客運專線通信傳輸系統(tǒng)組網方案研究

■ 白莉 時慶飛 闞紹忠 李踐實

通信傳輸系統(tǒng)在客運專線、高速鐵路中發(fā)揮著重要作用，承載通信專業(yè)的數(shù)字調度、GSM-R鐵路無線移動通信、數(shù)據(jù)網、綜合視頻、會議電視等業(yè)務；承載信號、信息、防災、牽引供電、電力等專業(yè)業(yè)務；承載CTCS-2級列控系統(tǒng)和基于GSM-R無線通信系統(tǒng)的CTCS-3級列控系統(tǒng)。因此，應高度重視優(yōu)化鐵路通信傳輸網結構，為鐵路通信提供一個安全可靠、結構合理、符合未來發(fā)展需要的傳輸系統(tǒng)。

1 鐵路通信傳輸系統(tǒng)的發(fā)展歷程

通信技術進步促進鐵路運輸效率提高，在鐵路歷史發(fā)展過程中，先進的通信技術被不斷采用。100多年來，我國鐵路通信技術發(fā)生了巨大變化。隨著鐵路行業(yè)業(yè)務的不斷增加，作為鐵路通信承載系統(tǒng)的鐵路通信傳輸系統(tǒng)也隨之發(fā)展，以滿足鐵路業(yè)務和帶寬需要。

我國鐵路長途通信由模擬通信的明線載波3路和12路通信、電纜12路通信、同軸電纜300路和960路通信到數(shù)字電纜PCM通信，直至數(shù)字準同步PDH 8M、34M、140M通信及光同步數(shù)字傳輸SDH 155M、622M、2.5G、10G通信，以及發(fā)展到現(xiàn)在的基于光系統(tǒng)的DWDM、SDH（MSTP）通信，鐵路長途通信得到了長足的發(fā)展。

2 客運專線通信傳輸系統(tǒng)的網絡結構及功能

我國客運專線通信傳輸系統(tǒng)承載GSM-R無線通信系統(tǒng)、CTCS列控系統(tǒng)、防災安全監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，對網絡的安全性要求較高，更強調網絡結構保護。

根據(jù)高速鐵路設計規(guī)范，通信傳輸系統(tǒng)應采用層次化結構，由骨干層、中繼層和接入層組成。高速鐵路骨干層應與中繼層合并設計。通信傳輸系統(tǒng)網絡結構宜采用兩層網絡結構，即骨干層和匯聚接入層。

通信傳輸系統(tǒng)應具備以下功能：

（1）能夠承載客運專線各種業(yè)務信息內容，滿足傳輸容量要求，并預留一定擴展余量。

（2）綜合考慮鐵路通信傳輸網承載的信息類型，采用合理的傳輸制式解決不同業(yè)務的承載需求，最大程度利用帶寬資源和提高傳輸效率。

（3）為提高系統(tǒng)可靠性，對網內傳輸?shù)母鞣N信息進行環(huán)路保護。

（4）具有自診斷功能，可進行故障管理、性能監(jiān)視、系統(tǒng)管理、配置管理，并具有集中告警維護、統(tǒng)一管理的網絡管理功能。

3 客運專線通信傳輸系統(tǒng)的業(yè)務需求分析

客運專線、高速鐵路通信傳輸系統(tǒng)承載通信專業(yè)的業(yè)務，也承載信息、信號、牽引供電、電力、防災等業(yè)務（見表1）。

4 客運專線通信傳輸系統(tǒng)的業(yè)務帶寬需求分析

客運專線通信傳輸系統(tǒng)中的防災、數(shù)據(jù)網、綜合視頻、牽引供電SCADA、電力 SCADA占用帶寬較大，其業(yè)務帶寬需求分析見表2。

5 客運專線通信傳輸系統(tǒng)集成組網案例

5.1 鄭西客運專線通信傳輸系統(tǒng)集成組網

鄭西客運專線通信傳輸系統(tǒng)采用兩層網結構，骨干層利用不同物理徑路的2條32芯光纜中的各2芯構建STM-64 MSTP（1+1）光同步數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)。接入層設基于MSTP的SDH 622 Mb/s多業(yè)務通信傳輸系統(tǒng)，在區(qū)間組成奇數(shù)基站環(huán)、偶數(shù)基站環(huán)、牽引變電專業(yè)加中繼站環(huán)。業(yè)務分配在2條光纜上。鄭西客運專線通信傳輸系統(tǒng)組網見圖1。

