350兆公安数字集TETRA 覆盖系统解决方案初探 【摘要】文章主要通过对轨道交通350兆公安数字集TETRA 覆盖系统组网方案的分析比较，提出了优化的“中区制+备用无线链路”解决方案，该方案具有增强多级故障弱化功能，可实现更好的性价比。【关键词】TETRA 轨道交通 备用链路 无线组网 收稿日期：2012-06-27轨道交通公安无线通信系统作为公安无线通信系统在地铁的延伸，是保证公安管理部门在轨道交通地下与地下、地面与地下之间进行通信联络的一种手段，是公安指挥调度、救灾抢险、处置突发事件、交通管理、社会治安等必不可少的通信保障。
1 背景
随着经济的飞速发展，城区规模正不断扩大，城市
轨道交通已经成为人们出行的重要交通工具。
自上海世博会胜利召开以来，上海公安地面网已升级改造为350兆数字集TETRA 系统，上海轨道交通线路须随之建设350兆公安数字集TETRA 覆盖系统，以满足城市公安无线数字化建设的统一要求，实现公安无线的全市全区域覆盖，为上海经济可持续发展保驾护航。
2 轨道交通无线覆盖系统方案比较
TETRA 是一种较为成熟的标准。其优点是指挥调度功能比较齐全，组网方式灵活，抗干扰能力强，频谱利用
率高，系统容量大，能提供语音、数据通信业务和灵活的
网络管理功能。
阵列天线TETRA系统由和交换中心两大部分组成，并通过有线传输链路将所有与中心系统连接而成，因此无线组网方式是本文探讨的重点。
2.1 无线组网方案
由于轨道交通线路和车站的分布呈狭长带状形，根据公安无线通信系统对整个地下区域的覆盖要求，结合TETRA数字集的特点，轨道交通线路无线覆盖可采用大区制、中区制及小区制组网。
（1）大区制：在轨道交通地下线路全线仅设一个TETRA，在轨道交通沿线车站设置射频放大器或光纤直放站。
（2）中区制：采用多个TETRA，每个连接适量直放站的结构。系统设计时需妥善设置TETRA和直放站所在车站的位置及数量。
（3）小区制：在每个车站均设置TETRA。
2.2 方案比较
（1）大区制
优点：全线射频源只有一个，发射频率相同，不会产生同频干扰，也没有越区切换；设备种类少，维护简单，投资少。
缺点：系统容量低，频率利用率不高，目前业界单个TETRA最大支持8载频，最多提供31个业务信道，能提供的信道数较少，不易满足轨道交通公安无线通信的使用要求，系统扩展功能差。
对于单个射频源，大量的射频放大器或光纤直放站接入，会出现施主底噪较高情况以及较多场点的同频多径干扰，影响无线网络质量，且该出现故障时，影响面大，通信的可靠性较差。
（2）中区制
优点：采用、直放站混用的中区制方式组网，相同的频率可在不同的工作小区同时使用，实现小区的频率复用，提高频率资源的利用率，用户入网争用可能性较小，建设成本相对全要低。氨基酸水解
缺点：直放站只是覆盖的延伸，本身不提供额外的容量；采用少量的直放站会有略微抬高施主的底噪、降低施主覆盖范围等问题；需要配备光纤直放站单独网管设备，不便组成统一的网络管理。
（3）小区制
优点：每个车站小区均为独立的工作区域，相同的频率可在不同的工作小区同时使用，实现小区的频率复用，提高频率资源的利用率，可很好地满足轨道交通公安无线通信的使用要求；系统扩展功能强，可扩展成地铁全程全网的公安无线通信覆盖网；单出现故障时，影响面小。
缺点：越区切换频次增高，站间距离大时仍然需要设置中继设备；每个需要配置一个TETRA中心交换机传输端口，占用交换中心资源大，工程造价较高。
由以上分析可以看出，单大区制可靠性较低，设备的故障将影响到全线路的公安无线通信，不能满足公安业务的需要。从系统的安全可靠性、频率利用率、系统容量以及系统扩展功能来看，小区制方案为首选。苏州和沈阳地铁350兆公安TETRA系统均采用了TETRA小区制组网方案。
多中区制方案组网在通信性能方面可基本满足要求，系统设备投资比多小区制方案要低。如果能够提升该方式的可靠性，则优化的中区制组网方案可以提供更佳的性价比。
3 链路备份的必要性
从使用者的角度看，选择中区制还是小区制方案，除了建设费用外，最重要的是对通信系统可靠性问题的考虑。
依据多年参与TETRA系统运维项目统计，经常发生的系统故障大多数是与交换中心传输链路中断造成的。
TETRA标准规定的降级使用模式：当与交换中心之间的链路中断时，TETRA自动进入单站集状态，在这种情况下，同一覆盖范围的终端用户仍能保持通话，可以实现组呼。由于该此时处于孤立的状态，跨站的通信不能进行。
对于轨道交通公安无线通信的业务应用来说，在单站模式下，虽能提供本站地下车站公安人员间通信，但不能满足与其他车站及地面公安人员间通信的需求，无法实现公安“扁平化”指挥模式的要求，将直接影响公安通信指挥调度业务。因此，为了提升公安无线通信网络的可靠性，必须采用备用链路解决方案。
备用链路方案有两种方式选择：有线备用链路方式和无线备用链路方式。
3.1 有线备用链路方式
与交换机之间的E1有线链路为一主一备，通过两个E1通道分别与冗余备用的交换中心设备相连，从而实现有线链路备用。
该方式系统结构的安全可靠性很高，但这两个E1有线通道必须是分属各自独立的传输光缆才有意义，这对轨道交通系统传输网络的配套设备提出了高要求，在工程上实现难度较大。
