高速鐵路專用通信系統(tǒng)技術介紹

徐淑鵬

(河南鐵通工程建設有限公司，鄭州 450052)

隨著客運專線和高速鐵路發(fā)展，為適應高速鐵路的運營要求，需要先進的專用通信系統(tǒng)對運營提供技術支持，保證信息快捷暢通。

1 高速鐵路對通信系統(tǒng)的要求

1.1 信息管理要求

高速鐵路行車、旅客服務的數(shù)據(jù)與信息，采用計算機網(wǎng)絡輸送和交換，保證運營高效，使高速鐵路的運營納入信息化管理。

1.2 調度控制要求

傳統(tǒng)鐵路的運營調度方式，是以下達話音指令為主實施行車指揮。隨著列車運行速度提高，要求行車指揮采用計算機管理、傳輸指令數(shù)據(jù)為主的調度方式，控制列車運行的系統(tǒng)也采用計算機和數(shù)據(jù)控制。

1.3 通信技術要求

高速鐵路要求以數(shù)字網(wǎng)絡承載綜合調度系統(tǒng)；站間引入?yún)^(qū)間接入技術；列車運行控制系統(tǒng)的信息通過光纖網(wǎng)絡傳輸；車-地之間采用綜合無線通信系統(tǒng)，且傳遞信息從運營調度指揮擴大到客運服務、動車組數(shù)據(jù)與信息；無線通信系統(tǒng)要適應300 km/h的運營速度。

1.4 通信業(yè)務需求

通信系統(tǒng)要為高速鐵路信號、綜合調度、信息化系統(tǒng)提供安全、可靠、高效的通信網(wǎng)絡以及調度通信、旅客服務、會議電視和移動通信。

從上述業(yè)務需求出發(fā)，高速鐵路專用通信網(wǎng)應由統(tǒng)一專用的綜合業(yè)務承載平臺、綜合業(yè)務接入網(wǎng)、通信業(yè)務系統(tǒng)及通信支撐系統(tǒng)構成，具體如下。

（1）綜合業(yè)務傳輸平臺采用光纖傳輸及用戶接入系統(tǒng)。

（2）通信業(yè)務分為調度及公務話音通信、綜合移動通信、數(shù)據(jù)通信、應急通信。

（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,同時兼顧高速鐵路多種業(yè)務需要，光纜中光纖配置應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，并兼顧遠期發(fā)展。通常，沿客運專線/高速鐵路兩側的槽道內(nèi)分別敷設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留，2芯用于牽引自動化的遠控。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)設計通過光纜將區(qū)間的ATC信號和聯(lián)鎖設備聯(lián)接在一起，因此，需要利用獨立的光纖設置故障-安全型光纖局域網(wǎng)，專門用于傳輸列車控制、聯(lián)鎖等信號設備的安全型信息。

2.2 綜合業(yè)務承載平臺

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

MSTP多業(yè)務的接入、綜合處理和系統(tǒng)特性，可實現(xiàn)調度及公務電話、調度集中、電力遠動等數(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)務容量及種類的需求，承載平臺按照2層結構設計：在各站建設2.5 Gb/s的多業(yè)務傳輸系統(tǒng)，主要解決車站2 Mb/s及以上多業(yè)務通道的需求，并為下層提供通道保護；下層建設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)各信息采集點的信息接入與傳送。

2.3 綜合業(yè)務接入系統(tǒng)

MSTP雖能提供一些寬帶業(yè)務，但對用戶需求的窄帶業(yè)務（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)除提供標準的業(yè)務接口外，還要為高速車站旅客服務系統(tǒng)提供專用的音頻、視頻等接口，將各旅客服務業(yè)務納入傳輸系統(tǒng)。在區(qū)間信息采集點采集的信息，利用設在區(qū)間適當?shù)攸c的622 Mb/s光接入傳輸設備，構成區(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)傳送到綜合調度中心。在站內(nèi)、動車段、綜合維修段以及沿線區(qū)間信息接入點等地設置具備多種業(yè)務接口的光網(wǎng)絡單元（ONU），在部分車站設置局端OLT設備，構成一體化綜合業(yè)務接入網(wǎng)絡。

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)，同時利用鐵路兩側光纜中的2芯光纖作環(huán)回保護，組成通道保護環(huán)或復用段保護環(huán)，提高系統(tǒng)可靠性。

2.4 專用調度通信系統(tǒng)

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

接入調度專用交換機的設備包括數(shù)字話機、G4傳真機，基于PC的多功能終端，可在1臺終端上提供話音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務。采用G4傳真，用數(shù)字信號傳輸，速度快（小于10 s），不僅滿足電話業(yè)務，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)采用分層結構，網(wǎng)絡劃分為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)域層之間的連接和網(wǎng)間出口，核心層構成網(wǎng)絡信息交換和傳輸?shù)钠脚_。

接入層：采用接入路由器，為所在車站提供接入業(yè)務，根據(jù)實際鏈路情況，采用雙星或環(huán)形方式連接到區(qū)域層節(jié)點。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)設立獨置的OSPF自治域，整個骨干承載網(wǎng)使用獨立的路由設備，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)機車沒有采用大量的信息技術，地面對車輛的管理、對旅客服務的需求均未提到議事日程。而高速動車組，由于采用了機電一體化和現(xiàn)代信息技術，大量信息急需傳輸?shù)降孛婢S護中心。現(xiàn)代鐵路的管理，迫切需要構成地面調度中心與移動體之間的信息交換與傳輸通道。采用傳統(tǒng)的無線通信技術難以滿足這一需求，因此采用現(xiàn)代通信技術GSM作為鐵路無線通信平臺成為一種必然的選擇。

近年來，隨著通信技術發(fā)展與鐵路的需求，歐洲制訂了新一代鐵路無線通信標準GSM-R。高速鐵路GSM-R系統(tǒng)由6個子系統(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)務系統(tǒng)（GPRS）、移動智能網(wǎng)系統(tǒng)（IN）、運行與維護子系統(tǒng)（OMC）及移動終端子系統(tǒng)。

高速列車運行速度300 km/h時，每分鐘運行速度達到5 km。按照常規(guī)，2個無線通信基地臺沿鐵路線的間隔距離較近，這就意味著移動車載臺、手持臺要頻繁進行越區(qū)切換。頻繁的越區(qū)切換處理、高速移動條件下的多普勒頻移對通話和數(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)解決高速鐵路運行的這一問題。

3 結論

根據(jù)以上分析，高速鐵路專用通信網(wǎng)具有3大特點。

3.1 服務內(nèi)容及對象多元化

既有鐵路通信網(wǎng)主要為鐵路運輸提供基本的話音、低速數(shù)據(jù)服務；高速鐵路通信網(wǎng)除為鐵路運輸提供話音、數(shù)據(jù)、圖像等多種媒體的通信手段，還將作為統(tǒng)一的通信平臺為信號、綜合調度、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)絡服務。

3.2 網(wǎng)絡安全可靠性高

由于高速鐵路專用通信網(wǎng)為運營、列控、綜合調度、信息化等專業(yè)服務，已成為與高速鐵路行車安全相關的不可或缺的基礎設施，安全可靠性較既有線高。同時，高速鐵路站間距離長，維修機構綜合高效并統(tǒng)一設置，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)絡專用性強

高速鐵路專用通信網(wǎng)建設目標是追求高安全可靠的效益，反映到通信網(wǎng)的技術選擇上，就是在技術運用成熟、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。

[1] 李向國．高速鐵路技術[M]．北京：中國鐵道出版社，2005．

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