高速鐵路專用通信系統(tǒng)技術(shù)介紹

徐淑鵬

(河南鐵通工程建設(shè)有限公司，鄭州 450052)

隨著客運(yùn)專線和高速鐵路發(fā)展，為適應(yīng)高速鐵路的運(yùn)營(yíng)要求，需要先進(jìn)的專用通信系統(tǒng)對(duì)運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持，保證信息快捷暢通。

1 高速鐵路對(duì)通信系統(tǒng)的要求

1.1 信息管理要求

高速鐵路行車、旅客服務(wù)的數(shù)據(jù)與信息，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸送和交換，保證運(yùn)營(yíng)高效，使高速鐵路的運(yùn)營(yíng)納入信息化管理。

1.2 調(diào)度控制要求

傳統(tǒng)鐵路的運(yùn)營(yíng)調(diào)度方式，是以下達(dá)話音指令為主實(shí)施行車指揮。隨著列車運(yùn)行速度提高，要求行車指揮采用計(jì)算機(jī)管理、傳輸指令數(shù)據(jù)為主的調(diào)度方式，控制列車運(yùn)行的系統(tǒng)也采用計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)控制。

1.3 通信技術(shù)要求

高速鐵路要求以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)承載綜合調(diào)度系統(tǒng)；站間引入?yún)^(qū)間接入技術(shù)；列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸；車-地之間采用綜合無線通信系統(tǒng)，且傳遞信息從運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮擴(kuò)大到客運(yùn)服務(wù)、動(dòng)車組數(shù)據(jù)與信息；無線通信系統(tǒng)要適應(yīng)300 km/h的運(yùn)營(yíng)速度。

1.4 通信業(yè)務(wù)需求

通信系統(tǒng)要為高速鐵路信號(hào)、綜合調(diào)度、信息化系統(tǒng)提供安全、可靠、高效的通信網(wǎng)絡(luò)以及調(diào)度通信、旅客服務(wù)、會(huì)議電視和移動(dòng)通信。

從上述業(yè)務(wù)需求出發(fā)，高速鐵路專用通信網(wǎng)應(yīng)由統(tǒng)一專用的綜合業(yè)務(wù)承載平臺(tái)、綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)、通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)及通信支撐系統(tǒng)構(gòu)成，具體如下。

（1）綜合業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)采用光纖傳輸及用戶接入系統(tǒng)。

（2）通信業(yè)務(wù)分為調(diào)度及公務(wù)話音通信、綜合移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)通信、應(yīng)急通信。

（3）通信支撐系統(tǒng)包括數(shù)字同步、通信網(wǎng)管系統(tǒng)。

2 高速鐵路通信系統(tǒng)技術(shù)分析

2.1 通信傳輸線路

為了保證各種行車安全及控制信息不間斷可靠傳輸,同時(shí)兼顧高速鐵路多種業(yè)務(wù)需要，光纜中光纖配置應(yīng)滿足列控光纖局域網(wǎng)、光纖傳輸系統(tǒng)、區(qū)間信息接入、無線光纖直放站的需要，并兼顧遠(yuǎn)期發(fā)展。通常，沿客運(yùn)專線/高速鐵路兩側(cè)的槽道內(nèi)分別敷設(shè)1條20芯光纜，利用2條光纜中的各2芯，開通2.5 G光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)；利用2芯光纖開設(shè)區(qū)間信息接入系統(tǒng)（另一條光纜的2芯備用），2纖為區(qū)間無線通信直放站預(yù)留，2芯用于牽引自動(dòng)化的遠(yuǎn)控。利用2條光纜中的各4芯組成環(huán)狀光纖局域網(wǎng)，傳送列控信息。詳細(xì)的芯線分配見表1。

表1 高速鐵路光纜分配使用表

由于高速鐵路通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過光纜將區(qū)間的ATC信號(hào)和聯(lián)鎖設(shè)備聯(lián)接在一起，因此，需要利用獨(dú)立的光纖設(shè)置故障-安全型光纖局域網(wǎng)，專門用于傳輸列車控制、聯(lián)鎖等信號(hào)設(shè)備的安全型信息。

2.2 綜合業(yè)務(wù)承載平臺(tái)

