上海大学通信与信息工程学院

郑国莘

城市轨道交通无线通信系统的最新进展

一、思考题

1 、同频干扰的解决方案？

2 、越区切换的主要问题？

3 、漏泄电缆的损耗如何计算？

4 、简述地铁无线电通信系统。

一、蓬勃发展的城市轨道交通

上海市： 2005 年 9 条轨道线，总长 260km

2020 年 17 条轨道线，总长 800km

一、蓬勃发展的城市轨道交通

上海市： 2005 年 9 条轨道线，总长 260km

2020 年 17 条轨道线，总长 800km

7LINES

一、蓬勃发展的城市轨道交通

上海市： 2005 年 9 条轨道线，总长 260km

2020 年 17 条轨道线，总长 800km

14LINES

一、蓬勃发展的城市轨道交通

上海市： 2005 年 9 条轨道线，总长 260km

2020 年 17 条轨道线，总长 800km

LONDON,

14LINES

一、蓬勃发展的城市轨道交通

上海市： 2005 年 9 条轨道线，总长 260km

2020 年 17 条轨道线，总长 800km

7LINES

M8

M8

R4

R4R3

R3

M7

M7

M5

M5

M6

M6M1

M1

L3

L3

R1

R1 L4

L4

L2

L2

L5

L5R2

R2

L1

L1

M3

M3

M4

M2

M2

上海市轨道交通规划图

光纤

基站

SDH设备

无线通信系统

漏泄电缆

调度中心

交换机

分路器

天线

FDD （频分双工）

下行： F1

上行： F1’=F1+45MHz

F1 ， F1’ ：一对频点

SDH设备

电话

票务

无线电电力

二、轨道交通无线电通信系统的构成

无线通信系统组成：

列车调度子系统

公安子系统

紧急呼叫子系统

停车场、车辆段管理子系统

设备维修子系统

数据传输： 控制中心与车载台之间，停车场、车辆段与车载台之间传输呼叫、紧急呼叫、故障等信号。

呼 叫： 一般呼叫（选呼、组呼、全呼）呼叫优先：呼叫级别： 普通呼叫：高级呼叫：紧急呼叫：

无线系统功能直接通话：转接通话： 司机间，值班员 _ 司机 公安值班员间 停车场维修人员间

已建和在建的轨道交通无线系统情况表

线路 制式 频点数 频段 使用情况

地铁#1 常规 5对 450M 使用中

地铁#2 常规 5对 450M 使用中

地铁#2西延伸 常规 5对 450M

明珠线一期 模拟集群 5对 450M 使用中

明珠线二期 数字集群 5对 800M

地铁#1北延伸 常规 5对 450M

地铁#1南延伸 数字集群 待定 800M

杨浦轻轨线 数字集群 待定 800M

浦东 AA轻轨线 数字集群 待定 800M

国内外城市轨道交通无线通信系统最新进展

常规模拟集群

数字集群

常规无线电通信信道的使用（ 1 、 2 号线）：频点专用

模拟集群无线电通信信道的使用（ 3 号线）频点公用

数字集群无线电通信信道的使用（ 4 号线以后）频点公用， TDM 时分复用， FDD

数字集群无线电通信组成虚拟专网

基站基站

基站

交换机

交通调度台公安调度台

消防调度台

集群 GSM

用途 指挥调度 无线电话频率 450M,800M 900M,1800M

工作方式 半双工 双工

联网 本网 与市话互联

用户 公交、公安、团体 个人费用 高 低

实时性 好 差

集群移动与蜂窝移动的比较

三、国内外城市轨道交通无线通信系统最新进展—— TETRA 数字集群系统

Trans European Trunked Radio System

—— 泛欧集群无线电系统

Terrestrial Trunk Radio System

—— 全球集群无线电系统

外部网络接口

TSC TSC1 16

集群交换机

线路设备接口

线路设备接口

TSC TSC

1 16

集群交换机

线路设备接口

SMTS

主集群交换机MTS

管理操作中心 调度台等有线设备接口

2MBit

集群交换机1 16

BS BS

外部网络接口 外部网络接口

外 部 网 络 和 其 它

TETRA接口

TETRA 系统结构

TETRA 系统结构1个时隙＝510个调制比特（＝14.67ms）

1 2 3 4 5 6 509 510

1个 TDMA帧＝56.67ms

1 2 3 4

1.1.1.1.1.1.1.1.3.

