地鐵公安無線通信系統(tǒng)研究

摘　要:對地鐵公安無線通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方案進(jìn)行分析,在總結(jié)現(xiàn)有實(shí)踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出今后的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:地鐵; 公安通信系統(tǒng); 工程實(shí)踐; 組網(wǎng)方案; 傳播特性　　
1 　概述
公安無線通信網(wǎng)是公安指揮信息系統(tǒng)的重要組成部分。無線通信是公安指揮調(diào)度、救災(zāi)搶險、處置突發(fā)事件、交通管理、社會治安必不可少的重要通信保障手段。公安無線通信必須具有群體通信的能力和多警種綜合立體作戰(zhàn)能力。目前,現(xiàn)有的地鐵內(nèi)公安無線通信手段僅能提供地下范圍內(nèi)通信,并不適合公安業(yè)務(wù)的性質(zhì)與特點(diǎn),因此對于地鐵公安來講需建立適合自己業(yè)務(wù)特點(diǎn)的地面、地下立體覆蓋無線通信專用網(wǎng)。
市公安局軌道交通分局在已投入運(yùn)營的地鐵1 號、2 號線使用的是屬于350 M 專用列調(diào)系統(tǒng)(屬于專用的常規(guī)通信方式) 的設(shè)備,使用一個專用頻點(diǎn),主要以組呼的方式進(jìn)行通信,功能簡單,與地面公安無線采用的系統(tǒng)制式不同,不能兼容和互通。公安干警在執(zhí)勤時為保證通信聯(lián)系的暢通必須攜帶多臺不同制式的手機(jī),造成使用上的不便并容易貽誤戰(zhàn)機(jī)。由于地面無線信號無法穿透地面覆蓋到地下,公安目前的地面350 M 集群系統(tǒng)信號無法覆蓋地下車站,為提高公安的反應(yīng)能力,有必要建設(shè)與350 M 集群無線通信系統(tǒng)完全兼容的地鐵公安無線通信系統(tǒng)。
2 　系統(tǒng)要求
(1) 建設(shè)原則
要求系統(tǒng)配置合理,投資少,系統(tǒng)維護(hù)管理容易。系統(tǒng)具有先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性,保證能與現(xiàn)有地面350 M 集群系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全的互聯(lián)互通。
(2) 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)
現(xiàn)有公安350 M 模擬集群無線系統(tǒng)的信號引入地鐵,實(shí)現(xiàn)地面與地下的無線信號無縫連接,覆蓋車站的出入口、站廳、站臺和隧道,覆蓋率達(dá)到95 %以上。提供先進(jìn)的系統(tǒng)管理終端,可對地下所有基站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,原有地面集群電臺進(jìn)入地下能照常使用。系統(tǒng)設(shè)計須為今后的擴(kuò)充留有足夠的發(fā)展余地,結(jié)構(gòu)及設(shè)備應(yīng)易于擴(kuò)展。
3 　系統(tǒng)功能
(1) 呼叫功能
系統(tǒng)支持的基本呼叫功能包括:個呼,組呼,廣播呼,優(yōu)先呼, 緊急呼, PABX 呼叫, PSTN 呼叫, 狀態(tài)呼叫,短數(shù)據(jù)呼叫,具有呼叫轉(zhuǎn)移功能。所有組呼、個呼均能在地面和地下發(fā)起呼叫,電臺在地面基站和地下基站能做到自動漫游,無需手動換場。
(2) 通話組設(shè)置
日常工作狀態(tài)下,以一條地鐵為單位設(shè)置通話組, 并留有備用組。如:2005 年后上海市將建成9 條地鐵線,每條地鐵線都應(yīng)有獨(dú)立的通話組和備用組。重大保衛(wèi)任務(wù)狀態(tài)和緊急狀態(tài)下,以所有地鐵為單位設(shè)置通播組,并留有備用組。
(3) 系統(tǒng)管理功能
系統(tǒng)通過設(shè)置網(wǎng)管終端實(shí)現(xiàn):由軟件授權(quán)設(shè)立不同等級的網(wǎng)管終端,最高級別網(wǎng)管終端可以對所有節(jié)點(diǎn)控制器、基站控制單元以及所有終端用戶進(jìn)行監(jiān)控和管理。次級網(wǎng)管終端可以對本地區(qū)所有基站控制單元以及所屬終端用戶進(jìn)行監(jiān)控和管理。
具體功能如下:
用戶功能限制;
全網(wǎng)自動漫游;
強(qiáng)插、強(qiáng)拆功能;
系統(tǒng)實(shí)時參數(shù)修改;
繁忙自動排隊、自動回叫;
電臺遙斃與復(fù)活;
通話限時;
動態(tài)重組;
實(shí)時顯示通話記錄。
4 　組網(wǎng)方案
(1) 方案選擇
