关于无线通信系统在地铁中的应用 摘 要 为保证轨道交通行车安全，防止和及时处理意外事故，提高列车调度指挥、运营维护管理以及防灾救援通信联络的手段，西安地铁十四号线工程（北客站~贺韶村）应建立专用无线通信系统结合陕西城际铁路机场线电气化工程的施工，针对无线通信系统施工、调试出现的问题进行详细的分析，提出部分方案关键词 无线通信 数字集群 国产化1 前言在西安市地铁14号线一期工程建设中，一期工程是从北客站到贺韶村站，该线路会连接未央、产霸和港务区，14号线会延长至开发大道，穿过学府中路，到向东路，铺设的线路总长达到13.596公里地铁线路全部在地下铺设，总共有8站，一共有3个换乘站在14号线中，车站间最大距离为3.216公里其中在14号线中，学府路与尚贤路区间段的距离最小，仅为1.147公里14号线会设置停车场座，在贺朝村来建设停车场，该停车场是位于港务区向东路北部和港务中路东部的地块之内，同时，在14号线还会设置变电所，1个控制中心，与机场线共享，14号线与机场线（北客站-机场线）贯通运营使用无线通信系统，在地铁运营调度工作现场，调度员停车场值班工作人员和司机人员维护人员及车站内部勤务人员、环卫工作人员会直接提供语音数据信息服务，进一步改善现有服务质量，能够应对突发性事件，保证车辆正常稳健的运营。
2 无线通信2.1 无线通信的作用根据西安地铁14号线一期工程的地铁列车运营要求，路内，可以建设无线通信系统平台，系统平台会包含使用正线的无线调度通话组和停车场内的通信通话组在正线通信子系统内部就会包含行车无线调度通讯设备及环卫和维修等相关的通信系统，通信系统搭建，有秉持着安全可靠性原则，能够快速传递信息，使用的技术是国内最先进技术，要考虑到系统建设与其他子系统之间的连通和扩展性2.2 系统功能系统应具有以下主要功能：（1）呼叫功能无线用户根据需要可设置不同类型的呼叫方式，主要包括选呼、组呼、群呼及紧急呼叫等2）通话功能能实现无线用户（含调度员、车站值班员、司机等）之间及无线用户与有线之间的通话3）优先级功能网络管理终端能对所有无线终端设置个人优先级和通话组优先级4）数传功能可在控制信道上传送短数据，也可在语音信道上传IP数据5）广播功能控制中心调度员可通过调度台直接对全部或部分列车进行广播6）录音功能能够记录调度员的所有通话信息2.3 方案比选2.3.1系统技术方案分析及比选1）技术体制比选当前全国各大城市的轨道交通专用无线通信系统的建设，普遍选取TETRA数字集群通信体制这也是在我国城市轨道交通发展初期经过大量的分析对比、研究论证而选定的轨道交通无线通信技术体制。
TETRA数字集群通信系统频谱利用率高，技术成熟完善，其强大的调度通信功能非常适合用来组建轨道交通专用无线通信系统宽带成为了未来通信业发展的必然趋势，在地铁运营方面，使用宽带设施设备能够提高数据传输的稳定性、安全性，在现场可以采集图像信息、视频信息，而且可远程监控，通过视频指挥及利用多媒体、数据广播，可促进现有的窄带逐步向宽带发展目前各主流设备厂商已经推出基于TD-LTE的宽带数字集群通信系统解决方案该方案具有我国自主知识产权、高安全性、技术先进，已逐渐受到各轨道交通建设方的关注，但也存在着设备生产标准不统一、不同厂商间设备互操作性不足、系统验证时间短等问题考虑到十四号线建成后与机场线贯通运营，因此，本工程暂推荐与机场线一致的专用无线通信系统方案，即采用TETRA窄带数字集群通信技术承载专用无线调度业务，同时关注TD-LTE技术承载集群通信的技术发展情况，在下一阶段设计过程中，依据各无线技术演进及市场发展情况，最终选择安全、可靠、成熟的无线通信技术作为专用无线通信系统解决方案2）基站组网方案比选结合地铁轨道交通运行线路的特征使用数字化的通信系统，要根据不同的站点的布置方式来使用不同的结构。
