哈大鐵路客運專線通信系統集成實施技術方案

代永維，石 波

(1.中國鐵路通信信號集團公司天津分公司，天津 300240;2.北京全路通信信號研究設計院，北京 100073)

1 概述

哈大客運專線是我國重要的長大干線之一，位于東北地區中軸線上，南起濱海城市大連，北至冰城哈爾濱。線路縱貫東北3省，橫跨2個鐵路局，途經4個樞紐地區。線路全長約904 km，全線共設車站23個、線路所3個、動車所(場)3個、綜合維修保養點13個、信號中繼站46個、基站321個等。

全線采用集中調度行車指揮方式，調度所設在沈陽。列車運行控制采用CTCS－3級自動控制方式。

通信系統是鐵路通信網的重要組成部分，包括傳輸、電話交換及接入、數據通信、專用移動通信等15個子系統，應按鐵道部相關技術規劃進行建設。

2 傳輸通信系統

2.1 系統概述

系統負責為本線各車站、GSM－R基站、線路所、信號中繼站、牽引供電和電力供電等業務節點提供傳輸接入條件，為通信、信號、牽引及供電、客服系統、防災安全監控等系統提供業務傳輸通道。

承載的業務種類包括:電話交換及接入系統、數據通信、GSM－R系統、調度通信系統、電源及機房環境監測、應急通信系統、綜合視頻監控、信號、電力和牽引供電系統、客服、公安、防災安全監控系統等所需通道。

2.2 組網方案

系統采用MSTP制式，按骨干及本地中繼層、接入層2層結構進行組網。

骨干及本地中繼層負責完成各主干節點間的業務連接、調度，同時作為整個網絡與既有傳輸系統的互連層。根據承載業務種類、帶寬需求及初期配置通道利用率要求［1］，本工程在沿線各通信站、車站等新設基于MSTP的SDH 10 Gbit/s設備，利用敷設于鐵路兩側的不同物理徑路的2條32芯光纜中的各兩芯光纖，構成鏈型1+1MSP傳輸系統。

接入層負責接入節點業務的接入、匯聚和轉接，將來自站間接入層的業務匯聚到骨干及本地中繼層。在沿線各業務節點新設站段級和區間級SDH 622 Mb/s ADM設備構建接入層，提供2 Mb/s通道、10 M/100 M寬帶數據的接入，兼顧區間應急通信的接入條件。接入層采用通道保護方式。

在車站之間組建3個622 Mb/s接入環:奇數基站及信號中繼站環、偶數基站及信號中繼站環、牽引供電專業傳輸環。

在沿線22個車站、沈陽既有通信站骨干及本地中繼層10 Gb/s ADM設備與接入層622 Mb/s ADM設備通過2個622光口進行互聯，實現骨干及本地中繼層與接入層的互聯，需要在各車站間傳送的業務通過互聯光口進行調度。

為實現站內業務接入點(車站站房、10 kV變配電所、綜合維修保養點等)處的2 Mb/s、10 M/100 M通道需求，在以上地點設置SDH 622 Mbit/s ADM設備，分別與各站信號樓通信機房傳輸設備構成站內通道保護環。

在沈陽、哈爾濱通信站設置網管系統，維護工區設置便攜維護終端［2-3］。

傳輸系統網絡結構如圖1所示。

3 電話交換及接入系統

3.1 系統概述

本系統由電話交換系統和接入網系統組成。系統滿足全線固定語音公務通信和2/4音頻電路需求;滿足與既有鐵路自動電話專網的互聯要求。

3.2 組網方案

3.2.1 電話交換系統

本線公務通信電話業務納入既有鐵路固定電話交換網，本工程采用接入網方式解決沿線各節點對電話的需求，不新設程控交換設備。大連、沈陽、長春、哈爾濱既有電話交換機根據本線需求擴容V5.2接口板等板卡。

3.2.2 接入網系統

接入網系統包括接入網局端設備和接入網終端設備。

本工程在大連、沈陽、長春既有通信站和哈爾濱西車站各新設1套OLT設備，同址設置網管系統。在沿線接入點(通信站、車站、動車所、線路所、綜合維修點、配電所等)設ONU設備，分別接入相應的OLT設備，構成本線的接入網系統。大連、沈陽、長春、哈爾濱OLT設備通過V5.2接口分別接入鐵通大連、沈陽、長春和哈爾濱通信站既有程控電話交換機。由于區間基站無人值守機房不設自動電話，因此上述節點按不設ONU 考慮［4］。

