高速铁路专用通信系统技术介绍

2010-07-13徐淑鹏

铁路通信信号工程技术 2010年1期

关键词：通信网高速铁路区间

徐淑鹏

(河南铁通工程建设有限公司，郑州 450052)

随着客运专线和高速铁路发展，为适应高速铁路的运营要求，需要先进的专用通信系统对运营提供技术支持，保证信息快捷畅通。

1 高速铁路对通信系统的要求

1.1 信息管理要求

高速铁路行车、旅客服务的数据与信息，采用计算机网络输送和交换，保证运营高效，使高速铁路的运营纳入信息化管理。

1.2 调度控制要求

传统铁路的运营调度方式，是以下达话音指令为主实施行车指挥。随着列车运行速度提高，要求行车指挥采用计算机管理、传输指令数据为主的调度方式，控制列车运行的系统也采用计算机和数据控制。

1.3 通信技术要求

高速铁路要求以数字网络承载综合调度系统；站间引入区间接入技术；列车运行控制系统的信息通过光纤网络传输；车-地之间采用综合无线通信系统，且传递信息从运营调度指挥扩大到客运服务、动车组数据与信息；无线通信系统要适应300 km/h的运营速度。

1.4 通信业务需求

通信系统要为高速铁路信号、综合调度、信息化系统提供安全、可靠、高效的通信网络以及调度通信、旅客服务、会议电视和移动通信。

从上述业务需求出发，高速铁路专用通信网应由统一专用的综合业务承载平台、综合业务接入网、通信业务系统及通信支撑系统构成，具体如下。

（1）综合业务传输平台采用光纤传输及用户接入系统。

（2）通信业务分为调度及公务话音通信、综合移动通信、数据通信、应急通信。

（3）通信支撑系统包括数字同步、通信网管系统。

2 高速铁路通信系统技术分析

2.1 通信传输线路

为了保证各种行车安全及控制信息不间断可靠传输,同时兼顾高速铁路多种业务需要，光缆中光纤配置应满足列控光纤局域网、光纤传输系统、区间信息接入、无线光纤直放站的需要，并兼顾远期发展。通常，沿客运专线/高速铁路两侧的槽道内分别敷设1条20芯光缆，利用2条光缆中的各2芯，开通2.5 G光同步数字传输系统；利用2芯光纤开设区间信息接入系统（另一条光缆的2芯备用），2纤为区间无线通信直放站预留，2芯用于牵引自动化的远控。利用2条光缆中的各4芯组成环状光纤局域网，传送列控信息。详细的芯线分配见表1。

表1 高速铁路光缆分配使用表

由于高速铁路通信系统设计通过光缆将区间的ATC信号和联锁设备联接在一起，因此，需要利用独立的光纤设置故障-安全型光纤局域网，专门用于传输列车控制、联锁等信号设备的安全型信息。

2.2 综合业务承载平台

通信系统采用基于SDH体制的2.5 Gb/s多业务传输平台（MSTP），以利于同时实现TDM、ATM、IP等多种业务的接入、处理和传输。

MSTP多业务的接入、综合处理和系统特性，可实现调度及公务电话、调度集中、电力远动等数据与图像信息由区间接入系统传送到车站。

根据高速铁路业务容量及种类的需求，承载平台按照2层结构设计：在各站建设2.5 Gb/s的多业务传输系统，主要解决车站2 Mb/s及以上多业务通道的需求，并为下层提供通道保护；下层建设622 Mb/s接入网系统，主要解决2 Mb/s以下各种通道需求以及区间内各信息采集点的信息接入与传送。

2.3 综合业务接入系统

MSTP虽能提供一些宽带业务，但对用户需求的窄带业务（话音等）不能满足要求，须使用ONU来完成低速数据和话音的接入，ONU可提供64 K或低于64 K的低速数据接口。

高速铁路传输系统除提供标准的业务接口外，还要为高速车站旅客服务系统提供专用的音频、视频等接口，将各旅客服务业务纳入传输系统。在区间信息采集点采集的信息，利用设在区间适当地点的622 Mb/s光接入传输设备，构成区间信息接入系统，将信息从区间传送到车站，再通过MSTP系统传送到综合调度中心。在站内、动车段、综合维修段以及沿线区间信息接入点等地设置具备多种业务接口的光网络单元（ONU），在部分车站设置局端OLT设备，构成一体化综合业务接入网络。

工程中，采用MSTP+ONU方式组织区间用户接入网和站内通信网，统称为多业务接入网系统。分为区间用户接入和站内用户接入2部分。区间采用链形组网，同时利用铁路两侧光缆中的2芯光纤作环回保护，组成通道保护环或复用段保护环，提高系统可靠性。

2.4 专用调度通信系统

高速铁路专用调度通信系统是高速铁路调度、车站运营部门及维修单位进行行车指挥和业务联系的专用通信系统。除具有话音功能外，还应具有数据和图像等多媒体通信功能，满足多种调度信息的可靠传送。

接入调度专用交换机的设备包括数字话机、G4传真机，基于PC的多功能终端，可在1台终端上提供话音、数据、图像等多种业务。采用G4传真，用数字信号传输，速度快（小于10 s），不仅满足电话业务，也满足数据（传真）通信等功能，是高速铁路现代化通信的重要保证。

2.5 数据通信系统

高速铁路数据通信网采用分层结构，网络划分为2层。

核心层：采用核心路由器，主要提供高速路由及交换功能，并作为区域层之间的连接和网间出口，核心层构成网络信息交换和传输的平台。

接入层：采用接入路由器，为所在车站提供接入业务，根据实际链路情况，采用双星或环形方式连接到区域层节点。接入层与骨干层之间采用N×2 M中继速率。

高速数据通信网设立独置的OSPF自治域，整个骨干承载网使用独立的路由设备，路由器间形成部分网状连接，兼顾路由冗余与合理利用传输带宽，管理区（NOC）直接接入核心路由器。

2.6 综合无线通信GSM-R系统

传统机车没有采用大量的信息技术，地面对车辆的管理、对旅客服务的需求均未提到议事日程。而高速动车组，由于采用了机电一体化和现代信息技术，大量信息急需传输到地面维护中心。现代铁路的管理，迫切需要构成地面调度中心与移动体之间的信息交换与传输通道。采用传统的无线通信技术难以满足这一需求，因此采用现代通信技术GSM作为铁路无线通信平台成为一种必然的选择。

近年来，随着通信技术发展与铁路的需求，欧洲制订了新一代铁路无线通信标准GSM-R。高速铁路GSM-R系统由6个子系统组成：交换子系统（SSS）、基站子系统（BSS）、通用分组无线业务系统（GPRS）、移动智能网系统（IN）、运行与维护子系统（OMC）及移动终端子系统。

高速列车运行速度300 km/h时，每分钟运行速度达到5 km。按照常规，2个无线通信基地台沿铁路线的间隔距离较近，这就意味着移动车载台、手持台要频繁进行越区切换。频繁的越区切换处理、高速移动条件下的多普勒频移对通话和数据传输的稳定性和可靠性都有很大影响，综合无线通信GSM-R系统解决高速铁路运行的这一问题。