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城軌無線通信系統(tǒng)改造方案思考

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城軌無線通信系統(tǒng)改造方案思考

摘要:城軌無線通信系統(tǒng)在城市道交通的列車運營和日常管理中發(fā)揮著關鍵作用,本文以大連快軌三號線無線系統(tǒng)改造工程為例,對在軌道交通行業(yè)最常用的幾種數(shù)字集群系統(tǒng)包括:GSM-R、TETRA和NEXEDGE系統(tǒng)進行研究對比。

關鍵詞:無線通信;GSM-R;TETRA;NEXEDGE

軌道交通的運營離不開大量信息的交互,其中專用無線通信系統(tǒng)是城市軌道交通通信系統(tǒng)的重要組成部分,主要用于解決固定人員(調(diào)度員、值班員)與流動人員(司機、維修人員、列檢人員)間及流動人員相互之間的通話及數(shù)據(jù)傳輸問題,是提高運輸效率、確保行車安全及應對突發(fā)事件的必要手段。在城市軌道交通的列車運營和日常管理中發(fā)揮著關鍵作用。

1方案研究

下面針對大連快軌三號線現(xiàn)階段無線通信系統(tǒng)情況、運營需求、改造成本等具體情況及可供選擇的幾種方案進行分析研究,從而選擇一套較適合該線路的方案。目前國內(nèi)軌道交通行業(yè)大多采用以下幾種無線通信制式:模擬專用信道、模擬集群、數(shù)字集群。而隨著社會的發(fā)展、科技的進步,模擬系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)的應用已寥寥無幾,只有少數(shù)早期修建,還未進行系統(tǒng)升級改造的線路能見到模擬專用信道系統(tǒng)的應用。而幾乎所有新建及進行過系統(tǒng)升級改造的線路都采用了抗干擾能力更強、頻率利用率更高、實現(xiàn)功能更強大、擴容性更好的數(shù)字集群系統(tǒng)。而在軌道交通行業(yè)最常用的幾種數(shù)字集群系統(tǒng)包括:GSM-R和TETRA。還有在國內(nèi)軌道交通沒有過應用,但功能上完全能夠滿足需要的健伍NEXEDGE系統(tǒng)。大連快軌三號線現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)于2002年10月開通,是一套采用模擬專用信道的系統(tǒng),分為列調(diào)子系統(tǒng)、維修子系統(tǒng)和車輛段子系統(tǒng),全線設置三個基站??傮w來看,當初大連快軌的無線通信系統(tǒng)采用的專用信道的方式,不論從建設成本、系統(tǒng)功能上都比較合理,但由于設備的多年運行,部分設備老化,加之周邊環(huán)境出現(xiàn)較大變化,影響到了場強的覆蓋。另外,按照國家對加快無線通信系統(tǒng)數(shù)字化進程的要求,現(xiàn)有設備急需進行升級改造,以適應未來軌道交通運營的更高要求。

