无线集群调度系统

无线集群调度系统2024/7/132[理论内容]

随着我国城市轨道交通的发展，行车密度的不断增加，行车间隔的不断减小，对行车的组织安全保障提出了更高的要求。行车调度员除了利用有线调度系统与列车驾驶员、车站值班员进行通信联络外，在紧急情况下，还需要通过无线通信直接进行应急抢险和指挥工作。

这种以列车运输调度为目的，利用无线电进行传输，完成移动体与固定体之间或移动体与移动体之间信息通信的系统，称为列车无线调度通信系统。这是一种专用的移动通信系统，在城市轨道交通上得到广泛的应用，是调度通信系统的重要组成部分。2024/7/1332024/7/134一、移动通信的分类

1．移动通信的分类方法移动通信有以下多种分类方法：

1)按使用对象可分为民用设备和军用设备；

2)按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；

2024/7/1352024/7/1363)按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；

FDMA，频分多址（frequencydivisionmultipleaccess），是把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。频分多址是模拟高级移动电话服务(AMPS)中的一种基本的技术，是北美地区应用最广泛的蜂窝电话系统。采用频分多址，每一个信道每一次只能分配给一个用户。频分多址还用于全接入通信系统(TACS)。2024/7/137TDMA：TimeDivisionMultipleAccess时分多址。时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。2024/7/138CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞(collision)问题。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。WidebandCDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一。2024/7/1394)按覆盖范围可分为宽域网和局域网；

5)按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；“宽带王”是指光纤+局域网（FTTX+LAN）的接入方式，也就是光纤到小区或楼栋，五类线入户的方式。现在小区里的宽带接入大都采用这种方式，其到用户终端的带宽可以达到10Mbps。局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。2024/7/13106)按工作方式可分为同频单工、双频单工、双频双工和半双工；

7)按服务范围可分为专用网和公用网；

8)按信号形式可分为模拟网和数字网；

9)按交通工具形式可分为汽车、坦克、火车、船舶、飞机和航天飞行器等的移动通信，还有个人便携移动通信；

10)按应用系统可分为蜂窝式公用移动通信系统、集群调度移动通信系统、无绳电话系统、无线电寻呼系统、卫星移动通信系统、分组无线网等。2024/7/13112．移动通信的工作方式移动通信有多种工作方式，包括单向信道的单工方式和双向信道的单工、半双工和双工方式等。

(1)单向单工方式单向单工即单方向工作，如图13-1所示。最典型的是无线寻呼系统，即寻呼发射台用单频发出信息，用户则以此频率接收信息，这是一种单工工作方式。图13-1单向单工方式(寻呼系统)单工传输:

任意时刻只允许向一个方向进行信息传输，例如：广播方式的传输。2024/7/1312(2)双向同频单工方式这种方式是指通信双方使用同一个工作频率，但各方收发设备不同时工作的通信方式，如图13-2所示。通常通信双方都处于此频率点上的接收守候状态。当A方讲话时，按下讲话键，此时发射机工作、接收机关闭，B方处于守候接收状态；A方讲完B方接收后，A方松开讲话键变成接收状态，B方按下讲话键，仍在此频率上进行讲话，A方接收。如此反复交替工作，直到双方信息交换完毕。图13-2双向同频单工方式对讲机2024/7/1313(3)双向异频(双频)单工方式通信双方使用两个不同频率，两频率有一定的间隔，以防止发射机对接收机产生干扰。因而一个基地台可同时使用多对频率而不会引起干扰，容量也可扩展。

半双工传输:

可以交替改变方向的信息传输，但在任一特定时刻，信息只能向一个方向传输，即半双工传输是一种可切换方向的单工传输，例如：对话方式的传输。2024/7/1314(4)双向异频(双频)半双工方式这种通信方式是通信双方收发信机分别使用两个频率，一方使用双工方式，另一方使用单工方式。基地台是双工方式，即收发信机同时工作，而移动台是按键讲话的异频单工方式，如图13-3所示。基地台用两副天线(或采用天线共用器用一副天线)同时工作，移动台通常处于收信守候状态。全双工传输:

