陳東伐

（蘇州軌道交通有限公司，215006，蘇州／／工程師）

地鐵運行控制設(shè)備一般位于地鐵公司控制中心大樓。在地鐵控制中心遭遇恐怖襲擊、災(zāi)害等突發(fā)情況下，有可能影響包括無線通信在內(nèi)的設(shè)備系統(tǒng)的運行，進而影響整個地鐵線路的運行。因此，有必要設(shè)置備用設(shè)施以減少突發(fā)情況對地鐵運營系統(tǒng)的影響。

近年來，業(yè)內(nèi)提出了相對于控制中心大樓（主用）而言的備用中心的概念。備用中心一般設(shè)置于車輛段，對一些事關(guān)列車運行的重要中心控制設(shè)備進行備用。在控制中心（主用）發(fā)生突發(fā)情況之下，啟用備用中心設(shè)備，以確保列車的正常運行，最大限度地減少對運營線路的影響。

地鐵專用無線通信系統(tǒng)是地鐵運營調(diào)度指揮及維護管理的重要設(shè)施，是地鐵運行列車與車下運營管理機構(gòu)之間唯一的通信手段，擔(dān)負著提高運營效率和管理水平、保證行車安全及地鐵乘客生命安全的重要使命。鑒于地鐵專用無線通信系統(tǒng)的重要作用，有必要對其采用備用方案，因此地鐵專用無線通信系統(tǒng)一般是備用中心考慮的系統(tǒng)之一。本文以中國電子科技集團第54研究所研制開發(fā)的降級備用系統(tǒng)產(chǎn)品為例，著重闡述地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)的原理、構(gòu)建與實現(xiàn)。

1 地鐵專用無線通信系統(tǒng)概述

目前，地鐵專用無線通信系統(tǒng)普遍采用800 MHz TETRA（陸地數(shù)字集群無線系統(tǒng)）通信方式。系統(tǒng)主要由交換控制中心設(shè)備、調(diào)度臺、集中網(wǎng)管系統(tǒng)、調(diào)度管理服務(wù)器等設(shè)備，以及基站、直放站、列車車載臺、固定電臺、便攜臺、天饋系統(tǒng)（包括漏泄同軸電纜、天線、射頻電纜、功分器、耦合器等）和傳輸通道等構(gòu)成，以實現(xiàn)對地鐵線路的統(tǒng)一無線調(diào)度通信和管理。

地鐵專用無線通信系統(tǒng)一般采用單中心控制交換機加多基站小區(qū)制組網(wǎng)方案。在控制中心設(shè)置集群交換機，在地鐵沿線各車站、車輛段和控制中心設(shè)置集群基站。各基站通過有線傳輸通道與控制中心集群交換機相連，采用星型方式組網(wǎng)，一般設(shè)置行車調(diào)度臺、防災(zāi)環(huán)控調(diào)度臺等。

地鐵專用TETRA無線通信系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：通話服務(wù)，數(shù)據(jù)服務(wù)，調(diào)度臺功能及管理等。此外，TETRA無線通信系統(tǒng)還設(shè)計故障弱化的功能，即單站集群功能、直通模式功能。

2 專用無線通信系統(tǒng)備用模式的比較

迄今，國內(nèi)外對于專用無線通信系統(tǒng)的備用方案，存在三種模式。

1）完全備份模式：即對主用系統(tǒng)完全備份。其優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性很高，缺點是建設(shè)成本較高。這種模式采用較少。

2）故障弱化模式：即利用TETRA無線通信系統(tǒng)的故障弱化功能，包括單站集群功能、直通模式功能。其優(yōu)點是，不用增加投資，可實現(xiàn)單基站下的呼叫功能和短距離對講功能；缺點是，無法實現(xiàn)中心調(diào)度功能，不能進行統(tǒng)一調(diào)度。

3）降級備用系統(tǒng)模式：即基于TETRA無線通信系統(tǒng)，在備用中心通過一套備用控制設(shè)備和備用調(diào)度臺終端，以一種遠程控制基站接入電臺（Site Access Radio，以下簡為SAR）的方式接入到TETRA基站，實現(xiàn)備用情況下對各基站下用戶的呼叫、指揮。其優(yōu)點是：相對于第一種模式，可以節(jié)約很多建設(shè)成本；相對于第二種模式，既可以建設(shè)功能弱化的備用集群中心系統(tǒng)，又增強了單站集群功能，可以實現(xiàn)中心調(diào)度員對各基站下用戶的統(tǒng)一調(diào)度指揮。