通信系統(tǒng)采用基于SDH體制的2.5 Gb/s多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)（MSTP），以利于同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、IP等多種業(yè)務(wù)的接入、處理和傳輸。

MSTP多業(yè)務(wù)的接入、綜合處理和系統(tǒng)特性，可實(shí)現(xiàn)調(diào)度及公務(wù)電話、調(diào)度集中、電力遠(yuǎn)動(dòng)等數(shù)據(jù)與圖像信息由區(qū)間接入系統(tǒng)傳送到車站。

根據(jù)高速鐵路業(yè)務(wù)容量及種類的需求，承載平臺(tái)按照2層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在各站建設(shè)2.5 Gb/s的多業(yè)務(wù)傳輸系統(tǒng)，主要解決車站2 Mb/s及以上多業(yè)務(wù)通道的需求，并為下層提供通道保護(hù)；下層建設(shè)622 Mb/s接入網(wǎng)系統(tǒng)，主要解決2 Mb/s以下各種通道需求以及區(qū)間內(nèi)各信息采集點(diǎn)的信息接入與傳送。

2.3 綜合業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)

MSTP雖能提供一些寬帶業(yè)務(wù)，但對(duì)用戶需求的窄帶業(yè)務(wù)（話音等）不能滿足要求，須使用ONU來完成低速數(shù)據(jù)和話音的接入，ONU可提供64 K或低于64 K的低速數(shù)據(jù)接口。

高速鐵路傳輸系統(tǒng)除提供標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)接口外，還要為高速車站旅客服務(wù)系統(tǒng)提供專用的音頻、視頻等接口，將各旅客服務(wù)業(yè)務(wù)納入傳輸系統(tǒng)。在區(qū)間信息采集點(diǎn)采集的信息，利用設(shè)在區(qū)間適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的622 Mb/s光接入傳輸設(shè)備，構(gòu)成區(qū)間信息接入系統(tǒng)，將信息從區(qū)間傳送到車站，再通過MSTP系統(tǒng)傳送到綜合調(diào)度中心。在站內(nèi)、動(dòng)車段、綜合維修段以及沿線區(qū)間信息接入點(diǎn)等地設(shè)置具備多種業(yè)務(wù)接口的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），在部分車站設(shè)置局端OLT設(shè)備，構(gòu)成一體化綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)。

工程中，采用MSTP+ONU方式組織區(qū)間用戶接入網(wǎng)和站內(nèi)通信網(wǎng)，統(tǒng)稱為多業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)。分為區(qū)間用戶接入和站內(nèi)用戶接入2部分。區(qū)間采用鏈形組網(wǎng)，同時(shí)利用鐵路兩側(cè)光纜中的2芯光纖作環(huán)回保護(hù)，組成通道保護(hù)環(huán)或復(fù)用段保護(hù)環(huán)，提高系統(tǒng)可靠性。

2.4 專用調(diào)度通信系統(tǒng)

高速鐵路專用調(diào)度通信系統(tǒng)是高速鐵路調(diào)度、車站運(yùn)營(yíng)部門及維修單位進(jìn)行行車指揮和業(yè)務(wù)聯(lián)系的專用通信系統(tǒng)。除具有話音功能外，還應(yīng)具有數(shù)據(jù)和圖像等多媒體通信功能，滿足多種調(diào)度信息的可靠傳送。

接入調(diào)度專用交換機(jī)的設(shè)備包括數(shù)字話機(jī)、G4傳真機(jī)，基于PC的多功能終端，可在1臺(tái)終端上提供話音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)。采用G4傳真，用數(shù)字信號(hào)傳輸，速度快（小于10 s），不僅滿足電話業(yè)務(wù)，也滿足數(shù)據(jù)（傳真）通信等功能，是高速鐵路現(xiàn)代化通信的重要保證。

2.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

高速鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)采用分層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)劃分為2層。

核心層：采用核心路由器，主要提供高速路由及交換功能，并作為區(qū)域?qū)又g的連接和網(wǎng)間出口，核心層構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)信息交換和傳輸?shù)钠脚_(tái)。