在保證公安用戶其功能和可靠性的前提下,組網(wǎng)方案必須是經(jīng)過實(shí)際驗證的引入系統(tǒng),將地面既有的公安無線通信網(wǎng)引入到地下空間,延續(xù)其功能并提供良好的覆蓋。
從鏈路信號引入方式來講,可以采取有線鏈路或無線鏈路的方式,其中有線鏈路的技術(shù)是非常成熟的, 無線鏈路可以分為無線延伸基站和無線分基站2 種方式。此外,還有一種技術(shù)體制簡單的無線集群基地臺+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺組合方案。方案考慮到可靠性的問題, 不考慮采用直放站來進(jìn)行信號覆蓋。從組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的成熟性和可靠性進(jìn)行分析,有4 種方案可以選擇: 方案1 ,采用350 M 無線集群延伸基站方案; 方案2 ,采用350 M 無線集群分基站方案(有線鏈路); 方案3 ,采用350 M 無線集群分基站方案(無線鏈路); 方案4 ,采用350 M 無線集群基地臺+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺組合方案。
(2) 方案分析
① 方案1 :采用350 M 無線集群延伸基站方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
地下車站3 信道集群延伸基站的頻率采用隔站復(fù)用,所有用戶的入網(wǎng)注冊、漫游區(qū)域、用戶等級及權(quán)限, 由市局既有的350 M 集群系統(tǒng)網(wǎng)管終端設(shè)置。單個集群延伸基站內(nèi)的移動用戶之間,個呼、組呼均不占用地面屬主基站的話音信道。地下與地面、地下2 座以上車站的集群移動臺之間的個呼、組呼則須占用地面屬主集群基站的話音信道。
每個集群延伸基站內(nèi)部設(shè)置4 個跨站組,其中2 個為當(dāng)前地鐵的工作通話組和備份組,另外2 個為以后建設(shè)的地鐵所有基站的通播組及通播備用組。當(dāng)有移動臺發(fā)起地鐵工作通話組時,地鐵范圍內(nèi)所有移動臺都能夠接收到該組呼的呼叫。所有地下車站集群延伸基站的上行鏈路信號都通過地面全向天線對應(yīng)于市局已建的2 個地面350 M 集群基站,并且在集群延伸基站參數(shù)設(shè)置上將這2 個基站設(shè)置為互補(bǔ)備份。一旦這2 個基站中的一個因故障癱瘓,所有地下集群延伸基站的上行鏈路將自動對應(yīng)到另外一個基站,保障無線通信不間斷暢通。
由于集群延伸基站的區(qū)間呼叫必須占用地面屬主基站的話音信道,此時被占用的話音信道用作專用的無線鏈路頻點(diǎn),因此集群引入系統(tǒng)對應(yīng)的地面2 個屬主基站應(yīng)增加2 個區(qū)間集群信道機(jī)及相應(yīng)的配套設(shè)備。到后期如果更多的地鐵投入使用,應(yīng)對屬主基站再進(jìn)行擴(kuò)容,保障地鐵的地下車站及隧道區(qū)間350 M 集群引入系統(tǒng)區(qū)間通信的鏈路暢通。
方案的特點(diǎn)在于不需要專門的有線鏈路,節(jié)省費(fèi)用; 對主站系統(tǒng)和用戶透明, 可與不同廠家的MPT1327 系統(tǒng)配套使用;覆蓋范圍更加廣泛,安裝簡單容易,故障弱化能力強(qiáng)。
無線延伸站的主要應(yīng)用是主基站的盲區(qū)補(bǔ)充覆蓋,技術(shù)上的弱點(diǎn)是全部建立呼叫的過程是靠主基站的控制信道協(xié)助完成,增加主基站控制信道處理通信工作負(fù)荷。同時該種工作方式會增加對主基站控制信道干擾的危險性,目前延伸基站的應(yīng)用已經(jīng)在逐步減少。還有一個缺點(diǎn)是要占用地面的通話頻率作為專用的鏈路頻點(diǎn),如果到更多的地鐵投入使用,將會占用大量的頻率

圖1 　方案1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意　　

該方案在已經(jīng)建設(shè)的市局地面350 M 模擬集群系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,在地下車站各建設(shè)一套3 信道的無線集群延伸基站。該延伸基站分為二部分,一部分為下行基站設(shè)備,另外一部分為連接地面集群基站的上行鏈路設(shè)備。
② 方案2 :采用350 M 無線集群分基站方案
(有線鏈路) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該方案是在市局地面350 M 群系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,在地下車站各建設(shè)一套3 信道的350 M 無線集群分基站,采用隔站復(fù)用頻率的方式。組網(wǎng)采用有線鏈路的鏈路頻點(diǎn), 大大節(jié)省了頻率資源。采用無線鏈路的無線分基站是完整的分基站概念, 技術(shù)特點(diǎn)是全部呼叫過程與有線分基站基本相同。無線分基站的本基站電臺呼叫是由無線分基站的控制信道完成, 而跨基站呼叫是由2 個基站的控制信道分別完成。無線分基站的主要特點(diǎn)是本地電臺之間的呼叫和區(qū)間電臺之間的呼叫是完全隔離的, 由基站本身自動區(qū)別, 這樣就排除了對主基站的干擾可能性, 由于采用分段處理, 呼損率也大大降低, 基站自身具備遠(yuǎn)程參數(shù)管理、監(jiān)控管理等

