無線系統(tǒng)概述

• • 1.1 城市軌道交通無線系統(tǒng)的特點
  • 1.2 我國城市軌道交通專用無線通信技術(shù)發(fā)展簡述
  • 1.3 數(shù)字集群移動通信的主要優(yōu)點
  • 1.4 地鐵專用無線通信制式

1.1 城市軌道交通無線系統(tǒng)的特點

　　城市軌道交通無線通信系統(tǒng)有以下特點：
　　1）限定地域的無線通信
　　限定地域，指城市軌道交通系統(tǒng)員工和乘客可能到達(dá)的區(qū)域，包括隧道（含列車）、站臺、站廳、出入口、通道、配套商業(yè)區(qū)、辦公區(qū)、調(diào)度指揮中心、車輛段、停車場、聯(lián)絡(luò)線等。城市軌道交通的無線通信是限定在這些地域的無線通信。
　　2）以地下為主的無線通信
　　城市軌道交通的限定區(qū)域，大部分在地下或室內(nèi)，所以導(dǎo)致城市軌道交通無線通信是以地下為主的無線通信。
　　3）高速移動中的無線通信
　　列車運行的最大時速一般為80km/h，高速列車可達(dá)120km/h。所以，運行列車上的用戶所進行的通信，以高速移動中的無線通信為主。
　　4）多網(wǎng)多系統(tǒng)并存的無線通信
　　在城市軌道交通中，同時存在專用無線通信網(wǎng)、公安無線通信網(wǎng)、民用無線通信網(wǎng)。在每個無線通信網(wǎng)中，又有多個無線系統(tǒng)的存在。所以，城市軌道交通無線通信是多網(wǎng)多系統(tǒng)并存的無線通信。
　　5）快速發(fā)展、不斷更新的無線系統(tǒng)
　　城市軌道交通系統(tǒng)是一個城市人流量最大的地點之一，也是一個城市對外的重要窗口，現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的最新成果都會在這里首先得到展示。進而使之成為一種快速發(fā)展、不斷更新的無線系統(tǒng)。

1.2 我國城市軌道交通專用無線通信技術(shù)發(fā)展簡述

　　新中國成立前，我國沒有現(xiàn)代化的城市軌道交通系統(tǒng)。直到20世紀(jì)60年代末期，出于戰(zhàn)備考慮，才在北京修建了第一條地下鐵道。
　　北京地鐵建設(shè)初期，限于當(dāng)時的經(jīng)濟技術(shù)條件，沒有設(shè)置調(diào)度無線通信。如果出現(xiàn)事故，司機和沿線的工作人員則利用所攜帶的電話機，通過沿線的電話插孔與車站或地面人員取得聯(lián)系（類比現(xiàn)在區(qū)間的消防電話）。一次，運行中的北京地鐵發(fā)生了火災(zāi)，隧道里煙霧彌漫，司機和工作人員找不到道邊電話插孔，致使無法與地面聯(lián)系，延誤了救災(zāi)，造成了人員傷亡。經(jīng)過這次教訓(xùn)，北京地鐵決定設(shè)置無線通信系統(tǒng)。
　　我國城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，經(jīng)歷了專用頻道、模擬集群和數(shù)字集群三個階段。
　　1）專用頻道階段
　　北京地鐵曾經(jīng)進行了多種頻段的試驗，例如400kHz感應(yīng)通信、微波通信、激光通信和150MHz甚高頻通信等。直到20世紀(jì)80年代，才在我國地鐵中采用了150MHz甚高頻或450MHz特高頻無線通信，并用泄漏電纜在隧道內(nèi)進行無線覆蓋。這種通信方式，又叫做無線列調(diào)通信，并一直延續(xù)到20世紀(jì)末。列如上海1號線采用的便是450MHz專用頻道特高頻無線列調(diào)通信。
　　2）模擬集群調(diào)度
　　后來，城市軌道交通無線通信逐漸采用集群方案。集群方案是在專用頻道方案基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種系統(tǒng)資源共享、頻率資源共享、多用途、高效率、技術(shù)先進的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。
　　從20世紀(jì)80年代，國際上成功開發(fā)了模擬集群無線通信開始，我國先后也在北京、上海、廣州等城市將其引進并投入使用。例如，廣州地鐵1號線（1997年6月28日通車）就率先采用了Motorola的800MHz模擬集群通信系統(tǒng)。
　　3）數(shù)字集群階段
　　和模擬集群相比，數(shù)字集群的主要特征是調(diào)制方式由模擬發(fā)展為數(shù)字，多址方式由頻分多址（FDMA）發(fā)展為時分多址（TDMA），通信業(yè)務(wù)由話音發(fā)展為話音和數(shù)據(jù)，組網(wǎng)方式更加靈活，具有更強的抗干擾能力（數(shù)字調(diào)制的特點），更高的頻譜利用率、更好的通信質(zhì)量、更大的系統(tǒng)容量，以及提供更多的通信業(yè)務(wù)和更靈活的網(wǎng)絡(luò)管理功能。因此數(shù)字集群移動通信正在取代模擬集群通信系統(tǒng)。廣州地鐵率先使用Motorola的800MHz數(shù)字集群通信系統(tǒng)，深圳地鐵率先使用Nokia的800MHz數(shù)字集群通信系統(tǒng)（后為歐宇（EADS）收購）。