①小区制在地铁列车控制中心内部，要放置监控设施，在地铁沿线各个车站组建基站，能够实现交控设备与基站之间数据连通利用有线电缆方式来连通，地铁线路上架设，使用同轴电缆，还要利用空间波，会实现对整个运输场地全覆盖，小区型的缺点就是投资资金较高，司机与调度员之间的通话较多会存在着多区的切换，但是该优点就是可以充分利用宽带内部的信道，而且整个设备故障率偏低②中区制在列车的控制中心安装监控设施，在14号线沿线重要车站都要设置基站，还要放置光纤直放站，交控设施与各基站之间可通过使用有线传输通道来连接在14号线架设同轴电缆，在中区内部，设施设备光缆信道，使用越区切换次数及设备故障处理能力是介于大区和小区中间地带③大区制在地铁列车控制中心上，要设置交控设施和基站，在14号线车站，都要安放光纤直放站，之后在14号线还要建设同轴电缆，实现对车站内全场覆盖大区制优点就是投资资金少，司机与调度员之间的通话不会存在着越区切换的现象，但是该缺点主要是信道的使用效率偏低，故障处理能力偏弱通过对以上系统结构进行分析发现，14号线可以采取使用小区的结构，来建立起无线通信结构特征，对频率资源利用效率更高，而且基站分布比较均衡，可以满足不同人员的通信要求，受到外界的干扰较少，整个系统更加高效稳健，系统扩容更加灵活便捷。
3）中心设备配置方案十四号线一期工程在各车站、停车场设置TETRA集群基站，并对机场线已建设的集群交换控制设备（MSO）进行扩容改造，满足十四号线一期工程TETRA集群基站的接入需求控制中心设备到各基站之间利用传输系统所提供的传输通道星状连接同时，在控制中心十四号线一期工程共享机场线设置的调度台，并根据行车组织需要增设必要的行车调度台4）无线场强覆盖方式14号线项目建设，无线系统要扩大，无线覆盖范围包含的控制中心大楼和各站台及运行线路全线那个展厅区间和停车场各项区域，包含了列列车检查维修场所，在14号线沿线隧道区域内，部分车站站台上，可以使用泄漏同轴电缆的铺设，来实现全场的通信覆盖在岛式站台的信号覆盖度不足的状况下，就可以使用室内天线增强覆盖面积在沿线车站上可使用室内天线线来实现强覆盖，在停车场，还有部分区域内，可以使用室外天线来实现全场的覆盖对于运用库可以使用低波天线来进行全覆盖2.3.2推荐方案系统构成1）系统组成在14号项目的建设中，使用专用型的无线系统，要通过利用控制中心，使用机场集群监控中心设施设备，并在各个车站都安放 TETRA的集群基站设施设备，各基站可以通过使用传输系统来提供信息的传输通道，及空中先进行移动的交换控制。
14号线一期工程，共享机场线设置调度台，可根据行车组织需要，增设必要的通信站在停车场内的值班员，可以在远程调度台上，控制地铁列车的运行，而且沿线移动作业人员可以配备便携台，在车站值班员，要配备一定的车站固定台，列车安装车载台，而形成一个以行车调度为主的多个子系统，并存的列装式的专用通信网络2）系统容量容量设计的过程是根据话务量预测的结果以及用户要求的服务质量等级，设计计算（查表计算）出所需的信道数（载频数）的过程①话务量估算a.每个车站及所属区间话务量估计Ø 每个车站及所属区间调度与司机话务量估计每一个列车车载台上一些线路，各车站及各区段调度工作人员与列车司机的多次通话，每次通话时间会长达十秒，而且会发送短消息，每次发送时间可以0.1秒发送数据为两次，每次发送为0.33秒在14号线车站，高峰期每个车站通行的车辆会达到六十辆，基本上每分钟都会有一辆车通行，则每个车站调度员与司机的话务量A1：A1=60×[2×10+2×0.1+2×0.33]/3600=0.348ErlØ 每个车站及所属区间车站值班员与司机话务量估计如果计算出各车辆通过电线路，各个车站此时调度员与司机的通话次数为一次单次通话时间为十秒，发送信息两次，每次信息发送时间为0.1秒。
