地铁专用无线通信系统方案选择

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摘要：随着城市地铁的不断发展，通信功能的不断完善。然而每个地铁的情况不一样，采用哪种专用无线通信方案更经济更合理，意义重大。本文就地铁的两种专用无线通信系统方案进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：地铁项目；通信系统；方案

中图分类号：TN914文献标识码： A 文章编号：

1、地铁通信系统功能

地铁随着经济的快速发展，也得到了不断地发展，由于建造时间的差异性，地铁通信系统功能有很大的差别。一个通信完善的通信系统应有通话功能、呼叫功能、广播功能、存储和显示功能、监听和录音功能、检测功能等。

当然，并不是每个地铁无线通信系统都具有上述几个方面的功能，但上述几个方面的功能却概括了目前国内外地铁无线通信系统的基本功能。

2、专用无线通信系统方案构成

地铁无线通信系统的方案很多，但按工作频道的使用方式可分为两类。

2.1专用频道方案

专用频道方案的特点就是按用途配置频道，每个频道只作一种用途，不作他用，即使处于空闲状态。

专用频道方案可分为车站台方案和中继器方案，车站台方案又分为车站台转发方案和中心转接方案，中继器方案又分为单向中继器方案和双向中继器方案。根据地铁行车指挥特点，目前在我国地铁用得比较多的是车站台中心转接方案。

一个采用车站台中心转接方案并且满足系统功能的某地铁无线通信系统的系统构成如图1所示。

图1无线通信系统构成图(专用频道方案)

从图1可见，系统由运行线路无线和车辆段无线两个子系统组成。

运行线路无线子系统由位于调度中心的中心控制设备和行车、公安、防灾及维修控制台、位于车站的车站台(地下每站一个，当有地上车站和线路时，可根据场强配置设地上车站台)，以及列车台、各种用途便携台、传输用的音频话路等组成。

而车辆段无线子系统直接由控制台、基地台和列车台、便携台组成。

2.2共用频道方案(集群方案)

所谓集群(Trunking)，指的是不按用途配置频道，而是为所有用户共用，实现设备和频率共享。集群方案可分为小区制、中区制和大区制，目前在我国地铁用得比较多的是大区制。一个采用大区制集群方案、并且满足系统功能的某地铁无线通信系统的系统构成如图2所示。

图2无线通信系统构成图（集群方案）

从图2可见，系统由位于调度中心的中心设备，位于车站的车站射频中继设备(地下每站一个，当有地上车站和线路时，可根据场强配置设地上车站射频中继设备，或由中心基地台场强覆盖)，以及列车台、各部门便携台和传输光信号的光通道等组成。

3、通信系统方案比选

两种方案都能满足系统功能的要求，但在基本性能和其他性能方面有着相当大的差别。

3.1基本性能

1.分析

基本性能指的是系统在一定呼损率E下能够容纳的话务量A。

在工程设计中，需要忙时话务量的指标，每一用户的忙时话务量可用下式表示:

(1)

式中

a—每用户的忙时话务量;

a—每用户在一天内的呼叫次数;

b—忙时集中率二忙时话务量海天话务量;

t—每用户通话占用信道的平均时长。

关于话务量的单位，我国通常以爱尔兰(Erlang)表示，即在(1)式中t以小时计。

很显然，在呼损率E保持不变的条件下，系统最多能够容纳的用户数M由下式决定:

(2)

如果假定:用户数M足够大，大于频道数N，并且单位时间的呼叫次数与系统已呼叫的用户数无关，是

一个常数，而且通话时长的概率分布服从指数规律，则可得呼损率E和A、N的关系如下式:

呼损率E表示呼叫失败的概率。

根据(3)式，可得E和A、N之间的关系表—巴尔姆表。

表1为巴尔姆表的摘录:

表1E和A、N关系表

通过对(2)和(3)式(或表l)的分析，可得在呼损率E不变的条件下，A越大，系统容纳的用户数M越多;另一方面，A越大，如果系统容纳的用户数M不变，则呼损率E越小。因此，系统能够容纳的话务量A很好地表示了系统的基本性能，是判断系统方案优劣的基本参数，它直接决定了系统的用户数和呼损率，而用户数和呼损率直观地表示了系统的优劣。

3.2计算

为了对两种方案进行计算比选，需要说明的是:

3.2.1考虑到本集群方案采用集中控制方式，设有1个专门的控制频道，因此应用(3)式或表1时，频道数

N应为实设频道数N减1.

