地鐵通信系統傳輸中的寬帶化設計技術及應用

代民安

（江蘇省設備成套有限公司，江蘇 南京210009）

0 引言

地鐵通信系統是地鐵運營和管理服務中的重要系統，擔負著語音、數據、圖像和文字等各種信息的傳遞，以及公務聯絡、列車運行和管理的控制等重要任務。地鐵通信系統是一個復雜的綜合系統，通常由傳輸子系統、公務電話和專用電話子系統、無線通信子系統、廣播和視頻監控子系統、電源子系統、時鐘及同步子系統、自動售票及災害報警子系統等構成，各系統間互相協調和配合，從而為地鐵運營和管理提供有效的通信保障。其中，傳輸子系統是城市地鐵信息通信系統的基礎和核心，是連接控制中心與車站/車輛段、車站與車站/車輛段，與其他線路控制中心、公安指揮中心進行各種信息傳遞的主要通道。對于數字視頻/音頻、低速數據及高速數據等不同信息的傳輸，其要求的系統帶寬、時延、可靠性等各不相同，同時多業務、高速率、高精準、同步和開放式傳輸平臺和系統的不斷建設，對傳輸系統的網絡設計、設備保護、冗余配置、系統升級和擴展，以及系統的管理和維護提出了更高的要求。

1 地鐵通信系統中傳統的傳輸技術

較早應用于地鐵通信的傳輸技術是模擬通信，該技術是將模擬信號與載波進行調制，然后在接收端通過低通濾波器將初始模擬信號進行還原，從而實現信息傳輸。該技術較為成熟，但是其傳輸信號與噪聲疊加，很難被分離，因而信號容易失真，嚴重影響了通信傳輸質量，同時該技術也很難滿足現在通信業務的多樣化需求，已被淘汰掉。

同步數字傳輸（SDH）是一種基于時分復用（TDM）原理開發的技術，其采用高度標準化、智能化的網絡，具有世界統一的接口，可以實現多廠家設備的兼容以及全球范圍內的協同管理和操作，并且網絡具有強大的自愈功能，傳輸速率達10～40 Gb/s，曾廣泛應用于鐵路、電力、高速公路、石油、電信骨干網等專用網絡，但是該系統僅針對點對點的電話語音固定傳輸，對數據和圖像等信息的傳輸支持不夠。

異步傳輸模式（ATM）兼備寬帶音頻接口和寬、窄帶視頻接口，一度被稱為視頻傳輸業務的最優解決方案，其在傳統電話網的電路交換和數據網的分組交換的基礎上，還具有面向連接和數據包交換的特點。該技術采用異步時分復用的方式，提供端到端的接入方案，并且可以動態分配帶寬，網絡帶寬利用率較高，但是該系統的技術較復雜，可靠性不高，且高端ATM產品價格昂貴，因此也逐漸淡出通信傳輸市場。

開放式傳輸網絡（OTN）是一種針對城市軌道交通而專門開發的技術，其基于光纖技術且采用雙環路方式，接口類型眾多，除 具 有 與 OTN 連 接 的 內 部 接 口 （36 Mb/s、150 Mb/s、600 Mb/s）外，還具有與SDH、ATM等網絡外連的接口，如E3（45 Mb/s）、STM4（622 Mb/s）等。該技術性能穩定，在廣州地鐵1、2號線，南京地鐵1號線，上海城市軌道2號線等上都有廣泛應用。但是，由于其沒有國際標準，難以進行各種協議的互聯，不利于系統的升級和擴展，并且其最大容量僅為600 Mb/s，不能滿足現代通信傳輸高帶寬的需求。

另外，基于以太網的千兆/萬兆以太網技術，具有傳輸直接快速、距離遠、設備成本低等特點，很好地解決了原有以太網多媒體應用無QoS、多鏈路負載分享等問題，能夠滿足城市地鐵通信系統組網的需求。而粗波分復用（CWDM）技術以其技術簡單、容量大、易擴容、波長間隔大、價格便宜等特點，在帶寬要求越來越高的城市地鐵通信系統中也開始得到應用。

2 傳輸系統的寬帶化設計技術

為了提高地鐵各種通信業務的傳輸質量，勢必要增加傳輸帶寬，同時結合地鐵軌道建設線路分段開通以及以后延伸的實際要求，地鐵通信傳輸系統必須做到安全可靠，功能和技術先進合理，并且易于今后的網絡擴展。

