摘要：本文通过对广州地铁无线集群通信系统的建设状况的分析，阐述了目前城市轨道交通的TETRA组网方式。通过地铁无线集群通信工程中的话务分析，阐述了组网的原则。
关键词：无线集群通信；站及区间话务量
1 地铁无线通信的实现方式
目前在地铁专用无线通信系统中实现的方式有三种，GSM-R、TETRA数字集群及MPT1327模拟集群通信体制。
GSM-R是在公网GSM技术基础上融合了调度通信功能的专门用于铁路无线通信的数字移动通信系统。其突出特点是将高速铁路列车自动控制信息的传输与以语音通信为主的调度通信统一纳入同一个无线通信平台，是一个功能完善、实现通信信号一体化的先进高效的通信系统。但是，GSM-R系统在投入实施以前，还有大量实验与验证工作要做。因为，GSM-R应用于行车间隔短、车流密度大的城市轨道交通的情况还不多见。TETRA数字集群与MPT1327模拟集群通信系统都是为调度通信专门制定的通信体制，具备调度通信所要求的一切功能。两种体制的通信系统均得到了广泛的应用。只是两者的应用领域有所侧重：TETRA数字集群系统在各国的地铁、轻轨等城市交通领域有大量的应用；而MPT1327模拟集群系统则在公安、油田、水利等部门大显其能，只是模拟系统不如数字系统的频率利用率高，因此在广州地铁除一号线外，二、三、四、五及广佛线均采用TETRA数字集群体制。
2 TETRA的组网方式
根据地铁线路的特点，TETRA数字集群通信系统按基站设置方式的不同可以有以下几种系统结构：
① 小区制：在控制中心设置交换控制设备，在地铁沿线各车站设置基站，交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现全线场强覆盖。小区制的缺点是投资较高，通话存在较多越区切换；优点是信道利用率高，系统的故障弱化能力较强，车站值班员与接近列车司机之间无须拨号就能建立的通信联系。
② 中区制：在控制中心设置交换控制设备，在地铁沿线的重要车站设置基站，其它车站设置射频放大设备，交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，地铁沿线架设漏泄同轴电缆。中区制在设备投资、信道利用、越区切换频次、故障弱化能力等方面均介于大区制与小区制之间，不具备小区制的车站与就近列车直接通信功能，也不存在大区制的车载设备在列车进出车辆段时正线通话组与车辆段通话组不能自动转换的问题。
③ 大区制：在控制中心设置交换控制设备和基站，在地铁沿线车站均设置射频放大设备，地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现场强覆盖。大区制的优点是投资较省，通话不存在越区切换；缺点是信道利用率不高，故障弱化能力较差，不能实现小区制的车站与就近列车直接通信功能，尤其是列车进出车辆段时正线通话组与车辆段通话组不能自动转换。
目前广州地铁的TETRA组网方式主流均为小区制，因此话务分析也是建立在小区制的基础上。
3 TETRA的语音通信量的分析计算：
每个车站及所属区间话务量分析：
A. 每个车站及所属区内调度与司机话务量分析
平均每辆车的话音车载台在每个车站及所属区间调度与司机通话2次（平均每次10秒），发送短信息2次（平均每次0.1秒），发送数据2次（每次占时0.33秒）；
平均每辆车的车载台在每个车站及所属区间发送短信息6次（平均每次0.1秒），每10秒发送一次数据，平均每次数据量为2.4kb，采用分组数据传输方式，数据速率为7.2kb/s，平均占时0.33秒；3分钟共发数据18次；
每小时（高峰期）该车站通过车辆共40辆（每3分钟1辆，上、下行每3分钟共2辆），则每个车站及所属区间调度与司机话务量A1为A1 = 40×[2×10+(2+6)×0.1+(2+18)×0.33]/3600 = 0.304 Erl
B. 每个车站及所属区间车地通信（车站值班员与司机通信）话务量分析
平均每辆车在每个车站及所属区间车站值班员与司机通信1次（每次10秒），发送短信息2次（每次0.1秒）；每小时（高峰期）该车站通过车辆共40辆（每3分钟1辆，上、下行每3分钟共2辆），则每个车站及所属区间车站值班员与司机话务量A2为
A2 = 40×(1×10+2×0.1)/3600 = 0.113 Erl
C. 每个车站及所属区间其他人员调度（小组）组呼叫话务量分析
