既有線GSM-R改造中既有傳輸系統配置運用方案

苗 淼

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073）

既有線GSM-R改造中既有傳輸系統配置運用方案

苗 淼

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073）

既有線無線列調改造為GSM-R系統后，能大大提高列車無線調度通信運用質量，傳輸系統作為承載網絡，在既有線GSM-R改造工程中需滿足GSM-R系統及其他既有和新增業務承載需求。結合呼和浩特鐵路局大包線GSM-R改造工程，簡談既有線GSM-R改造中既有傳輸系統配置運用方案。

GSM-R；傳輸系統；配置運用

1 概述

我國大部分既有普速線路采用450 MHz無線列調通信系統，覆蓋鐵路里程約7萬km，占全路里程約80%。GSM-R系統是基于公網成熟的GSM技術并針對鐵路通信需求而設計的鐵路綜合專業數字移動通信系統。既有線無線列調改造為GSM-R系統后，能大大提高列車無線調度通信運用質量，降低設備故障率及故障延時時間，滿足鐵路運輸通信保障需求。同時將450 MHz無線列調系統改造為GSM-R系統，能夠滿足重載列車運用等新需求，并符合國家無線電頻率使用規定以及鐵路總公司發展規劃。

傳輸系統作為承載網絡，在既有線G網改造工程中需滿足GSM-R系統及其他既有和新增業務承載需求，因此傳輸系統作為重要的配套系統，必須在G網改造工程中對其現狀進行分析，必要時進行適應性改造。

2 傳輸系統技術現狀及發展

目前，鐵路通信和通信運營商采用的骨干傳輸網絡技術主要有SDH/MSTP、 DWDM、OTN。

2.1 SDH/MSTP技術

SDH技術主要采用同步傳送機制，通過2 M、155 M、622 M映射結構實現不同速率的TDM業務接入和傳送。SDH設備具備完善的網絡保護機制和網絡管理、配置管理功能。在20世紀80年代后期和90年代，鐵路通信和通信運營商常用于骨干/匯聚/接入層傳輸網絡建設。

90年代后期，隨著IP業務發展，MSTP技術孕育而生，很快被運用在鐵路通信和通信運營商傳輸網絡中。MSTP技術是在SDH技術基礎上進行了改進，主要是增加了對以太網IP業務、ATM業務的接入，通過2 M、155 M級封裝技術實現IP業務和ATM業務的傳送。MSTP技術只能按封裝的固定帶寬來承載IP業務，不能實現動態帶寬分配和有效帶寬統計復用，IP業務承載效率不如數據網設備。

MSTP技術設備繼承了SDH完善的網絡保護機制和網絡管理、配置管理功能。較好地解決了在網絡中傳送TDM業務與IP數據業務承載。因此，MSTP技術在通信行業中常用于傳輸網絡匯聚層及接入層建設。MSTP技術設備比較成熟穩定，在國內外通信設備主流廠家均提供MSTP技術設備。

目前，傳輸設備生產廠家的SDH設備為基于SDH的多業務傳送節點（MSTP）設備。

SDH/MSTP技術設備能提供的傳輸系統帶寬為STM-1、STM-4、STM-16、STM-64，在傳輸帶寬需求較大的骨干網中需要建設多套傳輸系統。隨即密集波分復用（DWDM）技術孕育而生，解決了高帶寬容量需求。

2.2 DWDM技術

DWDM技術大大提高了光纖利用率，每根光纖能分成16、32、40、80、160個波道，每個波道能提供2.5 G、10 G、40 G速率的帶寬。

DWDM技術有著超大容量、數據透明傳輸、網絡結構簡化、可靠性高、靈活的擴展性和經濟性。2000年 初 期，DWDM-16X2.5G、DWDM-16X10G、D W D M-32/40X2.5G、D W D M-32/40X10G等系列設備，已經逐步廣泛的應用于各大運營商的骨干網絡。

由于DWDM技術在網絡建設和應用中也遭遇一些瓶頸，其業務調度不靈活，網絡管理手段有限；并且故障定位困難，給網絡維護帶來不便。另外，DWDM系統組網主要采用點對點的應用方式，其組網能力較弱，網絡生存性手段和能力不夠。

