专用无线调度通信系统的频点规划与分析

摘　要：本文通过分析南宁城市地铁环境下，根据专用无线调度通信系统的组网及传播技术要求，对南宁轨道交通一、二号线800MHz TETRA数字无线集群专用通信系统频点进行规划与设计。

关键词：轨道交通， 专用无线通信 ， 频点规划
一、前言　
　　无线电频率资源是有限的自然资源，目前已应用于各大移动运营商.公安.港口.城市应急指挥等各行业专用通信领域，频率资源非常紧张。城市地铁无线调度通信系统也将占用806～821MHz（移动台发.基站收）和851～866MHz（基站发.移动台收）两段频率。
　　根据南宁轨道交通2015年建设规划，将建设东西.南北方向两条呈“十”字交叉的一.二号骨干线路。由于各条地铁线路均要单独使用各自的无线频率，且线路的部分区段和车辆段.停车场位于地面空间，使得有限的频率资源难以应付需求的不断增长。因此，为了节省宝贵的无线频率资源，最大限度地合理利用频率资源，必须合理规划频率区，进行频率复用，提高频率利用率和使用效率。
二、频点的分析与计算
　　1.从系统本身特点出发
　　800MHz TETRA集群系统是一个频分复用的蜂窝通信系统。蜂窝系统发展到今天，容量受到一定的频率带宽限制。频率必须进行复用才能满足一定区域内的容量需求。如何取得网络容量和话音质量的平衡是频点规划必须解决的问题。
　　在集群通信中，通常采用CCIR901报告所建议的互调最小的等间隔频率指配。其中800MHz集群通信系统占用806～821MHz（移动台发.基站收）和851～866MHz（基站发.移动台收）两段频率，收发间隔45MHz，每段15MHz，每个载频间隔为25KHz，总共600个载频。在此频率指配法中，15MHz又分为三小段，每小段200个载频。每200个载频按等间隔指配，并将200个载频分成10个大组，每大组20个载频；每大组分成2个中组，每中组10个载频，每中组组内频率间隔为20个载频；每中组再分成2个小组，每小组内频率间隔为40个载频。
　　2.结合地铁线路特点来规划
　　地铁内的800MHz TETRA系统的小区划分是按每个车站和相应半区间为一个蜂窝小区，蜂窝小区沿线路链状分布。因此，频点的分配需要考虑：是地面.地下通用，还是地面与地下分开。若地面与地下分开，这地下的频点可以复用其他不下到地铁空间的800MHz TETRA系统的频点，进一步提高800MHz频点的使用率。
　　3.结合运营需求来规划
　　1）话务量估算
　　（1）每个车站及所属区间话务量估计
　　① 每个车站及所属区间调度与司机话务量估计
　　A1 =60列车×[2次×10秒/次+2次×0.1秒/次+2次×0.33秒/次]/3600秒 = 0.348 Erl（注：式中的三个2分别代表通话.发送短消息及发送数据的次数）
　　② 每个车站及所属区间车站通信（车站值班员与司机通信）话务量估计
　　A2 = 60列车×（1次×10秒/次+2次×0.1秒/次）/3600秒 = 0.17 Erl（注：式中1.2分别代表通话.发送短消息的次数）
　　③ 每个车站及所属区间其他人员调度（小组）呼叫话务量估计
　　A3 = 5名×(1次×20秒/次)/3600秒+5名×(1次×20秒/次)/3600秒 = 0.055 Erl（注：式中二个5分别代表单基站内.多基站内的组呼）
　　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 = A1+A2+A3=0.348+0.17+0.055 = 0.573 Erl
　　④ 每个车站及所属区间所有人员电话呼叫话务量估计
　　A5 = 7名×（1次×108秒/次）/3600秒 = 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，在参考其它城市应用经验基础上，考虑一定的话务量乘系数（1.67），因此话务量A6= 1.67×A4 = 1.67×0.573 = 0.957Erl
　　该基站及所属车站.区间电话呼叫（忙时，高峰期）话务量A7 = 1.67×A5 = 1.67×0.21 = 0.35 Erl
　　2）所需信道数
　　（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 =0.957 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 = 0.039.T2 = 0.488，P（0.5） = 0.029。
　　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10×0.039 = 0.39秒；按等待的呼叫数计算的平均等待时间为0.488×10 = 4.88秒,平均等待时间大于5秒的概率为2.9%。
　　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20×0.039=0.78秒；按等待的呼叫数计算的平均等待时间为0.488×20=9.76秒；平均等待时间大于10秒的概率为2.9%。
　　（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%，查爱尔兰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
　　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：
　　m= ==642用户/控制信道（式中： Rb=信令传输速率；Kc=可用系数，取0.71；IB=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南宁地铁一.二号线工程用户的容量要求。
　　由以上分析可知，南宁地铁一.二号线工程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。
三、频点规划分析与结论
1.组网及信号覆盖方案
　　南宁轨道交通无线网络呈链状分布，采用多基站小区制组网方式，在控制中心设置无线中心交换机，在轨道线路沿线各站.车辆段及停车场设置基站，无线交换机与基站之间通过有线传输网连接。
　　2.频率配置
　　频率配置应尽可能降低和减少各种类型的频率干扰和提高频率的利用率。
　　在集群通信中，通常采用CCIR901报告所建议的互调最小的等间隔频率指配。其中800MHz集群通信系统占用806～821MHz（移动台发.基站收）和851～866MHz（基站发.移动台收）两段频率，收发间隔45MHz，总共600个载频。
　　 为提高频率利用率，通常采用多小区频率复用技术，在链状网（如铁路.公路）中，通常采用三频组频率复用方式，以提高频率利用率并尽可能减小同频干扰的影响。
　　由于在地下隧道中，采用LCX进行无线场强的覆盖，因此无线场强可以得到很好的控制，可很容易满足TETRA标准所规定的共道干扰≥19dB的指标，完全可以采用二频组复用方式，从而进一步提高频率的利用率，并尽可能减小同频干扰的影响。
　　南宁轨道交通1.2号线正线采用2组频率（AB方式），每组频率2对，2组频率以AB方式交替配置于全线的所有车站基站，即正线采用4个载频。同时为满足控制中心.车辆段.停车场等维修试验基地的频率使用，应各按2个载频考虑。
　　综上所述，南宁地铁专用无线通信系统程采用建议二频组（地下区段）/三频组（高架区段及停车场），每频组2对载频配置方式。具体频率配置如下：
　　第1频组为A频组，采用2个载频2。
　　第2频组为B频组，采用2个载频2。
　　第3频组为C频组，采用2个载频2。
　　四、结束语
　　为满足各种通信的需求，在轨道交通运营线路上，存在着无线专用调度通信系统.信号系统.PIS系统.警用无线通信系统.商用无线通信系统等无线通信系统，传播环境复杂，建设困难，干扰严重。做好各个系统网络的规划与设计.频段与传输制式的选择，将能很好地提高频率的使用效率，提高抗干扰能力。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/txlw/261425.html