1复帧＝18个 TDMA帧（＝1.02s）1 2 3 4 5 17 18

TETRA 系统结构

TETRA 在设计可用于在 150MHz~900MHz ，380MHz~400MHz 10MHz 收发间隔400MHz~420MHz 10MHz 收发间隔450MHz~470MHz 10MHz 收发间隔 870MHz~933MHz 45MHz 收发间隔

FDD—— 频分双工

TDMA—— 时分多址

TETRA 系统结构

TX和 RX时隙数必须是同样多

下行链路

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1

2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

上行链路

1.1.1.1.1.1.1.1.1.

TETRA 数字集群无线电通信系统

频谱效率高：4 个逻辑信道25KHz 信道间隔36Kbps 传输速率28.8Kbps 净数据速率每个信道 7.2Kbps 。

抗干扰能力强： 易于加密，加密方式多。业务能力强： 调度、电话连接、数据传输、图

象传输，车辆定位等，话音数据同传。

多用户群使用： 一个硬件无线电系统上设置多个“虚拟网”

四、单条线路无线系统组网方案

1 、单基站方式

单基站方式

车辆段

公安调度员防灾调度员

列车调度员接口设备

发射机

E/O

O/E

光纤

列车

接收机

O/E

E/O

光纤

漏缆

无线移动电话交换机

电分路器电合路器

O/E E/O

PABX

2 、单条线路无线系统组网方案——多基站

推荐方案——多基站加光纤直放站

直放站

直放站

多基站加光纤直放站方式（ 1 拖 3 ）

公安调度员

列车调度员

车辆段

线路调度中心

2*64K

2*64K

2M

2M

2M

2M

2M

防灾调度员

光纤

无线数字移动交换机

数字基站

电分，合路器

E/O

O/E

列车

PABX

E/O

O/E

l

技术难题 1 ：同频到达时间差T=4.9us/km×l+3.8 us/km×x- 3.8 us/km×(l –x)

=1.1 us/km×l + 7.6 us/km×x

其中 l=2km, x=1km, 则 T=9.8us >7us(TS/4) ：产生多径干扰

解决：减少 x ，增加延迟线

O/EE/O

基站SDH

SDH交换机

A 站

B 站

控制中心

x

列车方向

越区检测点

切换结束点切换开始

切换开始

4s

4s

6dB

6dB

切换区间

F2

F2

F1

F1

普通缆

衰减缆

技术难题 2 ：越区切换连续性

越区切换的条件： 1 、 F1 小于限定值：开始搜索 F2

2 、 F2 场强大于 F1 6dB ：开始切换

3 、切换时间 4s 后 , F2 工作。

结论： 1 、采用衰减漏缆，减少了切换区间，但有可能 4s 内断线

2 、建议采用衰减接头

列车方向越区检测点

切换结束点切换开始

切换开始

4s

4s

6dB 6dB

切换区间

3． 结论

单基站 每个车站设一个基站 几个车站设一个基站

基站投资少传输线路：每站一条光纤光纤带宽：100-1000M光纤投资：大额外光设备:需要传输维护：复杂基站维护：简单适应：模拟集群系统未来大容量的数字集群系统

基站投资大传输线路：数字接口光纤带宽：每站 2*64K光纤投资：小额外光设备:不需要传输维护：简单基站维护：复杂频点覆盖：区域小适应：数字集群系统

基站投资小传输线路：数字接口光纤带宽：每站 2*64K光纤投资：小额外光设备:不需要传输维护：简单基站维护：复杂频点覆盖：区域大适应：数字集群系统

五、全市无线系统组网方案

方案：1 、集中控制式——分区分配2 、分散控制式——按线路分配

核心问题：1 、同频干扰——同频基站有一定间隔2 、频点分配——上海市分配地铁 4对频点

M8

M8

R4

R4R3

R3

M7

M7

M5

M5

M6

M6M1

M1

L3

L3

R1

R1 L4

L4

L2

L2

L5

L5R2

R2

L1

L1

M3

M3

M4

M2

M2

集中控制频点规划

全市轨道交通无线通信系统组网方案

全市轨道交通无线通信系统组网方案

推荐方案

9．结论集中式控制方案 分散式控制方案 集中-分散式控制方案

1. 信道利用率高。2. 全市大网一个交换机，投资较省。

3. 增加线路频点无须调整4. 需要频点少5. 枢纽站线路数量不限6. 适应于集中管理体制。7. 方便向社会开放无线电资源.

1. 适应分期投资模式。2. 适应单独运行模式。3. 不存在技术寿命短的危险，新老技术共存。

4. 易于实施,可行性好.5. 适应于分线管理. .6. 控制简单故障率低.传输链路少，维护建设都容易。

1. 适应分期投资模式。2. 信道利用率高。3. 线路基站数量少。7. 不存在技术寿命短的危险，新老技术共存。

8. 易于实施,可行性好.9. 适应于分线管理. .4. 控制简单故障率低.传输链路少，维护建设都容易

1. 交换机容量大，首次投资大。

2. 设备集中管理不适应线路固有的单独运行模式.