2.3 OTN技術

OTN技術是在SDH/MSTP和DWDM技術的基礎上發展起來的，兼有兩種技術的優點。一方面，它處理的基本對象是波長級業務，提供對更大顆粒的2.5 Gb/s、10 Gb/s、40 Gb/s和100 Gb/s業務的透明傳送支持；另一方面，它解決了傳統WDM網絡無波長和子波長業務調度能力、組網能力弱、保護能力弱等問題。

OTN技術簡單的說就是SDH/MSTP技術和DWDM技術的結合，揚長避短，其優點體現為以下幾點。

1）客戶層信號的透明傳輸

OTN幀結構可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、ATM、以太網等復用信號，以及自定義速率數據流。OTN傳送客戶信號時不更改其凈荷和開銷信息，而其采用的異步映射模式，保證了客戶信號定時信息的透明。

2）大顆粒的帶寬復用、交叉和配置

OTN目前定義的電層帶寬顆粒GE、2.5 Gb/s、10 Gb/s和40 Gb/s，光層的帶寬顆粒可為2.5 Gb/s、10 Gb/s、40 Gb/s和100 Gb/s波長；相對于SDH 的VC-12/VC-4調度顆粒，OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，可以實現更大容量無阻噻的交叉連接功能。顯著提升高帶寬數據客戶業務的適配和傳送效率。

3）強大的維護管理能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，具備完善的性能和故障監測機制，從而使OTN系統具備類似SDH的性能和故障監測能力。

4）豐富的組網和保護能力

通過OTN幀結構、ODUk交叉和多維度可重構光分插復用器（ROADM）的引入，大大增強光傳送網的組網能力。前向糾錯（FEC）技術的采用，顯著增加了光層傳輸的距離。另外，OTN提供更為靈活的基于電層和光層的業務保護功能，如基于光層的光通道、復用段或光線路保護和基于電層的（ODUk）光子網連接保護（SNCP）和共享環網保護等。

ITU-T于1998年就啟動了OTN系列標準的制定，到2008年OTN主要系列標準已基本完善。國內通信行業對OTN技術的發展也頗為關注。從OTN國內標準的整體發展現狀來看，OTN標準也是趨于基本成熟的階段，后續的標準化工作則側重于現有已立項標準體系的逐漸完善和補充，同時根據OTN技術最新的發展和應用需求情況，逐步立項并制定相關要求標準。

國外的泰樂、阿朗、諾西及國內的華為、中興、烽火等設備廠商，均可提供基于ODUk電交叉（實驗室可驗證交叉容量已經達到12.8 Tb/s）或光電混合交叉的OTN商用設備。

隨著光傳送網絡面向IP業務，光通信網絡的建設已向OTN網絡全面部署上發展。目前，各大運營商已經大規模建設OTN網絡，基于電層交叉的OTN設備已經廣泛商用于各大運營商。

2.4 技術分析比選

基于波分復用的傳送技術和OTN技術均可大大提高光纖利用率，解決光纖資源短缺，并可較大提高傳輸帶寬。在傳輸網絡中主要用于長大骨干網絡、光纖資源短缺、業務帶寬容量較大的區段。在通信網技術發展趨勢上，以及在設備組網安全可靠性、靈活性、業務調度維護等方面，OTN技術比DWDM技術有更多優勢。根據上述對DWDM技術和OTN技術分析，建議在鐵路局骨干網建設中，在光纖資源短缺、業務量大的區段推薦采用OTN技術。

目前，鐵路通信接入層傳輸網絡中，主要是承載TDM業務為主，現有的鐵路局通信傳輸網主要采用SDH/MSTP技術，大部分主要解決2 M、155 M顆粒業務接入，以及部分FE數據業務接入。雖然，鐵路各業務發展逐步向IP化演進，但是，近期應綜合考慮既有網絡情況，以及既有網絡與新建網絡兼容性，因此，建議近期鐵路局匯聚層、接入層傳輸網絡建設主要采用基于MSTP技術的SDH設備。

