轨道交通专用无线通信学习总结（一）概述

无线系统概述

• • 1.1 城市轨道交通无线系统的特点
  • 1.2 我国城市轨道交通专用无线通信技术发展简述
  • 1.3 数字集群移动通信的主要优点
  • 1.4 地铁专用无线通信制式

1.1 城市轨道交通无线系统的特点

　　城市轨道交通无线通信系统有以下特点：
　　1）限定地域的无线通信
　　限定地域，指城市轨道交通系统员工和乘客可能到达的区域，包括隧道（含列车）、站台、站厅、出入口、通道、配套商业区、办公区、调度指挥中心、车辆段、停车场、联络线等。城市轨道交通的无线通信是限定在这些地域的无线通信。
　　2）以地下为主的无线通信
　　城市轨道交通的限定区域，大部分在地下或室内，所以导致城市轨道交通无线通信是以地下为主的无线通信。
　　3）高速移动中的无线通信
　　列车运行的最大时速一般为80km/h，高速列车可达120km/h。所以，运行列车上的用户所进行的通信，以高速移动中的无线通信为主。
　　4）多网多系统并存的无线通信
　　在城市轨道交通中，同时存在专用无线通信网、公安无线通信网、民用无线通信网。在每个无线通信网中，又有多个无线系统的存在。所以，城市轨道交通无线通信是多网多系统并存的无线通信。
　　5）快速发展、不断更新的无线系统
　　城市轨道交通系统是一个城市人流量最大的地点之一，也是一个城市对外的重要窗口，现代通信技术发展的最新成果都会在这里首先得到展示。进而使之成为一种快速发展、不断更新的无线系统。

1.2 我国城市轨道交通专用无线通信技术发展简述

　　新中国成立前，我国没有现代化的城市轨道交通系统。直到20世纪60年代末期，出于战备考虑，才在北京修建了第一条地下铁道。
　　北京地铁建设初期，限于当时的经济技术条件，没有设置调度无线通信。如果出现事故，司机和沿线的工作人员则利用所携带的电话机，通过沿线的电话插孔与车站或地面人员取得联系（类比现在区间的消防电话）。一次，运行中的北京地铁发生了火灾，隧道里烟雾弥漫，司机和工作人员找不到道边电话插孔，致使无法与地面联系，延误了救灾，造成了人员伤亡。经过这次教训，北京地铁决定设置无线通信系统。
　　我国城市轨道交通无线通信系统的发展，经历了专用频道、模拟集群和数字集群三个阶段。
　　1）专用频道阶段
　　北京地铁曾经进行了多种频段的试验，例如400kHz感应通信、微波通信、激光通信和150MHz甚高频通信等。直到20世纪80年代，才在我国地铁中采用了150MHz甚高频或450MHz特高频无线通信，并用泄漏电缆在隧道内进行无线覆盖。这种通信方式，又叫做无线列调通信，并一直延续到20世纪末。列如上海1号线采用的便是450MHz专用频道特高频无线列调通信。
　　2）模拟集群调度
　　后来，城市轨道交通无线通信逐渐采用集群方案。集群方案是在专用频道方案基础上发展起来的一种系统资源共享、频率资源共享、多用途、高效率、技术先进的无线调度通信系统。
　　从20世纪80年代，国际上成功开发了模拟集群无线通信开始，我国先后也在北京、上海、广州等城市将其引进并投入使用。例如，广州地铁1号线（1997年6月28日通车）就率先采用了Motorola的800MHz模拟集群通信系统。
　　3）数字集群阶段
　　和模拟集群相比，数字集群的主要特征是调制方式由模拟发展为数字，多址方式由频分多址（FDMA）发展为时分多址（TDMA），通信业务由话音发展为话音和数据，组网方式更加灵活，具有更强的抗干扰能力（数字调制的特点），更高的频谱利用率、更好的通信质量、更大的系统容量，以及提供更多的通信业务和更灵活的网络管理功能。因此数字集群移动通信正在取代模拟集群通信系统。广州地铁率先使用Motorola的800MHz数字集群通信系统，深圳地铁率先使用Nokia的800MHz数字集群通信系统（后为欧宇（EADS）收购）。

1.3 数字集群移动通信的主要优点

　　当前的集群系统也有模拟通信和数字通信两大类。模拟集群通信系统采用模拟技术，但信令是数字式的。数字集群通信系统全面采用数字技术，包括信令、多址方式、话音编码、调制等在内的各个方面都实现了数字化。
　　相对模拟集群通信系统，数字集群移动通信系统有以下优点：
　　1）频谱利用率高
　　模拟集群在25kHz频道中，只能传1路话音。数字集群采用时分多址技术，一帧有4个时隙，因此能在25kHz频道中同时传4路话音，比模拟集群提高3倍，使频谱利用率明显提高。
　　2）实现高效的双工通信
　　数字集群采用时分双工技术，移动台和车载台可以是单工台，也可以是双工台。而且采用单工和双工的通讯距离一样。模拟集群的双工移动台，由于采用双工器，通讯距离比单工缩短，实用性较差。
　　3）易于公话相连
　　数字集群可以用群路口连接到公共电话网上，使用户方便地完成一次拨号呼叫用户功能。模拟集群则难以做到。
　　4）话音质地均匀
　　在模拟集群系统中，随着移动台远离中心台，话音质量会不断下降，而数字集群采用数字语音编码和纠错技术，使话音质量在一定距离范围内基本保持不变。
　　5）加密容易
　　数字集群采用的数字语音编码技术，使对系统和移动台的加密变得容易。特别是移动台，无论硬件加密还是软件加密，实现的技术难度都低，加密后不增加体积与功耗。

