高速鐵路專用通信系統技術介紹

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展，為適應高速鐵路的運營要求，需要先進的專用通信系統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的要求

1.1 信息管理要求

高速鐵路行車、旅客服務的數據與信息，采用計算機網絡輸送和交換，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、傳輸指令數據為主的調度方式，控制列車運行的系統也采用計算機和數據控制。

1.3 通信技術要求

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

1.4 通信業務需求

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

從上述業務需求出發，高速鐵路專用通信網應由統一專用的綜合業務承載平臺、綜合業務接入網、通信業務系統及通信支撐系統構成，具體如下。

（1）綜合業務傳輸平臺采用光纖傳輸及用戶接入系統。

（2）通信業務分為調度及公務話音通信、綜合移動通信、數據通信、應急通信。

（3）通信支撐系統包括數字同步、通信網管系統。

2 高速鐵路通信系統技術分析

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務需要，光纜中光纖配置應滿足列控光纖局域網、光纖傳輸系統、區間信息接入、無線光纖直放站的需要，并兼顧遠期發展。通常，沿客運專線/高速鐵路兩側的槽道內分別敷設1條20芯光纜，利用2條光纜中的各2芯，開通2.5 G光同步數字傳輸系統；利用2芯光纖開設區間信息接入系統（另一條光纜的2芯備用），2纖為區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芯組成環狀光纖局域網，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設計通過光纜將區間的ATC信號和聯鎖設備聯接在一起，因此，需要利用獨立的光纖設置故障-安全型光纖局域網，專門用于傳輸列車控制、聯鎖等信號設備的安全型信息。

2.2 綜合業務承載平臺

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

MSTP多業務的接入、綜合處理和系統特性，可實現調度及公務電話、調度集中、電力遠動等數據與圖像信息由區間接入系統傳送到車站。

根據高速鐵路業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的多業務傳輸系統，主要解決車站2 Mb/s及以上多業務通道的需求，并為下層提供通道保護；下層建設622 Mb/s接入網系統，主要解決2 Mb/s以下各種通道需求以及區間內各信息采集點的信息接入與傳送。

2.3 綜合業務接入系統

MSTP雖能提供一些寬帶業務，但對用戶需求的窄帶業務（話音等）不能滿足要求，須使用ONU來完成低速數據和話音的接入，ONU可提供64 K或低于64 K的低速數據接口。

高速鐵路傳輸系統除提供標準的業務接口外，還要為高速車站旅客服務系統提供專用的音頻、視頻等接口，將各旅客服務業務納入傳輸系統。在區間信息采集點采集的信息，利用設在區間適當地點的622 Mb/s光接入傳輸設備，構成區間信息接入系統，將信息從區間傳送到車站，再通過MSTP系統傳送到綜合調度中心。在站內、動車段、綜合維修段以及沿線區間信息接入點等地設置具備多種業務接口的光網絡單元（ONU），在部分車站設置局端OLT設備，構成一體化綜合業務接入網絡。

工程中，采用MSTP+ONU方式組織區間用戶接入網和站內通信網，統稱為多業務接入網系統。分為區間用戶接入和站內用戶接入2部分。區間采用鏈形組網，同時利用鐵路兩側光纜中的2芯光纖作環回保護，組成通道保護環或復用段保護環，提高系統可靠性。

2.4 專用調度通信系統

高速鐵路專用調度通信系統是高速鐵路調度、車站運營部門及維修單位進行行車指揮和業務聯系的專用通信系統。除具有話音功能外，還應具有數據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、數據、圖像等多種業務。采用G4傳真，用數字信號傳輸，速度快（小于10 s），不僅滿足電話業務，也滿足數據（傳真）通信等功能，是高速鐵路現代化通信的重要保證。

2.5 數據通信系統

高速鐵路數據通信網采用分層結構，網絡劃分為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，并作為區域層之間的連接和網間出口，核心層構成網絡信息交換和傳輸的平臺。

接入層：采用接入路由器，為所在車站提供接入業務，根據實際鏈路情況，采用雙星或環形方式連接到區域層節點。接入層與骨干層之間采用N×2 M中繼速率。

高速數據通信網設立獨置的OSPF自治域，整個骨干承載網使用獨立的路由設備，路由器間形成部分網狀連接，兼顧路由冗余與合理利用傳輸帶寬，管理區（NOC）直接接入核心路由器。

2.6 綜合無線通信GSM-R系統

傳統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代信息技術，大量信息急需傳輸到地面維護中心。現代鐵路的管理，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。采用傳統的無線通信技術難以滿足這一需求，因此采用現代通信技術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系統由6個子系統組成：交換子系統（SSS）、基站子系統（BSS）、通用分組無線業務系統（GPRS）、移動智能網系統（IN）、運行與維護子系統（OMC）及移動終端子系統。

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，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切換。頻繁的越區切換處理、高速移動條件下的多普勒頻移對通話和數據傳輸的穩定性和可靠性都有很大影響，綜合無線通信GSM-R系統解決高速鐵路運行的這一問題。

3 結論

根據以上分析，高速鐵路專用通信網具有3大特點。

3.1 服務內容及對象多元化

既有鐵路通信網主要為鐵路運輸提供基本的話音、低速數據服務；高速鐵路通信網除為鐵路運輸提供話音、數據、圖像等多種媒體的通信手段，還將作為統一的通信平臺為信號、綜合調度、信息化系統等專業提供不同層次、不同要求的通信網絡服務。

3.2 網絡安全可靠性高

由于高速鐵路專用通信網為運營、列控、綜合調度、信息化等專業服務，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一設置，因此高速鐵路專用通信網可靠性較既有線更高。

3.3 網絡專用性強

高速鐵路專用通信網建設目標是追求高安全可靠的效益，反映到通信網的技術選擇上，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定（上、下）[S]. 北京：中國鐵道出版社，2004.