福州地铁1号线专用无线通信系统的设计

【摘要】根据福州地铁1号线无线指挥调度通信的需求，设计了福州地铁1号线专用无线通信系统的网络结构，并对设备性能、系统功能以及技术特点进行了详细分析。

【关键词】福州地铁专用无线通信系统网络结构

中图分类号：TN929.52文献标识码：B文章编号：1006-1010（2014）-16-

[Abstract]According to the requirements of radio control and command communication for Fuzhou Metro Line1， the network structure of the dedicated radio communication system for Fuzhou Metro Line1 is designed in this paper， and the equipment characteristics， system functions and technical features are described in detail.

[Key words]Fuzhou metro dedicated radio communication system network structure

1 引言

近年来，国内地铁发展和建设非常迅速。作为福建省的行政中心和省会城市，福州规划了9条地铁线路，其中轨道交通1号线已经开工建设，并将于2015年底投入试运营。

地铁通信系统是整个地铁建设中必不可少的一个环节，而专用无线通信系统作为地铁中列车调度、车辆调度、防灾调度、环控调度必不可少的无线通信手段，在整个地铁的无线调度中承担着至关重要的任务，决定了地铁无线调度是否能够稳定有序地进行。

2 福州地铁专用无线通信系统的用户需求

福州市轨道交通1号线专用无线通信系统采用800MHz TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陆地集群无线电）数字集群调度系统，为地铁运营的固定用户（控制中心及车辆段调度员、车站值班员等）和移动用户（列车司机、防灾人员、维修人员）之间的语音、数据信息交换提供可靠的通信手段，对行车安全、提高运输效率和管理水平、改善服务质量提供了重要保证；同时，当地铁运营出现异常情况、有线通信出现故障时，亦能迅速提供防灾救援和事故处理等指挥所需要的通信手段。

2.1 通信功能需求

福州轨道交通1号线专用无线通信系统应具有语音呼叫、数据传输、系统调度控制以及系统安全功能。

（1）语音呼叫功能主要包括组呼、个呼、系统全呼、紧急呼叫、呼叫优先、预占优先呼叫、有线/无线互联呼叫、背景组/通播组呼叫、调度授权呼叫、语音优先、呼叫保持、PABX电话组呼、快速呼叫、超出服务区指示、呼入呼出限制（呼叫限制）、呼叫提示、优先级排队、用户级别、发射禁止（发射关闭）、直通模式等功能。

（2）数据传输功能主要包括状态信息传输、SDS（Short Data Service，短数据业务）传输、IP分组数据传输等功能。状态信息传输用于发送频繁使用的某些信息，状态信息的长度只有16bit（65536个不同的值），其中（即32768个信息被预留）用于不同的应用需求，而其余的用于TETRA数字集群系统的标准需求。TETRA数字集群系统能够在状态信息被存储到系统数据库之后，向终端发送确认信息。用户不同应用的状态信息不存储在数据库中，可被用于向一个用户终端发送信息。TETRA数字集群系统仅作为这些状态信息的服务载体。SDS传输可以保证在无线终端之间或无线终端与调度台之间发送信息，无线终端可以同时参与短数据信息传输和话音呼叫。IP分组数据传输可提供IP数据报的传送，分配给用户的IP地址可以是静态的或动态的。

（3）系统调度控制功能主要包括动态重组、基站区域呼叫、区域选择、通话限时、自动重拨、迟后进入、移动终端遥毙/复活、监听、环境侦听、强拆/强插、通话组扫描、优先扫描/优先监视、主叫/被叫显示限制、讲话方识别显示、缩位寻址、呼叫限制、超出服务区指示、二次拨号等功能。

（4）系统安全功能主要包括双向鉴权、鉴权密钥管理以及对移动终端的遥毙/复活等功能。

2.2 覆盖需求

福州地铁1号线专用无线通信系统采用多基站小区制方案，在沿线的22个车站设置22套集群基站，车辆段和停车场各设置1套集群基站。全线共设置24套集群基站，完成对全线车站、区间、车辆段和停车场的无线场强覆盖。