圖2 　方案2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意方式, 基站通過傳輸通道與市局的350 M 集群系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器和交換單元聯(lián)網(wǎng)。由于采用了有線鏈路的方式,市局350 M 中心網(wǎng)管可以監(jiān)控所有基站的當(dāng)前工作狀態(tài), 包括每個基站的信道當(dāng)前配置信息、工作狀態(tài)信息、實(shí)時通話信息等, 可以實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的功能。
采用有線聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)方式, 地下車站基站間、地下與地面基站間的通話都要通過市局350 M 中心節(jié)點(diǎn)交換機(jī)進(jìn)行交換, 目前市局地面350 M 系統(tǒng)已建設(shè)2 個節(jié)點(diǎn)控制交換單元, 連接十多個基站。由于每個節(jié)點(diǎn)控制交換設(shè)備最大控制容量為30 個分基站, 由于每個車站都要安裝分基站, 到后期如果更多的地鐵投入使用, 應(yīng)對市局350 M 集群系統(tǒng)中心機(jī)房再增加相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)控制交換設(shè)備, 保證今后越來越多地下車站分基站的建設(shè)容量要求。
③ 方案3 :350 M 無線集群分基站方案(無線鏈路) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。
與采用有線鏈路的分基站相當(dāng)?shù)木W(wǎng)管功能。無線分基站方式在結(jié)構(gòu)上可以認(rèn)為是相對應(yīng)地面屬主基站的垂直延伸, 也可以看作是獨(dú)立通信基站。地下無線基站與地面基站網(wǎng)組網(wǎng)的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)是當(dāng)需要與地面通信時, 邏輯上地面基站已經(jīng)需要分配話音信道, 在這個信道的基礎(chǔ)上, 自動增加一個地下聯(lián)網(wǎng)工作信道, 相對簡單而且效率高。在采用大數(shù)量大規(guī)模基站組網(wǎng)時在理論技術(shù)上和實(shí)際應(yīng)用上都沒有基站數(shù)量的限制, 系統(tǒng)在擴(kuò)容時不需要象采用有線鏈路的無線分基站設(shè)備增加節(jié)點(diǎn)控制交換設(shè)備, 增加無線分基站對既有地面系統(tǒng)帶來的影響相當(dāng)于增加地面無線終端, 可以較好地適應(yīng)地鐵車站逐年增加, 系統(tǒng)負(fù)荷增大的問題(主要是區(qū)間通話帶來的占用地面通話信道的問題) 。但隨著地下分基站數(shù)的增多必須增加系統(tǒng)對應(yīng)的地面屬主基站的容量, 增加區(qū)間集群信道機(jī)和相應(yīng)的配套設(shè)備以緩解大量使用分基站帶來的對地面通話信道的壓力。但是不斷擴(kuò)容還是會帶來一定的維護(hù)

圖3 　方案3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意
該方案的基本工作原理與采用有線鏈路的無線集群分基站類似, 但在鏈路技術(shù)上有相當(dāng)?shù)母倪M(jìn), 采用了無專用鏈路的的無線鏈路技術(shù)。
④ 方案4 :采用350 M 無線集群基地臺+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺組合方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。350 M 無線集群基地臺+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺這種技術(shù)上較簡單、經(jīng)濟(jì)的組合方案, 由于在地下部分采用了常規(guī)中轉(zhuǎn)臺, 所以在地下范圍內(nèi)公安的模擬集群終端只能使用常規(guī)模擬的方式工作。雖然不能完全實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)的所有功能, 但大部分公安日常的呼叫和調(diào)度功能可以實(shí)現(xiàn), 如果采用專門設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)電臺的身份碼顯示功能。
