上海城市轨道交通民用通信系统的规划与实现

郑燕燕 张双健

(上海申通轨道交通研究咨询有限公司,201103,上海∥第一作者,工程师)

1 上海城市轨道交通民用通信系统规划的背景

从1993年上海第一条地铁建成通车至今,上海轨道交通已由单线运营发展成为网络化的建设和运营,对地下空间的信息服务需求也随之产生。在实现安全、高效、舒适地运送乘客的同时,如何为地下空间的乘客提供先进的、多样的、畅通的、高质量的各类信息服务,并达到与地面空间无缝连接的目标,已成为提升城市轨道交通服务品质和社会形象,并同时为企业带来相应收益的的重要课题。为此,对民用通信系统规划(以下简为“规划”)的研究于2006年展开。该规划结合了在上海轨道交通1、2号线引进移动通信的初步探索及成功经验,以城市轨道交通主体网络建设的规划和要求为根本前提,以经营城市轨道交通信息服务业务为最终目标,以移动通信技术的迅猛发展和广泛的市场应用为切入点,实现上海城市轨道交通民用通信系统的统筹建设、运营、管理和经营。

2 规划的定位目标及基本准则

2.1 民用通信系统规划的定位

民用通信系统的定位是:将建立一个多部门共享、涵盖上海城市轨道交通全网络的具有多种业务用途的经营性信息网络系统,结合对城市轨道交通既有基础资源的重复利用,以标准化、集约化的手段实现多家运营商的移动通信及数据通信的网络引入,服务大众,优质经营,为城市轨道交通的信息产业链的形成和发展提供良好的基础。因此,在尚无明确、统一的建设标准的情况下,站在全网络统筹的高度,从系统的整体架构、业务范围、技术支持、全网监控方式等多层面研究,并制定适合城市轨道交通业务特色的民用通信系统的整体规划,是具有战略眼光和深远意义的。

2.2 民用通信系统规划的目标

目标一:规划研究确定了民用通信系统以移动通信引入为契机和起点,逐步建立和发展多种信息类业务的建设目标,包含五大类系统。第一类为传统的数据及语音通信系统,将实现移动GSM900、联通GSM900、上海电信CDMA800和各运营商的3G系统在城市轨道交通地下空间的网络覆盖,以及程控交换电话的覆盖;第二类为非传统数据业务系统,包括局域网(LAN)系统、无线局域网(WLAN)系统和乘客信息系统(PIS);第三类为互联网数据存储业务系统,即IDC系统;第四类为基础配套系统,包括传输系统及电源接地系统;第五类为网络管理系统,即面向全网络各系统的综合监控告警系统。上海城市轨道交通民用通信系统的网络架构如图1所示。

目标二:规划将通过确定统一的技术标准和建设标准的方法,达到既可提高服务质量,亦可统筹安排各类资源、提高资源的共享程度和利用率、降低系统的建设和运营成本的目标,为下一步的经营和商业模式的建立提供有利的基础条件和支持。

综上所述,规划的总体目标是拟通过建立技术先进、运行可靠、维护有效,并具有一定前瞻性的民用通信系统,为逐步形成适合城市轨道交通特点的经营管理及资产运作的产业体系提供良好的平台,使之实现长期的、可持续性的发展。

