李 潯

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司, 201103, 上?！喂こ處?

當(dāng)前城市軌道交通線路的專(zhuān)用無(wú)線通信系統(tǒng)大多采用基于窄帶的TETRA(泛歐集群無(wú)線電)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的調(diào)度?；赥ETRA的窄帶通信技術(shù)成熟且產(chǎn)品穩(wěn)定、可靠，已在上海、北京、廣州等城市的城市軌道交通無(wú)線列車(chē)調(diào)度領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，LTE-M(城市軌道交通用長(zhǎng)期演進(jìn))寬帶集群技術(shù)越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注。該技術(shù)具備了頻譜利用率高、低時(shí)延、帶寬靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅能滿足專(zhuān)業(yè)用戶(hù)對(duì)語(yǔ)音集群的需求，還能承載城市軌道交通行業(yè)對(duì)于高速數(shù)據(jù)疊加的視頻調(diào)度、視頻監(jiān)控等寬帶業(yè)務(wù)的需求。由此，城市軌道交通專(zhuān)用無(wú)線集群系統(tǒng)采用LTE-M取代TETRA已成為行業(yè)共識(shí)，與寬帶集群系統(tǒng)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范已陸續(xù)發(fā)布并予以實(shí)施。

與此同時(shí)，TETRA技術(shù)在全國(guó)的應(yīng)用范圍逐步萎縮，其產(chǎn)業(yè)供應(yīng)與支撐能力的不足，正進(jìn)一步推動(dòng)了各城市軌道交通既有線路加快專(zhuān)用無(wú)線集群系統(tǒng)寬帶化改造的步伐。目前國(guó)內(nèi)外城市軌道交通線路仍沒(méi)有窄帶集群改造為寬帶集群相關(guān)的理論研究以及實(shí)施案例，為此，本文通過(guò)介紹多種窄帶集群調(diào)度向?qū)拵Ъ赫{(diào)度過(guò)渡的常用改造方案，并對(duì)比各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以期為未來(lái)城市軌道交通線路的無(wú)線寬帶集群改造提供參考。

1 寬帶集群改造的需求分析

自窄帶集群TETRA應(yīng)用以來(lái)，城市軌道交通集群語(yǔ)音業(yè)務(wù)的需求比較穩(wěn)定，將來(lái)也不會(huì)有太大變化[1]。城市軌道交通的集群調(diào)度通信系統(tǒng)改造一般可以劃分為服務(wù)層的改造、傳輸層的改造和終端應(yīng)用層的改造3方面，如圖1所示。由于實(shí)施寬帶集群改造計(jì)劃的城市軌道交通線路為既有的運(yùn)營(yíng)線路，在窄帶集群改造為寬帶集群的全過(guò)程需要實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡，即：在不改變既有TETRA網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)架構(gòu)的前提下，逐步改造使用寬帶集群應(yīng)用的終端設(shè)備，盡量保證調(diào)度人員和列車(chē)司機(jī)不需要改變操作習(xí)慣，也不需要對(duì)人員進(jìn)行過(guò)多的操作培訓(xùn)，即可實(shí)現(xiàn)雙模融合的兼容調(diào)度操作。在改造過(guò)程中，應(yīng)具備可以通過(guò)模擬演練確認(rèn)寬帶集群系統(tǒng)的功能，以滿足日常調(diào)度的應(yīng)用需求，此后再逐步使TETRA設(shè)備退網(wǎng)，使整個(gè)改造期的過(guò)渡平穩(wěn)、順暢。

注：MSO——無(wú)線交換中心。

在窄帶集群向?qū)拵Ъ焊脑爝^(guò)程中，服務(wù)層由核心網(wǎng)、調(diào)度服務(wù)器以及調(diào)度坐席等地面設(shè)備組成，改造過(guò)程中可以通過(guò)分設(shè)獨(dú)立的寬帶集群服務(wù)器機(jī)柜安裝進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。調(diào)度大廳的調(diào)度設(shè)備因受限于調(diào)度坐席空間和使用習(xí)慣，一般需要通過(guò)技術(shù)改造來(lái)實(shí)現(xiàn)。