任意时刻信息都可进行双向的信息传输。全双工传输是两个单工传输的结合，要求收发设备都具有独立的收发能力。2024/7/1315(5)双向异频(双频)双工方式异频双工方式是指每个方向使用一个频率，通话时无需按下发话键，与普通手机使用情况类似。这种使用方式最受欢迎，使用方便，收发话音可同时进行，如图13—4所示。图13—4双向异频(双频)双工方式2024/7/1316二、移动通信的特有技术问题信号衰落信号叠加远近效应重选与切换无线环境的变化性用户活动的不确定性无线网络质量的衡量通话质量接通率网络覆盖掉话率切换成功率1信号衰落信号叠加2远近效应3重选与切换4无线环境的变化性5城市的发展建设，地形基础设施变化（新商业区、街道、城区的重新安排）用户活动不确定性6规划中预测的话务负荷与实际不符或实际用

户和话务负荷在动态变化。例如：运动场,突发集会。较多的用户比期望的更频繁地使用电话。

例如：旅游景区,话务负荷取决地点和时间。？什么叫集群“集群”在通信领域的一般定义：将少量的通信通道自动地分配给大量的通信用户？什么叫无线集群把少量的无线信道自动地，动态地分配给大量的无线用户，以达到无线信道资源的最佳共享利用目前对无线集群系统的一般认识是:指从常规调度系统发展过来的、具有信道自动指配功能的无线调度系统二、集群通信系统介绍2024/7/13262024/7/1327

平时所有移动台守候在控制信道上通话时被分配到空闲业务信道上所有业务信道被所有用户所共享2024/7/1328l.集群通信系统的工作方式传统的专用业务移动通信系统使用的频率是固定的，一旦用户选择了某信道，那么它的通话就只能在这一信道上进行，直至通话结束；如果这一信道已被其他用户占用，则它就不能选择其他空闲信道，从而出现拥塞。集群通信系统的主要业务是调度台的收发信机与一群(组)移动台之间建立一条单工或半双工的无线通信线路，或移动台用户(车载台或手持台)之间建立一条单工或半双工的无线通信线路。在一个多信道调度无线系统中，“集群”是指向正在申请服务的用户自动分配信道，集群系统分配信道的基本技术有以下几种:2024/7/1329集群系统分配信道的基本技术有以下几种。(1)信息集群

信息集群称为消息集群，在整个通话期间，给该通话组用户分配一条无线信道。从移动台按键开始，此信道就被占用，只有通话双方结束通话后一定时间，此信道才被释放。这种技术效率低，因为在每次通话结束后所约定的时间内如果没有通话，此信道仍然会被占用。(2)传输集群

传输集群又称发射集群。当A、B双方用户在单工或半双工工作时，A用户按下讲话键后，就占用一个空闲信道，当A用户第一个消息发送完毕松开讲话键时，就有一个“传输完毕”的信令送到基地台的控制器，这个信令用来指示基地台这个信道可以被别的用户使用。因而在传输集群方式中不会由于通话暂停而仍然占用信道，从而提高信道利用率。2024/7/1330

(3)准传输集群准传输集群也称为准发射集群，它是相对于传输集群而言的，是为了克服传输集群的缺点而改进的。准传输集群兼顾信息集群和传输集群的优点，它缩短了信道的保留时间，用户每次发话完毕，松开讲话键后，信道保留约为0．5～1s，而不会使消息中断。2024/7/13312．集群通信系统的基本网络结构通常人们习惯地按照覆盖区半径大小和服务区的几何形状来对系统的网络结构进行分类。按照覆盖区半径的大小，分为大区网、中区网和小区网；根据服务区的几何形状，可分为带状服务区和和面状服务区．

(1)单区、单点、单中心网络单基站系统是一个基本集群通信系统，它设置一个系统控制器和一个基站，如图13-5所示，系统主要包括以下几部分。图单区、单点、单中心网络2024/7/1332单区单基站系统