3. 存在技术寿命短，先期投资浪费的风险。

4. 交换机备份费用大5. 基站链路多6. 设备故障影响面大7. 存在已有的系统向统一系统过渡的问题。

1. 信道利用率低。2. 线路间需要用专用信道连接才能通信

3. 5条线路交会时要增加频点或者并网运行

4. 实现统一网管难度大5. 规划外增建线路需要调整频点难度大。

6. 全市大网有许多交换机，投资较大。

7. 不适应集中管理体制。8. 资源向社会开放困难。

1. 与线路固有的单独运行模式不很适应。

2. 实现统一网管有一定难度

3. 规划外增建线路需要调整频点难度大。

4. 全市大网有许多交换机，投资较大。

5. 不适应集中管理体制。6. 资源向社会开放困难。

结论：1 、 4组频点可以满足各种组网方式的需求。2 、采用集中 -分散式比较适合。3、推荐方案可以作为集中方式使用，也可以

作为集中 -分散方式使用。作为集中 -分散方式使用时，明珠线二期之外的线路频点具体规划应该根据分线需求由设计部门再行调整。

技术难题 3 ：公安无线通信系统与地铁系统互联

现 状：两级无线电通信系统。

第一级： 800M的集群数字通信系统

市局直到基层领导

第二级： 350M模拟集群通信系统

全市的公安网，配备到值勤民警。

问 题： 1 、需携带两种手机 2 、不能互通

解 决：与地铁无线电系统的互联互通

（科委重点项目）

技术难题 3 ：公安无线通信系统与地铁系统互联TETRA Inter-System Interface (ISI)

基站

分路器

SDH设备

调度中心

交换机

调度中心

交换机

？

？

？

公安 地铁

TETRA 系统互联互通最新进展—— 2003年 12月欧洲三国互联（ MOTOROLA & NOKIA ）

TETRA 系统互联互通最新进展—— 2003年 12月欧洲三国互联（ MOTOROLA & NOKIA ）

TETRASystem

Vendor A

TETRASystem

Vendor A

TETRASystem

Vendor B

TETRASystem

Vendor B

GatewayGateway GatewayGatewayGateway

Interconnection

技术难题 3 ：消防无线通信系统的互联互通

现状： 350M模拟集群通信系统

全市的公安网，配备到值勤民警。

问题：地上地下不能互通

趋势： 1 、组建两级网： 800M第一级用于指挥以及

350M用于战斗

2 、专用系统引入地下组成自己的专网

mmmmmm

六、 无线电信号在漏泄电缆中的传输

END

END

END

END

用于 GSM 系统

END

END

END

表 1 RCT6-CPUS 系列漏缆的插入损耗与耦合损耗

插入损耗：与长度成正比。安德鲁公司的英寸 RCT6-CPUS 系列漏缆的典型值如表 1 。在800M 频带，其插入损耗 Attenuation为 2.8dB/100m 。

Li(d)= 2.8dB/100m •d

耦合损耗：以 2m距离为准计算。

工程上，漏缆场强的计算采用相对法，即由 2m处的耦合损耗A为准，推算任意处的损耗。

Lc(D)=klgD/2+A 其中 A由表 1 中的 Coupling Loss给出。 K 在自由空间取 20 ，在隧 道环境考虑到信号迭加可以取 10～ 15 。

系统场强计算 ( 上行 ) ：接收场强 Pr=Pt-Li-Lc-Lj--Lz

其中

手机输出功率 1W: Pt=30dBm (10lg1W/1mW)

Li(d)= 2.8dB/100m •600m=12.6

Lc=72

接头损耗 Lj=12 （跳线、接头等）

障碍损耗 Lz=12?

所以 Pr= 30-12.6-72-12-12=－ 78.6

要求基站接收电 平： Pr>-100dBm

余量：－ 78.6＋ 100＝ 21.4

END

END

技术难题 4 ：列车交会时的弱场强

10-30dB？

实验结果：ZDBB_1

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

0 500 1000 1500 2000 2500

Measurement Points

Rec

eive

d Le

vel (

dBm

)

Specif ication = -88dBm 95% Received Level = -97.5 dBm 50% Received Level = -88 dBm

新的挑战 _____ 上海磁悬浮列车通信1. 穿越隧道—— 38GHz 500km/h 多径效应？

2. 漏缆通信 _____ 电磁干扰，多普勒效应

3. 系统改造—— 863 计划

沪杭高速

TETRA? GSM-R? 专用系统？

列车信号无线传输？

END