地铁专用无线制式选择

石小忠

（中铁上海设计院集团有限公司 上海 200070）

1 制式差异的形成

城市轨道交通是在国家铁路技术的基础上，通过对城市公共交通大运量、小区间、高密度、低电压的特点进行研究并逐渐发展变化而来，因此两者之间无论是设计力量、技术规范、设备标准，都一直存在着高度的关联性。然而，从无线通信系统的应用制式来看，铁路目前大力推进的GSM-R与城市轨道交通普遍使用的TETRA制式，却似乎是一个例外。

在1998年前后，面对通信系统的数字化发展趋势，铁道部2002年前对于数字移动通信究竟采用TETRA还是GSM-R制式进行了大量的比较研究但一直未有定论。因此，在此期间编制定稿并于2003年5月出版的《地铁设计规范》（GB50157-2003），根据当时的形势对无线通信制式提出了如下的规定：“15.5.2 …… 地铁无线通信系统根据业务需求可采用专用频道方式，也可采用数字集群移动通信方式。”也就是说除了当时铁路广泛使用并且技术已呈落后之态的450MHz专用信道无线通信系统制式以外，该版地铁设计主推当时比较热门的TETRA制式。然而，随着铁道部技术引进以及应用试验等各方面的条件发生变化，2002年末铁道部最终确定了采用GSM-R制式来建设列车无线调度系统，同时确定通过对欧洲的ETCS规范进行研究，发展中国自身的CTCS体制的方向。2002年12月在我国召开的国际铁路联盟大会上，铁道部向世界宣布了发展中国列车运行控制系统（CTCS)的规划。其中时速300km以上的高速铁路采用的CTCS-3系统为基于GSM-R无线传输工作方式，从而为GSM-R系统在中国铁路的无线通信从模拟转向数字应用确定了基调。随后，在2005年出版的《铁路运输通信设计规范》（TB10006-2005）提出了如下规定：“4.8.4 列车无线调度电话应根据铁路运输指挥作业方式和运输能力，采用GSM-R综合数字移动通信系统或《列车无线调度通信系统制式及主要技术条件》（TB/T3052）规定的A、B、C三种制式”。至此，国铁与城市轨道交通在数字专用无线通信系统的制式上出现了明显的差异。

2 差异带来的影响

受2003版《地铁设计规范》的限制，其后建设的城市轨道交通项目无线通信制式除了小部分使用较为廉价的450MHz专用信道制式以外，绝大部分项目都采用了TETRA数字集群通信制式，但始终未能投入力量编制相应的行业标准来满足我国轨道交通的特殊应用需求。

铁道部则在2003年之后集中力量对GSM-R系统展开了试验研究，首先从标准、规范等层面，逐渐确立了GSM-R的平台地位，并且通过青藏线等线路的实际应用对系统功能进行了验证。如今完成的《铁路GSM-R数字移动通信系统工程设计暂行规定》、《铁路GSM-R数字移动通信工程施工技术指南》、《铁路GSM-R数字移动通信工程施工质量验收暂行标准》等一系列的规范性文件以及《GSM-R数字移动通信应用技术条件》、《GSM-R数字移动通信网设备技术规范》等大量的技术文件，保证了足够的GSM-R数字移动通信应用水平和互联互通的能力，并使不同厂家设备之间得以兼容，设备采购挑选的余地增大。确保了无线通信系统能成为一个规范化、体系化、网络化以及深度研究和细化补充的基础上实现的专用系统。在2009年编制完成的高速铁路设计规范，更将专用无线通信系统章节直接定义为：“13.7 GSM-R数字移动通信”，并明确其应提供话音业务、数据业务、与呼叫相关的业务和铁路特定业务。

如今，国铁项目的GSM-R数字无线通信系统建设已经迈上了快车道，这几年开通的大量高速铁路，全部采用了GSM-R技术，按照350km时速设计的高速铁路更是无一例外地采用了基于GSM-R无线传输的CTCS-3高速列控技术。这表明无论是从稳定性、功能性、还是高速的适应性上面，GSM-R都已经经受住考验。同时，由于形成了广阔的市场前景，国内的华为、中兴等厂商，都进行了GSM-R系统的开发研究，并且生产能力在不断扩大，对于保证整个网络安全、提高后续的服务能力，降低系统建设投资价格水平等都形成了良好的推动作用。由于在规范层面进行大量研究，目前在建的GSM-R系统中不同厂家的设备互联互通实际应用效果良好，各种业务满足数据和通话需求。其中，通过用户组的等级划分、频点的合理分配以及弱场直放站的精心配置，无论是枢纽站的大话务量应用，还是区间恶劣地形条件下的高速列控数据传送，系统都能提供满意的使用效果。

反观地铁集群通信系统，由于行业本身缺乏全国性的行业标准、技术规范的编制力量，造成轨道交通行业长期以来在集群通信系统标准方面的不完善。在与国铁形成了制式的差异以后，就无法直接引用国铁的技术力量及其现场的系统、设备规范标准。因此实践中集群系统的系统结构、系统性能、网络指标、设备性能都受制于设备生产商提供的方案。目前在基本形成轨道交通线网的城市，其轨道交通的数字集群建设更是一个令使用方头疼的问题，往往只能受制于设备供应商提供的条件，而受到厂商的自我保护和控制等条件约束，每个城市的轨道交通在不同厂家的集群设备之间统一组网基本无望实现，而且在运营一段时间以后，网络扩建和维护的成本更显高昂。同时，由于TETRA在国内地铁行业的供应商已经呈高度集中态势，在别的系统技术不断更新时，厂商提供的集群系统技术升级、功能更新、设备指标改良等方面的迫切性不强。