单区单基站系统是集群系统最基本的组网形式，主要应用于覆盖范围要求不大的地区。在相对平坦的地区，手持台覆盖半径可达20公里以上。QH－1327集群系统单基站最大可扩展到32个信道。单基站系统的组网如图所示。基站配置方案车辆段公安调度员防灾调度员列车调度员接口设备发射机E/OO/E光纤列车接收机O/EE/O光纤漏缆无线移动电话交换机电分路器电合路器O/EE/OPABX单基站方式2024/7/13341)基站。它由若干基本无线收发信机、控制部分、天线共用器、天馈线系统和电源等设备组成。天线共用器包括发信合路器和接收多路分路器。天馈线系统包括接收天线、发射天线和馈线。

2024/7/13352)移动台。它是运行中或停留在某未定地点进行通信的用户台，包括车载台、便携的手持台等，由收发信机、控制单元、天馈线(或双工台)和电源组成。2024/7/13362024/7/13373)调度台。它是能对移动台进行指挥、调度和管理的设备，分有线和无线调度台两种。无线调度台由收发机、控制单元、天馈线(或双工台)、电源和操作台组成；有线调度台包括操作台、电源、与控制中心设备连接的接口转换器等。无线调度台有线调度台2024/7/13384)控制中心。控制中心包括系统控制器、系统交换和电源等设备，它主要控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续等。它由接口电源、交换矩阵、集群控制逻辑电路、有线接口电路、监控系统、电源和微机组成。．

2024/7/13395)系统管理终端。它主要由一台或多台计算机及相应的系统管理软件组成，并与控制中心控制器连接。维护使用人员通过此终端对系统进行管理控制，包括修改运行方式、信道状态报告、用户入网控制、设备状态控制、告警及各种报表打印输出等。

6)传输设备。它是控制中心与基站进行连接的部分，为基站与控制中心之间信息传输提供通道，可采取有线或无线方式来实现此功能。2024/7/1340

(2)单区、多点、单中心网络如图13—6所示，它由一个控制中心、多个基站、有线或无线调度台及网中若干移动台组成。这种网络适用于一个地区内多个部门共同使用的集群移动通信系统，各部门可自己组成系统，共享网内的频率资源。

在整个服务区域内设立了一个控制中心和多个基站，组合形成整个服务区；各基站可通过无线或有线传输链路连接到控制中心。图13—6单区、多点、单中心网络2024/7/1341单区多基站系统

单区多基站系统是单基站系统的扩展组网形式，主要应用于覆盖范围要求较大的地区。通过4线E&M接口将系统的控制中心与各基站连接起来，4线E&M接口可以由微波或光纤提供的E1接口配合PCM复用设备提供。系统整体覆盖范围相当于几个单基站的覆盖范围总和。一套QH－1327集群系统的控制中心可以控制10个基站。2024/7/1342基站配置方案多基站加光纤直放站方式（1拖3）公安调度员列车调度员车辆段线路调度中心2*64K2*64K2M2M2M2M2M防灾调度员光纤无线数字移动交换机数字基站电分，合路器E/OO/E列车PABXE/OO/E2024/7/1344

(3)多区、多中心、多层次网络如图13-7及图13—8所示，由多个控制中心和多基站组成而形成整个服务区。可以看出，图13-7中各控制中心通过有线或无线传输电路连接至区域控制中心，即形成了图13—8所示的网络结构。各控制中心将受到上一级的区域控制中心控制及管理。图13-7多区多中心网络2024/7/1345多区多基站系统联网

多区（多城市）多基站系统联网是将不同地区的单基站系统或多基站系统通过同一个网管交换控制中心连接，实现不同系统用户的自动漫游功能。主要应用于各地市之间以及地市和各县之间的集群系统联网，从而使各集群系统的覆盖范围从本地扩展到全省。2024/7/1346

