上海市轨道交通无线组网建设方案研究

上海大学通信与信息工程学院

郑国莘

TEL:56337204,13501636916

EMAIL: gxzheng@mail.shu.edu.cn

一、上海地铁规划现状二、互通互联的问题

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

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

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 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

TETRA 数字集群无线电通信系统

频谱效率高： 25KHz——4 路双工话音传输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”

光纤

调度中心

基站

SDH设备

无线通信系统组成

3 系统的设置3.1 系统制式与设置3.1.1 无线通信系统必须采用符合国家标准的 TETRA 制式 800MHz 数字集群系统。3.1.2 无线通信系统应纳入未来建设的上海市第二集群共网平台，并先行独立建设。3.1.3 无线通信系统应设置四个子系统：列车调度子系统，事故及防灾子系统，停车场、车辆段（简称车场）管理子系统设备维护子系统。

工作频段

可用工作频段：350M,450M,800M 频段地铁已经申请到：350M 和 450M上海市拥有 800M 的频点的用户：国脉通信、上海市公安局、上海市政府、

上海市港务局等

需求： 800M 频点 8 对

数字集群无线电通信组成虚拟专网

4 系统的组网4.1 系统组网原则4.1.1 无线通信系统组网必须保证对列车调度话音业务的畅通、可靠、快捷，独立运行管理，不受其他网影响，特别在纳入地面共网的情况下能保证调度业务不受影响。4.1.2 全市轨道交通无线通信系统的组网应采用集中—分散式，统一规划全市频率覆盖，并按规划实施。

全市轨道交通无线通信系统组网方案

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

推荐方案

全市轨道交通无线通信系统组网方案

M8

M8

R4

R4R3

R3

M7

M7

M5

M5

M6

M6M1

M1

L3

L3

R1

R1 L4

L4

L2L2

L5

L5R2

R2

L1

L1

M3

M3

M4

M2

M2

分散控制频点规划 ( 每频 8 站 )

全市轨道交通无线通信系统组网方案

M8

M8

R4

R4R3

R3

M7

M7

M5

M5

M6

M6M1

M1

L3

L3

R1

R1 L4

L4

L2L2

L5

L5R2

R2

L1

L1

M3

M3

M4

M2

M2R1=R2=M8=R4

M3=M4=M7=L4

集中 - 分散控制频点规划 1 （每频 8站）十五期间

M8

M8

R4

R4R3

R3

M7

M7

M5

M5

M6

M6M1

M1

L3

L3

R1

R1 L4

L4

L2L2

L5

L5R2

R2

L1

L1

M3

M3

M4

M2

M2

R1=R2=M8=R4

M3=M4=M7=L4

M5=M2=M6

R3=L1=L2=L3

L5=M1

集中 - 分散控制频点规划 1 （每频 8站）2020 年远景

M8

M8

R4

R3

R3

M7

M7

M5

M5

M6

M1

M1

L3

R1

R1 L4

L4

L2L2

L5

L5R2

R2

L1

L1

M3

M3

M4

M2

R1=R2=M8=R4

M3=M4=M7=L4

M5=M2=M6

R3=L1=L2=L3

L5=M1

集中 - 分散控制频点规划 2 与推荐方案兼容（十五期间）

M8

M8

R4

R4R3

R3

M7

M7

M5

M5

M6

M6M1

M1

L3

L3

R1

R1 L4

L4

L2L2

L5

L5R2

R2

L1

L1

M3

M3

M4

M2

M2

R1=R2=M8=R4

M3=M4=M7=L4

M5=M2=M6

R3=L1=L2=L3

L5=M1

集中 - 分散控制频点规划 2 与推荐方案兼容 2020 年远景

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。

4.2 交换中心组网原则

4.2.1 交换中心应能通过中继线或用户线连接程控交换机。

4.2.2 在地理位置上按块分配频率区或按线路分配频率区的线路可连接在同一台无线通信系统交换机（简称交换机）上，共享交换机资源。

4.2.3 当设置两个以上交换中心时，每个交换中心必须对所辖线路集中控制，交换机之间能互联互通。

？

5 基站频率配置

5.0.1 基站载频数量应根据频率指配情况确定。

5.0.2 当基站工作频率的数量只有一对时，载频配置可采用两种方式：双收发信机双载频（ f1 主＋ f2 备）配置以及双收发信机单载频（ f1 主＋ f1 备）配置。

5.0.3 当基站工作频率数量为 2 对时，载频配置应采用双收发信机双载频（ f1 ＋ f2 ）配置。收发信机应有备份。

5.0.4 当基站频率数量大于 2 对时，载频配置应采用多收发信机多载频配置。收发信机应有备份。

4.3 线路组网原则4.3.1 每条线路应设置调度台，用于线路的列车调度与集中管理。调度台应通过有线链路连接交换中心。4.3.2 线路宜采用光纤直放站覆盖模式。4.3.3 采用光纤直放站覆盖模式时，多个车站应共用一个基站，设置基站的车站应由基站直接提供信号进行覆盖，其他的车站由光纤直放站覆盖。

