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一、引言

1.1 研究背景与意义

在众多应用于城市轨道交通的无线通信技术中，TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陆地集群无线电）系统凭借其独特优势，成为了城市轨道交通无线通信的重要选择。TETRA 系统是基于数字时分多址（TDMA）技术的专业移动通信系统。我国常用的 TETRA 数字集群系统一般工作频率在 350MHz 和 806～866MHz。该系统集调度呼叫、无线电话、短数据、分组数据传输于一体，具备公用频率、公用设备、共享服务区、共享通信服务、分担费用等显著特点。同时，TETRA 系统支持功能强大的移动台脱网直通方式，可实现鉴权、空中接口加密和端对端加密，还具有虚拟专网功能，能够使一个物理网络为多个互不相关的组织机构服务。

无线 TETRA 系统的覆盖方案直接关系到信号的覆盖范围和质量。如果覆盖方案不合理，可能会导致部分区域信号弱或无信号，影响通信的稳定性和可靠性。在一些地铁隧道的弯道或深处，可能由于信号遮挡而出现信号盲区，使得工作人员之间的通信中断，这在紧急情况下可能会带来严重后果。合理的覆盖方案能够确保信号在城市轨道交通的各个区域，包括地下隧道、高架路段、车站站厅和站台等，都能达到足够的强度和稳定性，满足不同业务场景的通信需求。

基站的频点规划则对系统的抗干扰能力和通信容量有着重要影响。如果频点规划不合理，容易引发同频干扰和邻频干扰，导致通信质量下降，通话中断、数据传输错误等问题，严重时甚至会影响整个系统的正常运行。科学合理的频点规划能够有效减少干扰，提高频谱利用率，增加系统的通信容量，满足不断增长的通信业务需求。

本研究旨在深入探讨城市轨道交通无线 TETRA 系统的覆盖方案及基站的频点规划，通过对相关技术原理、影响因素的分析，结合实际案例，提出优化的覆盖方案和频点规划策略，为城市轨道交通无线通信系统的建设和优化提供理论支持和实践指导，从而提升城市轨道交通无线 TETRA 系统的性能，保障城市轨道交通的安全、高效运营。

二、城市轨道交通无线 TETRA 系统覆盖方案

2.1 典型覆盖方案

2.2.1 漏缆覆盖方案

漏缆，即泄漏同轴电缆，其覆盖原理基于独特的结构设计和信号传输特性。漏缆的结构与普通同轴电缆相似，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体组成。当射频信号在漏缆内传输时，会通过外导体上的槽孔向外界辐射电磁波，从而在漏缆周围形成一个连续的信号覆盖区域。同时，外界的电磁场也可通过槽孔感应到漏缆内部并传送到接收端，实现双向通信。

漏缆覆盖方案具有诸多优势。其信号覆盖均匀，尤其适用于隧道等狭小空间。在地铁隧道中，由于空间相对封闭，信号传播受到隧道壁的限制，使用普通天线容易出现信号盲区和强度不均匀的问题。而漏缆沿着隧道壁敷设，能够为隧道内的列车和工作人员提供连续、稳定的信号覆盖，有效减少信号盲区。漏缆本质上是宽频带系统，某些型号的漏缆可同时用于 CDMA800、GSM900、GSM1800、WCDMA、WLAN 等系统，具备良好的兼容性，能够满足城市轨道交通中多种无线通信系统的需求。在城市轨道交通建设中，可能需要同时部署多个无线通信系统，如列车调度通信系统、乘客信息系统、视频监控系统等，漏缆的宽频带特性使得这些系统可以共用同一套漏缆分布系统，降低了建设成本和维护难度。

在地铁的线路中，采用了 1 - 5/8” 漏缆进行隧道区间的信号覆盖。已知最小接收电平为 - 85dBm、覆盖概率 95％、设计余量 6dB，手持台输出功率为 1W（30dBm） ，基站输出功率为 10W（40dBm），根据链路计算方程，可得知漏缆可覆盖上下行区间1.05km。