控制中心主要处理所管辖区内基站和越区至本基站区内移动用户的业务，越区用户识别码的登记、控制频道分配、有线或无线用户寻找越区用户的业务，将由区域控制中心处理。这样就形成了二级管理的区域网。图13—8多区多层次多中心网络2024/7/1347

(4)带状网、面状网根据服务对象、地形的分布及干扰等因素，可以将小区制移动通信网划分为：带状服务区、面状服务区。

1)带状服务区。带状服务区是指用户的分布呈带状，如铁路、轨道交通、公路、狭长城市、沿海水域、河流等，其网络形式如图13-9所示，其频率配置方式为每个基地台覆盖范围设置一个频点，可进行A、B两频点复用方式。图13-9带状服务区及频率配置方式2024/7/13482)面状服务区。面状服务区是指用户分布成一个宽广的平面，其网络形式类似于蜂窝，故又称为蜂窝网，如我们现在所用的手机、小灵通等在城市中的组网模式一般采用此方式，其网络如图13-10所示，其频率配置基本原则为每个基地台覆盖范围设置的频点与相邻基地台设置频点不能相同，以免造成同频干扰。图13-10面状服务区2024/7/13493．集群通信系统的特点根据以上对集群通信的基本情况的介绍，集群通信的主要特点可归纳为以下几点：

1)共用频率：将原来配给各部门专有的频率加以集中管理，供各家共用；

2)共用设施：由于频率共用，就有可能将各家分建的控制中心和基站等设施集中合建、共同管理；

3)共享覆盖区：可将各家邻近覆盖区的网络互连起来，从而获得更大覆盖区；

4)共享通信业务：可利用网络有组织地发送各种专业信息为大家服务；

5)改善服务：由于多信道共用，可调剂余缺、集中建网，可加强管理、维修，因此提高了服务等级，增加了系统功能；2024/7/13506)分担费用：共同建网可以大大降低机房、电源等建网投资，减少运营维护人员，并可分摊费用；

7)具有调度指挥功能；

8)兼容有线通信；

9)智能化，微机软件化，增加了系统功能；

10)具有控制、交换、中继功能；

11)呼叫信道分级管理，高级别优先分配信道工作；

12)具有紧急呼叫功能；

13)可以进行除话音以外的数据、传真等业务通信。总之，集群通信系统是共享资源，分担费用，向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进无线调度通信系统。4.ITU推荐的数字集群技术体制Project25－APCO，美国警用，频分多址（FDMA)TetraPOL－法国警用，频分多址（FDMA)EDACS－TIA，美国电信工业协会，频分多址（FDMA)IDRA－日本标准，时分多址（TDMA)iDEN－Motorola标准，北美商用，时分多址（TDMA)TETRA－ETSI，欧洲电信标准委员会，时分多址（TDMA)FHMA－以色列标准，码分多址（CDMA)5.我国的数字集群技术体制信息和工业化部（MII）推荐2000年公布实施国家电子行业标准（SJ/T11228－2000），我国采用的数字集群移动通信系统体制是：TETRAiDENGoTAGT800国家公安部推荐的数字集群技术体制TETRA(GA-T444-2003，2003年发布)PDTTETRA标准TETRA＝TErrestrialTrunkedRAdio1990,ETSI（EuropeTelecommunicationsStandardsInstitute）成立了一个由ETSI、各主要厂商和用户代表组成的TETRA项目组，负责TETRA标准的研制；为什么要制定TETRA满足用户从应急通信到商务、工业，及公共通信领域对于话音和数据传输方面的需求；提供全开放的数字集群标准基于TDMA技术2024/7/1354三、无线集群调度系统在城市轨道交通中的应用1．城市轨道交通中无线集群调度通信系统的组成城市轨道交通中无线集群系统主要解决固定人员(调度员、值班员)与流动人员(驾驶员、站务、维修人员与列检人员等)及其相互之间的通话及数据传输问题。其网络结构一般为带状网络，如图13—11所示。系统主要包括以下几部分：控制中心交换设备、控制中心网络管理终端、调度台、基站、移动设备(便携式手持台、车载电台、车站用固定台)、传输设备等。2024/7/13552024/7/1356例

