放型好、頻譜利用率高和保密功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前比較先進(jìn)有效的集群系統(tǒng)。

圖2 某城市環(huán)線TETRA無(wú)線通信系統(tǒng)示意圖

與其他數(shù)字集群系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)主要具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)，具有廣泛的支持性；

（2）支持多變靈活的直通方式；

（3）可適應(yīng)各種業(yè)務(wù)要求；

可同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音，采用時(shí)分多址技術(shù)，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸功能，很容易在系統(tǒng)中加入GPS等特殊使用功能；

（4）靈活的系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的加密算法，也可以采用用戶自己的算法，加密端口公開(kāi)，方便特殊用戶增加硬件加密電路；

（5）更容易組件大型專(zhuān)網(wǎng)和公網(wǎng)系統(tǒng)；

（6）可平滑過(guò)渡到下一代通信系統(tǒng)。

雖然TETRA集群無(wú)線通信系統(tǒng)具有上述諸多其他數(shù)字集群系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但是不同廠家聲場(chǎng)的TETRA系統(tǒng)設(shè)備還不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間的互聯(lián)，不同廠家設(shè)備的兼容性也有待提高。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代城市軌道交通作為大容量快速交通系統(tǒng)，已經(jīng)成為當(dāng)前衡量一個(gè)城市現(xiàn)代化進(jìn)行的重要標(biāo)志，在整個(gè)城市客流運(yùn)輸中起到了愈發(fā)重要的作用。TETRA數(shù)字集群無(wú)線通信系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為城市軌道交通無(wú)線系統(tǒng)當(dāng)仁不讓的標(biāo)準(zhǔn)制式，有效改善了城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)的劣勢(shì)，提高了該系統(tǒng)頻率的有效利用率，為城鎮(zhèn)居民的日常出行提供了便利和有效的安全保障。

[1]ETSI.Terrestrial Trunked Radio（TETRA）：Voice plus Data（V+D）：Part 17：TETRA V+D and DMO specifications:Sub-part 3：Release 1.3.ETSI TR 100 392-17-3 v1.1.1.2005：5～14.

[2]ETSI.Terrestrial Trunked Radio（TETRA）：User Requirement Specification TETRA Release 2：Part 1:General overview.ETSI TR 102 02l-1 v1.2 4～11.

[3]《中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（SJ/T11228-2000）.數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)體制.

[4]劉立元，等.軌道交通TETRA系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].鐵道通信信號(hào)，2009（4）.

[5]吳小旺，馮普恩.數(shù)字集群在城市軌道交通調(diào)度通信中的應(yīng)用[J].移動(dòng)通信2002（2）.

[6]王視環(huán)，盛石新，周月臣.新一代數(shù)字集群系統(tǒng)—TETRA[J].電力系統(tǒng)通信，2002（6）.

[7]李保田.地鐵無(wú)線通信降級(jí)備用系統(tǒng)呼叫控制子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2009.

U239.5

A

1004-7344（2016）05-0158-02

2016-2-4