专用无线通信系统对区间（包括地下隧道区间、地面区间及高架区间）的覆盖采用漏泄同轴电缆方式，上、下行线路各敷设1条漏泄同轴电缆，车站站台采用漏泄同轴电缆+天线方式，站厅、出入口、车辆段、停车场采用天线覆盖方式。

3 专用无线通信系统的组成

福州地铁1号线专用无线通信系统采用TETRA数字集群技术体制，由控制中心设备、车站设备、车辆段/停车场设备以及无线终端组成。其网络结构如图1所示：

（1）控制中心

控制中心设置TETRA数字集群中心交换设备、鉴权服务器、计算机辅助调度服务器（主备配置，冗余热备）、中心无线集群网管（二次开发网管）等。

（2）车站设备

车站设备由2载频基站、车站值班员固定台、车站天馈单元、值班人员便携台等组成。

（3）车辆段/停车场

车辆段/停车场设备主要由2载频数字集群基站、车辆段/停车场远端调度台和固定台、车辆段/停车场铁塔及天馈单元组成。

TETRA数字集群交换机是专用无线通信系统核心，与无线系统其他设备之间通过不同的接口相连。基站通过E1接口与TETRA数字集群交换机连接，调度台通过E1接口与TETRA数字集群交换机连接，TETRA数字集群网管系统通过E1和RS232与TETRA数字集群交换机连接。endprint

各基站与控制中心交换机之间采用点对点星型连接的方式，基站与交换机的传输通道类型为标准的E1通道、2Mbit/s、G.703/G.704，不需要通过外接的接口转接器转接，减少了中间环节，设备的可靠性也得到了强有力保障。

为实现系统所需要的功能，专用无线通信系统设备还需要与通信系统内部其他子系统以及外部系统相连，例如：传输子系统、公务电话子系统、专用电话子系统、时钟子系统、电源子系统、集中网管子系统、车辆系统、信号ATS系统、综合监控系统等。

4 专用无线通信系统的设计

4.1 交换中心的设计

交换机是TETRA数字集群网络的核心，其性能和可靠性直接决定整个TETRA数字集群网络的性能和可靠性。福州地铁1号线专用无线通信系统采用AIRBUS公司的DXT（Digital Exchange for TETRA，TETRA数字交换机），该交换机基于先进的DX200容错平台，具有冗余度、性能可靠、处理能力强、无单点故障等优点，采用高度模块化和高度集成化的设计，其他系统交换中心的主要网元均只相当于DXT交换机的功能模块。

福州地铁DXT交换机内部板块采用冗余备份部署，支持2n和n+1的热备份方案，一旦单元故障，备用单元自动取代故障单元，保持系统正常工作，不会引起中断或服务中断。主要部件包括CMM（呼叫控制及中央内存单元）、GSWB（交换单元）、OMU（操作和维护单元）、CLSU（时钟和同步单元）、CLAB（时钟和告警缓冲单元）、MB（信息总线），局域网交换机ESB24和电源模块均采用2n备份热备方式，CCSU（公共信令信道单元）、接口单元ET16/ET2E采用n+1备份。DXT交换机的构成如图2所示：

DXT交换机采用分布式多处理器结构交换机，具有大数据量处理能力，保证在通信繁忙的重负荷下仍能可靠、快速建立呼叫；同时，还具备实时故障自动检测及恢复功能，确保主用单元发生故障时自动切换到备用单元。

冗余设计、自动监控、告警检测、自愈和结构管理系统保障了TETRA系统的不间断运行，即使DXT交换系统内部发生单点故障，也不会引起运行的中断。

4.2 基站系统的设计

福州地铁专用无线通信系统的基站采用AIRBUS公司的TETRA TB3（第三代EADS基站）基站，该基站在数字处理技术和射频技术等方面采用了全新设计，具有高可靠性和易于升级等特点，无线覆盖性能好，能够用较少的TB3基站满足覆盖要求。