集群调度系统网络结构2024/7/1357

城市轨道交通无线集群调度系统在功能组成上一般分为六个无线通信子系统，分别为其六个不同部门提供服务，既可实现不同通信组的相互独立性，使其各自通信操作互不妨碍。又可以实现系统设备和频率资源的共享。这六个无线通信子系统包括：行车调度通信子系统、站务通信子系统、车辆段调度通信子系统、维修调度通信子系统、公安调度通信子系统、防灾调度通信子系统。

行车调度通信子系统负责完成正线行车调度员与机车驾驶员的通信联系，传送行车指挥话音和数据指挥命令。呼叫方式采用选号呼叫，行车调度员通过行车调度台完成对机车驾驶员的一对一个别选呼，并可以发送数据指令和接收列车上传来的信息。2024/7/1358

站务通信子系统负责完成车站车控室内勤人员与车站外勤人员及本站控制内列车驾驶员间通话。车站人员与驾驶员间通话由调度派接，在本站采取组呼方式进行通话。

车辆段调度通信子系统负责完成段、厂内的行车调度员与机车驾驶员的通信联系，传送行车指挥话音和数据指挥命令。维修调度通信子系统提供维修调度、各专业调度员及本专业维修人员的无线调度通信，一般采取组呼方式。不同专业各自分组，专业之间如要进行通话，可由维修调度临时派接通话。

公安调度通信子系统、防灾调度通信子系统提供公安、防灾调度员、沿线指挥人员和抢险救灾人员之间的调度通信(采用组呼方式)。此系统是在突发事件情况下才启用，由网络调度员通过动态重组功能设置临时通话小组，将应急指挥人员、各专业的抢修人员、车站值班人员等组成一组以适应现场抢险应急需要。2024/7/1359