5.2 京石武客運專線通信傳輸系統(tǒng)集成組網

京石武客運專線通信傳輸系統(tǒng)采用兩層網結構，骨干層利用不同物理徑路的2條32芯光纜中的各2芯構建STM-64 MSTP（1+1）光同步數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)。接入層設基于MSTP的SDH 622 Mb/s多業(yè)務通信傳輸系統(tǒng)，為提高GSM-R網絡系統(tǒng)可靠性，GSM-R網絡區(qū)間點傳輸及接入系統(tǒng)按間隔接入不同的保護環(huán)考慮，在新設干線光纜中采用6芯構成3個SDH 622 Mb/s二纖通道保護環(huán)，即奇數(shù)基站環(huán)、偶數(shù)基站環(huán)、牽引變電專業(yè)加中繼站環(huán)。業(yè)務分配在2條光纜上。京石武客運專線通信傳輸系統(tǒng)組網見圖2。

表1 專業(yè)業(yè)務種類需求分析

表2 業(yè)務帶寬需求分析

6 客運專線通信傳輸系統(tǒng)組網分析

6.1 骨干網組網方案

骨干（本地中繼）層利用不同物理徑路的2條32芯（或24芯）光纜中的各2芯構建STM-16 MSTP（1+1）以上光同步數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)。在沿線車站設STM-16 MSTP以上光同步數(shù)字傳輸設備。

6.2 接入網組網方案

6.2.1 三種組網方案

接入層在區(qū)間根據(jù)實際情況可組2個環(huán)或3個環(huán)。2個環(huán)為奇數(shù)基站加中繼站加牽引變電等環(huán)、偶數(shù)基站加中繼站加牽引變電等環(huán)；3個環(huán)為奇數(shù)基站環(huán)、偶數(shù)基站環(huán)、牽引變電專業(yè)加中繼站環(huán)。下面采用區(qū)間3個環(huán)分析三種組網方案。

方案1：區(qū)間采用單纜，業(yè)務用另1條纜環(huán)回保護（見圖3）。接入層采用STM-4 MSTP設備開通SDH 622 Mb/s光同步數(shù)字傳輸及接入網系統(tǒng)。奇數(shù)基站環(huán)、偶數(shù)基站環(huán)、牽引變電專業(yè)加中繼站環(huán)串接于1條光纜中，利用1條32芯光纜中的3×2芯開通3套SDH 622 Mb/s光同步數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)，再利用另1條32芯光纜中的3×2芯與車站STM-4 MSTP設備共同組建3套二纖通道保護環(huán)。

方案2：區(qū)間采用雙纜，業(yè)務用光纖環(huán)回保護（見圖4）。接入層采用STM-4 MSTP設備開通SDH 622 Mb/s光同步數(shù)字傳輸及接入網系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，基站、信號中繼站、牽引變電所（亭）分別串接于不同物理徑路的2條光纜中。利用2條32芯光纜中的3×2芯構建SDH 622 Mb/s同步數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)，分別與車站STM-4 MSTP設備組建3套二纖通道保護環(huán)。

圖1 鄭西客運專線通信傳輸系統(tǒng)組網示意圖

圖2 京石武客運專線通信傳輸系統(tǒng)組網示意圖

圖3 區(qū)間采用單纜，業(yè)務用另1條纜環(huán)回保護方案

圖4 區(qū)間采用雙纜，業(yè)務用光纖環(huán)回保護方案

圖5 區(qū)間共享光纖虛擬路徑保護方案

方案3：區(qū)間共享光纖虛擬路徑保護（見圖5）。共享光纖虛擬路徑保護技術可將1根物理光纖等效為多根邏輯光纖，在1根光纖中可同時支持多種保護方式，保護級別可按VC-12或VC-4級別設置，實現(xiàn)業(yè)務分類保護和復雜網絡保護，適合于光纜資源匱乏、光接口板緊張的業(yè)務模型。接入層車站設備采用STM-16 MSTP設備，利用1條32芯光纜中2芯開通SDH 2.5 Gb/s通信傳輸系統(tǒng)，區(qū)間基站、信號中繼站、牽引變電所（亭）采用STM-4 MSTP設備，利用另1條32芯光纜中3×2芯開通3套SDH 622 Mb/s通信傳輸系統(tǒng)。利用車站層開通的SDH 2.5 Gb/s通信傳輸系統(tǒng)，采用共享光纖虛擬路徑保護技術將SDH 2.5 Gb/s通信傳輸系統(tǒng)的4個622 Mb/s通道在邏輯上劃分為4個獨立的SDH 622 Mb/s通信傳輸系統(tǒng)，其中3個與站間3個SDH 622 Mb/s鏈型通信傳輸系統(tǒng)分別互連，組建3個虛擬的SDH 622 Mb/s光纖通道保護環(huán)，剩余的1個622 Mb/s通道與SDH 10 Gb/s通信傳輸系統(tǒng)中虛擬出的1個622 Mb/s通道互連，組建1個虛擬的SDH 622 Mb/s光纖通道保護環(huán)。

