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摘要：集群专用系统拥有语音通信、数据通信等功能，是地铁建设项目应用最为广泛的系统之一，可以保障城市轨道交通高效运行。当然，集群专用系统的组网方案及应用也是比较重要的研究课题。本文主要对集群专用系统的功能应用及系统的构成进行阐述。
关键词：地铁集群；专用；无线；通信系统
一、集群专用系统主要功能的应用
1.集群专用系统的主要功能
集群专用系统的主要功能主要有：（1）通话功能，（2）存储功能，用户在发出呼叫时，控制中心的设备能存储呼叫类型、呼叫状态、被呼和主呼的移动台标识码和位置（以车站站名表示）、通话起止时间等有关信息，必要时可输出至打印机。（3）系统网络管理功能，（4）强插功能：在一个小组的通话过程中，调度员具有最高的优先级，可以随时插入到一个小组的通话中，并打断其他无线用户的通话。除此之外，预占优先功能同样可以给调度与及其他主要无线用户提供强插和强拆功能。（6）故障弱化功能，（7）录音功能。（8）广播功能：（9）通话组扫描功能。（10）动态重组功能：系统管理员可以动态地对通话组进行重组，并通过RCM（RadioControlManager，无线控制管理器软件）实施“风暴计划”，一次执行多个动态重组的命令，动态重组功能是通过在空中接口向移动台发送信息来实现的。（11）状态信息业务功能，（12）分组数据业务功能：分组数据技术的飞速发展使得各种服务，诸如话音、图像和高速数据链接都可以采用IP技术实施。IP的简单性和普遍性，以及互联网客户/服务器（资源分散）模式的推广，为客户承接数据服务的开发提供了先导，比如，为GSM蜂窝电话开发的多媒体应用可以移植到TETRA。（13）短数据传输业务功能，（14）虚拟专网功能：在多条线共享一个MSO的情况下，从管理上又要能够实现分线管理，这就需要借助于VPN技术，来实现设备、用户、调度、数据等多方面的分线管理，（15）多级优先功能：系统管理员会给每个无线用户分配一个范围在2至10之间的优先级，每个通话组也有优先级别。每次组呼的优先级或者为发起用户级的优先级，或者为通话组的优先级，以其中级别高的为准，如果信道资源不够，系统会对呼叫进行排队，保证高优先级的呼叫优先得到处理。（16）系统扩展功能：采用积木式、模块化的结构便于扩容，全IP模块化的结构支持系统平滑扩容，（14）编组功能。
二、系统工作方式及方案选定
用户通信为半双工或单工方式，双工通话方式应用在固定台、调度台、车载台、无线用户、有线用户。通信系统采用链状覆盖网络，停车场地和车辆段采用面状覆盖，根据实际轨道交通网络进行整体布局及工程实施的可能性。
三、系统构成
系统由位于调度中心的中心设备,位于车站的车站设备,以及列车台、各部门便携台和传输光信号的光通道等组成。
图1集群无线通信系统结构
1.中心设备
中心设备由终端(包括行车、公安、防灾、维护等调度终端和检测终端、车辆段终端)设备、中心控制设备、基地台以及光发送接收设备组成。
终端设备包括监视器、键盘、电话机等。中心控制设备含微机、PABX接口、音频接口、录音卡和打印机等,其主要任务是信息交换和频道集群,以满足系统功能的要求。基地台(双工工作)由四频道收发信机、合成器、分路器和耦合器等组成,用以产生和接收射频信号。光发送接收设备由光发射机、光接收机和光双向耦合器组成(对应每站,有一套设备和一根光纤)。光信号作为载波,射频信号作为调制信号,采用强度调制——直接检测方式(IM——DD);光纤为长波长单模光纤,工作波长λ1和λ2位于1.55μm附近,由于采用双向耦合器,可实现一根光纤双向传输光信号,从而实现射频信号的双向传输,即从中心到车站和从车站到中心的传输。