图1 上海城市轨道交通民用通信系统网络架构示意图

2.3 民用通信系统规划的基本准则

1)民用通信系统的设计和建设须服从城市轨道交通整体网络建设框架及其基本准则,在符合线路建设的技术要求和实施标准的前提下实施。

2)民用通信系统的设计与建设须遵循集约化、标准化的原则,符合可靠性、兼容性、先进性的要求,兼顾现阶段的信息技术要求和未来发展的要求。

3)民用通信系统须兼顾城市轨道交通常态下的信息业务开展与紧急状态下的应急功能,可通过与其他应急系统的紧急联动以共同实现为事故救援提供手段的功能要求。

4)民用通信系统规划应明确该系统与多家运营商之间的技术衔接、维护界面和管理接口。

5)为实现城市轨道交通信息服务的多元化,民用通信系统应以发展的眼光捕捉具有持续发展潜力的新业务并为其创造接入条件。其前提是试验先行,确保安全。

6)民用通信各系统应采用能适应城市轨道交通的复杂运行环境、性能稳定、性价比高、易于运营维护的成熟技术和设备。

3 规划中各子系统的功能要求及基本技术原则

3.1 移动通信引入系统

移动通信引入系统是民用通信系统规划中最早得以实施并随着移动通信业务发展而发展的系统,是民用通信系统最为传统和成熟应用的基础业务。

移动通信引入系统采用宽频带组网方式,频率范围从600 MHz至2.5 GHz,实现各大移动运营商2 G和3 G系统的语音及数据通信信号的引入和覆盖,包括:GSM900、CDMA800、WCDMA 、CDMA2000、TD-SCDMA;并同时兼容其它无线通信体制,包括WLAN和DVB-T等,为真正意义的多制式、多频段系统。系统覆盖范围包括地下车站、隧道区间、站厅及站台公共区、办公区域、设备区域、出入口和城市轨道交通管理范畴的公共商业区域。引入系统由集约化宽频段信号分合路平台(简称POI平台)和综合信号分布系统共同构成。其中,综合信号分布系统由泄漏同轴电缆、天线及馈缆等组成。为达到“绿色通信”的目标,引入系统应结合车站、隧道的结构、限界、装潢情况,合理布置有关设备及天馈线系统,适当增加天线并降低天线口的全向辐射功率(EIRP),以实现良好的均匀覆盖。移动通信引入系统最终应达到让地铁乘客享受到相当于地面、甚至优于地面的无线通信服务,同时应符合环保要求的目标。

3.2 固定电话系统

民用通信的固定电话系统是公务电话系统的补充,主要用于满足城市轨道交通公务电话及专用电话服务范围以外的非运营性客户的固定电话联络要求,如商铺租户、商务大楼客户等。民用通信固定电话组网方案立足于城市轨道交通整体网络,并应符合方便升级扩容、重点考虑负荷集中和便于管理的要求。固定电话系统采用数字程控交换设备组网,由数字程控交换机、远端模块、线路设施及终端组成,具备完善的计费功能和计费管理功能。

3.3 乘客信息系统(PIS)

PIS依托多媒体网络技术,以计算机系统为核心,以车站及列车车厢的显示终端为媒介,向乘客提供行车时间、安全行车指导等相关信息服务,同时可为地铁电视的直播提供显示功能。PIS包括车站PIS和车载PIS。无论是车站PIS还是车载PIS,均需具备与其他应急系统的联动功能,以实现在紧急状况下的紧急信息显示。

PIS采用民用通信上层中心、各线控制中心和本地(车站或车载设备)三级控制结构。其中,上层中心与各线中心的传输链路由上层共用信息传输网络提供。PIS依据不同的运营环境分别以正常模式、应急模式和单点故障模式运行。

3.4 局域网(LAN)系统

LAN系统包含了内部专用LAN接入系统和公众LAN接入系统。内部专用LAN系统用于实现城市轨道交通各车站、控制中心等用于生产的计算机终端的高速互联,并可统一接入互联网,还可实现基于LAN系统的VoIP(Voice over Internet Protocol,互联网协议语音)电话功能。公众 LAN接入系统用于实现城市轨道交通范围内的非运营性用户通过集中或分散接入方式接入互联网的需求,如商铺客户上网、银行ATM设备的数据传输等,或实现基于LAN系统的IP(Internet Protocol,网络互联协议)电话业务的需求。LAN系统具备完善的用户管理和计费功能。

3.5 无线局域网(WLAN)系统

为充分利用民用通信系统的相关基础资源,如泄漏同轴电缆、传输系统等,应建立相互独立的内部专用WLAN和公众WLAN接入平台。

内部专用WLAN系统的规划目标是用于实现车地宽带无线通信,满足高速运动中的地铁列车与车站固定设施之间的双向通信。在民用通信系统中,可为实现车载PIS的实时信息发布提供无线宽带通道;并同时为实现城市轨道交通内部的基于WLAN的移动通信提供平台,以满足常规通信手段未建立之前工程施工人员对内部通信联络的需求。公众WLAN系统的规划目标是建立基于多个通信运营商的WLAN用户接入平台,为城市轨道交通范围内的公众乘客及商家提供快速的无线上网通道,并为开发基于公众WLAN系统的增值应用提供可能。如:城市轨道交通《时代报》的无线发布,以及结合建立合理的经营模式为非轨道交通运营性客户提供通话功能。公众WLAN系统应具备完善的用户管理和计费功能。

3.6 综合监控告警系统

建立民用通信综合监控告警系统的目标是高效、综合地监控和管理民用通信各子系统设备的工作状态,以及设备机房的环境状态和身份识别信息;实现系统管理、性能监视及故障管理的功能。综合监控告警系统依托多媒体网络技术,以计算机高速数据处理能力为核心,实时采集被控端设备和环境参量的具体状态信息,并集中分析处理,实时地输出至告警监控终端上,实现高效的系统网络化管理。