6.2.2 三種方案比較

方案1：組網直接用光纖環(huán)回，安全性高；保證了1條纜性能優(yōu)良，方便維護，過軌數(shù)量少；另1條纜頻繁破口、頻繁過軌，性能下降。當線路一側因地震或其他自然災害出現(xiàn)2個以上區(qū)間光纜故障時，將導致中斷通信，影響行車安全。

方案2：組網直接用光纖環(huán)回，奇偶數(shù)基站業(yè)務承載在2條光纜上，安全性高；2條光纜均出現(xiàn)頻繁破口、頻繁過軌現(xiàn)象，性能下降。

方案3：2.5Gb/s光路承載4條虛擬通道，一旦發(fā)生故障，安全性降低；節(jié)省光纖，節(jié)省光口數(shù)量和占用的槽位；網絡結構復雜，維護管理工作量大。

7 通信傳輸系統(tǒng)組網總結及建議

通信傳輸系統(tǒng)網絡宜采用骨干層和匯聚接入層結構。骨干層采用SDH 10 Gb/s以上速率系統(tǒng)，匯聚接入層采用S D H 622 Mb/s以上速率系統(tǒng)，其均采用基于SDH的多業(yè)務傳送節(jié)點（MSTP）設備，同時實現(xiàn)TDM、ATM、以太網等業(yè)務的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網絡的多業(yè)務平臺。

（1）骨干通信傳輸系統(tǒng)采用基于MSTP的STM-64以上傳輸設備，設備采用1+1配置。利用敷設于鐵路兩側的干線光纜構成1+1復用段多業(yè)務通信傳輸系統(tǒng)。

（2）骨干網應考慮全程全網的需求，容量應兼顧本線、本局、其他線、其他局主用電路和迂回保護電路的需求，兼顧骨干及局干傳送網的組網需求。

（3）客運專線的骨干網可考慮利用既有鐵路的骨干傳輸（DWDM、SDH）網作迂回保護，也可與既有骨干傳輸網組成一個傳輸環(huán)，增加客運專線骨干傳輸網的可靠性。

（4）隨著新技術的不斷成熟，骨干網可考慮MSTP或DWDM網與新技術網絡并網使用。

7.3 接入網組網總結

（1）接入網通信傳輸系統(tǒng)采用基于MSTP的STM-4以上傳輸設備。

（2) 在自然條件好、地震烈度等級低的地區(qū)優(yōu)先采用方案1，直接用光纖環(huán)回，安全性較高，保證了1條纜性能優(yōu)良、過軌數(shù)量少，方便維護。

（3）在自然條件差、地震烈度等級高的地區(qū)，優(yōu)先采用方案2，安全性高。

（4）接入層區(qū)間優(yōu)先采用3個環(huán)方案，即奇數(shù)基站環(huán)、偶數(shù)基站環(huán)、牽引變電專業(yè)加中繼站環(huán)。

7.4 采用新技術組網建議

近年來，ASON、OTN、PTN等新傳輸技術不斷涌現(xiàn)，OTN有可能成為未來主要光傳送網技術。OTN可同時實現(xiàn)原SDH層（安全與調度）和波分層（大容量遠距離傳送）的功能，使調度和傳送合一，其基于大顆粒管理和調度，效率更高。隨著ASON控制平面標準，以及OTN在智能化方面的標準完善，2個技術將會完美結合，最終實現(xiàn)基于OTN傳輸平臺真正意義上的ASON網絡。隨著不斷研究與探索，鐵路通信傳輸系統(tǒng)未來可考慮利用多種技術組網，使網絡更加安全可靠、結構合理、功能強大。

[1] TB 10621—2009 高速鐵路設計規(guī)范（試行）[S]

[2] 北京中鐵建電氣化設計研究院. 鄭西客專四電集成方案，2008

[3] 北京中鐵建電氣化設計研究院. 京石武客專四電集成方案，2011