基于分布式无线和高级信元的地铁通信系统

摘要:提出一种基于分布式无线通信系统构架和高级信元网络技术的宽带地铁综合业务通信系统。该系统具有设计可靠性高、系统伸缩性强、施工方便、便于提供新业务等特点，能够在满足地铁行车调度通信的同时，支持广播电视、移动通信、无线多媒体等综合业务，具有广泛的应用前景。

关键词:无线电通信;地铁通信;高级信元 1 地铁通信系统的现状 传统的地铁通信系统一般由无线集群通信子系统、光纤传输子系统、中继器加泄漏电缆传输子系统、程控电话子系统、路站监控子系统等构成，用于地铁列车的指挥和运营管理。调度员发出的信息经控制中心及无线移动交换机传至集群基站，基站发出的信息通过光缆传送至各车站中继器，由中继器将信号放大后馈送至全线泄漏电缆辐射出去，使列车司机、车站值班员、手持台持有者均能很好地收到来自调度员的信息。列车司机、车站值班员、手持台持有者发出的信息由泄漏电缆接收后传送至中继器，中继器将信号放大后经光电转换设备、光合路器与光缆相连，通过光缆将信息传送至基站，再由基站经控制中心及无线移动交换机传至调度员。这种配置下系统能够满足工作人员之间的两两相互通信要求，但没有考虑到对公众无线和蜂窝移动通信系统的支持，已经不能适应现代地铁运营环境的要求。 为此，移动通信运营公司和地铁运营公司采取一系列的措施，向乘客提供移动通信服务。但由于缺乏统一规划，各自为政，形成了地铁内有多个网络系统设备和传输天线或电缆的局面，这不仅增加了施工难度，而且重复建设的费用巨大。对于新建地铁系统而言，如何以较低的成本代价建设高质量的地铁通信系统，成为系统规划时需要解决的重要问题。 我们提出一种综合了最新技术的分布式无线通信技术和高级信元网络技术的综合地铁通信网络系统，完全可以实现在地铁内享受业务多样、话音清晰、图像流畅、绿色无害的通信服务。 2 分布式无线通信系统DWCS和高级信元传输ACT 理论研究表明多天线系统的容量远大于单天线系统，而本文提出的分布式天线系统是多天线理论在系统网络结构层面的一种有效应用。分布式无线通信系统[1]DWCS(distributedwirelesscommunicationsystem)将蜂窝系统中的基站简化为收发天线和信号转换装置，天线之间用光纤连接，天线的设置与用户密度相对应:在用户密度低的地区，可以减少天线数目，类似于现有蜂窝系统，在用户密度较高的地区，则采用较大的天线密度，降低各天线的发射功率，形成分布式接入系统。分布式天线系统中各天线的收发信号处理是在处理单元(分布式或半分布式)而不是在天线处进行的。 DWCS的最大特点是采用分布式结构和处理方法实现无线通信系统。在系统的结构上，传统的移动通信系统采用蜂窝结构，一个地区被划分成多个小区，每个小区设立一个中心基站和天线，负责覆盖整个小区，而在DWCS系统中，多根天线分布在一个地区的不同位置，负责向所有用户收集和发送无线信号，所有信号由分布式处理单元统一处理，因此完全打破了传统的蜂窝结构，可以解决在高传输速率、高业务质量和高通信容量情况下，蜂窝小区结构容易崩溃的危险。 分布式概念的另一层含义是处理单元的分布性，即由多个网络处理器分别负责天线信号的处理。这样易于引入并行计算，解决高速通信中集中处理计算复杂度高的问题，同时增加系统的可靠性。高级信元传输ACT(advancedcelltransfer)协议是一组面向连接的传输层网络协议。与ATM相比，它具有两个突出特点:一是多级信元长度，二是增强服务质量保证，能够克服现有ATM网络的缺点，解决了目前网络发展存在的问题，具有广阔的应用前景。 高级信元传输网络借鉴了IP和ATM网络中的合理经验，能够在现有的硬件条件和网络应用技术下，使网络在服务效率、服务质量和安全性等多方面得到保证，并能够与现有的IP网络兼容。 3 基于DWCS和ACT的现代地铁综合通信系统 现代地铁通信系统应该是一个集列车指挥运行、地铁运营管理、地铁环境公众服务和各种信息传递于一体的“综合传输网”，囊括GSM网、CDMA网、GPRS和WAP上网、调频广播、无线寻呼、无线局域网甚至数字电视、移动多媒体，是一个高可靠、易扩充、组网灵活、并能传递语音、数据和视频等各种信息的综合业务数字通信网。

地铁综合通信系统将网络传输与业务应用相分离，以实现对多种不同业务的支持。其应用模型如图1。基础通信设施包括时钟、电源、无线、有线等公用设施。利用这些公用的基础通信设施，可以构建高级信元传输和交换网络，实现网络寻址和传输服务质量保证。其上的公务电话、公众电话、客服系统、票务系统、监控报警子系统等虚拟专用通信子系统，则使用高级信元网络提供的传输能力提供相应的业务服务。 首先考虑无线系统。目前技术均采用无线基站接入，差别仅在于无线信号辐射方法。一种是使用直放站驱动多根天线，延伸基站天线信号覆盖范围。这种方案设计简单、初期安装费用较为低廉;但系统通用性较差，升级维护困难，天线数目多且安装复杂，容易形成信号盲区。另一种是使用泄漏同轴电缆，作为信号辐射和检测的天线，通过调整辐射衰减，可以适应不同的现场环境。泄漏电缆天线的工作带宽可以涵盖GSM、CDMA以及未来的3G通信的频段，甚至包括FM、DAB等广播频段和视频信号;泄漏电缆可以悬挂在隧道两侧，施工简便，但成本较高。

5 结束语 分布式无线系统和高级信元网络技术的出现，使得现代地铁综合通信系统可以将地铁通信系统划分成基础通信设施和专用通信服务系统两部分来设计，基础通信设施为通信服务系统提供数据传输服务，通信服务系统使用统一的通信接口接入基础通信网络，根据需要提供各种专门的通信服务。这种设计可靠性高、系统伸缩性强、便于提供新业务，可以提供最大限度的系统扩展能力。