基站与交换中心应通过有线链路连接。

基站与光纤直放站应通过光纤链路连接。

单基站控制方式

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

单条线路无线系统组网方案

—— 多基站控制方式

多基站控制方式

线路调度中心

2*64K

2*64K

2M

2M

2M

2M

2M

防灾调度员

公安调度员

列车调度员

光纤

中心站左站

无线数字移动交换机

数字基站

电分，合路器

E/O

O/E列车

车辆段PABX

E/O

右站

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

6 设备组成

6.0.1 交换中心与调度中心合设时，应设置无线交换设备、调度台、网管设备、监控设备和录音设备。

6.0.2 调度中心单设时，应设置调度台、分网管设备、监控设备和录音设备。

6.0.3 采用光纤直放站覆盖模式时，光纤直放站主站应设置在基站处。光纤直放站远端站应设置在不设置基站的车站及区间。

6.0.4 设置基站的车站及车场应设置基站、光纤直放站主站设备及天馈线设备。不设置基站的车站及车场应设置光纤直放站远端站设备及天馈线设备。天馈线设备应包括接收分路模块、发射合路模块、双工器和上行低噪声放大器等。

6.0.5 基站应由若干数字集群信道机、电源设备等组成。

7 无线电信号的覆盖方式

7.0.1 地下隧道区间无线电信号的覆盖应采用漏泄电缆方式，在隧道洞壁单侧敷设。

7.0.2 地面线路、高架区间无线电信号覆盖宜采用漏泄电缆方式，并采用上下行线路的一侧敷设。在保证系统的通话质量和满足越区切换要求下，根据实际情况可以选择漏泄电缆架设方式。

7.0.3 地下站厅无线电信号覆盖宜采用天线或天线阵方式。地下站台无线电信号覆盖宜采用漏泄电缆方式。

7.0.4 地面、高架站厅和站台无线电信号覆盖宜采用天线或天线阵方式。

7.0.5 地面车场的无线电信号覆盖应采用天线或天线阵方式。

9 系统的主要技术指标

9.0.1 话音质量应为 3～ 4级。

9.0.2 可通信概率≥ 95% 。

9.0.3 场强覆盖范围内自由空间≥ -85dBm 。

9.0.4 场强覆盖范围 :车站站台、站 厅、线路交汇站线路间的人行通道；隧道区间每条轨道中心两侧 3米内；地面线路和高架区间每条轨道中心两侧 5米内；车场范围内。

9.0.5 接收机射频输入端同频道干扰保护比≥－ 19dB。

9.0.6 系统入网时间≥ 500ms。

9.0.7越区切换时间≥ 100ms 。

NSHM1

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Measurement Points

Rece

ived

Lev

el (d

Bm)

Specif ication = -100 dBm 95% Received Level = -95 dBm 50% Received Level = -85 dBm

纵向传输特性

ZDBB_1

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

0 500 1000 1500 2000 2500

Measurement Points

Re

ce

ive

d L

ev

el

(dB

m)

Specification = -88dBm 95% Received Level = -97.5 dBm 50% Received Level = -88 dBm

横向传输特性

纵向长度（ m ）

横向距离（ m ）

天 线高度（ m ）

列车 A 列车 B 场强（ dBm ）

290 8 0.3 有 无 － 90

无 无 － 80

  

290

  8

  

1.5

无 无 － 68

无 

有 

降 15

降 15

有 无 降 20

将 18

 100

 6

 2.2

无 无 － 73

无 有 降 20

有 无 降 25

车辆阻挡特性

地铁 GSM 系统与无线电通信系统公用漏缆

GSM ： 900M 以及 1800M 频段地铁： 350M,450M,800M结论：存在着与地铁无线通信系统公用漏

泄电缆的可能性。

公安无线通信系统的需求意见

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

趋 势： 350M 专用系统引入地下组成自己的专网

消防无线通信系统的需求意见

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

二、 TETRA 系统在中国需要解决的问题 -------

系统间的互通互联

Inter System Interface

Trans European Trunked Radio System

——泛欧集群无线电系统

地铁无线通信系统多交换控制中心互通互联研究内容 •经过技术调研，确定互通互联的协议内容，确定开展互联实验的方案。

•以上海为基地，搭建交换机互通互联的实验平台，对已经确定的交换机接口以及协议进行相关互通实验。•进一步研究接口标准与协议，最终以标准的形式将研究成果固定下来，作为今后设计、招投标、建设、验收的依据。 •从应对突发事件出发，研究控制中心互为备份的技术条件。

项目已进行的工作 •在制定上海轨道交通无线通信系统技术规范中，已经就本课题召开数次专家会议，结合上海相关管理、设计、建设、运营部门以及厂商进行研究，明确了主要技术关键。•相关单位已成立课题组 2月初赴柏林，巴黎，香港调研了TETRA系统的相关情况。•已与 MOTOROLA， NOKIA公司协商取得了在德国，荷兰，比利时三国交界处进行的互联实验的 FINAL REPORT，正在进行技术分析。

项目组织•技术文件管理、法规指导、工作协调：上海市轨道交通管理处 、上海申通集团、上海无线电管理委员会•招投标技术指导、实验场所 技术协调：上海地铁建设有限公司 、上海地铁通信传输有限公司 •技术监控、试验总结、标准编写：科研院所•通信系统提供、 技术文件提供、技术协调： MOTOROLA 公司 SIEMENS 公司 NOKIA 公司 MARCONI 公司 等

END