既有線GSM-R改造配套傳輸系統屬于接入層傳輸網絡建設，推薦采用基于MSTP技術的SDH設備。

3 呼和浩特局大包線無線列調改造GSM-R工程傳輸系統方案

3.1 大包線傳輸系統現狀

1）骨干西北環

包頭東、呼和浩特設置OTM設備，集寧設置OADM設備，卓資山、豐鎮設置OLA設備，并在包頭東、呼和浩特、集寧設置相應的STM-16 ADM設備。

鐵路骨干傳輸網西北環及西南環（2號環）改造工程規劃在集寧、呼和浩特東通信站、呼和浩特G網工區、包頭東分別設置1套OTN設備，在豐鎮、卓資山、薩拉齊設置OLA設備，并在包頭東、集寧、呼和浩特東通信站、呼和浩特G網工區設置相應的STM-64 ADM設備。

2）中繼層

2002年，在包頭西—包頭東—薩拉齊—察素齊—呼和浩特—旗下營—卓資山—集寧設置STM-16 ADM設備，開通SDH 2.5 Gb/s光傳輸系統。

3）接入層

2002年在各車站分別設置1套STM-4 ADM設備，開通1個SDH 622 Mb/s接入網系統。此套設備采用華為Metro1000型號，設備廠家已逐步淘汰，并已超過大修期，故障頻繁，維護極其困難；為不降低既有通信系統可靠性，亟需對華為傳輸及接入網系統進行更新改造。

2008年在各車站設置1套STM-16 ADM設備，利用鐵路兩側的各2芯光纖，開通SDH 2.5 Gb/s光傳輸系統（MSP 1+1）。

3.2 大包線GSM-R系統設計方案

本工程擴容張唐鐵路在呼和浩特設置的核心網設備，在呼和浩特GSM-R中心機房新設BSC/ PCU及TRAU 1套。

工程共計新建CTCS-2基站12處，新建分布式基站（兩載頻）BBU 6處，新建RRU 27處，BSC與BTS之間采用環形組網方式，按3～5個基站組成一個2 Mb/s傳輸環接入BSC，分布式基站與宏基站分別組環。

3.3 大包線傳輸系統設計方案

3.3.1 設計方案

根據既有傳輸系統設置情況，本工程在包頭西、包頭東、古城灣、東興、公積板、薩拉齊、美岱召、陶思浩、察素齊、畢克齊、臺閣牧新機械室、瓜房子、呼和南、沙良、陶卜齊、民族、旗下營、三道營、福生莊、卓資山、姑家堡、馬蓋圖、十八臺、八蘇木、葫蘆、集寧通信站、集寧南、古營盤、蘇集、土貴烏拉、紅砂壩、新安莊、豐鎮、堡子灣、孤山、呼西通信樓、呼和通信站、呼和G網工區、呼和東、白塔共40個節點分別設置1套STM-16 ADM設備，利用鐵路兩側光纜各2芯光纖，組建一個SDH 2.5Gb/s光傳輸系統（MSP 1+1）。

在區間基站、車站接入等節點分別設置1套STM-4 ADM設備，根據光纜線路情況，組建相應的SDH傳輸環或鏈。

在各牽引變電所、開閉所、分區所分別設置1套STM-1 ADM設備，就近接入相鄰STM-16 ADM或STM-4 ADM設備。

3.3.2 與相關網絡連接

本工程與鐵路骨干傳輸網西北環工程在呼和浩特鐵路局設置的局內SDH 10 Gb/s系統在包頭東通信站、呼和通信站、呼和G網工區、集寧通信站分別采用2個2.5G光口互聯，以實現跨環（線）業務的調度。