系統組網如圖2所示。

OLT與ONU、OLT與既有程控交換機之間通過2M數字接口互聯，由于OLT的V5中繼為所有ONU共享，OLT上聯中繼按一定的收斂比配置。ONU提供的用戶接口包括POTS(含FXS)、Z接口、RS422和音頻口2/4線接口等。

4 數據通信系統

系統為非安全生產和非財務資金往來類應用系統提供業務承載通道或廣域網互聯服務。承載業務包括2類:一類是高速視頻業務(會議電視、綜合視頻監控);另一類是需要數據聯網等業務，例如GPRS互聯、通信網管、GSM－R接口監測、動環監控、應急通信和辦公業務系統等［5］。

系統屬于鐵路數據通信網的區域網絡，由核心節點、匯聚節點、接入節點組成。

核心節點設置在沈陽、哈爾濱通信站，配置2臺核心路由器，實現區域網絡與骨干網絡間數據的快速轉發。同址冗余配置2臺路由反射器(RR)，路由反射器同時設置為VPN路由反射器(VRR)［6］。

匯聚節點設置在大連、沈陽、長春(長吉工程實施)、哈爾濱，配置2臺匯聚路由器，負責匯聚一定范圍內接入節點的業務流量，向核心節點進行高速轉發。

接入節點設置在沿線各車站、站所等節點，配置1臺接入路由器和1臺以太網交換機，負責本地數據的接入，并采用異地雙歸上聯組網方式上聯至匯聚節點。同時，未設置數據通信系統節點(如:綜合維修保養點，區間基站等節點)，利用MSTP的專線透傳與匯聚功能，實現業務的綜合匯聚、接入。

為滿足GSM－R核心網GPRS業務的接入和互聯，在沈陽、哈爾濱核心網機房各設置2臺接入路由器(PE路由器)，通過FE接口分別連接到本站2臺核心路由器上(P路由器)。PE路由器配置MPLS VPN，滿足各應用業務系統使用要求。

本工程在沈陽、哈爾濱通信站分別獨立設置1套區域網網管系統和VPN業務網管系統。

系統組網如圖3所示。

圖3 數據通信系統組網示意

5 專用移動通信系統

系統采用GSM－R制式，承載CTCS－3級列控業務信息，并提供列車無線調度通信、公務移動通信等業務。

系統由核心網、無線網、支撐網(網絡管理系統、SIM卡管理系統、接口監測系統)以及無線終端設備等組成［7］。

本工程在沈陽、哈爾濱西通信站分別設置1套核心網設備［8］，包括移動交換機 MSC、GPRS設備(SGSN、GGSN、GRIS)，并接入全路既有核心網北京、武漢等節點，利用北京、武漢節點的全路共用設備(HLR、SCP、SMSC、DNS、RADIUS 等)為本線提供服務，互聯通道由2個獨立物理路由的傳輸系統提供。本線MSC采用R4軟交換平臺，按1+1冗余備份配置，MSC Server采用1+1主備方式、MGW采用負荷分擔方式。

無線網采用單網交織結構，提高系統的可靠性。若發生單點設備故障，系統仍可提供服務。根據業務需要，車站采用O4或O3基站、區間采用O2基站。全線基站按3～5個基站組成1+1 2M數字環，任意節點或電路中斷的情況下，BTS可通過備用2M電路與BSC通信，繼續提供服務。

無線終端設備根據本線需求配置，包括機車綜合通信設備(CIR)、手持臺等。

為滿足CTCS－3級列控承載業務要求，本線新設的MSC通過互聯功能單元(IWF)板與列控系統RBC互聯。本工程在沈陽設置8套RBC設備，其中1～6號RBC管轄沈陽局部分區段，7號RBC管轄沈陽局、哈爾濱局部分區段;8號RBC管轄哈爾濱局部分區段。因此，沈陽 MSC與1～7號 RBC互聯，哈爾濱MSC與8號RBC互聯，每個RBC與MSC之間中繼電路按5個(4個主用，1個冷備)考慮。MSC至RBC之間的傳輸通道由2個獨立物理路由的傳輸系統提供。

為滿足CTC系統要求，GPRS系統通過GRIS與CTC系統GSM－R通信服務器互連。GRIS通過新設的2臺三層路由設備(CE路由器)接入數據網在核心網機房設置的接入路由器(PE)，CE之間開啟VRRP協議實現主備冗余備份，CE與GRIS之間采用雙端口、雙鏈路連接方式，并開啟MSTP協議，提高系統可靠性。GGSN采用OSPF協議，SGSN、GRIS采用靜態路由協議［9］。