通過以上比較分析不難看出，降級備用系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟、技術(shù)優(yōu)勢，因此其應(yīng)用亦越來越多。目前，該系統(tǒng)在北京地鐵5號線、10號線得到成功應(yīng)用。

3 降級備用系統(tǒng)的實現(xiàn)原理

在主用系統(tǒng)條件下，各個TETRA集群基站均通過有線傳輸鏈路連接到集群交換控制中心。在降級備用系統(tǒng)條件下，不存在集群交換控制中心，所有集群基站都工作在單站集群模式下；若要接入TETRA基站，常見的方式是通過有線方式直接連接和控制基站，但是控制中心與基站通信采用的協(xié)議為私有協(xié)議，不向第三方公開的。因此，有線接入方式在降級備用系統(tǒng)設(shè)計時不可行。降級備用系統(tǒng)通過SAR接入基站，降級備用中心設(shè)備通過有線傳輸鏈路連接到SAR，然后通過SAR以無線方式接入基站，進而建立各基站下移動臺的通信（如圖1所示）。

在降級備用系統(tǒng)中，SAR是降級備用中心與各基站下的車載臺，以及手持臺通信的中繼轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。物理連接方面，SAR通過RS422數(shù)據(jù)接口及4線音頻接口，經(jīng)傳輸系統(tǒng)連接到降級備用中心的設(shè)備；在編組方面，SAR內(nèi)部需編入降級備用系統(tǒng)專用通話組，并啟動通話組掃描；在接收外部控制管理方面，下行方向接收備用控制中心的控制命令完成轉(zhuǎn)組、開關(guān)掃描、PTT（一按就通話）鍵操作等動作，上行方向?qū)⒔邮盏降耐鞠掠脩艉艚行畔l(fā)送給備用控制中心。

圖1 降級備用系統(tǒng)接入基站原理示意圖

SAR接入集群基站方式避開了分析基站接口私有協(xié)議的大量工作，直接通過空中接口接入TETRA集群基站，而該空中接口是符合TETRA標(biāo)準的，也是TETRA的內(nèi)部接口。

SAR需要在降級備用系統(tǒng)的控制下才能完成中繼轉(zhuǎn)發(fā)工作。為了接收命令，SAR是在集群標(biāo)準電臺（設(shè)置于車控室的固定電臺）上開發(fā)實現(xiàn)的。在電臺上，集群廠家向第三方開放了一種稱為SB 9600的接口和協(xié)議。通過該接口可以實現(xiàn)對電臺的多種操作和控制。SAR通過一套固件程序與SB9600接口進行通信。

4 降級備用系統(tǒng)的構(gòu)成與實現(xiàn)

4.1 降級備用系統(tǒng)的構(gòu)成

降級備用系統(tǒng)由備用中心設(shè)備和若干套SAR、車載臺（含備用功能）、手持臺，以及若干個單站集群模式下的MTS基站等組成。其中，備用中心設(shè)備包括：中心控制機，服務(wù)器（包括軟、硬件），備用調(diào)度臺（包括軟、硬件），音頻接口設(shè)備，RS422接口轉(zhuǎn)換設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。降級備用系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中主要設(shè)備的功能如下。

1）中心控制機功能：話音接續(xù)，接收服務(wù)器控制命令并處理。

2）服務(wù)器功能：對SAR、中心控制機進行控制，監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，為備用調(diào)度臺提供信息服務(wù)。

3）SAR功能：在服務(wù)器人工遠程操作控制下轉(zhuǎn)入備用通話組，啟動通話組掃描；接收和處理調(diào)度臺指令，并對調(diào)度臺指令作出回應(yīng)；向調(diào)度臺發(fā)送所屬基站下手持臺、車載臺的呼叫信息；接收調(diào)度臺語音，并通過無線鏈路發(fā)送給基站下的手持臺、車載臺；通過無線鏈路接收基站下手持臺、車載臺的語音，并傳送給相應(yīng)調(diào)度臺。

圖2 地鐵專用無線通信降級備用系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

4）音頻接口設(shè)備功能：采用插卡方式安裝在調(diào)度臺計算機主機內(nèi)，提供調(diào)度員操作接口；通過MIC（話筒）接收調(diào)度員話音，并發(fā)送給中心控制機；接收中心控制機的上行話音，并通過選中（或非選中）喇叭播放給調(diào)度員；提供錄音輸出接口，將MIC輸入音頻，選中喇叭音頻輸出給錄音設(shè)備；向調(diào)度臺計算機發(fā)送PTT按鍵信息。