2.2.2 天线覆盖方案

天线覆盖主要通过全向天线和定向天线来实现，它们各自具有独特的特点和适用场景。

全向天线在水平方向上能够提供 360 度的均匀辐射模式，适合用于需要全方位覆盖周围环境的场景。在地铁的站厅区域，人员分布较为分散，且通信需求在各个方向上都存在，使用全向天线可以确保站厅内的各个位置都能接收到信号，满足乘客和工作人员的通信需求。全向天线的安装相对简单，通常只需竖直安装即可工作，无需复杂的对准过程，降低了安装成本和时间。由于其宽广的覆盖范围，能够较好地抵抗来自不同方向的干扰源，在一定程度上保证了通信的稳定性。全向天线也存在一些局限性，其增益相对较低，在远距离传输时，能量分布较为分散，导致信号强度下降，不适合点对点的远距离通信。在地铁中，如果站厅面积较大，全向天线可能无法满足边缘区域的信号强度要求。

定向天线则通过集中能量在一个特定方向上，获得更高的增益，适合用于需要远距离通信或提高信噪比的应用。在地铁的出入口，由于信号需要覆盖到较远的区域，且方向相对固定，使用定向天线可以将信号集中辐射到出入口方向，提高信号的传输距离和强度。定向天线还可以根据实际需求调整波束宽度和指向角度，优化覆盖区域，避免不必要的辐射，从而减少其他方向上的干扰，改善通信质量。在一些地铁线路的高架路段，为了避免信号对周边环境的干扰，同时确保列车在高架段的通信质量，可以通过调整定向天线的波束宽度和指向角度，使其精准地覆盖列车运行轨道，减少信号的浪费和干扰。定向天线的安装相对复杂，需要精确对准目标方向，安装过程中必须考虑到地理坐标、障碍物等因素，增加了安装难度和成本。一旦安装位置发生偏移，可能会显著影响通信质量，尤其是在户外长期暴露的情况下，还需考虑风力等自然因素的影响。

2.2.3 混合覆盖方案

漏缆与天线混合覆盖的设计思路是充分发挥漏缆和天线各自的优势，以满足城市轨道交通中复杂的通信需求。在地铁隧道区间，由于空间封闭、信号传播条件复杂，漏缆能够提供连续、均匀的信号覆盖，确保列车在运行过程中始终保持稳定的通信。而在车站站厅、站台等开阔区域，人员密集、通信需求多样化，天线可以根据不同区域的特点和需求，灵活调整覆盖范围和方向，实现高效的信号覆盖。

车站结构复杂，包括多个站台、站厅和换乘通道。在隧道区间，采用漏缆进行信号覆盖，保证了列车与控制中心之间的可靠通信。在站厅区域，根据不同的功能分区和人员流动情况，分别采用了全向天线和定向天线。在人员密集的售票区和候车区，使用全向天线实现全方位的信号覆盖，满足乘客查询信息、使用移动设备等需求；在通道和出入口等需要远距离覆盖的区域，采用定向天线，将信号集中辐射到目标区域，提高信号强度和覆盖范围。通过这种混合覆盖方案，该车站实现了信号的全面、高效覆盖，有效提升了通信质量和服务水平。

为了进一步优化混合覆盖方案，需要根据实际情况进行精细化设计。在天线与漏缆的衔接处，要确保信号的平滑过渡，避免出现信号中断或强度突变的情况。可以通过合理调整天线和漏缆的参数，如发射功率、增益等，以及优化它们的安装位置和角度，来实现信号的无缝对接。要根据不同区域的通信需求和业务量，动态调整信号分配策略。