系統組網如圖4所示。

圖4 GSM－R系統組網示意

6 數字調度通信系統

6.1 系統構成

系統由調度所調度交換機、車站調度交換機、調度臺、值班臺、其他有線終端(電話分機)、網管、錄音儀等組成。系統與GSM－R系統互連，實現有線和無線調度業務互通，提供各類調度通信業務(個呼、組呼、多優先級呼叫等)。

6.2 組網方案

系統按鐵路局維護管界進行組網［10］，在沈陽、哈爾濱新設調度所調度交換機各2套，實現調度所調度交換機的同城異地冗余備份。沈陽、哈爾濱調度所調度交換機通過長途傳輸通道互聯，并與鐵路局所在地既有調度所調度交換機互聯。

在沿線各車站、段所等設置車站調度交換機。各車站調度交換機分別以2 Mb/s環方式接入所屬路局管內新設主、備用調度所調度交換機。

系統用戶包括列車行車調度、牽引供電電力調度、動車調度、綜合維修調度等。本工程在沈陽設置調度臺(如列調、電調、牽引供電調度、動車調度等)，在沿線各車站、動車所值班室設置車站值班臺，通過2B+D接口接入車站調度交換機，車站值班臺預留2 M口。為保障沈陽、哈爾濱鐵路局間調度區段的通信，在扶余北、雙城北設置1臺調度分機，分別接入雙城北、扶余北車站調度交換機。

本線新設的調度所調度交換機與本地GSM－R網MSC交換機互聯，調度所調度交換機采用主備工作方式。

7 會議電視系統

系統為本線運營管理提供高清晰圖像服務，通過與鐵路局既有鐵路會議電視網互聯，參加全路各種規模的電視會議。

系統由會議電視中心設備、會議電視會場設備、網管設備等組成。

系統采用數據通信系統進行承載，基于H.323架構，建立本線會議電視平臺，視頻編碼采用H.264壓縮編碼格式。

本工程在沈陽和哈爾濱鐵路局會議機械室各新設1套會議中心設備，配置網守(GK)、多點控制單元MCU、資源管理和網管設備，支持H.320和H.323協議。在沈陽設置1臺GK及網管設備的客戶端PC機，用于對全線的會議進行管理。

本工程在沿線車站(場)分別配置分會場設備1套(包括會議電視終端、攝像機、電視、調音臺、功放、音箱、麥克風)并按管轄范圍分別接入沈陽、哈爾濱新設MCU，MCU到車站會議電視終端之間邏輯上采用星形結構組網方式。系統組網如圖5所示。

圖5 會議電視系統組網示意

新設主會場設備中的H.323會議終端通過音、視頻線與既有會議電視系統H.320會議終端連接，實現與既有會議電視系統的互聯。當本線參加路局會議時，通過與既有會議電視主會場設置的2臺視頻終端模擬轉接。

會議終端接入原則根據站房設計情況確定，可采用綜合布線系統連接方式或光纖傳輸方式。

本系統在沈陽和哈爾濱各新建1套會議電視系統網管設備，按照路局管轄范圍分別對本線會議電視系統進行管理。

8 應急救援指揮通信系統

系統由應急指揮中心設備、傳輸通道和應急現場設備等組成。系統具有對事件現場的搶險救援信息(語音、數據、靜態圖像和動態圖像)進行采集、實時傳送、處理的功能，實現事故現場和應急指揮中心實時信息交互。

本工程在沈陽、哈爾濱鐵路局調度所新設1套應急救援指揮中心設備，在營口東、沈陽、新四平、新扶余、哈爾濱5個保養點各配置1套應急現場設備，包括應急接入設備、現場無線攝像設備、現場移動手機交換設備、發電機、野戰光纜和5.8 G寬帶無線接入設備。應急接入可采用衛星、野戰光纜、無線和電纜接入等方式。

本線應急中心與應急通信接入點之間采用數據網進行信息傳送，采用FE接口。

9 通信綜合網管系統

全路通信綜合網管系統按兩級進行組網，本系統屬于第二級網管系統［11］。

系統管理范圍包括傳輸系統、電話交換及接入系統、數據通信系統、專用移動通信系統(OMC－S、OMC－D、OMC －R、OMC －T、GRIS網管等)、調度通信系統、綜合視頻監控系統、時鐘及時間同步系統、通信電源及環境監控系統、通信線路等。可管理各系統網絡資源，并具備性能數據采集、處理、報表生成、分析等功能。