GSM-R(GSMforRailways)系統(tǒng)是在GSM技術基礎上專門為鐵路通信設計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)。它在GSMPhase2+的規(guī)范協(xié)議的高級語音呼叫功能,如組呼、廣播呼叫、多優(yōu)先級搶占和強拆業(yè)務的基礎上,加入了基于位置尋址和功能尋址等功能,適用于鐵路通信特別是鐵路專用調(diào)度通信的需要。主要提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護維修作業(yè)通信、應急通信、隧道通信等語音通信功能,可為列車自動控制與檢測信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道,并可提供列車自動尋址和旅客服務。GSM-R在國內(nèi)更適合于鐵路的應用,無論從建設成本還是實際應用方面考慮,GSM-R都不適合大連快軌三號線的無線通信系統(tǒng)改造。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在各國的地鐵、輕軌等城市交通領域有大量的應用;TETRA是基于TDMA(數(shù)字時分多址)技術的專業(yè)移動通信系統(tǒng),它的優(yōu)勢是通過中繼臺將信道容量增至模擬系統(tǒng)的兩倍。一臺中繼臺承擔兩臺中繼臺的工作,減少硬件設備的投入。不足之處在于它將信道分為了兩個時隙,實現(xiàn)信道容量的增容和頻譜利用率的提高需要借助中繼臺,否則手持臺和車載臺在12.5KHz信道下只能傳輸一路語音或者數(shù)據(jù);在同一時隙里,不能實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)同傳;TDMA方式下,時隙間阻止數(shù)據(jù)沖突所需的保護時間會使系統(tǒng)覆蓋面積和單間隙有效數(shù)據(jù)傳輸率減少??蓪崿F(xiàn)鑒權、空中接口加密和端對端加密。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)同時還具有虛擬專網(wǎng)功能,可以使一個物理網(wǎng)絡為互不相關的多個組織機構服務。TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)具有豐富的服務功能、更高的頻率利用率、高通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式,許多新的應用(如車輛定位、圖像傳輸、移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫查詢等)都已在TETRA中得到實現(xiàn)。因此,近兩年TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在歐洲乃至世界得到了快速的發(fā)展。根據(jù)接入點不同TETRA基本業(yè)務可劃分為承載業(yè)務和用戶終端業(yè)務。TETRA支持的用戶終端業(yè)務包括:單呼(點對點)、組呼(點對多點)、應答組呼、廣播呼叫(單向點對多點)以及上述各種情況的明話或密話。TETRA支持的承載業(yè)務包括:分組數(shù)據(jù)、電路數(shù)據(jù)??梢姀墓δ芗靶袠I(yè)應用來說,TETRA是個非常合適的選擇,但當前主要的TETRA系統(tǒng)廠家是EADS和Motorola公司;主要的TETRA終端廠家是Sepura、EADS和Motorola公司,這些國外產(chǎn)品本身價格較高,加之TETRA系統(tǒng)只能采用中、小區(qū)制覆蓋的模式,線路上需要增加多處基站,設備數(shù)量大幅度增加,改造成本會非常昂貴,仍不適合現(xiàn)階段大連快軌無線通信系統(tǒng)的改造。NEXEDGE系統(tǒng)是建伍公司最新開發(fā)的全數(shù)字化專業(yè)無線通信系統(tǒng)。采用最先進的語音編碼技術和DSP處理技術,大幅度提高了頻率使用效率,信道寬度最窄可以做到6.25kHz,不需借助中繼臺也能實現(xiàn)頻譜利用率比傳統(tǒng)的模擬12.5KHz系統(tǒng)增加2倍。僅是目前25kHz信道間隔的1/4。并且,在6.25kHz信道上,由于采用具有優(yōu)異陡降特性的濾波器,使整機獲得了良好的接收靈敏度,通信距離優(yōu)于當前的模擬通信系統(tǒng)。即使脫離系統(tǒng)常規(guī)使用也可以提供令人滿意的通信距離。此外,數(shù)字處理技術使得通信的背景噪聲大幅度降低了,通話更加清晰、舒適。

NEXEDGE系統(tǒng)采用大區(qū)制,覆蓋大范圍區(qū)域所需要的基站數(shù)量相對少,電臺通信距離遠,投資相對節(jié)省,而且便于維護。特別適合特殊情況下的應急通信使用。有效的通信距離等于甚至優(yōu)于目前使用的同等條件下的模擬FM系統(tǒng)。而且,通話延遲時間短,用戶不易察覺,操作容易掌握,不會有不習慣的感覺。NEXEDGE系統(tǒng)采用NXDN數(shù)字空中接口標準,尋址方式采用FDMA(頻分多址)方式,每一個話路使用1個信道;語音編碼采用世界最先進的AMBE+2聲碼器,具有先進的語音壓縮技術,背景噪聲極低,聲音保真度好,清晰易懂,結合高效率的糾錯技術,即使在高速移動、弱電場等惡劣環(huán)境中,也可以還原出語音;使用12.5kHz窄帶信道或6.25kHz超窄帶信道;語音和數(shù)據(jù)可以同時傳輸。在傳輸語音數(shù)據(jù)中,可以利用空閑位置傳輸數(shù)據(jù)。實現(xiàn)數(shù)/話同傳,為GPS數(shù)據(jù)傳輸提供了良好基礎。數(shù)字靜噪??梢詼蚀_的檢測出是否有信號,因而可以有效的避免噪音誤打開靜噪造成干擾的情況。多基站集群網(wǎng)絡系統(tǒng)最多可以有60000個用戶個人ID和60000個小組ID。傳輸集群方式和信息集群方式可以通過編程選擇使用。

2總結

可見,NEXDEGE作為一套數(shù)字集群系統(tǒng)從功能上完全能夠滿足大連快軌三號線的要求,雖然其設備也是國外產(chǎn)品,單個設備價格較高,但由于該系統(tǒng)是大區(qū)制覆蓋,所需基站數(shù)量少,改造施工量少,所以工程總價相對于TETRA等系統(tǒng)要低很多。綜合考慮,大連快軌三號線的無線通信系統(tǒng)改造方案可選擇NEXDEGE多基站系統(tǒng)。該方案在國內(nèi)雖沒有應用案例,但在北美地區(qū)已有多個成功案例。當然,具體實施還要經(jīng)過全面考察、測試才能最終定論。

參考文獻

[1]林浩,淺談GSM-R系統(tǒng)技術分析及在我國鐵路通信中的具體應用[J],中國高新技術企業(yè),2015年第2期,60-61

[2]何宗華,汪松滋,何其光,城市軌道交通通信信號系統(tǒng)運行與維修[M],北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007年1月,73-81

作者:王平 單位:大連地鐵運營有限公司