三、城市轨道交通无线 TETRA 系统基站频点规划

3.1 频点规划的重要性与目标

在城市轨道交通无线 TETRA 系统中，频点规划是一项至关重要的工作，其对系统的性能和运行效率有着深远的影响。

随着城市轨道交通的快速发展，对无线通信的需求也日益增长。有限的频率资源需要被合理利用，以满足不断增加的通信业务需求。如果频点规划不合理，就会导致频率资源的浪费，使得原本紧张的频率资源更加稀缺。在一些城市的轨道交通中，由于早期频点规划缺乏前瞻性，随着新线路的建设和业务的拓展，出现了频率资源不足的问题，不得不重新调整频点，这不仅增加了成本和工作量，还可能影响系统的正常运行。

科学合理的频点规划能够有效减少同频干扰和邻频干扰，提高系统的抗干扰能力。同频干扰会导致信号失真、误码率增加，严重影响通信质量，甚至导致通信中断。邻频干扰也会使信号受到干扰，降低通信的可靠性。通过合理的频点规划，如采用合适的频率复用方式和频率间隔设置，可以避免或减少这些干扰的发生，确保信号的稳定传输。在一个多基站的 TETRA 系统中，如果相邻基站使用了相同或相近的频点，就会产生严重的同频和邻频干扰，导致用户无法正常通信。而通过精心规划频点，使相邻基站的频点保持足够的间隔，可以有效降低干扰，提高通信质量。

频点规划的目标主要包括以下几个方面：首先是提高频率利用率，在有限的频率资源下，通过合理的频率复用和分配策略，使系统能够支持更多的用户和业务。其次是降低干扰，通过科学的频点规划，避免同频干扰和邻频干扰的发生，确保信号的质量和稳定性。还要满足系统的业务需求，根据城市轨道交通中不同业务对通信带宽、实时性等方面的要求，合理分配频点，保障各类业务的正常运行。要为系统的未来发展预留一定的频点资源，以适应城市轨道交通不断发展和业务拓展的需求。

3.2 频点规划原则与方法

根据话务量估算，目前地铁基本配置双载频（2台信道机）基站，因此每套基站需要2对频率。具体分配应考虑以下原则：1、统筹规划原则：对全网各条线路的使用频率进行统一规划，实现资源共享；2、频率复用原则：采用合理的频率复用方式，最大限度的减少频率用量；3、无干扰原则：线网内部及与周边无线网络之间无干扰产生；4、专用性原则：规划及申请的频率只能用于地铁线网之中；5、有余量原则：规划频率数量具有一定的余量，以此满足线网发展需求。

为了合理使用频点及避免同频及邻频干扰，城市轨道交通常用以下三种方式进行频点规划

AB复用方式：工程上难免避免同频干扰，有可能出现信号跨站覆盖，造成同频干扰；

ABC复用方式；避免同频干扰的情况，同时节省频点；

ABCD复用方式；避免同频干扰的能力最好，但有些浪费资源。

频率复用是频点规划的重要原则之一，它旨在提高频谱利用率，在有限的频率资源下满足更多用户的通信需求。通过合理的频率复用，可以使相同的频率在不同的区域重复使用，从而增加系统的容量。在城市轨道交通中，通常采用蜂窝状的小区划分方式，将地铁线路划分为多个小区，每个小区分配一组特定的频点。相邻小区之间通过合理的频率规划，避免使用相同或相近的频点，以减少同频干扰和邻频干扰。在一个包含多个车站和区间的地铁线路中，将其划分为若干个小区，每个小区内的基站使用一组互不干扰的频点，而相隔一定距离的小区可以复用相同的频点。通过这种方式，可以在有限的频率资源下，实现对整个线路的有效覆盖和通信服务。

四、结束语

随着城市轨道交通业务的不断发展和多样化，对无线 TETRA 系统的性能要求也越来越高。未来的研究还需要关注系统的可扩展性和兼容性，以满足不断增长的通信需求。在系统可扩展性方面，要研究如何设计灵活的网络架构和设备配置，使系统能够方便地进行升级和扩容，适应线路延伸、客流量增加等情况。在兼容性方面，不仅要考虑与其他无线通信系统的兼容，还要关注与未来可能出现的新技术和新业务的兼容性，确保系统能够长期稳定运行，为城市轨道交通的发展提供可靠的通信保障。