3.2 无线备用链路方式
利用无线方式实现链路的备份功能，通过一个E1链路与交换机设备相连，并在侧增设具有监视有线链路状态以及自动启用派接功能的无线备用设备。当无线备用设备监测到地下处于单站集工作状态时，自动启用派接功能，通过室外天线与地面建立转发连接，保证地面和地下实现应急通话组的通话功能。阀门防火罩
该方式相对于有线备用链路方式实施简单，省去了对传输网络建设的额外要求，在功能上也能符合公安部门在有线链路故障情况下地面与地下实现应急通话组功能的需要。
4 优化“中区制+备用无线链路”
解决方案
备用链路方案是进一步提高轨道交通公安无线通信系统可靠性的关键，优化的“中区制（+直放站）+备用无线链路”组网方案要点是设置TETRA及配套无线备用链路设备。
公安无线通信覆盖系统由TETRA、光纤直放站、备用无线链路设备、天馈系统等组成。通过E1通道汇聚至TETRA交换中心，与市局交换设备进行组网，完成公安无线的地下引入；同时采用备用无线链路设备转发方式，通过空中信令，连接至公安地面350兆TETRA数字集网指定的主，在地下有线链路故障时可采用备用无线链路设备通过地面主与市局有关公安人员进行通信；当单站链路恢复后，无线链路设备将自动关闭，进入待机模式。具体实施方式如下：（1）在地下车站采用多中区制（+直放站）的组网方式，覆盖一般不超过3个车站。
（2）车站设备主要由TETRA/直放站、无线链路设备、分合路平台、天馈系统等设备组成。天馈系统包括天线分布系统和区间漏缆。天线分布系统由室内天线、室外天线、射频电缆及功分耦合器件等组成。
（3）/直放站通过分合路平台和天馈系统完成对站厅、站台以及隧道区间的信号覆盖。无线信号在站厅层及侧式站台层采用吸顶式全向天线进行覆盖；在岛式站台层及隧道区间采用泄漏同轴电缆进行覆盖。吸顶式全向天线的具体数量与位置在施工中应根据每个车站的实际情况来确定。
药片制作（4）对于换乘站或距离较长的隧道区间，通过设置光纤直放站，完成站厅、站台及部分区间的信号
覆盖。
5 方案亮点
与交换系统之间的连接是公安部门保持作业通信通畅的保障。如图1所示，上海三吉公司提供的无线链路解决方案充分考虑了多种冗余备份并支持降级使用功能。
当有线链路故障时，备用无线链路系统在检测到处于单站集后会自动启动转发功能，通过室外无线链路天线实现与地面公安350兆数字集网的应急通信业务，满足公安的日常工作和应急调度指挥需要。方案亮点如下：
5.1 增强多级故障弱化功能
（1）无线信道的分配：根据需要分配信道使用，所有用户台不需依赖任何指定的信道通话。任一信道机出现故障时，不会被用户察觉。如果某一话音信道故障，
图1 上海三吉公司无线链路解决方案
作者简介
卢嘉：毕业于上海交通大学，现任上海三吉电子工程有限公司研发中心副经理、高级项目经理，参与上海公安350兆数字集TETRA系统的建设，长期从事移动通信网络建设
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及方案咨询工作。
控制器将不再分配该信道给用户台使用。
（2）备用控制信道：如果控制信道出现故障，控制器会指定另一个信道机作为控制信道。
（3）控制器容错：TETRA 系统的控制器具有双备份的主要控制模块，一旦控制器发生某种故障，后备的硬件会自动地进行切换，维持系统正常工作。
（4）单站集功能：在系统交换中心或传输链路出现故障时，能够自动切换至故障弱化模式，选择启用无线备用功能，为其所覆盖的用户提供单站集功能。
（5）无线备用功能：在系统有线E1链路故障时，检测到处于单站集状态后，启动无线备用设备，通过地铁出入口处安装的室外链路天线同公安地面350兆TETRA 数字集进行基本语音通信，由地面主进行转发，建立相应的话音通道。
（6）光纤直放站近远端机：采用关键模块冗余热备份方式，可以更好地保证下挂远端机工作的可靠性。
5.2 性价比高
优化的“中区制+备用无线链路”解决方案建设成本比全小区制方案有显著下降。优化的解决方案使
用的TETRA 数量只是全小区制方案的三分之一，同时也大大节省了TETRA 交换中心的资源，相应增加的则是直放站设备与无线链路设备，总体建设成本可下降30%左右。
6 结束语
提拉下水上海轨道交通现已拥有11条线、428公里、282个车站，从全国来看，城市轨道交通预计到2015年前后规划建成87条线路，总里程达到2500公里。
因此，建设高可靠性的轨道交通
公安无线通信覆盖系统，确保公安无线通信畅通，对提高轨道交通治安管
理能力、处置突发事件能力意义重大，优化的“中区制+备用无线链路”解决方案可为“平安地铁”的建设添砖加瓦。
参考文献：
[1] 郑祖辉，陆锦华，丁锐，等. 数字集移动通信系统[M]. 3
版. 北京: 电子工业出版社, 2008.
[2] 卢滢. 上海市轨道交通无线通信系统频率规划调整研究
[J]. 上海建设科技, 2011(1): 28-30.★
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