該方案是在已建的市局地面350 M 系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上, 在地下車站各建設(shè)1 套2 信道的集群-常規(guī)中轉(zhuǎn)站, 其中上行與地面350 M 集群基站聯(lián)網(wǎng)部分為350 M 集群基地臺, 地下車站下行部分為常規(guī)中轉(zhuǎn)臺。
與地面350 M 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)部分的350 M 集群基地臺各設(shè)置1 個預(yù)置當(dāng)前組,4 個被叫組,其中1 個為當(dāng)前組,1 個備份組,1 個通播組,1 個通播備份組。集群基地臺可注冊的地面集群基站,由市局350 M 中心機(jī)房網(wǎng)管終端設(shè)定2 個主基站,一旦任何1 個地下常規(guī)中轉(zhuǎn)臺接收到移動臺的呼叫,中轉(zhuǎn)臺將啟動連接地面集群基站的集群車臺發(fā)起當(dāng)前組呼,通過地面集群基站將呼叫信號轉(zhuǎn)發(fā)給每個地下車站中轉(zhuǎn)臺,再通過常規(guī)中轉(zhuǎn)臺將呼叫信號發(fā)送給地下車站的每個移動臺。重干擾,全部地面地下相關(guān)電臺無法再工作。而這時幾乎無法檢測出是哪個基站出了問題發(fā)出干擾信號。
第2 種方案,采用有線鏈路集群分基站引入方案。該方案的特點(diǎn):系統(tǒng)管理完善,基站信息數(shù)據(jù)交換不占用無線通道,地下車站間的通話,外部干擾小,通話質(zhì)量能夠得到保障。但是,該方案不足的地方,需要有線鏈路的支持,如果沒有現(xiàn)成的有線鏈路,需要另外投資建設(shè)有線鏈路,具體實(shí)施難度較大。
第3 種方案,采用無鏈路集群分基站(無線鏈路) 。該方案已在地鐵1 號線北延伸的地下車站得到運(yùn)用。新建地鐵線的設(shè)計也多采用這種方案。該方案的特點(diǎn):系統(tǒng)管理完善,故障弱化能力強(qiáng),維護(hù)方便, 地下區(qū)間通話不占用地面集群信道資源,外部干擾小,通話質(zhì)量能夠得到保障,無線鏈路可以多重備份。該方案不足的地方是由于每個車站均需設(shè)置無線分基站,而規(guī)劃建設(shè)的地鐵車站很多,那需要建設(shè)的基站數(shù)量將會很大(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過公安地面所用的基站數(shù)總和),將來的維護(hù)和管理任務(wù)也相對艱巨。
第4 種采用集群-常規(guī)引入的方案,具有投資

圖4 　方案4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意
地下車站常規(guī)基站區(qū)間呼叫必須占用地面集群基站的話音信道,因此350 M 集群引入系統(tǒng)對應(yīng)的地面集群主基站應(yīng)增加區(qū)間集群信道機(jī)和相應(yīng)的配套設(shè)備。到地鐵大量建成的時候,建議所有地下車站基站連接地面集群系統(tǒng)的350 M 集群基地臺都使用相同的當(dāng)前組呼,既可以一呼百應(yīng),又可以節(jié)省地面集群基站的信道和頻率資源。
(3)方案比較
第1 種方案,采用無線鏈路的集群基站延伸引入方案。該方案雖有安裝簡單,無需有線鏈路支持的特點(diǎn),但由于區(qū)間呼叫需要地面集群基站的信道支持,到2005 年后上海9 條軌道交通環(huán)線的全面開通,地面至少需要建設(shè)1 個12 信道的集群基站。目前市局地面350 M 系統(tǒng)已建成16 個集群基站,80 多個集群信道。如果2005 年后繼續(xù)擴(kuò)展地面集群基站或信道,可能存在的問題是用于無線鏈路頻率資源緊張、頻率相互間的干擾增多(包括與周邊省的頻率干擾) 、投資成本增加等。
延伸站最大的缺陷,是因為其通明工作方式?jīng)Q定電臺發(fā)出的信號必須原時間穿過延伸站到達(dá)中心基站,如果延伸站收到的是干擾信號,同理也馬上轉(zhuǎn)到中心基站,當(dāng)使用大量的延伸站,有一個延伸站被巧合的連續(xù)干擾信號穿過去,中心基站的控制信道將受到嚴(yán)成本低,維護(hù)方便(設(shè)備更換簡單易行,一般基層干警也可以完成),呼叫快捷,使用簡單的特點(diǎn)。不足的地方就是需要地面集群基站的支持,由于采用地下常規(guī)無線通信方式,部分在地面可以使用的模擬集群功能受到限制,手機(jī)進(jìn)入地下時,須手動將集群模式轉(zhuǎn)換成常規(guī)模式。
5 　推薦意見
根據(jù)以上的方案比較可知,有較充足的投資并能落實(shí)維護(hù)管理費(fèi)用情況下,選擇采用方案3 即無鏈路集群分基站(無線鏈路)方案從性能上講是最理想的。但是第4 種采用集群-常規(guī)引入的方案雖然有部分的功能損失,但不失為一種性價比很高的方案,可以作為地鐵建設(shè)公安無線引入系統(tǒng)的備用可選方案。