2.车站设备
车站设备包括光发送和接收设备、双向放大器和泄漏同轴电缆(LCX)等。光发送和接收设备与中心对应,每站一套。双向放大器由功率放大器、低噪声放大器和双工器组成,实现射频信号的双向放大。双向放大器与功分器直接相连,经软电缆与沿隧道敷设的泄漏同轴电缆相接,实现功率的一分为四(上下行和前后方隧道)。利用泄漏同轴电缆兼有传输线和天线两种功能的特点,解决电波在隧道中的传播问题,泄漏同轴电缆在两站中间断开并接终端负载,这样车站无线管区和站管区的范围就基本一致。
3.列车台及便携台
列车台采用异频双工(对固定用户)或单工(对移动用户)工作方式,便携台采用异频单工工作方式。
由于各车站无线管区发射频率相同,并且均来源于中心基地台发射机,因此移动台从一车站无线管区进入相邻车站另一无线管区时,接收频率不变,并且在两站中间场强重叠区也不会产生同频干扰。同样,当移动台在两站中间发射时,经两个车站放大器传到中心,由于相位不可能完全相反,因此也不会影响中心基地台的接收。
从上所述可见,中心设备与移动台之间的射频通路采用了有线(中心基地台与车站放大器之间的通路通过光纤传输系统)和无线(车站放大器与移动台之间的通路通过无线电波)相结合的方式。
四、系统分析
1.集中控制
考虑到系统功能的要求,以及频道集中控制方式具有建立呼叫速度快、系统功能多的优点,本集群方案频道采用集中控制方式。
所谓集中控制方式,就是在所有频道中专门设立一个频道作为控制频道,呼叫和各种为了实现集群的信令都经此频道传输,其余频道作为通话频道。不通话时,所有移动台都集中在控制频道,用以实现即时呼叫和接收呼叫;呼叫成功后,中心控制设备发出信令,分配一个空闲的通话频道给呼叫和被呼的移动台,呼叫和被呼的移动台转到该频道即可进行通话,通话结束后,又自动返回到控制频道。
由于集中方式设有一个专门的控制频道,因此即使通话频道被全部占用,呼叫仍然能够即时进行,无需等候;并且可以根据呼叫的优先权中断部分现有的通话以接通新的通话,或者进行登记排队等候,这样就使整个系统的利用率大大提高。集中方式既具有公用通信的通话灵活性,又具有专用通信的通话优先原则,很好地满足了系统功能的要求。
2.频率问题
本系统虽然由多个无线管区构成,但由于射频源只有1个,发射频率相同,所以不会产生同频干扰,因此移动台从一无线管区进入另一无线管区时,接收频率无需切换。这样,一个频道只占用2个频率,四个频道只占用8个频率,既节省了频率资源,又简化了移动台设备,提高了可靠性。
四个频道的频率选择如下:F1、F2、F3、F4用于基地台发、移动台收,位于460MHz频段;F1′、F2′、F3′、F4′用于移动台发、基地台收,位于450MHz频段。并且,各频率之间应避免三阶互调干扰。
3.设备性能
本系统车站发射设备的射频源都来自中心基地台,车站设备只有光发射接收设备和射频双向放大器,无需其他射频和音频设备,因此车站设备简单，车站值班员不直接操作车站设备,从而提高了设备的可靠性。
本系统车站设备设4部热线电话,供行车、公安、防灾和维修值班人员使用。当车站值班员拿起热线电话后,如超过5s不拨号,则直通中心相应调度终端,构成通话。如5s内拨号,则由中心控制设备按号码选呼相应用户,构成通话。很显然,车站值班员的通话是借助于中心控制设备的程控交换功能实现的。
当控制频道出现故障时,本系统可以临时分配一个通话频道作为控制频道,使系统正常工作;当通话频道全部占用后,控制频道也可暂时作为通话频道使用,以增加系统容量。
五、结束语
综上所述,本集群兼容了公用移动通信和专用移动通信的优点,很好地满足了系统功能的要求,并且将在某地铁工程中应用。