2．城市轨道交通中无线集群调度通信系统的功能

(1)通话功能

1)无线用户可与有线用户进行通话，移动台呼叫调度台。

2)有线用户可与无线用户选址通话(个人直呼和组呼)，调度台呼叫移动台。

3)无线用户之间进行通话(个人选呼和组呼)，移动台通过拨打移动台号码进行的选呼，还可进行同组移动台之间的组呼。

4)呼叫类型(调度功能)包括个别呼叫(单呼)、组呼、全呼(通播呼叫所有通话组)、电话呼叫(有线、无线互联呼叫)等。2024/7/1360

(2)系统入网功能

1)自动重发：按下m开关时，自动重发电话号码，直到接通为止。

2)忙时排队自动回叫：当所有话务信道都在使用时，请求入网的用户进入排队等候。当信道空闲时中央控制器自动依照先来先服务的原则为用户分配信道，让其通话。

3)紧急呼叫：遇到紧急情况，用户按紧急呼叫键，系统保证开放一条信道用于紧急呼叫。

4)限时通话：系统可设置用户通话时间，当到达通话设定时间后，系统将释放占用信道。

5)私密通话：移动用户之间通过拨打对方身份号即ID号码进行通话。

2024/7/1361(3)优先级别

系统有5—8个优先级别，特权用户具有强插、通话不限时、全呼、选呼功能；普通用户不具备强插通话、全呼、选呼功能。

(4)特殊功能

1)常用扫描：移动台可设置对几个通话组进行扫描监听，当某一组有通话时自动建立通话。

2)自动多站选择：移动台可根据接收信号的强弱选择注册的基地台。

3)无线电禁止：又称遥毙，系统可以将遗失或有问题的电台关机，使其失去正常通话功能，可以防止非法用户进入系统工作。

4)动态重组：中央控制器通过控制信道发送指令，更改移动台的组别。

2024/7/1362(5)系统可靠性能

1)多信道：按申请分配，一个信道故障，其他信道仍正常工作。

2)接收机干扰关闭：当接收机受干扰或故障时自动关闭。

3)发射机故障关闭：当发射机故障时系统自动将其关闭。

4)系统自我诊断：系统可进行各种参数的自我诊断，出现软故障时可自动重新修复，出现硬件故障时提供报警或将其自动关闭。

5)故障弱化：系统中央控制器出现故障后，系统保持常规通信状态，不能进行跨区漫游通信。2024/7/1363(6)系统维护管理功能

1)系统参数配置功能：基站及中央控制器系统参数设置、更改、更新等可由系统维护终端远程控制实现。

2)统计报表功能：计算机管理软件自动统计各信道话务量、移动台话务量、调度台话务量等，并具有显示、数据分析、按用户需求输出打印报表的功能。

3)网络维护用户管理功能：系统管理员可根据不同用户的管理需要设置用户的权限，级别较低的管理员权限只能查看系统参数、较高的可以对移动用户参数进行设置，更高权限的管理员可以修改系统参数。

4)故障报警功能：系统故障管理软件实时监控整个系统设备运行状态，具有声、光显示方式同时报警功能。

5)基站无人值守：基站信息全部由中央管理软件监控，不需要现场人员监控基站信息。2024/7/1364[项目实施]

任务一无线集群系统终端设备的应用

1．目标了解无线集群调度系统通信设备的使用。

2．设备

1)无线集群调度系统调度台、车载台、车站电台、手持台等。

2)城市轨道交通无线通信设备使用有关规定。

3．实作内容

1)学习掌握城市轨道交通无线通信设备使用规定。

2)分组使用无线集群调度系统通信设备，掌握各设备操作方法。

3)按照城市轨道交通无线通话要求进行联系，进行下达命令、汇报等工作。2024/7/1365任务二特殊情况下无线通信设备的应用

1．目标熟练掌握城市轨道交通特殊情况下无线通信设备的使用。

2．设备

1)无线集群调度系统调度台、车载台、车站电台、手持台等。

2)城市轨道交通有关应急预案。

3．实作内容

1)学习城市轨道交通公司在下列不同情况下的应急预案：站台火灾、旅客伤亡、列车故障等。

2)学生分组演练下列不同岗位在特殊情况下的通话：驾驶员、车站值班员、站务员、调度员等。2024/7/1366[拓展与提高]

一、城市轨道交通中无线集群调度通信系统的分组方案为更好地保证调度通信畅通，使各移动设备之间及调度台之间不产生干扰，需要对移动台号码及组别进行整体规划。每个移动台都有自己的ID号码即身份号码，，就像手机的号码一样，在集群系统中此号码是唯一的，不能重复；每个移动台还可以设置一个或多个组别，当移动台设置到某一通话组上时，可以与该通话组的用户进行通话。这两项数据由管理员设置，需要整体规划这两个号码。

2024/7/13671．便携式手持台号码及分组方案

(1)身份号码(ID)规划手持台的ID号码一般由六位组成，在单个系统中，此号码不能重复，一般前两位可用作部门编号，中间两位可用作科室编号，最后两位可用作顺序号。

(2)组别规划手持台的组别即该手持台可与哪些通话组进行通话，此号码在系统中可重复使用，此号码也可参照ID号的原则编制。2024/7/1368

2．车载电台的号码及分组方案

(1)身份号码规划车载台的ID号码一般由四位组成，在单个系统中，此号码不能重复，一般第一位用来表示车头或车尾电台，后三位表示车载台序号。

(2)组别规划车载台电台一般只与行车调度进行通信，所以一列车的头尾两个车载电台通话组号相同。不同的轨道交通公司采取不同的列车组织运营机制，所以列车电台的通话组可设置成一样的，或不同列车的车载台组分别是不同的两种方式。

3．调度台的规划

(1)身份号码规划调度台数量较少，其ID号应有显著特征，以方便操作人员记忆。

(2)组别规划调度台根据不同需求加载组别，例如行车调度台加载所有列车的通话组及站务人员通话组；维修调度加载所有与维修部门有关的通话组；防灾及公安调度台