地铁公安无线通信系统研究
摘 要:对地铁公安无线通信系统的组网方案进行分析,在总结现有实践经验的基础上提出今后的发展方向。
关键词:地铁; 公安通信系统; 工程实践; 组网方案; 传播特性
1 概述
公安无线通信网是公安指挥信息系统的重要组成部分。无线通信是公安指挥调度、救灾抢险、处置突发事件、交通管理、社会治安必不可少的重要通信保障手段。公安无线通信必须具有群体通信的能力和多警种综合立体作战能力。目前,现有的地铁内公安无线通信手段仅能提供地下范围内通信,并不适合公安业务的性质与特点,因此对于地铁公安来讲需建立适合自己业务特点的地面、地下立体覆盖无线通信专用网。
市公安局轨道交通分局在已投入运营的地铁1 号、2 号线使用的是属于350 M 专用列调系统(属于专用的常规通信方式) 的设备,使用一个专用频点,主要以组呼的方式进行通信,功能简单,与地面公安无线采用的系统制式不同,不能兼容和互通。公安干警在执勤时为保证通信联系的畅通必须携带多台不同制式的手机,造成使用上的不便并容易贻误战机。由于地面无线信号无法穿透地面覆盖到地下,公安目前的地面350 M 集群系统信号无法覆盖地下车站,为提高公安的反应能力,有必要建设与350 M 集群无线通信系统完全兼容的地铁公安无线通信系统。
2 系统要求
(1) 建设原则
要求系统配置合理,投资少,系统维护管理容易。系统具有先进性、实用性、经济性、稳定性,保证能与现有地面350 M 集群系统实现完全的互联互通。
(2) 实现目标
现有公安350 M 模拟集群无线系统的信号引入地铁,实现地面与地下的无线信号无缝连接,覆盖车站的出入口、站厅、站台和隧道,覆盖率达到95 %以上。提供先进的系统管理终端,可对地下所有基站进行远程监控,原有地面集群电台进入地下能照常使用。系统设计须为今后的扩充留有足够的发展余地,结构及设备应易于扩展。
3 系统功能
(1) 呼叫功能
系统支持的基本呼叫功能包括:个呼,组呼,广播呼,优先呼, 紧急呼, PABX 呼叫, PSTN 呼叫, 状态呼叫,短数据呼叫,具有呼叫转移功能。所有组呼、个呼均能在地面和地下发起呼叫,电台在地面基站和地下基站能做到自动漫游,无需手动换场。
(2) 通话组设置
日常工作状态下,以一条地铁为单位设置通话组, 并留有备用组。如:2005 年后上海市将建成9 条地铁线,每条地铁线都应有独立的通话组和备用组。重大保卫任务状态和紧急状态下,以所有地铁为单位设置通播组,并留有备用组。
(3) 系统管理功能
系统通过设置网管终端实现:由软件授权设立不同等级的网管终端,最高级别网管终端可以对所有节点控制器、基站控制单元以及所有终端用户进行监控和管理。次级网管终端可以对本地区所有基站控制单元以及所属终端用户进行监控和管理。
具体功能如下:
用户功能限制;
全网自动漫游;
强插、强拆功能;
系统实时参数修改;
繁忙自动排队、自动回叫;
电台遥毙与复活;
通话限时;
动态重组;
实时显示通话记录。
4 组网方案
(1) 方案选择
在保证公安用户其功能和可靠性的前提下,组网方案必须是经过实际验证的引入系统,将地面既有的公安无线通信网引入到地下空间,延续其功能并提供良好的覆盖。
从链路信号引入方式来讲,可以采取有线链路或无线链路的方式,其中有线链路的技术是非常成熟的, 无线链路可以分为无线延伸基站和无线分基站2 种方式。此外,还有一种技术体制简单的无线集群基地台+ 常规中转台组合方案。方案考虑到可靠性的问题, 不考虑采用直放站来进行信号覆盖。从组网结构的成熟性和可靠性进行分析,有4 种方案可以选择: 方案1 ,采用350 M 无线集群延伸基站方案; 方案2 ,采用350 M 无线集群分基站方案(有线链路); 方案3 ,采用350 M 无线集群分基站方案(无线链路); 方案4 ,采用350 M 无线集群基地台+ 常规中转台组合方案。
(2) 方案分析
① 方案1 :采用350 M 无线集群延伸基站方案网络结构如图1 所示。
地下车站3 信道集群延伸基站的频率采用隔站复用,所有用户的入网注册、漫游区域、用户等级及权限, 由市局既有的350 M 集群系统网管终端设置。单个集群延伸基站内的移动用户之间,个呼、组呼均不占用地面属主基站的话音信道。地下与地面、地下2 座以上车站的集群移动台之间的个呼、组呼则须占用地面属主集群基站的话音信道。
