李 潯

(上海申通地鐵集團有限公司, 201103, 上?！喂こ處?

當(dāng)前城市軌道交通線路的專用無線通信系統(tǒng)大多采用基于窄帶的TETRA(泛歐集群無線電)技術(shù)來實現(xiàn)對列車的調(diào)度?；赥ETRA的窄帶通信技術(shù)成熟且產(chǎn)品穩(wěn)定、可靠，已在上海、北京、廣州等城市的城市軌道交通無線列車調(diào)度領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，LTE-M(城市軌道交通用長期演進(jìn))寬帶集群技術(shù)越來越受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注。該技術(shù)具備了頻譜利用率高、低時延、帶寬靈活等諸多優(yōu)點，不僅能滿足專業(yè)用戶對語音集群的需求，還能承載城市軌道交通行業(yè)對于高速數(shù)據(jù)疊加的視頻調(diào)度、視頻監(jiān)控等寬帶業(yè)務(wù)的需求。由此，城市軌道交通專用無線集群系統(tǒng)采用LTE-M取代TETRA已成為行業(yè)共識，與寬帶集群系統(tǒng)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范已陸續(xù)發(fā)布并予以實施。

與此同時，TETRA技術(shù)在全國的應(yīng)用范圍逐步萎縮，其產(chǎn)業(yè)供應(yīng)與支撐能力的不足，正進(jìn)一步推動了各城市軌道交通既有線路加快專用無線集群系統(tǒng)寬帶化改造的步伐。目前國內(nèi)外城市軌道交通線路仍沒有窄帶集群改造為寬帶集群相關(guān)的理論研究以及實施案例，為此，本文通過介紹多種窄帶集群調(diào)度向?qū)拵Ъ赫{(diào)度過渡的常用改造方案，并對比各方案的優(yōu)缺點，以期為未來城市軌道交通線路的無線寬帶集群改造提供參考。

1 寬帶集群改造的需求分析

自窄帶集群TETRA應(yīng)用以來，城市軌道交通集群語音業(yè)務(wù)的需求比較穩(wěn)定，將來也不會有太大變化[1]。城市軌道交通的集群調(diào)度通信系統(tǒng)改造一般可以劃分為服務(wù)層的改造、傳輸層的改造和終端應(yīng)用層的改造3方面，如圖1所示。由于實施寬帶集群改造計劃的城市軌道交通線路為既有的運營線路，在窄帶集群改造為寬帶集群的全過程需要實現(xiàn)平穩(wěn)過渡，即：在不改變既有TETRA網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)架構(gòu)的前提下，逐步改造使用寬帶集群應(yīng)用的終端設(shè)備，盡量保證調(diào)度人員和列車司機不需要改變操作習(xí)慣，也不需要對人員進(jìn)行過多的操作培訓(xùn)，即可實現(xiàn)雙模融合的兼容調(diào)度操作。在改造過程中，應(yīng)具備可以通過模擬演練確認(rèn)寬帶集群系統(tǒng)的功能，以滿足日常調(diào)度的應(yīng)用需求，此后再逐步使TETRA設(shè)備退網(wǎng)，使整個改造期的過渡平穩(wěn)、順暢。

注：MSO——無線交換中心。

在窄帶集群向?qū)拵Ъ焊脑爝^程中，服務(wù)層由核心網(wǎng)、調(diào)度服務(wù)器以及調(diào)度坐席等地面設(shè)備組成，改造過程中可以通過分設(shè)獨立的寬帶集群服務(wù)器機柜安裝進(jìn)行實現(xiàn)。調(diào)度大廳的調(diào)度設(shè)備因受限于調(diào)度坐席空間和使用習(xí)慣，一般需要通過技術(shù)改造來實現(xiàn)。

傳輸層的改造一般通過在既有TETRA網(wǎng)絡(luò)以外分設(shè)獨立的寬帶集群網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方式?？梢栽谛盘栂到y(tǒng)改造的同時分設(shè)BBU(基帶處理單元)、RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元)等設(shè)備，通過在軌旁新增1套漏纜實現(xiàn)信號覆蓋。

改造期間的終端層需要設(shè)計可平穩(wěn)過渡的方案，一般車載設(shè)備因安裝空間的限制需要通過技術(shù)改造或整體更換來實現(xiàn)；對于站廳及站臺人員的業(yè)務(wù)需求，可通過配置窄帶終端和寬帶終端2部手持臺實現(xiàn)平穩(wěn)過渡；車站控制室內(nèi)的固定臺一般放置于桌面，不受安裝空間限制，可通過新設(shè)1臺寬帶集群固定臺進(jìn)行過渡。調(diào)度員操作的調(diào)度終端和司機駕駛室的車載終端是運營管理用戶使用專用無線寬帶集群系統(tǒng)的直接界面，也是系統(tǒng)功能和實際運維作業(yè)的紐帶，直接影響列車的運行安全。因此，改造過程中實施方案的主要難點在于調(diào)度臺和車載臺的逐步改造。