本工程在沈陽、哈爾濱新設1套鐵路局通信綜合網管系統，能滿足管理5 000個等效網元的能力，并預留平滑升級的管理能力。在沈陽、哈爾濱鐵路局通信科，沈陽、哈爾濱鐵路局通信科、電務段以及沿線綜合維修保養點設置1套遠程操作維護終端，實現對告警的監控、資源數據的核對等功能。

10 同步及時鐘分配系統

10.1 系統構成

系統由頻率同步系統和時間同步系統組成，精度滿足通信系統及各種應用系統的要求。

10.2 組網方案

10.2.1 頻率同步系統

本工程利用鐵路既有大連、沈陽、長春、哈爾濱數字同步設備，采用主從同步方式，為本線各通信子系統提供同步時鐘信號。

傳輸系統的骨干及本地中繼層MSTP設備分段從大連、沈陽、長春、哈爾濱既有的BITS設備引接所需的主用定時信號，從相鄰BITS設備引接備用定時信號。

傳輸系統的接入層MSTP設備分段從骨干傳輸層提取線路時鐘信號。

10.2.2 時間同步系統

本工程在沈陽、哈爾濱西通信站分別新設二級時間同步節點設備，包括衛星接收設備、主備二級母鐘及時間分配設備(NTP服務器和RSS422接口箱)、時間顯示設備、網管設備，為通信子系統各業務網管系統和業務網元設備提供時間服務，同時，預留從鐵道部(一級時間同步設備)的信號源接引信號的接口。

在車站、段所設置三級時間同步設備。

二級時間同步設備與車站三級時間同步設備(信息專業負責設置)之間，通過傳輸及接入系統提供的64k專線鏈路傳送DCLS時間同步信號，為三級時間同步設備的主用輸入信號。三級時間同步設備的備用信號為衛星接收信號［12］。

沈陽、哈爾濱設置的各業務系統服務器所需時間信號從新設的二級時間同步分配設備接引，車站客服專業等所需時間同步信號從三級時間同步分配設備接引。

系統組網如圖6所示。

圖6 時間同步系統組網示意

11 電源系統

本線通信設備用電類型有2種:一種是－48 V直流用電設備;一種是220 V/380 V交流用電設備。本工程根據通信設備用電需求，分別設置－48 V直流電源及UPS交流電源。傳輸接入、GSM－R無線、調度通信等直流用電設備，采用高頻開關電源設備和閥控式密封鉛酸蓄電池組直流電源系統供電。高頻開關電源配置2組蓄電池組，后備時間車站為1 h，區間為3 h。交流通信設備采用不間斷交流電源(UPS)系統和后備電池組供電，UPS設備配置1組蓄電池組，后備時間車站為1 h，區間為3 h。

供電系統建設方案包括2種類型。

類型一:對于車站、段所等節點，耗電量較大，通信電源系統高頻開關電源和不間斷電源UPS分別從電子配電柜接引。

類型二:對于區間節點，耗電量較小，不間斷電源UPS從通信電源系統高頻開關電源的交流配電單元接引。

高頻開關電源設備的整流模塊按N+1冗余備份配置，采用負荷分擔工作方式。

12 綜合視頻監控系統

系統實現對沿線車站重點部位，區間公跨鐵橋，隧道洞口，通信、信號機房內，牽引供電、配電所內外等處的視頻監控，由視頻核心節點、視頻區域節點、視頻接入節點和視頻采集點組成。其中視頻核心節點設在鐵道部，本線只考慮視頻區域節點、視頻接入節點、視頻采集點設備和網管設備，并預留接入鐵道部視頻核心節點的互聯條件。

在沈陽、哈爾濱既有通信站新設視頻區域節點。在沿線各車站、動車運用所設置視頻接入節點，實現周邊采集點視頻信息的接入、存儲、管理、分發及上傳。在前述車站重點部位等處設置視頻采集點。采集到的視頻圖像通過光端機傳輸到就近的通信機房，再通過接入層傳輸系統傳輸至附近的車站等視頻接入點。系統組網如圖7所示。

圖7 綜合視頻監控系統組網方案示意

本工程在沿線車站行車室(車站值班員處)、綜合維修保養點、公安派出所等處設置視頻監控終端，根據各專業授權不同，視頻監控終端可實現對管轄區內視頻采集圖像的實時監控和對存儲圖像的調用。