每个集群延伸基站内部设置4 个跨站组,其中2 个为当前地铁的工作通话组和备份组,另外2 个为以后建设的地铁所有基站的通播组及通播备用组。当有移动台发起地铁工作通话组时,地铁范围内所有移动台都能够接收到该组呼的呼叫。所有地下车站集群延伸基站的上行链路信号都通过地面全向天线对应于市局已建的2 个地面350 M 集群基站,并且在集群延伸基站参数设置上将这2 个基站设置为互补备份。一旦这2 个基站中的一个因故障瘫痪,所有地下集群延伸基站的上行链路将自动对应到另外一个基站,保障无线通信不间断畅通。
由于集群延伸基站的区间呼叫必须占用地面属主基站的话音信道,此时被占用的话音信道用作专用的无线链路频点,因此集群引入系统对应的地面2 个属主基站应增加2 个区间集群信道机及相应的配套设备。到后期如果更多的地铁投入使用,应对属主基站再进行扩容,保障地铁的地下车站及隧道区间350 M 集群引入系统区间通信的链路畅通。
方案的特点在于不需要专门的有线链路,节省费用; 对主站系统和用户透明, 可与不同厂家的MPT1327 系统配套使用;覆盖范围更加广泛,安装简单容易,故障弱化能力强。
无线延伸站的主要应用是主基站的盲区补充覆盖,技术上的弱点是全部建立呼叫的过程是靠主基站的控制信道协助完成,增加主基站控制信道处理通信工作负荷。同时该种工作方式会增加对主基站控制信道干扰的危险性,目前延伸基站的应用已经在逐步减少。还有一个缺点是要占用地面的通话频率作为专用的链路频点,如果到更多的地铁投入使用,将会占用大量的频率
图1 方案1 网络结构示意
该方案在已经建设的市局地面350 M 模拟集群系统的基础上,在地下车站各建设一套3 信道的无线集群延伸基站。该延伸基站分为二部分,一部分为下行基站设备,另外一部分为连接地面集群基站的上行链路设备。
② 方案2 :采用350 M 无线集群分基站方案
(有线链路) 网络结构如图2 所示。该方案是在市局地面350 M 群系统的基础上,在地下车站各建设一套3 信道的350 M 无线集群分基站,采用隔站复用频率的方式。组网采用有线链路的链路频点, 大大节省了频率资源。采用无线链路的无线分基站是完整的分基站概念, 技术特点是全部呼叫过程与有线分基站基本相同。无线分基站的本基站电台呼叫是由无线分基站的控制信道完成, 而跨基站呼叫是由2 个基站的控制信道分别完成。无线分基站的主要特点是本地电台之间的呼叫和区间电台之间的呼叫是完全隔离的, 由基站本身自动区别, 这样就排除了对主基站的干扰可能性, 由于采用分段处理, 呼损率也大大降低, 基站自身具备远程参数管理、监控管理等
图2 方案2 网络结构示意方式, 基站通过传输通道与市局的350 M 集群系统节点控制器和交换单元联网。由于采用了有线链路的方式,市局350 M 中心网管可以监控所有基站的当前工作状态, 包括每个基站的信道当前配置信息、工作状态信息、实时通话信息等, 可以实现很强的功能。
采用有线联网的组网方式, 地下车站基站间、地下与地面基站间的通话都要通过市局350 M 中心节点交换机进行交换, 目前市局地面350 M 系统已建设2 个节点控制交换单元, 连接十多个基站。由于每个节点控制交换设备最大控制容量为30 个分基站, 由于每个车站都要安装分基站, 到后期如果更多的地铁投入使用, 应对市局350 M 集群系统中心机房再增加相应的节点控制交换设备, 保证今后越来越多地下车站分基站的建设容量要求。
③ 方案3 :350 M 无线集群分基站方案(无线链路) 网络结构如图3 所示。
与采用有线链路的分基站相当的网管功能。无线分基站方式在结构上可以认为是相对应地面属主基站的垂直延伸, 也可以看作是独立通信基站。地下无线基站与地面基站网组网的关联结构是当需要与地面通信时, 逻辑上地面基站已经需要分配话音信道, 在这个信道的基础上, 自动增加一个地下联网工作信道, 相对简单而且效率高。在采用大数量大规模基站组网时在理论技术上和实际应用上都没有基站数量的限制, 系统在扩容时不需要象采用有线链路的无线分基站设备增加节点控制交换设备, 增加无线分基站对既有地面系统带来的影响相当于增加地面无线终端, 可以较好地适应地铁车站逐年增加, 系统负荷增大的问题(主要是区间通话带来的占用地面通话信道的问题) 。但随着地下分基站数的增多必须增加系统对应的地面属主基站的容量, 增加区间集群信道机和相应的配套设备以缓解大量使用分基站带来的对地面通话信道的压力。但是不断扩容还是会带来一定的维护