民用通信综合监控告警系统为车站级、各线控制中心级和上层监控中心级的三级组网方式,可满足城市轨道交通全网络的民用通信系统的集中监控。

综合监控告警系统应具有良好的可维护性、自诊断及恢复功能,以达到高可靠性和安全性;并具备开放性和平滑升级的能力,以达到网络化的目标。

3.7 城市轨道交通的互联网数据中心系统

互联网数据中心(Internet Data Center,简为IDC)是近年来发展迅速的高品质电信基础设施,用以满足互联网应用外包服务的需求。除电信企业外,很多政府机构以及银行、证券、保险、互联网等众多行业也都在建设各种不同用途、规模、等级的数据中心。在城市轨道交通民用通信系统规划中,IDC系统将是其中预计投资最大的系统。应充分利用城市轨道交通控制中心、大型换乘站、停车场、车辆段和地面楼宇中闲置或未得到充分开发的空间,并有效地整合城市轨道交通丰富的管道资源、光纤资源、电力资源等来建设IDC系统,为城市轨道交通内部用户(如各类生产、管理数据的备份等)和外部企业客户提供以服务器托管为主的互联网综合服务业务。携手电信基础运营商和主流运营商建立长期的战略合作关系,逐步形成规模效应和品牌效应,为其在激烈的IDC市场中赢得更多的竞争力,大大地拓展城市轨道交通信息类服务的未来成长和赢利空间。

IDC系统的网络结构由边界层、核心层、接入层构成,并采用整体网络结构全冗余和设备的全冗余配置来保证网络的高可靠性;采用具有大容量特性的核心交换设备和易于拓展的网络结构,来保证网络的可扩展性和高可用性。

目前,已将西藏南路信息楼作为试点,着手设计和建设IDC系统,并将以点带面逐步展开在上海城市轨道交通网络内的IDC系统的建设。

3.8 电源及接地系统

民用通信系统设独立完整的电源系统。它是民用通信的基础设施系统之一,为民用通信各子系统设备、电信运营商设于机房的信源设备,以及民用通信机房空调设备等提供不间断、无瞬变、安全可靠的供电。电源系统为一级负荷供电,由降压变电所引二路独立的380 V三相交流电源至民用通信电源室;当使用中的一路出现故障时,应能自动或手动切换至另一路,并能在本地及远端及时告警。电源系统由外供交流电源切换屏、交流配电盘、直流配电屏等组成。电源系统的技术要求和指标应与专用通信的电源系统保持一致。

另外,民用通信电源系统的结构设计应充分考虑到同时服务于多家电信运营商并分别为其计量的特殊需求,其交流配电屏应配置可分别用于不同运营商的交流电表,以保证电量统计的准确性与便利性。

民用通信接地系统是确保系统设备正常工作和工作人员人身安全的基础保障。通常情况下,专用通信系统将为民用通信系统预设接地端子,否则应采用与车站供电系统合设接地体的方式设立接地系统。民用通信接地系统的技术指标应与专用通信的接地系统指标保持一致。

3.9 传输系统

传输系统是轨道交通民用通信系统的网络基础,为民用通信其他各子系统提供可靠的、冗余的、可扩展的传输通道,以满足语音、数据、文字、图像等各种业务的传输需求。传输系统包括系统设备和光缆设施。系统设备所采用的制式、系统性能要求以及系统自愈保护功能等,应与专用通信的传输系统完全一致;其光缆的技术规格和敷设要求也应与专用通信的保持一致。在光缆的容量设计方面,应充分考虑民用通信的经营性特点,应留有充足的余量并依据线路条件尽可能实现光纤网络化,以满足系统扩容及经营业务拓展的需求。

3.1 0 其他配套系统

根据民用通信系统的特点和功能需求,应对设于车站、控制中心、上层中心的民用通信机房、电源机房的工程建设原则和工艺要求作出相应规定,对系统建设所必需的预留孔洞和预埋管线的相关要求作出明确规定,对机房、区间、车站公共区的设备布置、安装和缆线布放作出规范性规定。

4 结语

规划确定了城市轨道交通民用通信系统的发展方向和各项建设内容,规划的实现可为城市轨道交通的乘客提供便利、优质、先进的个性化信息服务,同时也为开展信息类业务的经营打下基础。到目前为止,规划的各项内容已逐项、逐步地在上海城市轨道交通的各条线上得以实现,并根据市场变化、经营需要以及不同线路的不同要求,予以适时地调整。随着规划的不断细化和深化,其适用性也将不断地提高,城市轨道交通信息业务的经营理念和产业链价值也将得到完善。规划的研究成果和应用经验亦可为全国其他城市的轨道交通民用通信系统建设提供借鉴。

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