2 寬帶集群改造的過渡方案

為滿足改造全過程平穩(wěn)過渡的需求，本文就雙模調(diào)度臺、雙模車載臺和寬窄帶互聯(lián)互通3種過渡基礎(chǔ)方案進(jìn)行介紹，并分析討論了不同方案間可能的優(yōu)化組合方案。

2.1 雙模調(diào)度臺方案

調(diào)度臺設(shè)備一般為通用電腦工作站，運行的是定制的調(diào)度應(yīng)用軟件，通過有線方式連接到集群核心網(wǎng)。調(diào)度臺是可以發(fā)起集群調(diào)度業(yè)務(wù)的特殊終端，其業(yè)務(wù)權(quán)限高于其他普通的終端設(shè)備。

如圖2所示，“LTE-M+TETRA”的雙模調(diào)度方案主要是在既有TETRA調(diào)度臺軟件內(nèi)集成寬帶集群的調(diào)度軟件接口，以實現(xiàn)在同一個調(diào)度界面下的雙模調(diào)度應(yīng)用，并逐步改造列車的車載臺設(shè)備。

注:LTE——長期演進(jìn)。

該方案的特點在于：改造實施過程中窄帶集群車載臺和寬帶集群車載臺設(shè)備間具有良好的通用性；調(diào)度用戶的操作體驗好；改造施工作業(yè)的影響范圍??；調(diào)度臺的可靠性高；可方便地進(jìn)行LTE-M寬帶集群模式運行的預(yù)演練。

2.2 雙模車載臺方案

車載臺是列車司機使用的集群通信終端設(shè)備，一般部署于列車兩端的司機室。通過在既有TETRA車載臺的基礎(chǔ)上新增接入LTE-M寬帶集群信號機，通過二次開發(fā)實現(xiàn)“LTE-M+TETRA”的雙模運行制式，以滿足OCC(運營控制中心)對列車的窄帶集群調(diào)度和寬帶集群調(diào)度呼叫需求，如圖3所示。

圖3 雙模車載臺改造方案示意圖

該改造方案的特點在于：改造過程平穩(wěn)可靠，調(diào)度用戶無需區(qū)分所呼叫的列車是否處于改造狀態(tài)；改造期間司機的使用體驗好；車載臺設(shè)備既可以接入LTE-M網(wǎng)絡(luò)，也可以接入TETRA無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)雙網(wǎng)的冗余備份；可提前進(jìn)行LTE-M模式的運行預(yù)演練操作。該方案也適用于TETRA窄帶集群建設(shè)LTE-M寬帶集群延伸線的使用場景。

2.3 寬窄帶互聯(lián)互通方案

由于目前主流的TETRA系統(tǒng)不開放有線的互聯(lián)互通接口，因此寬窄帶互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)設(shè)備可通過寬帶集群的有線網(wǎng)關(guān)接口與多臺TETRA終端進(jìn)行空口接入，以實現(xiàn)2個不同制式的通話組互相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)語音調(diào)度的互聯(lián)互通功能。圖4為寬窄帶互聯(lián)互通方案的技術(shù)路線示意圖。該改造方案的特點在于：可逐列改造列車的LTE-M車載臺設(shè)備；改造過程中調(diào)度臺與車載臺設(shè)備的改造進(jìn)度不受限制。由于TETRA系統(tǒng)只能通過空口接入，為了避免對TETRA基站的信道占用造成影響，對互聯(lián)互通設(shè)備的部署位置有一定的要求。此外，互聯(lián)互通后的調(diào)度臺在TETRA系統(tǒng)內(nèi)不具備調(diào)度的高優(yōu)先級權(quán)限，因此存在通話搶權(quán)的問題。

圖4 寬窄帶互聯(lián)互通方案的技術(shù)路線示意圖

2.4 3種改造過渡方案的對比分析

上述3種改造過渡方案的特點如表1所示。

表1 3種寬帶集群改造過渡方案的對比

如表1所示，通過對3種方案的特點進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，若在改造時采用組合的應(yīng)用方案，可達(dá)到優(yōu)勢互補的效果。如表2所示，可采用組合方案1或組合方案2，并采用專家評分法，對寬帶集群過渡改造的前期、中期、后期階段及運營后這4個階段的風(fēng)險進(jìn)行評估。

表2 寬帶集群改造不同方案的風(fēng)險系數(shù)對比

對于既有運營的線路改造，應(yīng)重點關(guān)注技術(shù)方案的可靠性和可實施性。從表3中可知，對于既有線路的集群通信系統(tǒng)改造，組合方案2(雙模調(diào)度臺+雙模車載臺)能有效結(jié)合2個基礎(chǔ)方案各自的優(yōu)勢，不僅整個改造過程中風(fēng)險最低，還能有效地將改造過程中的風(fēng)險前置，適用于運營壓力較大的線路。為此，下文將詳細(xì)介紹組合方案2的關(guān)鍵技術(shù)和實施方案。