图3 方案3 网络结构示意
该方案的基本工作原理与采用有线链路的无线集群分基站类似, 但在链路技术上有相当的改进, 采用了无专用链路的的无线链路技术。
④ 方案4 :采用350 M 无线集群基地台+ 常规中转台组合方案网络结构如图4 所示。350 M 无线集群基地台+ 常规中转台这种技术上较简单、经济的组合方案, 由于在地下部分采用了常规中转台, 所以在地下范围内公安的模拟集群终端只能使用常规模拟的方式工作。虽然不能完全实现地面网络的所有功能, 但大部分公安日常的呼叫和调度功能可以实现, 如果采用专门设备还可以实现电台的身份码显示功能。
该方案是在已建的市局地面350 M 系统的基础之上, 在地下车站各建设1 套2 信道的集群-常规中转站, 其中上行与地面350 M 集群基站联网部分为350 M 集群基地台, 地下车站下行部分为常规中转台。
与地面350 M 系统联网部分的350 M 集群基地台各设置1 个预置当前组,4 个被叫组,其中1 个为当前组,1 个备份组,1 个通播组,1 个通播备份组。集群基地台可注册的地面集群基站,由市局350 M 中心机房网管终端设定2 个主基站,一旦任何1 个地下常规中转台接收到移动台的呼叫,中转台将启动连接地面集群基站的集群车台发起当前组呼,通过地面集群基站将呼叫信号转发给每个地下车站中转台,再通过常规中转台将呼叫信号发送给地下车站的每个移动台。重干扰,全部地面地下相关电台无法再工作。而这时几乎无法检测出是哪个基站出了问题发出干扰信号。
第2 种方案,采用有线链路集群分基站引入方案。该方案的特点:系统管理完善,基站信息数据交换不占用无线通道,地下车站间的通话,外部干扰小,通话质量能够得到保障。但是,该方案不足的地方,需要有线链路的支持,如果没有现成的有线链路,需要另外投资建设有线链路,具体实施难度较大。
第3 种方案,采用无链路集群分基站(无线链路) 。该方案已在地铁1 号线北延伸的地下车站得到运用。新建地铁线的设计也多采用这种方案。该方案的特点:系统管理完善,故障弱化能力强,维护方便, 地下区间通话不占用地面集群信道资源,外部干扰小,通话质量能够得到保障,无线链路可以多重备份。该方案不足的地方是由于每个车站均需设置无线分基站,而规划建设的地铁车站很多,那需要建设的基站数量将会很大(远远超过公安地面所用的基站数总和),将来的维护和管理任务也相对艰巨。
第4 种采用集群-常规引入的方案,具有投资
图4 方案4 网络结构示意
地下车站常规基站区间呼叫必须占用地面集群基站的话音信道,因此350 M 集群引入系统对应的地面集群主基站应增加区间集群信道机和相应的配套设备。到地铁大量建成的时候,建议所有地下车站基站连接地面集群系统的350 M 集群基地台都使用相同的当前组呼,既可以一呼百应,又可以节省地面集群基站的信道和频率资源。
(3)方案比较
第1 种方案,采用无线链路的集群基站延伸引入方案。该方案虽有安装简单,无需有线链路支持的特点,但由于区间呼叫需要地面集群基站的信道支持,到2005 年后上海9 条轨道交通环线的全面开通,地面至少需要建设1 个12 信道的集群基站。目前市局地面350 M 系统已建成16 个集群基站,80 多个集群信道。如果2005 年后继续扩展地面集群基站或信道,可能存在的问题是用于无线链路频率资源紧张、频率相互间的干扰增多(包括与周边省的频率干扰) 、投资成本增加等。
延伸站最大的缺陷,是因为其通明工作方式决定电台发出的信号必须原时间穿过延伸站到达中心基站,如果延伸站收到的是干扰信号,同理也马上转到中心基站,当使用大量的延伸站,有一个延伸站被巧合的连续干扰信号穿过去,中心基站的控制信道将受到严成本低,维护方便(设备更换简单易行,一般基层干警也可以完成),呼叫快捷,使用简单的特点。不足的地方就是需要地面集群基站的支持,由于采用地下常规无线通信方式,部分在地面可以使用的模拟集群功能受到限制,手机进入地下时,须手动将集群模式转换成常规模式。
5 推荐意见
根据以上的方案比较可知,有较充足的投资并能落实维护管理费用情况下,选择采用方案3 即无链路集群分基站(无线链路)方案从性能上讲是最理想的。但是第4 种采用集群-常规引入的方案虽然有部分的功能损失,但不失为一种性价比很高的方案,可以作为地铁建设公安无线引入系统的备用可选方案。