1.3 數(shù)字集群移動通信的主要優(yōu)點

　　當(dāng)前的集群系統(tǒng)也有模擬通信和數(shù)字通信兩大類。模擬集群通信系統(tǒng)采用模擬技術(shù)，但信令是數(shù)字式的。數(shù)字集群通信系統(tǒng)全面采用數(shù)字技術(shù)，包括信令、多址方式、話音編碼、調(diào)制等在內(nèi)的各個方面都實現(xiàn)了數(shù)字化。
　　相對模擬集群通信系統(tǒng)，數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)有以下優(yōu)點：
　　1）頻譜利用率高
　　模擬集群在25kHz頻道中，只能傳1路話音。數(shù)字集群采用時分多址技術(shù)，一幀有4個時隙，因此能在25kHz頻道中同時傳4路話音，比模擬集群提高3倍，使頻譜利用率明顯提高。
　　2）實現(xiàn)高效的雙工通信
　　數(shù)字集群采用時分雙工技術(shù)，移動臺和車載臺可以是單工臺，也可以是雙工臺。而且采用單工和雙工的通訊距離一樣。模擬集群的雙工移動臺，由于采用雙工器，通訊距離比單工縮短，實用性較差。
　　3）易于公話相連
　　數(shù)字集群可以用群路口連接到公共電話網(wǎng)上，使用戶方便地完成一次撥號呼叫用戶功能。模擬集群則難以做到。
　　4）話音質(zhì)地均勻
　　在模擬集群系統(tǒng)中，隨著移動臺遠(yuǎn)離中心臺，話音質(zhì)量會不斷下降，而數(shù)字集群采用數(shù)字語音編碼和糾錯技術(shù)，使話音質(zhì)量在一定距離范圍內(nèi)基本保持不變。
　　5）加密容易
　　數(shù)字集群采用的數(shù)字語音編碼技術(shù)，使對系統(tǒng)和移動臺的加密變得容易。特別是移動臺，無論硬件加密還是軟件加密，實現(xiàn)的技術(shù)難度都低，加密后不增加體積與功耗。

