地鐵公安無(wú)線通信系統(tǒng)研究

摘　要:對(duì)地鐵公安無(wú)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(yàn)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(wú)線通信網(wǎng)是公安指揮信息系統(tǒng)的重要組成部分。無(wú)線通信是公安指揮調(diào)度、救災(zāi)搶險(xiǎn)、處置突發(fā)事件、交通管理、社會(huì)治安必不可少的重要通信保障手段。公安無(wú)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(wú)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(duì)于地鐵公安來(lái)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(wú)線通信專用網(wǎng)。
市公安局軌道交通分局在已投入運(yùn)營(yíng)的地鐵1 號(hào)、2 號(hào)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(gè)專用頻點(diǎn),主要以組呼的方式進(jìn)行通信,功能簡(jiǎn)單,與地面公安無(wú)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(shí)為保證通信聯(lián)系的暢通必須攜帶多臺(tái)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(wú)線信號(hào)無(wú)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(hào)無(wú)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(wú)線通信系統(tǒng)完全兼容的地鐵公安無(wú)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(wú)線系統(tǒng)的信號(hào)引入地鐵,實(shí)現(xiàn)地面與地下的無(wú)線信號(hào)無(wú)縫連接,覆蓋車站的出入口、站廳、站臺(tái)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(duì)地下所有基站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,原有地面集群電臺(tái)進(jìn)入地下能照常使用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)呼均能在地面和地下發(fā)起呼叫,電臺(tái)在地面基站和地下基站能做到自動(dòng)漫游,無(wú)需手動(dòng)換場(chǎng)。
(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(guò)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(jí)的網(wǎng)管終端,最高級(jí)別網(wǎng)管終端可以對(duì)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(jí)網(wǎng)管終端可以對(duì)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(dòng)漫游;
強(qiáng)插、強(qiáng)拆功能;
系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)修改;
繁忙自動(dòng)排隊(duì)、自動(dòng)回叫;
電臺(tái)遙斃與復(fù)活;
通話限時(shí);
動(dòng)態(tài)重組;
實(shí)時(shí)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(guò)實(shí)際驗(yàn)證的引入系統(tǒng),將地面既有的公安無(wú)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(hào)引入方式來(lái)講,可以采取有線鏈路或無(wú)線鏈路的方式,其中有線鏈路的技術(shù)是非常成熟的, 無(wú)線鏈路可以分為無(wú)線延伸基站和無(wú)線分基站2 種方式。此外,還有一種技術(shù)體制簡(jiǎn)單的無(wú)線集群基地臺(tái)+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺(tái)組合方案。方案考慮到可靠性的問(wèn)題, 不考慮采用直放站來(lái)進(jìn)行信號(hào)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(wú)線集群延伸基站方案; 方案2 ,采用350 M 無(wú)線集群分基站方案(有線鏈路); 方案3 ,采用350 M 無(wú)線集群分基站方案(無(wú)線鏈路); 方案4 ,采用350 M 無(wú)線集群基地臺(tái)+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺(tái)組合方案。
(2) 方案分析
① 方案1 :采用350 M 無(wú)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(cè)、漫游區(qū)域、用戶等級(jí)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(gè)集群延伸基站內(nèi)的移動(dòng)用戶之間,個(gè)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(dòng)臺(tái)之間的個(gè)呼、組呼則須占用地面屬主集群基站的話音信道。
每個(gè)集群延伸基站內(nèi)部設(shè)置4 個(gè)跨站組,其中2 個(gè)為當(dāng)前地鐵的工作通話組和備份組,另外2 個(gè)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(dòng)臺(tái)發(fā)起地鐵工作通話組時(shí),地鐵范圍內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)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(hào)都通過(guò)地面全向天線對(duì)應(yīng)于市局已建的2 個(gè)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(gè)基站設(shè)置為互補(bǔ)備份。一旦這2 個(gè)基站中的一個(gè)因故障癱瘓,所有地下集群延伸基站的上行鏈路將自動(dòng)對(duì)應(yīng)到另外一個(gè)基站,保障無(wú)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(shí)被占用的話音信道用作專用的無(wú)線鏈路頻點(diǎn),因此集群引入系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的地面2 個(gè)屬主基站應(yīng)增加2 個(gè)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(duì)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(duì)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(jiǎn)單容易,故障弱化能力強(qiáng)。
無(wú)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(guò)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(shí)該種工作方式會(huì)增加對(duì)主基站控制信道干擾的危險(xiǎn)性,目前延伸基站的應(yīng)用已經(jīng)在逐步減少。還有一個(gè)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(huì)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線鏈路的無(wú)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(guò)程與有線分基站基本相同。無(wú)線分基站的本基站電臺(tái)呼叫是由無(wú)線分基站的控制信道完成, 而跨基站呼叫是由2 個(gè)基站的控制信道分別完成。無(wú)線分基站的主要特點(diǎn)是本地電臺(tái)之間的呼叫和區(qū)間電臺(tái)之間的呼叫是完全隔離的, 由基站本身自動(dòng)區(qū)別, 這樣就排除了對(duì)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(guò)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(gè)基站的信道當(dāng)前配置信息、工作狀態(tài)信息、實(shí)時(shí)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(guò)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(gè)節(jié)點(diǎn)控制交換單元, 連接十多個(gè)基站。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制交換設(shè)備最大控制容量為30 個(gè)分基站, 由于每個(gè)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(duì)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(lái)越多地下車站分基站的建設(shè)容量要求。