傳輸層的改造一般通過(guò)在既有TETRA網(wǎng)絡(luò)以外分設(shè)獨(dú)立的寬帶集群網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方式?？梢栽谛盘?hào)系統(tǒng)改造的同時(shí)分設(shè)BBU(基帶處理單元)、RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元)等設(shè)備，通過(guò)在軌旁新增1套漏纜實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋。

改造期間的終端層需要設(shè)計(jì)可平穩(wěn)過(guò)渡的方案，一般車(chē)載設(shè)備因安裝空間的限制需要通過(guò)技術(shù)改造或整體更換來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于站廳及站臺(tái)人員的業(yè)務(wù)需求，可通過(guò)配置窄帶終端和寬帶終端2部手持臺(tái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡；車(chē)站控制室內(nèi)的固定臺(tái)一般放置于桌面，不受安裝空間限制，可通過(guò)新設(shè)1臺(tái)寬帶集群固定臺(tái)進(jìn)行過(guò)渡。調(diào)度員操作的調(diào)度終端和司機(jī)駕駛室的車(chē)載終端是運(yùn)營(yíng)管理用戶(hù)使用專(zhuān)用無(wú)線寬帶集群系統(tǒng)的直接界面，也是系統(tǒng)功能和實(shí)際運(yùn)維作業(yè)的紐帶，直接影響列車(chē)的運(yùn)行安全。因此，改造過(guò)程中實(shí)施方案的主要難點(diǎn)在于調(diào)度臺(tái)和車(chē)載臺(tái)的逐步改造。

2 寬帶集群改造的過(guò)渡方案

為滿足改造全過(guò)程平穩(wěn)過(guò)渡的需求，本文就雙模調(diào)度臺(tái)、雙模車(chē)載臺(tái)和寬窄帶互聯(lián)互通3種過(guò)渡基礎(chǔ)方案進(jìn)行介紹，并分析討論了不同方案間可能的優(yōu)化組合方案。

2.1 雙模調(diào)度臺(tái)方案

調(diào)度臺(tái)設(shè)備一般為通用電腦工作站，運(yùn)行的是定制的調(diào)度應(yīng)用軟件，通過(guò)有線方式連接到集群核心網(wǎng)。調(diào)度臺(tái)是可以發(fā)起集群調(diào)度業(yè)務(wù)的特殊終端，其業(yè)務(wù)權(quán)限高于其他普通的終端設(shè)備。

如圖2所示，“LTE-M+TETRA”的雙模調(diào)度方案主要是在既有TETRA調(diào)度臺(tái)軟件內(nèi)集成寬帶集群的調(diào)度軟件接口，以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)調(diào)度界面下的雙模調(diào)度應(yīng)用，并逐步改造列車(chē)的車(chē)載臺(tái)設(shè)備。

注:LTE——長(zhǎng)期演進(jìn)。

該方案的特點(diǎn)在于：改造實(shí)施過(guò)程中窄帶集群車(chē)載臺(tái)和寬帶集群車(chē)載臺(tái)設(shè)備間具有良好的通用性；調(diào)度用戶(hù)的操作體驗(yàn)好；改造施工作業(yè)的影響范圍?。徽{(diào)度臺(tái)的可靠性高；可方便地進(jìn)行LTE-M寬帶集群模式運(yùn)行的預(yù)演練。

2.2 雙模車(chē)載臺(tái)方案

車(chē)載臺(tái)是列車(chē)司機(jī)使用的集群通信終端設(shè)備，一般部署于列車(chē)兩端的司機(jī)室。通過(guò)在既有TETRA車(chē)載臺(tái)的基礎(chǔ)上新增接入LTE-M寬帶集群信號(hào)機(jī)，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)“LTE-M+TETRA”的雙模運(yùn)行制式，以滿足OCC(運(yùn)營(yíng)控制中心)對(duì)列車(chē)的窄帶集群調(diào)度和寬帶集群調(diào)度呼叫需求，如圖3所示。

圖3 雙模車(chē)載臺(tái)改造方案示意圖

該改造方案的特點(diǎn)在于：改造過(guò)程平穩(wěn)可靠，調(diào)度用戶(hù)無(wú)需區(qū)分所呼叫的列車(chē)是否處于改造狀態(tài)；改造期間司機(jī)的使用體驗(yàn)好；車(chē)載臺(tái)設(shè)備既可以接入LTE-M網(wǎng)絡(luò)，也可以接入TETRA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)的冗余備份；可提前進(jìn)行LTE-M模式的運(yùn)行預(yù)演練操作。該方案也適用于TETRA窄帶集群建設(shè)LTE-M寬帶集群延伸線的使用場(chǎng)景。