3.3.3 系統保護

本工程包頭西—呼和浩特—集寧—豐鎮段SDH 2.5 Gb/s光傳輸系統采用線路MSP（1+1）。

區間接入層傳輸系統，根據光纜資源情況，組成環或鏈狀傳輸系統結構。

3.3.4 網管系統

本工程在呼和通信站新設的SDH網元管理系統，管理本工程新設的各個SDH網元設備。新設的網元管理設備應能通過Q3接口與上級網管中心相接。

網管數據的傳送，使用傳輸系統內部DCC通道（D1～D3開銷字節）連接各個網元，以實現對SDH傳輸系統的有效管理。

同時，為了便于維護和管理，在包頭東通信站、集寧通信站設置SDH遠程管理終端，通過呼和通信站網元管理中心的授權，可對各自管轄范圍內的網元進行管理。

3.3.5 同步系統

本工程新設SDH同步系統，采用主從同步方式。根據鐵路通信同步網設計規范，同步定時信號應按一主一備設計，本工程網絡同步方案如下。

呼和浩特—集寧段：主用時鐘從呼和浩特通信站的BITS接引，備用時鐘從集寧通信站的BITS接引；其他各站均采用線路定時方式進行同步。

包頭東—呼和浩特段：主用時鐘從呼和浩特通信站的BITS接引，備用時鐘從包頭東通信站的BITS接引；其他各站均采用線路定時方式進行同步。

集寧—孤山段：主用時鐘從集寧通信站的BITS接引，備用時鐘信號從采用設備內部時鐘信號。

3.3.6 公務通信系統

本工程新設SDH公務系統。SDH公務系統使用線路碼流中的兩個字節，實現公務聯絡通信通路。本工程使用MSOH的E2字節提供一條終端間通話的復用段公務聯絡信道，以解決SDH系統中各站點的公務通信。

4 結束語

綜上所述，GSM-R改造工程中傳輸系統配置運用方案建議如下。

1）既有傳輸系統滿足需求時，應充分利舊，并在新建站點增設傳輸設備，納入既有傳輸系統。

2）新建GSM-R系統對傳輸通道的需求一般為2 M接口，大多帶寬為100 M以下，采用155 Mb/s的傳輸系統。同時如果考慮預留電力電牽系統、信號系統、視頻監控、數據網等業務的帶寬需求，傳輸系統應按照622 Mb/s容量考慮。

3）區間基站新設622 Mb/s傳輸設備與各個車站既有2.5 Gb/s傳輸設備通過622 M光口互聯。若新設的622 Mb/s傳輸設備與既有的2.5 Gb/s傳輸設備為同廠家設備，則區間基站傳輸設備和車站既有傳輸設備采用兩纖復用段保護環；若為不同廠家設備，則采用兩纖通道保護環。

4）若新設的622 Mb/s傳輸設備與既有的2.5 Gb/s傳輸設備為同廠家設備，可以利用既有設備的網管系統。

若新設的622 Mb/s傳輸設備與既有2.5 Gb/s傳輸設備為不同廠家設備，則新設SDH網元管理系統，管理新設的各個SDH網元設備；并新設SDH遠程管理終端，通過和網元管理中心的授權，可對各自管轄范圍內的網元進行管理。新設的網元管理設備應能通過Q3接口與上級網管中心相接。

網管數據的傳送，使用傳輸系統內部DCC通道（D1～D3開銷字節）連接各個網元，以實現對SDH傳輸系統的有效管理。

5）根據鐵路通信同步網設計規范，同步定時信號應按一主一備設計，本工程新設SDH同步系統，采用主從同步方式。區間基站的主用時鐘和備用時鐘信號從其歸屬的車站2.5 Gb/s傳輸設備接引。

［1］鐵總建設［2014］62號 鐵路通信線路、傳輸及接入網設計規范［S］.

［2］北京全路通信信號研究設計院有限公司.呼和浩特鐵路局大包線無線列調改造GSM-R系統工程可行性研究［Z］.2014.

When GSM-R system is used in reconstruction of existing lines， it will greatly improve the wireless train dispatching communication quality. As the bearing network， the existing transmission system needs to meet requirements of GSM-R system and other existing and new businesses in reconstruction. Combined with reconstruction of the GSM-R system for Datong-Baotou line of Hohehot Railway Administration， the paper introduces the existing transmission system confi guration scheme in reconstructing GSM-R system for existing lines.

GSM-R； transmission system； confi guration and application

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.010

2015-08-10）

中國鐵路總公司重點課題項目（2014X005-G）