③ 方案3 :350 M 無(wú)線集群分基站方案(無(wú)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(wú)線分基站方式在結(jié)構(gòu)上可以認(rèn)為是相對(duì)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(wú)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(shí), 邏輯上地面基站已經(jīng)需要分配話音信道, 在這個(gè)信道的基礎(chǔ)上, 自動(dòng)增加一個(gè)地下聯(lián)網(wǎng)工作信道, 相對(duì)簡(jiǎn)單而且效率高。在采用大數(shù)量大規(guī)模基站組網(wǎng)時(shí)在理論技術(shù)上和實(shí)際應(yīng)用上都沒(méi)有基站數(shù)量的限制, 系統(tǒng)在擴(kuò)容時(shí)不需要象采用有線鏈路的無(wú)線分基站設(shè)備增加節(jié)點(diǎn)控制交換設(shè)備, 增加無(wú)線分基站對(duì)既有地面系統(tǒng)帶來(lái)的影響相當(dāng)于增加地面無(wú)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(wèn)題(主要是區(qū)間通話帶來(lái)的占用地面通話信道的問(wèn)題) 。但隨著地下分基站數(shù)的增多必須增加系統(tǒng)對(duì)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(lái)的對(duì)地面通話信道的壓力。但是不斷擴(kuò)容還是會(huì)帶來(lái)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(wú)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(wú)專用鏈路的的無(wú)線鏈路技術(shù)。
④ 方案4 :采用350 M 無(wú)線集群基地臺(tái)+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺(tái)組合方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。350 M 無(wú)線集群基地臺(tái)+ 常規(guī)中轉(zhuǎn)臺(tái)這種技術(shù)上較簡(jiǎn)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(tái), 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(tái)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(tái), 地下車站下行部分為常規(guī)中轉(zhuǎn)臺(tái)。
與地面350 M 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)部分的350 M 集群基地臺(tái)各設(shè)置1 個(gè)預(yù)置當(dāng)前組,4 個(gè)被叫組,其中1 個(gè)為當(dāng)前組,1 個(gè)備份組,1 個(gè)通播組,1 個(gè)通播備份組。集群基地臺(tái)可注冊(cè)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(gè)主基站,一旦任何1 個(gè)地下常規(guī)中轉(zhuǎn)臺(tái)接收到移動(dòng)臺(tái)的呼叫,中轉(zhuǎn)臺(tái)將啟動(dòng)連接地面集群基站的集群車臺(tái)發(fā)起當(dāng)前組呼,通過(guò)地面集群基站將呼叫信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給每個(gè)地下車站中轉(zhuǎn)臺(tái),再通過(guò)常規(guī)中轉(zhuǎn)臺(tái)將呼叫信號(hào)發(fā)送給地下車站的每個(gè)移動(dòng)臺(tái)。重干擾,全部地面地下相關(guān)電臺(tái)無(wú)法再工作。而這時(shí)幾乎無(wú)法檢測(cè)出是哪個(gè)基站出了問(wèn)題發(fā)出干擾信號(hào)。
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(wú)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(méi)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(wú)鏈路集群分基站(無(wú)線鏈路) 。該方案已在地鐵1 號(hào)線北延伸的地下車站得到運(yùn)用。新建地鐵線的設(shè)計(jì)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(wú)線鏈路可以多重備份。該方案不足的地方是由于每個(gè)車站均需設(shè)置無(wú)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(huì)很大(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)公安地面所用的基站數(shù)總和),將來(lái)的維護(hù)和管理任務(wù)也相對(duì)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(duì)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(shí)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(tái)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(wú)線鏈路的集群基站延伸引入方案。該方案雖有安裝簡(jiǎn)單,無(wú)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(gè)12 信道的集群基站。目前市局地面350 M 系統(tǒng)已建成16 個(gè)集群基站,80 多個(gè)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(wèn)題是用于無(wú)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?yàn)槠渫鞴ぷ鞣绞經(jīng)Q定電臺(tái)發(fā)出的信號(hào)必須原時(shí)間穿過(guò)延伸站到達(dá)中心基站,如果延伸站收到的是干擾信號(hào),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(gè)延伸站被巧合的連續(xù)干擾信號(hào)穿過(guò)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(jiǎn)單易行,一般基層干警也可以完成),呼叫快捷,使用簡(jiǎn)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(wú)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(shí),須手動(dòng)將集群模式轉(zhuǎn)換成常規(guī)模式。
5 　推薦意見(jiàn)
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(wú)鏈路集群分基站(無(wú)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(jià)比很高的方案,可以作為地鐵建設(shè)公安無(wú)線引入系統(tǒng)的備用可選方案。