2.3 寬窄帶互聯(lián)互通方案

由于目前主流的TETRA系統(tǒng)不開(kāi)放有線的互聯(lián)互通接口，因此寬窄帶互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)設(shè)備可通過(guò)寬帶集群的有線網(wǎng)關(guān)接口與多臺(tái)TETRA終端進(jìn)行空口接入，以實(shí)現(xiàn)2個(gè)不同制式的通話組互相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音調(diào)度的互聯(lián)互通功能。圖4為寬窄帶互聯(lián)互通方案的技術(shù)路線示意圖。該改造方案的特點(diǎn)在于：可逐列改造列車(chē)的LTE-M車(chē)載臺(tái)設(shè)備；改造過(guò)程中調(diào)度臺(tái)與車(chē)載臺(tái)設(shè)備的改造進(jìn)度不受限制。由于TETRA系統(tǒng)只能通過(guò)空口接入，為了避免對(duì)TETRA基站的信道占用造成影響，對(duì)互聯(lián)互通設(shè)備的部署位置有一定的要求。此外，互聯(lián)互通后的調(diào)度臺(tái)在TETRA系統(tǒng)內(nèi)不具備調(diào)度的高優(yōu)先級(jí)權(quán)限，因此存在通話搶權(quán)的問(wèn)題。

圖4 寬窄帶互聯(lián)互通方案的技術(shù)路線示意圖

2.4 3種改造過(guò)渡方案的對(duì)比分析

上述3種改造過(guò)渡方案的特點(diǎn)如表1所示。

表1 3種寬帶集群改造過(guò)渡方案的對(duì)比

如表1所示，通過(guò)對(duì)3種方案的特點(diǎn)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，若在改造時(shí)采用組合的應(yīng)用方案，可達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果。如表2所示，可采用組合方案1或組合方案2，并采用專(zhuān)家評(píng)分法，對(duì)寬帶集群過(guò)渡改造的前期、中期、后期階段及運(yùn)營(yíng)后這4個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

表2 寬帶集群改造不同方案的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)對(duì)比

對(duì)于既有運(yùn)營(yíng)的線路改造，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)方案的可靠性和可實(shí)施性。從表3中可知，對(duì)于既有線路的集群通信系統(tǒng)改造，組合方案2(雙模調(diào)度臺(tái)+雙模車(chē)載臺(tái))能有效結(jié)合2個(gè)基礎(chǔ)方案各自的優(yōu)勢(shì)，不僅整個(gè)改造過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)最低，還能有效地將改造過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)前置，適用于運(yùn)營(yíng)壓力較大的線路。為此，下文將詳細(xì)介紹組合方案2的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)施方案。

3 雙模調(diào)度臺(tái)與雙模車(chē)載臺(tái)結(jié)合方案

3.1 雙模調(diào)度臺(tái)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

雙模調(diào)度臺(tái)的開(kāi)發(fā)主要是在既有調(diào)度界面基礎(chǔ)上，集成LTE-M集群的軟件接口API(應(yīng)用程序接口)，如圖5所示，在調(diào)度界面內(nèi)新增是否優(yōu)選LTE-M呼叫的模式切換功能。當(dāng)調(diào)度按下PTT(Press to Talk，即按即說(shuō))按鍵發(fā)起呼叫或申請(qǐng)?jiān)捳Z(yǔ)權(quán)時(shí)，若當(dāng)前為L(zhǎng)TE-M優(yōu)選模式且當(dāng)前車(chē)載臺(tái)支持LTE-M呼叫，則調(diào)用LTE-M的API接口，向LTE-M集群核心網(wǎng)發(fā)起LTE-M的集群呼叫。反之，則選擇既有TETRA的調(diào)度API接口，向TETRA集群核心網(wǎng)發(fā)起呼叫。雙模調(diào)度臺(tái)的呼叫接收則通過(guò)各自集群功能的API回調(diào)函數(shù)自動(dòng)接聽(tīng)處理。雙模調(diào)度臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)2套集群軟件接口程序的選擇調(diào)用及集群應(yīng)用接口的編程實(shí)現(xiàn)，通過(guò)是否優(yōu)選LTE-M呼叫的模式切換功能，能夠有效地實(shí)現(xiàn)呼叫模式的選定。