3 雙模調(diào)度臺與雙模車載臺結(jié)合方案

3.1 雙模調(diào)度臺的技術(shù)實現(xiàn)

雙模調(diào)度臺的開發(fā)主要是在既有調(diào)度界面基礎(chǔ)上，集成LTE-M集群的軟件接口API(應(yīng)用程序接口)，如圖5所示，在調(diào)度界面內(nèi)新增是否優(yōu)選LTE-M呼叫的模式切換功能。當(dāng)調(diào)度按下PTT(Press to Talk，即按即說)按鍵發(fā)起呼叫或申請話語權(quán)時，若當(dāng)前為LTE-M優(yōu)選模式且當(dāng)前車載臺支持LTE-M呼叫，則調(diào)用LTE-M的API接口，向LTE-M集群核心網(wǎng)發(fā)起LTE-M的集群呼叫。反之，則選擇既有TETRA的調(diào)度API接口，向TETRA集群核心網(wǎng)發(fā)起呼叫。雙模調(diào)度臺的呼叫接收則通過各自集群功能的API回調(diào)函數(shù)自動接聽處理。雙模調(diào)度臺的關(guān)鍵技術(shù)在于對2套集群軟件接口程序的選擇調(diào)用及集群應(yīng)用接口的編程實現(xiàn)，通過是否優(yōu)選LTE-M呼叫的模式切換功能，能夠有效地實現(xiàn)呼叫模式的選定。

圖5 雙模調(diào)度臺的技術(shù)改造方案示意圖

3.2 雙模車載臺的技術(shù)實現(xiàn)

雙模車載臺的開發(fā)是在既有TETRA集群車載臺的基礎(chǔ)上新增LTE-M的空口接入信號機(如圖6所示)，既有TETRA信號機通過串口使用AT(Attention)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)控制，新增的LTE-M信號機通過以太網(wǎng)使用AT指令進(jìn)行數(shù)據(jù)控制。調(diào)度呼叫發(fā)出的LTE-M下行音頻信號或TETRA下行音頻信號，將在車載臺主機的控制單元進(jìn)行音頻疊加處理，再傳送給車載臺操作終端進(jìn)行播放。司機呼叫的音頻通過操作終端采集后，由車載臺的控制單元進(jìn)行音頻分路，分別送往2種信號機端口，僅通過控制信號機的發(fā)射來控制上行音頻的發(fā)送。雙模車載臺的技術(shù)要點是音頻的疊加處理，雙模車載臺可以在TETRA和LTE-M 2種制式下待機工作，同時接收任意制式的呼叫音頻，也可以根據(jù)情況選擇特定的制式發(fā)起呼叫。

圖6 雙模車載臺的技術(shù)改造方案示意圖

“雙模調(diào)度臺+雙模車載臺”組合改造方案的優(yōu)勢在于：可以通過搭建“雙模調(diào)度臺+雙模車載臺”的模擬測試平臺，對雙模調(diào)度臺是否工作在優(yōu)選LTE-M模式的運行場景進(jìn)行測試。在確認(rèn)雙模調(diào)度臺的功能完整性和可靠性后，可正式使用雙模調(diào)度臺設(shè)備。隨后可以開展雙模車載臺改造，在改造線路每日結(jié)束運營后模擬優(yōu)選LTE-M模式對全線進(jìn)行運行演練，演練內(nèi)容包括對已經(jīng)完成改造的車載臺設(shè)備采用LTE-M制式呼叫，以及對未改造的車載臺設(shè)備采用TETRA制式呼叫。在模擬運行測試結(jié)束后，將雙模調(diào)度臺切換回非優(yōu)選LTE-M模式，確保正常運營時段的TETRA調(diào)度業(yè)務(wù)功能。待該信號改造線路的全部列車均完成改造后，再逐步使TETRA設(shè)備退網(wǎng)，以確保整個改造期平穩(wěn)過渡。

4 結(jié)語

本文研究和探討了窄帶集群向?qū)拵Ъ哼^渡的幾種常用解決方案，分析了不同方案的優(yōu)缺點。在寬帶集群系統(tǒng)日漸成為主流無線列車調(diào)度系統(tǒng)的趨勢下，既有線路集群調(diào)度改造過渡方案的選擇需要結(jié)合實際的改造需求、運營壓力及投資情況等進(jìn)行綜合分析。將不同的基礎(chǔ)改造方案相結(jié)合，達(dá)到優(yōu)勢互補，能夠有效降低改造過程中的風(fēng)險。對于運營壓力大、對可靠性要求高的既有運營線路，推薦使用“LTE-M+TETRA”雙模調(diào)度臺與雙模車載臺相結(jié)合的方式。