Transcript 讲座1

城市轨道交通无线通信系统
的最新进展
上海大学通信与信息工程学院
郑国莘
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
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
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
上海市轨道交通规划图
R1
M1
M3
M8
L4
L5
M7
L3
L2
L3
L2
R4
R3
L1
M2
M6
R2
M5
M6
M1
M4
R4
M7
M2
R2
L5
M3
R1
L1
M5
M8 R3 L4
二、轨道交通无线电通信系统的构成
天线
漏泄电缆
分路器
基
站
无线通信系统
FDD（频分双工）
下行：F1
上行：F1’=F1+45MHz
F1，F1’：一对频点
SDH
设备
光纤
无线电 交
换
机
电力
SDH
设备
电
话
调度中心
票
务
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
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
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：
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
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
使用中
国内外城市轨道交通无线通信系统最新进展
数字集群
常规
模拟集群
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
交换机
基站
基站
公安调
度台
交通调度台
基站
消防调度台
集群移动与蜂窝移动的比较
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
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
TETRA系统结构
TSC
TSC
TSC
TSC
1
16
1
16
BS
BS
16
1
集群交换机
集群交换机
外部网络接口
线路设备接口
集群交换机
线路设备接口
外部网络接口
外部网络接口
线路设备接口
SMTS
2MBit
主集群交换机 MTS
管理操作中心
调度台等有线设备接口
外 部 网 络 和 其 它
TETRA 接口
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
2
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4 1
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
漏缆
E/O
列车
O/E
E/O
光纤
光纤
O/E
电合路器
接收机
PABX
O/E
E/O
电分路器
发射机
接口设备
列车调度员
防灾调度员
公安调度员
无线移动电话交换机
车辆段
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）
列车
O/E
O/E
光纤
E/O
E/O
公安调度员
电分，合路器
2M
数字基站
2M
列车调度员
防灾调度员
2M
2*64K
无线数字移
动交换机
2*64K
线路调度中心
2M
PABX
2M
车辆段
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
l
x
E/O
基站
SDH
A站
O/E
B站
SDH
交换机
控制中心
技术难题2：越区切换连续性
列车方向
4s
越区检测点
切换开始
6dB
普通缆
6dB
F2
衰减缆
切换结束点
切换开始
F1
4s
F2
F1
切换区间
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
4s
切换开始
6dB
6dB
切换开始
4s
切换结束点
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
集中控制频点规划
L5
R1
M1
M3
M8
M7
L4
L3
L2
L3
L2
R4
R3
L1
M2
M6
R2
M5
M6
M1
M4
R4
M7
M2
R2
L5
M3
R1
L1
M5
M8 R3 L4
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.
2.
3.
7.
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。
适应分期投资模式。
信道利用率高。
线路基站数量少。
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
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)
公安
？
交
换
机
调度中心
地铁
交
换
机
调度中心
？
分路器
基
站
？
SDH
设备
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）
TETRA
System
Vendor A
Gateway
TETRA
System
Vendor B
Gateway
Interconnection
Gateway
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
六、 无线电信号在漏泄电缆中的传输
mmmmmm
END
END
END
用于GSM系统
END
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
-40
Received Level (dBm)
-50
-60
-70
Specification = -88dBm
95% Received Level = -97.5 dBm
50% Received Level = -88 dBm
-80
-90
-100
-110
0
500
1000
1500
Measurement Points
2000
2500
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