城轨无线通信系统改造方案思考

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摘要：城轨无线通信系统在城市道交通的列车运营和日常管理中发挥着关键作用，本文以大连快轨三号线无线系统改造工程为例，对在轨道交通行业最常用的几种数字集群系统包括：GSM-R、TETRA和NEXEDGE系统进行研究对比。

关键词：无线通信；GSM-R；TETRA；NEXEDGE

轨道交通的运营离不开大量信息的交互,其中专用无线通信系统是城市轨道交通通信系统的重要组成部分,主要用于解决固定人员(调度员、值班员)与流动人员(司机、维修人员、列检人员)间及流动人员相互之间的通话及数据传输问题，是提高运输效率、确保行车安全及应对突发事件的必要手段。在城市轨道交通的列车运营和日常管理中发挥着关键作用。

1方案研究

下面针对大连快轨三号线现阶段无线通信系统情况、运营需求、改造成本等具体情况及可供选择的几种方案进行分析研究，从而选择一套较适合该线路的方案。目前国内轨道交通行业大多采用以下几种无线通信制式：模拟专用信道、模拟集群、数字集群。而随着社会的发展、科技的进步，模拟系统在轨道交通行业的应用已寥寥无几，只有少数早期修建，还未进行系统升级改造的线路能见到模拟专用信道系统的应用。而几乎所有新建及进行过系统升级改造的线路都采用了抗干扰能力更强、频率利用率更高、实现功能更强大、扩容性更好的数字集群系统。而在轨道交通行业最常用的几种数字集群系统包括：GSM-R和TETRA。还有在国内轨道交通没有过应用，但功能上完全能够满足需要的健伍NEXEDGE系统。大连快轨三号线现有无线通信系统于2002年10月开通，是一套采用模拟专用信道的系统，分为列调子系统、维修子系统和车辆段子系统，全线设置三个基站。总体来看，当初大连快轨的无线通信系统采用的专用信道的方式，不论从建设成本、系统功能上都比较合理，但由于设备的多年运行，部分设备老化，加之周边环境出现较大变化，影响到了场强的覆盖。另外，按照国家对加快无线通信系统数字化进程的要求，现有设备急需进行升级改造，以适应未来轨道交通运营的更高要求。

GSM-R（GSMforRailways）系统是在GSM技术基础上专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能，如组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。GSM-R在国内更适合于铁路的应用，无论从建设成本还是实际应用方面考虑，GSM-R都不适合大连快轨三号线的无线通信系统改造。TETRA数字集群系统在各国的地铁、轻轨等城市交通领域有大量的应用；TETRA是基于TDMA（数字时分多址）技术的专业移动通信系统，它的优势是通过中继台将信道容量增至模拟系统的两倍。一台中继台承担两台中继台的工作，减少硬件设备的投入。不足之处在于它将信道分为了两个时隙，实现信道容量的增容和频谱利用率的提高需要借助中继台，否则手持台和车载台在12.5KHz信道下只能传输一路语音或者数据；在同一时隙里，不能实现语音和数据同传；TDMA方式下，时隙间阻止数据冲突所需的保护时间会使系统覆盖面积和单间隙有效数据传输率减少。可实现鉴权、空中接口加密和端对端加密。TETRA数字集群系统同时还具有虚拟专网功能，可以使一个物理网络为互不相关的多个组织机构服务。TETRA数字集群系统具有丰富的服务功能、更高的频率利用率、高通信质量、灵活的组网方式，许多新的应用（如车辆定位、图像传输、移动互联网、数据库查询等）都已在TETRA中得到实现。因此，近两年TETRA数字集群系统在欧洲乃至世界得到了快速的发展。根据接入点不同TETRA基本业务可划分为承载业务和用户终端业务。TETRA支持的用户终端业务包括：单呼（点对点）、组呼（点对多点）、应答组呼、广播呼叫（单向点对多点）以及上述各种情况的明话或密话。TETRA支持的承载业务包括：分组数据、电路数据。可见从功能及行业应用来说，TETRA是个非常合适的选择，但当前主要的TETRA系统厂家是EADS和Motorola公司；主要的TETRA终端厂家是Sepura、EADS和Motorola公司，这些国外产品本身价格较高，加之TETRA系统只能采用中、小区制覆盖的模式，线路上需要增加多处基站，设备数量大幅度增加，改造成本会非常昂贵，仍不适合现阶段大连快轨无线通信系统的改造。NEXEDGE系统是建伍公司最新开发的全数字化专业无线通信系统。采用最先进的语音编码技术和DSP处理技术，大幅度提高了频率使用效率，信道宽度最窄可以做到6.25kHz,不需借助中继台也能实现频谱利用率比传统的模拟12.5KHz系统增加2倍。仅是目前25kHz信道间隔的1/4。并且，在6.25kHz信道上,由于采用具有优异陡降特性的滤波器，使整机获得了良好的接收灵敏度，通信距离优于当前的模拟通信系统。即使脱离系统常规使用也可以提供令人满意的通信距离。此外，数字处理技术使得通信的背景噪声大幅度降低了，通话更加清晰、舒适。

NEXEDGE系统采用大区制，覆盖大范围区域所需要的基站数量相对少，电台通信距离远，投资相对节省，而且便于维护。特别适合特殊情况下的应急通信使用。有效的通信距离等于甚至优于目前使用的同等条件下的模拟FM系统。而且，通话延迟时间短，用户不易察觉，操作容易掌握，不会有不习惯的感觉。NEXEDGE系统采用NXDN数字空中接口标准，寻址方式采用FDMA（频分多址）方式，每一个话路使用1个信道；语音编码采用世界最先进的AMBE＋2声码器，具有先进的语音压缩技术，背景噪声极低，声音保真度好，清晰易懂，结合高效率的纠错技术，即使在高速移动、弱电场等恶劣环境中，也可以还原出语音；使用12.5kHz窄带信道或6.25kHz超窄带信道；语音和数据可以同时传输。在传输语音数据中，可以利用空闲位置传输数据。实现数/话同传，为GPS数据传输提供了良好基础。数字静噪。可以准确的检测出是否有信号，因而可以有效的避免噪音误打开静噪造成干扰的情况。多基站集群网络系统最多可以有60000个用户个人ID和60000个小组ID。传输集群方式和信息集群方式可以通过编程选择使用。

2总结

可见，NEXDEGE作为一套数字集群系统从功能上完全能够满足大连快轨三号线的要求，虽然其设备也是国外产品，单个设备价格较高，但由于该系统是大区制覆盖，所需基站数量少，改造施工量少，所以工程总价相对于TETRA等系统要低很多。综合考虑，大连快轨三号线的无线通信系统改造方案可选择NEXDEGE多基站系统。该方案在国内虽没有应用案例，但在北美地区已有多个成功案例。当然，具体实施还要经过全面考察、测试才能最终定论。

参考文献

[1]林浩，浅谈GSM-R系统技术分析及在我国铁路通信中的具体应用[J]，中国高新技术企业，2015年第2期，60-61

[2]何宗华，汪松滋，何其光，城市轨道交通通信信号系统运行与维修[M]，北京：中国建筑工业出版社，2007年1月，73-81

作者：王平 单位：大连地铁运营有限公司