13 通信電源及環境監控系統

系統實現對通信交、直流電源設備、空調設備的工作運行狀況及通信、信號機房環境的監控，并具備與綜合視頻監控系統、機房照明等系統聯動功能。

本工程在沈陽、哈爾濱設置一級監控中心設備，在大連、長春、哈爾濱設置二級監控中心設備。中心站設備包括中心服務器、數據庫服務器、操作終端、網絡設備等設備。在大連、沈陽、長春和哈爾濱電務段、通信車間等設置遠程操作維護終端。

沿線各通信、信號機房和直放站遠端機機房設置監測分站RTU設備，對機房溫度、濕度、煙感、紅外、水浸、門磁進行監控。

14 防雷及接地

(1)無線GSM－R鐵塔及天饋線系統防雷

鐵塔頂部安裝避雷器，利用銅帶引下至接地，銅帶需作防銹防盜處理;避雷針高度應保證天線及鐵塔在避雷范圍以內。GSM－R天線饋線為同軸電纜，加裝保護裝置，防止感應雷通過饋線損壞設備。

(2)電源系統防雷

電源系統防雷以電力專業為主，在通信機械室內，電力專業負責在交流配電設備處設B級防雷裝置，通信專業負責考慮C級防雷要求，開關電源和UPS電源均需配置防雷裝置

(3)綜合視頻監控系統防雷

室外攝像機采用電源、視頻、控制線(三種功能于一體的)組合式攝像機防雷保護裝置;室內采用電源、視頻、控制線防雷保護裝置。

(4)接地系統

本線車站、區間各通信機械室設備接地利用房屋接地裝置，與建筑防雷接地合用1組接地體。無線通信系統鐵塔設置接地裝置。接地裝置距離綜合接地系統的貫通地線20 m以內時，接入綜合接地系統［14］。

15 通信線路

通信線路包括干線光纜、地區及站場內電纜以及短段光纜等。

本工程在鐵路兩側電纜槽道內分別敷設1條32芯干線光纜，光纜分配原則根據系統集成各專業光纖需求確定。干線光纜芯線分配見表1。

表1 干線光纜芯線分配

在站場通信線路采用市話電纜;站場內各接入點間敷設通信8芯或12芯光纜，構成站場內環行光網絡。此外，直放站遠端機至近端機間、綜合視頻監控系統室外節點與相鄰傳輸節點間的鐵路兩側敷設8芯光纜。

16 段(所)綜合布線系統

系統由工作區子系統、水平子系統、垂直子系統、設備間子系統、管理區子系統和建筑群子系統組成，支持普通語音通信及計算機數據通信。如圖8所示。

圖8 段(所)綜合系統構成示意

本工程在車站站房、段所、保養點等大型房屋新設綜合布線系統。辦公區的綜合布線，按2個數據信息點/10 m2配置;站房內辦公區面積相對較少，按1個數據信息點/10 m2配置。

17 結語

總之，客運專線通信系統是鐵路通信網的一部分，應嚴格按照鐵路通信網相關技術規劃要求進行組網，確保網絡結構合理。同時，還應充分考慮本線實際需求，保證網絡高效、安全、可靠、暢通，使網絡便于維護管理，具有可擴展性，滿足本線開通要求和未來發展要求。

［1］鐵道部運輸局.運基通信［2010］359號 鐵路客運專線通信技術裝備標準［S］.

［2］鐵道部運輸局.運基通信［2010］359號 鐵路客運專線通信技術裝備標準［S］.

［3］鐵道部運輸局.鐵運［2009］36號 關于客運專線固定設施維修管理有關問題的指導意見［S］.

［4］鐵道部運輸局.運基通信［2010］359號 鐵路客運專線通信技術裝備標準［S］.

［5］鐵道部建設司.鐵建設［2010］3號 鐵路數據通信網設計規范［S］.

［6］鐵道部科技司鐵道部運輸局.科技運［2006］120號 鐵路GSMR移動通信網絡技術體制［S］.

［7］鐵道部運輸局.運基通信［2009］338號 鐵路GSM－R GPRS網絡互聯技術方案指導意見［S］.

［8］鐵道部科技司鐵道部運輸局.科技運［2009］590號 鐵路客運專線調度通信組網研討會議紀要［S］.

［9］鐵道部運輸局.運基通信［2008］553號 鐵路通信綜合網絡管理系統技術條件(V1.0)［S］.

［10］鐵道部運輸局.運基通信［2008］599號 鐵路時間同步網技術條件(V1.0)［S］.

［11］鐵道部運輸局.運基通信［2008］630號 鐵路綜合視頻監控系統技術規范(試行)［S］.

［12］鐵道部.鐵建設［2007］39號 鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規定［S］.