况且，从实际使用效果看，TETRA对于我们的地铁管理方式而言，还存在一定程度的适应面较窄的问题，由于它是一种适应通话时长较短的无线通信制式，特别符合适应于行车调度指挥等应用。但是，随着地铁管理扁平化进展，目前地铁线路大量现场管理人员、设备维护人员的移动通话要求，却因TETRA 的系统性能限制而较难得到完全满足。一些线路较多的城市轨道交通存在因TETRA系统裕量不足，设备维护部门不敢随意扩大发放范围、工作人员和管理人员则抱怨现场通话终端严重不足的矛盾。另外，由于缺乏相应的系统接口标准,目前轨道交通研究的基于无线通信的列车控制功能（CBTC）基本都由信号系统通过自建局域网等方式提供空间信号传输。

我们看到2009年开始修编的新版《地铁设计规范》（征求意见稿）有关轨道交通无线通信的描述则改为“无线通信系统根据业务需求宜采用数字集群移动通信系统。”该规范虽未强制规定必须采用集群通信系统，但未能从标准层面为轨道交通行业提供更多的选择条件。同时，除了编制地铁设计规范以外，轨道交通行业难以集中力量编制更多适用的行业性TETRA规范和标准体系和系统接口规范，地铁建设、设计、施工和运营部门在具体实施过程中仍将处于无据可依的窘况。

3 方案扩展的契机

3.1 体制的发展

今年9月3日，铁道部和成都市签订了《铁道部、成都市人民政府关于推进成都市域轨道交通建设补充协议》。协议明确了“实现地铁与铁路的资源共享，……更加密切路网干线、城际铁路、城市地铁的互联互通，实现多种轨道交通的无缝衔接，方便旅客换乘”的原则。为此，铁道部与成都市联合组建合资公司以合作建设和经营成都城市地铁，目前项目已正式进入了实际操作阶段。与此同时，2010年广佛城际地下铁道已经在2010年11月3日正式开通。而2010年10月初，国家发改委批准建设全国首条跨省建立的城市城市轨道交通线路“上海轨道交通11号线花桥段延伸项目”，将上海11号线从安亭站延伸至江苏昆山的花桥站。

成都地铁开创了一种完全创新的中国地铁行业建设与管理模式，对后续建设的大中城市轨道交通项目将具有示范性的作用。成都地铁的部市联合管理模式，不仅仅是管理单位的变化，它实际上显示了行业整合、资源共享的一种趋势。而广州—佛山地铁、上海—昆山地铁的建设，则显示出铁建设正由以往的单个城市建设管理的孤岛模式，朝着城际联网、分段管理的模式发展的一种趋势。随着地铁项目的这种趋势，地铁通信的网络特性会逐渐增强，互连的要求也会增多，对于系统间的接口要求也会越来越高。

3.2 GSM-R技术特点

GSM-R目前可实现的应用包括列车无线调度、公务（管理、施工、维护）移动、公安移动、应急语音通话等话音通信；能够实现点对点呼叫、功能寻址、位置寻址、广播呼叫、组呼通话、紧急通话、多优先级强拆和强插、呼叫限制等功能；同时还能通过GSM-R网络的电路数据交换、GPRS、短消息、USSD等业务，实现车—地、车—车之间的列车运行控制信息、机车同步操控信息、列尾风压信息、调度命令信息、车次号校核信息、调车机车信息以及监控信息等透明信息的无线传输。

应用于轨道交通项目，将完全能够适应轨道交通的应用要求，还能为轨道交通目前的CBTC提供有力的支持，避免各自新建独立的无线系统而造成投资重叠以及无线信号干扰问题。

而在成都地铁等项目中，由于具有与铁路统一管理方式和资源的条件，若能采用GSM-R制式，将有利于统一系统结构和技术标准、减少应用系统种类、合理分配系统频点、促进CBTC的建设、降低维护难度与成本等优点，并且在建造城际地铁线路时有利于提高无线通信的整体性能和扩展能力。

4 系统设计的新思路

基于轨道交通建设和管理的发展趋势，地铁无线通信的制式，有必要检视设计规范的适用程度，从源头上提供与建设及管理体制相适应的设施基础。建议明确将GSM-R制式纳入轨道交通的选择范围，结合铁道部进入轨道交通领域等客观因素，充分考虑选用GSM-R系统的适应性、可行性和必要性，并帮助轨道交通无线通信系统建立行业化的统一实施标准。

各城市轨道交通无线通信的制式，应允许按照各自的建设进程、既有系统的规模、以及各线路的使用需求，因地制宜，选用合理的方案。

在成都等条件适宜的城市，建议优先考虑GSM-R，以从标准上提高系统实施效果，降低设备维护困难和成本；而如北京、上海等地的地铁TETRA已经成网的情况下，则应慎重选择，以保证既有系统设备的投资效益。

[1]GB50157-2003, 地铁设计规范. 北京: 中国计划出版社, 2003

[2]TB10006-2005, 铁路运输通信设计规范. 北京：中国铁道出版社，2005

[3]TB10621-2009, 高速铁路设计规范(试行). 北京：中国铁道出版社，2009

[4]成都日报. 我市与铁道部签署推进成都市域轨道交通建设补充协议. http://www.chengdu.gov.cn/PublicService/LegalServices/detail.jsp?id=348497

[5]铁道部工程设计鉴定中心，北京全路通信信号研究设计院.中国铁路GSM-R数字移动通信系统设计指南. 北京：中国铁道出版社, 2008