接入層：采用接入路由器，為所在車站提供接入業(yè)務(wù)，根據(jù)實(shí)際鏈路情況，采用雙星或環(huán)形方式連接到區(qū)域?qū)庸?jié)點(diǎn)。接入層與骨干層之間采用N×2 M中繼速率。

高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設(shè)立獨(dú)置的OSPF自治域，整個(gè)骨干承載網(wǎng)使用獨(dú)立的路由設(shè)備，路由器間形成部分網(wǎng)狀連接，兼顧路由冗余與合理利用傳輸帶寬，管理區(qū)（NOC）直接接入核心路由器。

2.6 綜合無線通信GSM-R系統(tǒng)

傳統(tǒng)機(jī)車沒有采用大量的信息技術(shù)，地面對(duì)車輛的管理、對(duì)旅客服務(wù)的需求均未提到議事日程。而高速動(dòng)車組，由于采用了機(jī)電一體化和現(xiàn)代信息技術(shù)，大量信息急需傳輸?shù)降孛婢S護(hù)中心?，F(xiàn)代鐵路的管理，迫切需要構(gòu)成地面調(diào)度中心與移動(dòng)體之間的信息交換與傳輸通道。采用傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)難以滿足這一需求，因此采用現(xiàn)代通信技術(shù)GSM作為鐵路無線通信平臺(tái)成為一種必然的選擇。

近年來，隨著通信技術(shù)發(fā)展與鐵路的需求，歐洲制訂了新一代鐵路無線通信標(biāo)準(zhǔn)GSM-R。高速鐵路GSM-R系統(tǒng)由6個(gè)子系統(tǒng)組成：交換子系統(tǒng)（SSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、通用分組無線業(yè)務(wù)系統(tǒng)（GPRS）、移動(dòng)智能網(wǎng)系統(tǒng)（IN）、運(yùn)行與維護(hù)子系統(tǒng)（OMC）及移動(dòng)終端子系統(tǒng)。

高速列車運(yùn)行速度300 km/h時(shí)，每分鐘運(yùn)行速度達(dá)到5 km。按照常規(guī)，2個(gè)無線通信基地臺(tái)沿鐵路線的間隔距離較近，這就意味著移動(dòng)車載臺(tái)、手持臺(tái)要頻繁進(jìn)行越區(qū)切換。頻繁的越區(qū)切換處理、高速移動(dòng)條件下的多普勒頻移對(duì)通話和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性都有很大影響，綜合無線通信GSM-R系統(tǒng)解決高速鐵路運(yùn)行的這一問題。

3 結(jié)論

根據(jù)以上分析，高速鐵路專用通信網(wǎng)具有3大特點(diǎn)。

3.1 服務(wù)內(nèi)容及對(duì)象多元化

既有鐵路通信網(wǎng)主要為鐵路運(yùn)輸提供基本的話音、低速數(shù)據(jù)服務(wù)；高速鐵路通信網(wǎng)除為鐵路運(yùn)輸提供話音、數(shù)據(jù)、圖像等多種媒體的通信手段，還將作為統(tǒng)一的通信平臺(tái)為信號(hào)、綜合調(diào)度、信息化系統(tǒng)等專業(yè)提供不同層次、不同要求的通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)安全可靠性高

由于高速鐵路專用通信網(wǎng)為運(yùn)營(yíng)、列控、綜合調(diào)度、信息化等專業(yè)服務(wù)，已成為與高速鐵路行車安全相關(guān)的不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，安全可靠性較既有線高。同時(shí)，高速鐵路站間距離長(zhǎng)，維修機(jī)構(gòu)綜合高效并統(tǒng)一設(shè)置，因此高速鐵路專用通信網(wǎng)可靠性較既有線更高。

3.3 網(wǎng)絡(luò)專用性強(qiáng)

高速鐵路專用通信網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)是追求高安全可靠的效益，反映到通信網(wǎng)的技術(shù)選擇上，就是在技術(shù)運(yùn)用成熟、具備高安全可靠措施的前提下，積極穩(wěn)妥地采用高新技術(shù)。

[1] 李向國(guó)．高速鐵路技術(shù)[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

[2] 鐵建設(shè)[2004]157號(hào)，京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上、下）[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.