2.1 多業務傳輸平臺（MSTP）

為了滿足多種業務傳輸的需求，在同步數字傳輸（SDH）的基礎上開發了一種面向基礎電路連接的多業務傳輸平臺（MSTP），其將傳統的SDH復用器、數字交叉連接器、波分復用終端、網絡二層交換機和IP協議等多個獨立設備集成為一個綜合網絡設備。該技術擴展了SDH的傳統功能，并將以太網技術和異步傳輸技術與之結合，新增了EoS和AoS這兩大核心處理功能，同時以寬帶作為開放的業務平臺，輔以虛容器級聯技術、通用成幀規程技術和鏈路容量調整機制等，實現了語音、文字、圖像等多數據業務在同一個平臺上的接收、映射和傳輸。目前，經過改進，多業務傳輸平臺已經實現了PDH、SDH、ATM、RPR、以太網等技術的一體化，兼具了各級虛容器復用功能和內嵌RPR設備的二層交換機功能，其傳輸速率可達10 Gb/s，能適用于多業務的綜合匯集和傳輸，現已在上海地鐵11號線上得到很好的應用。不過，該技術仍不能擺脫傳統SDH中時分復用技術的時隙通道及帶寬的限制，不能做到動態分配信道的帶寬，在業務量突增時其業務承載能力不足。

2.2 彈性分組環技術（RPR）

為了優化數據包的傳輸，提出了一種以IP數據業務為主的新型光傳輸技術，即彈性分組環技術（RPR）。該技術可以支持環形拓撲結構，具備自動倒換保護功能（倒換保護的測試時間為50 ms），并且在光纖斷開或連接不成功的情況下，可以對數據傳輸進行快速恢復。同時，彈性分組環技術兼具了空間復用、雙環工作、多點傳送等功能，帶寬效率得到了有效提高，并且具備千兆以太網可擴展性、靈活性和經濟性的特點，技術簡單，建設成本較低。同時，其還很好地解決了傳統技術中存在的QoS分類和環網保護等問題，實現了網絡拓撲自動發現、公平分配、環路帶寬共享、業務分類等功能，目前得到了電信運營商的青睞，廣泛應用于語音、數據、文字、圖像等信息的傳輸。值得注意的是，該技術可以很好地滿足數據業務的傳輸要求，但對以時分復用為基礎的語音電路業務支持不夠。

2.3 光分插復用（OADM）＋超寬密集波分復用（UW－DWDM）技術

隨著光傳輸網規模的擴大以及對傳輸帶寬要求的不斷提高，密集波分復用（DWDM）系統在鐵路軌道交通中逐漸開始得到應用，例如中國鐵通京滬穗DWDM工程采用了傳輸速率為10 Gb/s的C波段40波單纖單向波分復用系統。不過，這種普通的點到點波分復用通信系統雖然傳輸容量顯著增加，但是傳輸帶寬并未進行升級，這就需要靈活的節點才能實現高效組網。但是目前常用的數字交叉連接系統較復雜，很難適應網絡傳輸容量的快速增長，因此光分插復用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）等光節點技術開始得到應用，實現了光層上的網絡互聯。光節點數據傳輸將由現有的點到點連接轉變成透明的網式光網絡，同時，隨著帶寬需求的增加，對每個光纖上的傳輸容量的要求也更高，一般需要創建光傳輸網絡（OTN）來代替傳統的點到點連接技術，不過成本較高。光分插復用器的設備成本較低，且不需要任何電源供應，將其應用于密集波分復用和超寬波分復用（UW－WDM）光網絡中，可以將光信號選擇性地卸下或插入DWDM網絡中，可靠性較高，成本也較低，并且網絡擴展性較好。波分復用器集合所有來自激光二極管的光信號，形成光束并將其引入單模光纖（SMF），然后通過半導體光學放大器（SOA）進行放大。而OADM則用于增加或減少通道容量，并將光束引入信號分離器，從而將光束分離成特定波長的光信道，然后進入光網絡單元（ONU），并最終根據分插復用過程，將光信道分配給最小或最大數量的用戶。

3 結語

隨著通信技術的升級和城市地鐵交通的快速發展，采用新型、可靠、經濟的傳輸技術對地鐵通信系統進行優化設計，對滿足地鐵通信業務的需求，保證地鐵安全、快速、高效運行具有非常重大的意義。

［1］龔小聰.地鐵通信傳輸系統方案探討［J］.都市快軌交通，2005（2）

［2］王成.廣州地鐵二號線通信系統設計的有關問題［J］.鐵道工程學報，2007（8）

［3］顧明星，董德存.城市軌道交通信息通信系統技術［J］.城市軌道交通研究，2003（6）