圖5 雙模調(diào)度臺(tái)的技術(shù)改造方案示意圖

3.2 雙模車(chē)載臺(tái)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

雙模車(chē)載臺(tái)的開(kāi)發(fā)是在既有TETRA集群車(chē)載臺(tái)的基礎(chǔ)上新增LTE-M的空口接入信號(hào)機(jī)(如圖6所示)，既有TETRA信號(hào)機(jī)通過(guò)串口使用AT(Attention)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)控制，新增的LTE-M信號(hào)機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)使用AT指令進(jìn)行數(shù)據(jù)控制。調(diào)度呼叫發(fā)出的LTE-M下行音頻信號(hào)或TETRA下行音頻信號(hào)，將在車(chē)載臺(tái)主機(jī)的控制單元進(jìn)行音頻疊加處理，再傳送給車(chē)載臺(tái)操作終端進(jìn)行播放。司機(jī)呼叫的音頻通過(guò)操作終端采集后，由車(chē)載臺(tái)的控制單元進(jìn)行音頻分路，分別送往2種信號(hào)機(jī)端口，僅通過(guò)控制信號(hào)機(jī)的發(fā)射來(lái)控制上行音頻的發(fā)送。雙模車(chē)載臺(tái)的技術(shù)要點(diǎn)是音頻的疊加處理，雙模車(chē)載臺(tái)可以在TETRA和LTE-M 2種制式下待機(jī)工作，同時(shí)接收任意制式的呼叫音頻，也可以根據(jù)情況選擇特定的制式發(fā)起呼叫。

圖6 雙模車(chē)載臺(tái)的技術(shù)改造方案示意圖

“雙模調(diào)度臺(tái)+雙模車(chē)載臺(tái)”組合改造方案的優(yōu)勢(shì)在于：可以通過(guò)搭建“雙模調(diào)度臺(tái)+雙模車(chē)載臺(tái)”的模擬測(cè)試平臺(tái)，對(duì)雙模調(diào)度臺(tái)是否工作在優(yōu)選LTE-M模式的運(yùn)行場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試。在確認(rèn)雙模調(diào)度臺(tái)的功能完整性和可靠性后，可正式使用雙模調(diào)度臺(tái)設(shè)備。隨后可以開(kāi)展雙模車(chē)載臺(tái)改造，在改造線路每日結(jié)束運(yùn)營(yíng)后模擬優(yōu)選LTE-M模式對(duì)全線進(jìn)行運(yùn)行演練，演練內(nèi)容包括對(duì)已經(jīng)完成改造的車(chē)載臺(tái)設(shè)備采用LTE-M制式呼叫，以及對(duì)未改造的車(chē)載臺(tái)設(shè)備采用TETRA制式呼叫。在模擬運(yùn)行測(cè)試結(jié)束后，將雙模調(diào)度臺(tái)切換回非優(yōu)選LTE-M模式，確保正常運(yùn)營(yíng)時(shí)段的TETRA調(diào)度業(yè)務(wù)功能。待該信號(hào)改造線路的全部列車(chē)均完成改造后，再逐步使TETRA設(shè)備退網(wǎng)，以確保整個(gè)改造期平穩(wěn)過(guò)渡。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究和探討了窄帶集群向?qū)拵Ъ哼^(guò)渡的幾種常用解決方案，分析了不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)。在寬帶集群系統(tǒng)日漸成為主流無(wú)線列車(chē)調(diào)度系統(tǒng)的趨勢(shì)下，既有線路集群調(diào)度改造過(guò)渡方案的選擇需要結(jié)合實(shí)際的改造需求、運(yùn)營(yíng)壓力及投資情況等進(jìn)行綜合分析。將不同的基礎(chǔ)改造方案相結(jié)合，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠有效降低改造過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于運(yùn)營(yíng)壓力大、對(duì)可靠性要求高的既有運(yùn)營(yíng)線路，推薦使用“LTE-M+TETRA”雙模調(diào)度臺(tái)與雙模車(chē)載臺(tái)相結(jié)合的方式。