1.4 地鐵專用無線通信制式

　　《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2013）規(guī)定如下：
　　（1）地鐵應(yīng)設(shè)置無線通信系統(tǒng)，為控制中心調(diào)度員、車輛段調(diào)度員、車站值班員等固定用戶與列車司機、防災(zāi)、維修、公安等移動用戶之間提供通信手段。無線通信系統(tǒng)必須滿足行車安全、應(yīng)急搶險的需要。
　　（2）地鐵無線通信系統(tǒng)采用的制式，應(yīng)符合國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所采用的工作頻段及頻點應(yīng)由當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部門批準(zhǔn)。地鐵無線通信系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求，可采用專用頻道方式，也采用數(shù)字集群移動通信方式。
　　（3）地鐵無線通信系統(tǒng)，應(yīng)采用有線、無線相結(jié)合的傳輸方式。中心無線電設(shè)備通過光數(shù)字傳輸系統(tǒng)或光纖，與車站、車輛段、停車場的無線基站連接，各基站通過天線空間波或經(jīng)漏纜的輻射構(gòu)成與移動臺的通信。
　　（4）地鐵無線通信系統(tǒng)，可根據(jù)運營需要設(shè)置行車調(diào)度、防災(zāi)調(diào)度、綜合維修、公安、車輛段調(diào)度等系統(tǒng)。
　　（5）地鐵無線通信系統(tǒng)，應(yīng)具有選呼、組呼、全呼、呼叫優(yōu)先級權(quán)限等調(diào)度通信功能，并應(yīng)具有存儲功能、監(jiān)測功能等。
　　截止目前，我國的專用數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)主要有6種，包括：工信部推薦的TETRA、iDEN、GoTa和GT800標(biāo)準(zhǔn)，鐵道部的GSM-R標(biāo)準(zhǔn)，公安部的PDT標(biāo)準(zhǔn)。其中，GoTa和GT800實際是基于公眾移動通信的PoC技術(shù)，滿足不了專網(wǎng)大客戶對調(diào)度指揮通信的苛刻要求，而PDT適用于警用通信（當(dāng)前城市軌道交通中的公安無線通信系統(tǒng)，也主要使用PDT）。
　　因此，對地鐵調(diào)度無線通信系統(tǒng)來說，可以考慮的方案只有三種：北美使用的共用專網(wǎng)系統(tǒng)iDEN；在GSM基礎(chǔ)上、為鐵路調(diào)度需要生產(chǎn)的GSM-R無線通信系統(tǒng)；利用歐洲TETRA標(biāo)準(zhǔn)制造的通信系統(tǒng)。
　　上述三個系統(tǒng)中，GSM-R是西門子公司在GSM基礎(chǔ)上，針對大鐵市場推出的一種專用系統(tǒng)，并沒有那么適合地鐵。iDEN（integrated Digital Enhanced Network,集成數(shù)字增強型網(wǎng)絡(luò)）是摩托羅拉公司的專有技術(shù)，在推崇開放標(biāo)準(zhǔn)的大環(huán)境下，很難被用戶廣泛采納。而TETRA是由多家公司開發(fā)生產(chǎn)的聯(lián)合產(chǎn)品，主要由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，空中接口標(biāo)準(zhǔn)公開。但內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，具體的廠家都有自己的知識產(chǎn)權(quán)。因為是開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，在1995年確定后，TETRA得到迅速推廣，且它的調(diào)度功能比較完善，特別適用于地鐵。
　　1990年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）開始制定數(shù)字無線集群通信標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時稱之為移動數(shù)字集群無線電系統(tǒng)MDTRS（Mobile Digital Trunked Radio System)。20世紀(jì)90年代初，改稱為全歐集群無線電系統(tǒng)TETRA（Trans European Trunked Radio System）。后來，為了占領(lǐng)全球市場，又改名為陸上集群無線電通信（Terrestrial Trunked Radio）。
　　TETRA是一個空中信令開放系統(tǒng)，得到專用移動通信和公用接入移動通信網(wǎng)絡(luò)的支持。該標(biāo)準(zhǔn)于1995年正式確定，1997年起全面推廣。
　　TETRA具有的優(yōu)點：
　　1、建立呼叫時間短
　　TETRA建立呼叫的時間實際小于0.3s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GSM呼叫建立的10s時間，在緊急情況下，這種快速反應(yīng)能力能起到十分關(guān)鍵的作用。
　　2、功能多樣
　　TETRA具有多種指揮調(diào)度功能，如動態(tài)重組、多種優(yōu)先級配置方案，可以單呼、組呼和廣播，并可多個單位組成共同的通話組以實施聯(lián)合指揮，便于應(yīng)付突發(fā)事件。
　　3、抗干擾能力強
　　TETRA還具備多種加密方式、安全抗毀性高、可脫網(wǎng)直通的特性，在嘈雜的環(huán)境下話音質(zhì)量優(yōu)于GSM移動終端，在高速環(huán)境中仍能保持清醒通話，并且組網(wǎng)靈活。
　　TETRA系統(tǒng)原工作頻段為400MHz，現(xiàn)在已發(fā)展到800MHz，它是第一個能在25kHz帶寬上，為用戶提供話音和數(shù)據(jù)通信所需速率的集群通信系統(tǒng)。并且它所具有的的脫網(wǎng)直通和端對端加密等功能，是iDEN系統(tǒng)所不具備的。
　　當(dāng)前的TETRA是由多家公司開發(fā)生產(chǎn)的聯(lián)合產(chǎn)品，和GSM一樣，主要有歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，空中接口標(biāo)準(zhǔn)公開，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，有各個廠家自行制定。

　　TETRA數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有兩類：一類為單交換中心數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)；另一類為多交換中心數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)。
　　單交換中心數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)，由網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、移動臺和有線臺組成。有線臺和移動臺是用戶使用的TETRA數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)的接口設(shè)備。
　　有線臺是與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施有線連接的設(shè)備。移動臺按業(yè)務(wù)可劃分為話音終端和數(shù)據(jù)終端兩類。
　　對于城市軌道交通系統(tǒng)這樣基站數(shù)量較多、覆蓋范圍較廣、業(yè)務(wù)量較大的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，通常采用多臺交換控制設(shè)備進行分散交換，在每個站點設(shè)置交換設(shè)備。
　　目前我國正在新建、擴建、改建的地鐵，無論地下線，還是高架線，其調(diào)度無線通信系統(tǒng)全部采用TETRA標(biāo)準(zhǔn)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的轨道交通专用无线通信学习总结（一）概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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