TB3基站的构成如图3所示：

TB3基站采用了多种冗余设计，基站最多可支持8个载波单元（收发信机），载波单元可相互备份，当1个载波单元出现故障时，不会影响基站的正常工作。MCCH（Main Control Channel，主控制信道）也设置成多级备份，一旦带MCCH的载波单元出现故障，MCCH可以自动调整到另外的载波单元上，即将系统第一个载波的第一时隙设为控制信道，当该载波出现故障时，基站根据预先设定的优先级算法，自动选取1个工作正常载波的第一时隙作为新控制信道。

基站内部设置传输链路接口，提供4个E1接口，便于链路冗余并可以支持多种拓扑结构。基站控制器热备冗余，当主用基站控制器故障时，基站自动切换到备用基站控制器。

AIRBUS公司的TETRA基站还能提供增强型单站故障弱化功能，当基站与交换机通信中断时，仍能为本基站内的用户提供基本的通信服务。

5 技术特点

福州地铁1号线专用无线通信系统充分借鉴了国内外很多地铁网络的系统建设和运维经验，在建设过程中综合运用了多种技术手段保证网络的可靠性和先进性，其主要技术特点如下：

（1）系统可靠性高

核心系统建立在高级冗余容错平台上，系统中主要和重要的功能部件全部采用冗余备份方式，能够提供最高的可靠性。核心交换机模块冗余热备，无单点故障，多级时钟机制能够保证系统的安全稳定运行。

（2）用户通信远程控制能力

该系统主要用于无线用户指挥调度，当发生大型勤务或紧急情况导致大量无线用户集结时，需要应急措施来保障无线用户的通信不中断。因此，用户通信远程控制能力在很大程度上决定了用户的运维工作量、成本以及能否很好地应对紧急情况下的调度需求。

系统具有用户通信远程控制能力，除了国家号、网络号、终端号等几个最基本的通信参数需要在终端中编程外，其他绝大多数通信参数均可以通过调度台在系统侧进行配置。当需要修改终端参数时，不需要回收终端重新进行编程，极大地减少了终端编程的工作量，用户对通信参数的修改也非常方便和快捷，大量参数可针对不同地铁线路（虚拟网）设定，无需针对单一用户一一设定，也可针对无线用户批量设定参数，配置及修改方便迅速。

（3）远程运行维护能力

该系统的TB3基站可以提供超过30个外部告警输入端子，可以支持对机房的门禁、空调、烟感进行环境监测，从而实现基站机房的完全无人值守；专用无线通信系统具有软件远端升级下载功能，即从控制中心一点可以远程向基站、调度台、API服务器下载升级软件，无需访问基站站点便能完成整个升级过程，并保证网络在极短时间内达到同一功能水平。基站采用自动调谐合路器支持从控制中心远程对基站频率进行调整，保证后期灵活的网络优化及干扰调整。

（4）强大平滑的系统扩容能力

该系统采用灵活的结构设计，可方便地进行网络升级和扩展；具有高度模块化的结构，可以提供扩展功能，以满足不同话务容量和用户容量的需求。在升级过程中，只要在现有硬件上加入新的模块和软件即可，整个升级过程不仅容易而且也很经济。此外，系统还支持远端软件升级，即从控制中心一点可以远程向基站、调度台、API服务器下载升级软件，无需访问站点便能完成升级，例如：当夜间进行软件升级时，使所有站点能在较短的时间内工作在统一的软件版本，不会对整个系统的调度指挥造成影响。

6 结束语

本文描述了福州地铁1号线专用无线通信系统的建设情况，由于福州地铁建设较晚，专用无线系统中的核心设备已经在国内外很多地铁项目中得到广泛应用，故而福州地铁建设起点较高。未来福州地铁将进一步跟踪、借鉴和吸纳TETRA业内最新的技术发展及研究成果，以保证福州轨道交通专用无线通信系统的技术先进性和持续发展。

参考文献：

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作者简介

林威：高级工程师，现任职于福州市城市地铁有限责任公司机电部，主要从事城市轨道交通无线通信系统的建设和管理工作。endprint