上海轨道交通350兆公安数字集群TETRA覆盖系统解决方案初探

【摘要】文章主要通过对轨道交通350兆公安数字集群TETRA覆盖系统组网方案的分析比较，提出了优化的“中区制基站+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

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350兆数字集群TETRA系统，上海轨道交通线路须随之建设350兆公安数字集群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。

TETRA系统由基站和交换中心两大部分组成，并通过有线传输链路将所有基站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数字集群的特点，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基站，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基站，每个基站连接适量直放站的结构。系统设计时需妥善设置TETRA基站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基站。

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基站最大支持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，会出现施主基站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，且该基站出现故障时，影响面大，通信的可靠性较差。

（2）中区制

优点：采用基站、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，建设成本相对全基站要低。

缺点：直放站只是基站覆盖的延伸，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基站的底噪、降低施主基站覆盖范围等问题；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；单基站出现故障时，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；每个基站需要配置一个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，单基站大区制可靠性较低，基站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基站小区制组网方案。

多基站中区制方案组网在通信性能方面可基本满足要求，系统设备投资比多基站小区制方案要低。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基站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：当基站与交换中心之间的链路中断时，TETRA基站自动进入单站集群状态，在这种情况下，同一基站覆盖范围的终端用户仍能保持通话，可以实现组呼。由于该基站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

基站与交换机之间的E1有线链路为一主一备，基站通过两个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，基站通过一个E1链路与交换机设备相连，并在基站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基站处于单站集群工作状态时，自动启用派接功能，通过室外天线与地面基站建立转发连接，保证地面和地下实现应急通话组的通话功能。