5）調(diào)度臺設(shè)備功能：為備用系統(tǒng)調(diào)度員提供人機界面，供調(diào)度員完成對列車、移動作業(yè)人員的基本調(diào)度指揮。

4.2 降級備用系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

降級備用系統(tǒng)在主用中心集群交換設(shè)備癱瘓或控制中心不能按時投入使用時啟用。

主用控制中心與備用控制中心采用人工切換。正常情況下，備用控制中心處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)主用控制中心設(shè)備出現(xiàn)故障無法使用時，可人工開啟備用系統(tǒng)，啟用備用控制中心；當(dāng)主用控制中心恢復(fù)正常后，可人工關(guān)閉備用系統(tǒng)，重新開啟主用控制中心系統(tǒng)。地鐵專用無線通信系統(tǒng)中的車載臺、手持臺在人工控制下完成主、備模式切換，SAR在備用系統(tǒng)服務(wù)器人工遠程操作控制下完成主、備模式切換。下面重點闡述降級備用呼叫功能的實現(xiàn)過程。

1）上行呼叫（移動臺呼叫調(diào)度臺）過程：在移動臺上直接按下PTT鍵，將移動臺呼叫使用的通話組、移動臺ID首先通過無線鏈路發(fā)送給所屬基站下的SAR；SAR獲取這些信息后進行協(xié)議轉(zhuǎn)換再轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器；服務(wù)器分析上行呼叫信息，然后同時將信息下發(fā)給中心控制機和相關(guān)調(diào)度臺；中心控制機立即建立相關(guān)SAR到調(diào)度臺的話音通道，調(diào)度臺收到服務(wù)器的信息后在界面上顯示出主叫方信息。在移動臺上按下PTT鍵后無需等待系統(tǒng)確認信息即可通話，產(chǎn)生話音流，話音首先通過無線鏈路發(fā)給所屬基站下的SAR；SAR再通過中心控制機已經(jīng)建立的話音通道傳送給相關(guān)調(diào)度臺。上行呼叫過程示意圖見圖3所示。

圖3 上行呼叫過程示意圖

2）下行呼叫（調(diào)度臺呼叫移動臺）過程（見圖4）：調(diào)度臺首先發(fā)送下行呼叫指令給服務(wù)器，服務(wù)器進行指令解析后同時將指令下達給中心控制機及所有SAR；中心控制機負責(zé)完成調(diào)度臺到所有SAR的音頻通道建立，所有SAR根據(jù)指令中的通話組信息轉(zhuǎn)組到該通話組，關(guān)閉組掃描，中心控制機和所有SAR完成指令要求的工作后，回復(fù)確認信息給服務(wù)器；服務(wù)器進而將信息轉(zhuǎn)給調(diào)度臺，然后調(diào)度臺即可按下PTT鍵講話，產(chǎn)生話音流，調(diào)度臺話音首先傳送給中心控制機；中心控制機通過前面已建立的話音通道將調(diào)度臺話音轉(zhuǎn)發(fā)給所有SAR；然后SAR即可將話音下發(fā)給指定移動臺。

圖4 下行呼叫過程示意圖

值得一提的是，與主用系統(tǒng)相比較，備用系統(tǒng)不提供派接呼叫功能、多選呼叫功能、私密呼叫功能、有線電話互聯(lián)功能，以及與短數(shù)據(jù)通信相關(guān)的功能等。

5 結(jié)語

降級備用系統(tǒng)通過遠程控制SAR接入集群基站的方式，使技術(shù)實現(xiàn)上相對簡單，以較少的代價有效彌補了TETRA故障弱化功能的不足，提高了地鐵無線調(diào)度指揮的可靠性；同時也為地鐵運營單位應(yīng)對危機突發(fā)情況、反恐、防災(zāi)等提供了重要技術(shù)保證。因此，降級備用系統(tǒng)具有較高的實際應(yīng)用價值。

［1］GB 15539—1995集群移動通信系統(tǒng)技術(shù)體制［S］.

［2］SJ／T 11228—2000數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)體制［S］.

［3］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］沙學(xué)軍，譚學(xué)治，陳娟.數(shù)字集群網(wǎng)系統(tǒng)總體方案的探討［J］.移動通信，2001（4）：19.

［5］鄭祖輝，陸錦華，鄭嵐.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［6］樊昌信，曹麗娜.通信原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［7］國剛，周峰，孫更新.軟件工程統(tǒng)一建模原理與實踐教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［8］李保田.地鐵無線通信降級備用系統(tǒng)呼叫控制子系統(tǒng)的實現(xiàn)［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2009.