在一个小时之内车上每两分钟通行一辆车，一个列车与车站调度员话务量A2：A2=60×（1×10+2×0.1）/3600=0.17ErlØ 每个车站及所属区间其他人员调度（小组）呼叫话务量估计如果单个用户在一个小时内呼叫次数为1次，每次通话时间为20秒，在繁忙时，各车站及所属区间内部工作人员共有10名，其中有一半的人员在单基站范围内，租户另一半的人员在多基站范围内此时，车站及所属区间段各人员的调度呼叫话务量A3：A3=5×(1×20)/3600+5×(1×20)/3600 =0.055Erl由上可得，每个车站及所属区间调度呼叫（忙时，高峰期）话务量A4为：A4=A1+A2+A3=0.348+0.17+0.055=0.573ErlØ 每个车站及所属区间所有人员呼叫话务量估计如果一个用户在一小时之内呼叫一次，通话时间为108秒，在地铁运营的繁忙时间段内，每个小时车站及区间共有五十名运营人员，并进行呼叫，再调回教室人员占比达到近15%即在每个小时都有近七个人员来进行呼叫，车辆司机与调度员的呼叫话务量A5：A5=7×（1×108）/3600=0.21Erlb.每基站及所属车站、区间话务量估计在不同的车站内管辖的范围不同，同各人员的话务量也有较大差异，综合考虑国内其他城市地铁运营等工作经验，再考虑到一定通信技术技术，此时，各个车站及区间段内的调度呼叫繁忙时的话务量A6A6=1.67×A4=1.67×0.573=0.957Erl。
该基站及所属车站、区间呼叫（忙时，高峰期）话务量A7为：A7=1.67×A5=1.67×0.21=0.35Erl②所需信道数a.业务信道数通过以上综合分析货量，在最大的基站调度通行比较繁忙的时间是话务量A6 =0.957Erl，用户等待呼叫的时间会大于0，由P0=0.15，这时信道数为3 3）互联通信所需的业务信道数根据以上分析，话务量最大的基站互联通信忙时话务量为A7= 0.35Erl取服务质量：呼损率B=5%，查爱尔兰B表，可得信道数n=2，由此可得，话务量最大的基站总信道数为3+2=5b.控制信道的容量控制信道容量及控制信号内，可以容纳用户数量，它与控制信道的数字密切关联，由于数据传递方式为两种及基站至移动台方向移动台向基站方向上、下行采用不同频率（一对频率）分开传输，而下行信令来自控制器，可以做到有序进行，不存在争用问题；但上行信令由于是由不同的移动用户发起，彼此独立，具有随机不确定性，因此存在用户的争用和空隙问题，即存在可用系数，并且控制信道的容量主要取决于上行用户的容量结合TETRA的标准，当信息传输速率为36KBps时，使用TDMA通信方式,实现快速通信各个用户平均的呼叫频率为354，用户会发射三种类型的信号，分别为上行链路控制信息猝发（255bit），上行链路移动台功放线性化猝发（255bit），上行链路常规猝发（510bit），共计1010bit，则控制信道可容纳的用户数为：m= = =642用户/控制信道式中：Rb=信令传输速率；Kc=可用系数，取0.7；IB=平均每用户忙时上行数据量。
由此可以看出，一个基站可以控制近642个信道，来用于最繁忙时间期内各用户呼叫，在信道数据信息的处理时，可以满足地铁线路运营容量要求由上述可以分析得出，14号地铁一期工程为专用无线通信系统，每个基站都会使用7个业务型信道，1个控制信道的和2个载频配置，以满足通信的话务要求和服务质量提升的需求4）频率配置①频率配置的原则频率配置原则要能够减少或者各种因素给通话带来的频率干扰，进一步提高频率的使用效率干扰频率的种类有同频型干。