1.4 地铁专用无线通信制式

　　《地铁设计规范》（GB 50157-2013）规定如下：
　　（1）地铁应设置无线通信系统，为控制中心调度员、车辆段调度员、车站值班员等固定用户与列车司机、防灾、维修、公安等移动用户之间提供通信手段。无线通信系统必须满足行车安全、应急抢险的需要。
　　（2）地铁无线通信系统采用的制式，应符合国家有关技术标准，所采用的工作频段及频点应由当地无线电管理部门批准。地铁无线通信系统根据业务需求，可采用专用频道方式，也采用数字集群移动通信方式。
　　（3）地铁无线通信系统，应采用有线、无线相结合的传输方式。中心无线电设备通过光数字传输系统或光纤，与车站、车辆段、停车场的无线基站连接，各基站通过天线空间波或经漏缆的辐射构成与移动台的通信。
　　（4）地铁无线通信系统，可根据运营需要设置行车调度、防灾调度、综合维修、公安、车辆段调度等系统。
　　（5）地铁无线通信系统，应具有选呼、组呼、全呼、呼叫优先级权限等调度通信功能，并应具有存储功能、监测功能等。
　　截止目前，我国的专用数字集群标准主要有6种，包括：工信部推荐的TETRA、iDEN、GoTa和GT800标准，铁道部的GSM-R标准，公安部的PDT标准。其中，GoTa和GT800实际是基于公众移动通信的PoC技术，满足不了专网大客户对调度指挥通信的苛刻要求，而PDT适用于警用通信（当前城市轨道交通中的公安无线通信系统，也主要使用PDT）。
　　因此，对地铁调度无线通信系统来说，可以考虑的方案只有三种：北美使用的共用专网系统iDEN；在GSM基础上、为铁路调度需要生产的GSM-R无线通信系统；利用欧洲TETRA标准制造的通信系统。
　　上述三个系统中，GSM-R是西门子公司在GSM基础上，针对大铁市场推出的一种专用系统，并没有那么适合地铁。iDEN（integrated Digital Enhanced Network,集成数字增强型网络）是摩托罗拉公司的专有技术，在推崇开放标准的大环境下，很难被用户广泛采纳。而TETRA是由多家公司开发生产的联合产品，主要由欧洲电信标准协会（ETSI）制定统一标准，空中接口标准公开。但内部标准并未统一，具体的厂家都有自己的知识产权。因为是开发标准，在1995年确定后，TETRA得到迅速推广，且它的调度功能比较完善，特别适用于地铁。
　　1990年，欧洲电信标准协会（ETSI）开始制定数字无线集群通信标准，当时称之为移动数字集群无线电系统MDTRS（Mobile Digital Trunked Radio System)。20世纪90年代初，改称为全欧集群无线电系统TETRA（Trans European Trunked Radio System）。后来，为了占领全球市场，又改名为陆上集群无线电通信（Terrestrial Trunked Radio）。
　　TETRA是一个空中信令开放系统，得到专用移动通信和公用接入移动通信网络的支持。该标准于1995年正式确定，1997年起全面推广。
　　TETRA具有的优点：
　　1、建立呼叫时间短
　　TETRA建立呼叫的时间实际小于0.3s，远远小于GSM呼叫建立的10s时间，在紧急情况下，这种快速反应能力能起到十分关键的作用。
　　2、功能多样
　　TETRA具有多种指挥调度功能，如动态重组、多种优先级配置方案，可以单呼、组呼和广播，并可多个单位组成共同的通话组以实施联合指挥，便于应付突发事件。
　　3、抗干扰能力强
　　TETRA还具备多种加密方式、安全抗毁性高、可脱网直通的特性，在嘈杂的环境下话音质量优于GSM移动终端，在高速环境中仍能保持清醒通话，并且组网灵活。
　　TETRA系统原工作频段为400MHz，现在已发展到800MHz，它是第一个能在25kHz带宽上，为用户提供话音和数据通信所需速率的集群通信系统。并且它所具有的的脱网直通和端对端加密等功能，是iDEN系统所不具备的。
　　当前的TETRA是由多家公司开发生产的联合产品，和GSM一样，主要有欧洲电信标准协会（ETSI）制定统一标准，空中接口标准公开，内部标准并未统一，有各个厂家自行制定。

　　TETRA数字集群移动通信系统网络结构有两类：一类为单交换中心数字集群移动通信系统；另一类为多交换中心数字集群移动通信系统。
　　单交换中心数字集群移动通信系统，由网络基础设施、移动台和有线台组成。有线台和移动台是用户使用的TETRA数字集群移动通信系统的接口设备。
　　有线台是与网络基础设施有线连接的设备。移动台按业务可划分为话音终端和数据终端两类。
　　对于城市轨道交通系统这样基站数量较多、覆盖范围较广、业务量较大的区域网络，通常采用多台交换控制设备进行分散交换，在每个站点设置交换设备。
　　目前我国正在新建、扩建、改建的地铁，无论地下线，还是高架线，其调度无线通信系统全部采用TETRA标准。

总结

以上是生活随笔为你收集整理的轨道交通专用无线通信学习总结（一）概述的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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