平均每用户每小时呼叫1次（平均每次通话时长为20秒），忙时每个车站及所属区间共有其他人员共10名，其中5名（50%）人员进行单基站范围内的组呼，5名（50%）人员进行多基站范围内的组呼，则每个车站及所属区间其他人员调度（小组）呼叫话务量A3为：
A3 = 5×(1×20)/3600+5×(1×20)/3600 = 0.055 Erl
由上可得，每个车站及所属区间调度呼叫（忙时，高峰期）话务量A4为
A4 = A1+A2+A3=0.304+0.113+0.055 = 0.472 Erl
D. 每个车站及所属区间所有人员电话话务量估计
假设平均每用户每小时呼叫1次（平均每次通话时长为108秒），忙时平均每小时每个车站及所属区间共有50名各种人员活动并进行呼叫通信，其中，进行电话呼叫的人员比例为15%，即平均每小时有7名人员进行电话呼叫，则每个车站及所属区间所有人员电话呼叫话务量A5为：A5 = 7×(1×108)/3600 = 0.21 Erl
② 每基站及所属车站、区间话务量估计
考虑到地铁基站管辖范围的不同，其话务量也有区别，在此参考其它城市应用的经验，考虑一定的话务量乘系数（1.67），因此基站及所属车站、区间调度呼叫(忙时，高峰期)话务量A6为：A6 = 1.67×A4 = 1.67×0.472 = 0.788 Erl
该基站及所属车站、区间电话呼叫（忙时，高峰期）话务量A7为：
A7 = 1.67×A5 = 1.67×0.21 = 0.35 Erl
所需信道数计算
① 调度通信所需的业务信道数
根据以上分析，话务量最大的基站调度通信忙时话务量为：A6 = 0.788 Erl
取服务质量呼叫等待时间大于零的概率P(0) = 0.15，查爱尔兰C表，可得信道数n = 3，对应T1 = 0.024、T2 = 0.455，P(0.5) = 0.018。
即对于调度（车站值班员）与司机通信（平均时长10秒），按全部呼叫数计算的平均等待时间为10×0.024 = 0.72秒；按等待的呼叫数计算的平均等待时间为0.455×10 = 4.55秒，平均等待时间大于5秒的概率为1.8%。
对于其他人员的调度通信(平均时长20秒)，按全部呼叫数计算的平均等待时间为20×0.024=0.48秒；按等待的呼叫数计算的平均等待时间为0.455×20=9.1秒；平均等待时间大于10秒的概率为1.8%。
② 电话互联通信所需的业务信道数
根据以上分析，话务量最大的基站电话互联通信忙时话务量为：A7 = 0.35 Erl
取服务质量：呼损率B=5%，查厄兰B表，可得信道数n=2，由此可得，话务量最大的基站总信道数为3+2=5。
③ 控制信道的容量
控制信道的容量即为控制信道可容纳的用户数量，它与控制信道的数字信令处理能力有关。
根据TETRA标准，信令传输速率为36kbps，采用TDMA时分复用，控制信道占1/4时隙，设每用户平均忙时呼叫次数为35次，每次移动用户共发射3种突发信号（分别进行），分别为上行链路控制信息猝发（255bit），上行链路移动台功放线性化猝发（255bit），上行链路常规猝发（510bit），共计1010bit，则控制信道可容纳的用户数为：
式中： Rb=信令传输速率；Kc=可用系数，取0.7；IB=平均每用户忙时上行数据量。
可见，1个基站的控制信道可处理642个最为繁忙的用户的忙时呼叫，因此1个控制信道的处理能力完全能满足单基站内用户的容量要求。
由以上分析可知，典型车站专用无线通信系统每基站采用7个业务信道、1个控制信道（2载频）可满足话务量和服务质量的要求。
4 地铁基站的配置选择
TETRA基站采用模块化设计，单机柜基站可以设置1～4载频，而双机柜可以为5～8载频。每个载频具有4个物理信道，所以一个基站的最大容量为31个话务信道和一个控制信道。可根据用户话务量的增加，逐步地将基站扩容。因此一般广州地铁选用基站为2载频、单机柜。
总的来说，目前在城市轨道交通中尤其是地铁的建设中，无线集群通信场强覆盖、通信质量、系统的安全可靠、扩容和后期工程的延续性均需要认真考虑。当前TETRA的小区制、基站2载频、隧道延伸采用光纤直放站加漏缆覆盖的方式，可以很好地满足上述需求。
参考文献
[1]《数字集群移动通信系统》郑祖辉等编著 、《电子工业出版社》出版
[2]《专用无线通信系统话务量的计算》 《铁路通信信号信息》2003年第6期.