3.2.2对于专用频道方案，应用(3)式或表1时，应理解为频道数N=1的N´个相互独立的无线系统。

3.2.3设呼损率E-0.5、0.1,0.2，而a二3次/(天·用户),B=0.1,t=2min呼=0.X33 h/砰。

计算如下:

按(1)式，求出a -0.q1，查表1求出A，再应用(2)式求出用户数M。求得不同频道数和呼损率下两种

方案的系统容量和用户数比较表如表2。

表2两种方案系统容量和用户数比较表

注:有中所列为用户数N，系统容量A=M·a

根据表2，可得两种方案系统容量和用户数比较图如图3所示。

从表2和图3可见:当实设频道数N=1或2时，专用频道方案系统的系统容量和用户数大于集群方案;但当N=3以后，集群方案的系统容量和用户数大于专用频道方案，而且随

频道N的增加，K值迅速增加，当N到达一定值后，增加平缓;并且，随着呼损率E的减小，K值加大。

图3两种方案系统容量和用户数比较图

3.3其他性能

3.3.1扩容

一个城市往往不止一条地铁(目前许多城市的规划都是多条地铁)，当一条线路修好后，再修建新的线路，这时不但移动用户数增加，而且固定用户(每条线路都设相应调度员，还有车站值班员)也增加，因此需要扩容。可以说，扩容是系统方案必须考虑的重要问题。很显然，扩容和原来系统的容量有关。

根据方案原理，对于专用频道方案的扩容，为了使各条线路的用途分开，为了不降低呼损率(根据基本性能计算，专用频道方案的系统容量都很小)，扩容就是建立新的无线系统，原来的无线系统仍归原来的线路使用，因此频道数和设备都成比例增加，成本也成比例增加。而对于集群方案的扩容，原来的无线系统新的线路仍然可以使用(只需部分增加设备)，并且根据基本性能的计算，集群方案的系统容量相当大(例如，从表2可见，对于呼损率E=0 .05，即使3个频道时，集群方案的系统容量已为专用频道方案的2.4倍)，因此往往不需要增加频道或者增加1个频道，就能够达到要求，因此只部分增加成本。

以某地铁为例，设有5个频道。参见表2:当呼损率E=0.05时，对于专用频道方案的用户数M=26.5而集群方案的用户数M=152.2，即集群方案的用户数为专用频道方案用户数的5.8倍，也就是说，采用集群方案时这5个频道可供将近6条线路共用而呼损率保持不变;而对于专用频道方案，保同样的呼损率，每新建一条线路就要增加一个5频道的专用无线系统。因此，无论是频道数和硬设备，集群方案的扩容都比专用频道方案优越得多。甚至可以说，当一个城市需要修建多条地铁，并且如果地铁又有地面线路、依靠空间隔离场强很难分开时，采用专用频道方案简直是不堪设想的，而必须采用集群方案。

3.3.2占用无线电频率

无线电频率是一种宝贵的不能再生的自然资源。在基本性能相同的前提下，占用频率的多少也是评价系统方案优劣的一个重要指标。

本集群方案由于采用大区制，移动台在整个工作区域都采用相同的工作频率，因此每个频道只需占用2个频率。而专用频道方案的运行线路无线子系统，为了避免车站台对移动台的同频干扰，车站台需采用两组不同频率交替配置，因此每个频道需占用3个频率，多1个频率。

以某地铁为例，需设5个频道，当采用专用频道方案时（见图1),1频道:F1-1, F1-2 , F1-3运行线路行车专用，2频道:F2-1, FZ-2 , F2-3运行线路公安专用，3频道:F3-1, F3-2, F3-3运行线路防灾专用，4频道:F4-1, F4-2、 F4-3运行线路维修专用，5频道:F5,F5´车辆段专用，共计14个频率。当采用集群方案时(见图2) ,5个频道为运行线路和车辆段共用，1频道:F1,F'1,频道:F2,F´2, 3频道:F3,F'3,4频道:F3F`4,5频道:F4,F'4，共计10个频率，因此集群方案比专用频道方案节省了4个频率，很显然集群方案优于专用频道方案。

3.3.3频率切换和频道转换

专用频道方案为了避免同频干扰，当移动台从运行线路—无线管区进人另一无线管区时，其接收频率需切换通信才能正常进行，同样当移动台出、人车辆段时，也需转换频道，这种切换和转换都借助于场强自动进行。但是，当地铁存在地面线路和车站时，其场强往往很难于与车辆段的场强截然分开，因此频道的转换很难于自动实现。而集群方案移动台频道的转换是由中心控制的，与移动台所在位置无关，因此良然不存在这个问题。

3.3.4呼叫功能

由于集群方案采用专门的控制频道实现呼叫，因此在任何情况下呼叫都不受影响，而专用频道方案通话频道兼作呼叫用，当通话时该频道的呼叫就不能进行，因此前者呼叫功能更完善一些，特别是紧急呼叫更为迅速和准确。

3.3.5检测功能

由于集群方案采用专门的控制频道实现检测，因此通话时除了通话的移动台外，对其他移动台的检测不受影响。而专用频道方案采用通话频道兼作检测用，因此通话时该频道所有移动台的检测均不能进行。很显然，集群方案的检测功能更强一些。

4、结束语

通过基本性能和其他性能的比较，总结出当地铁无线通信系统的频道数(考虑扩容后)等于或大于3时，就应采用集群方案;反之，可以采用专用频道方案。