地鐵通信系統中的新技術

王 賓

（中鐵十二局集團電氣化工程有限公司，天津 300308）

0 引 言

當前，我國眾多城市開始紛紛興建地鐵，它已經逐步演變為了公共交通的一個重要組成部分。建設地鐵通信系統的意義重大，它能夠有效滿足語音、數據、文字以及圖像傳輸等多方面的信息需求，為地鐵的安全通行創建堅實的保障。此外，其存在是自動售檢票系統、廣播和閉路電視監控系統、乘客信息系統、時鐘與同步系統以及防災報警等子系統能夠正常運行的一大重要前提。目前地鐵通信系統在實際運用時還存在著一些問題亟待解決，下文就其實際運用進行較深入的分析。

1 無線互聯互通技術

1.1 無線互聯互通技術概述

沿海地區有較優越的區位優勢，較之內陸發展速度明顯更快，會吸引聚集大量人口，而地鐵由于具有承載量較大的優勢，成為大城市緩解交通壓力的最佳工具。當前我國各地紛紛在加緊建設地鐵，由此來滿足百姓的出行需求[1]。為了更好地協調地鐵線路，當前在設計線路時除了延長通行線路，還采用了增設換乘車站的方式，使得地鐵能夠跨線混跑。而在此過程中所遇到的一大難題就是如何更好實現無線覆蓋和互聯互通，尤其是無線互聯，它是保障地鐵能夠安全運行的重要前提條件。

1.2 同類型設備的互聯互通

1.2.1 單中心交換機

基于多條線路和一個中心交換設備所構成的這一類主要運用于互通互聯的設施被稱為單中心交換機。當前大多數地鐵在建設過程中出于成本考量均會采用此類設備來實現地鐵通信的無線互聯互通，在運用該設備前往往需要技術人員在線路中接入之前的中心交換機，而此舉的主要意義在于系統擴容[2]。同時，采用單中心交換機還有助于簡化調度流程，各線路中均存在一個小網絡，單中心交換機可以被視為一個大網絡設置在各線路上的一個微小構成內容，在增加設備的情況下也能夠順利且高效地進行互聯互通。單中心交換機雖然有著上述種種優點，但是也存在著一定的缺點。由于其核心是中心設備，且只有一個中心設備，這就意味著它必須具備很高的性能及較大的容量。即想要實現統一管理多個設備，就需要單中心交換機有強大的數據傳輸能力。此外，在對該類型設備進行系統擴容時往往也比較困難，相關技術人員需要不間斷地來對當前系統進行操作。中心設備是單中心交換機的核心，因此若其出現故障，那么整個線路便會當即癱瘓，且后期的修復困難[3]。

1.2.2 多中心交換機

單中心交換機進一步發展出現了多中心交換機，兩者的工作原理相似，后者在前者能夠互聯互通的基礎上，增設了互聯互通設施及控制中心。

當前新建的地鐵都在積極采用多中心設備來實現互聯互通。與單中心交換機相比多中心交換機所需花費的成本更高，其操作也將更為復雜，但從長遠發展的角度來看混合中心設備在運用過程中具有更大的技術優勢。首先，若需要增設新線路，采用多中心交換機則將大大降低風險和隱患。其次，采用多中心交換機時互聯互通設備即使出現了故障，也只是會對跨路中間通信產生影響，而無關線路，因此仍能保持正常工作狀態。最后，多中心交換機中的某中心設施發生故障時其余的控制中心仍能夠保持正常工作狀態，整個通信系統的安全性將得到大大提升。基于兩種設備各有優缺點，采用何種設備來實現互聯互通要結合實際的環境來進行判斷[4]。

2 OTN技術

2.1 OTN技術概述

開放式傳輸網絡又稱OTN傳輸技術，其具有大容量和遠距離等一系列傳輸特點，屬于開放式光纖傳輸技術。具體的系統組成如圖1所示，該系統主要由6大單元組成，即光放大單元、光合波與分波單元/光交叉復用單元、線路接口單元、電交叉單元、支路接口單元以及光轉發單元。OTN的容量配置和網絡速度受到FEC技術、電域均衡技術及光域可調補償等技術的支持有明顯的提高，由此也創造了更好的環境來便于地鐵信息傳輸[5]。

圖1 OTN技術工作流程示意圖

信息傳輸速度及其質量主要由各信道的傳輸能力來決定，信道傳輸的兩大主要指標為信息傳輸的可靠性和有效性。OTN技術具有較高的可靠性，這是由于該技術的傳輸網絡是由兩芯光纖連接而成的，由此可形成兩個反向傳輸環。其在處于工作狀態時，若主環投入工作，則次環即為備用環，將在主環出現故障時代替主環投入工作。實踐表明，系統運行的可靠度在自動恢復時間不超過50 ms時處于較高水平[6]。

2.2 OTN技術具體應用

為了更好地理解OTN是如何進行工作的，下文將引入一個真實案例，分析在地鐵傳輸網絡中OTN技術的應用機理。

2.2.1 傳輸網絡現狀分析

本文選擇了廣州地區某地鐵車站傳輸網改造工程當作案例來開展分析研究，通過對該車站的傳輸網絡進行調查分析后發現，2.5G傳輸系統為當前該車站所采用的傳輸網，而在實際運用中該系統主要存在如下4個問題。一是現有的波分設備急需被替換或者是升級，其過于老舊已經無法滿足當下的使用需求；二是需要在維護網絡運行方面加大投入，由此降低網絡設備的故障發生率；三是當前所使用的設備中相當一部分采用的是點對點應用模式，由此降低了系統整體的組網能力，同時還缺乏有效的網絡維護管理手段，不僅拉低了網絡管理水平，還不利于判別故障位置；四是存在明顯的帶寬問題，阻礙了信息傳輸，難以開展新業務[7]。

2.2.2 技術運用策略

當前該車站在改造傳輸網絡的過程中引入了OTN技術，希望由此能夠解決前文所提到的多種問題。在具體的改造中，車站以原有線路為基礎，為能夠開展各類新型業務，提升整個系統傳輸網絡的安全性并保障核心地鐵業務能夠順利開展，積極建設全線路覆蓋傳輸網絡。待一些基本問題被解決后，基于OTN技術開始傳輸網絡的優化和完善工作。結合該地鐵的實際情況，相關設計人員選擇了系統幀長為31.25 μs的OTN-150系統。筆者在對OTN技術網絡拓撲結構進行分析研究后發現，整體的傳輸網配置過程中技術拓撲結構將發揮出非常關鍵的作用[8]。網絡拓撲結構依據結構層的不同可大致被分為兩類，一類用于描述媒介、節點相互連接與配置情況的物理拓撲，另一類用于描述網絡上信息流經路徑的邏輯拓撲。前文已提到OTN技術的穩定性和可靠性基于其獨特的雙環結構能夠始終保有較高水平。由此來看，自動修正網路目標在技術層面而言是可以實現的。當前地鐵車站所采用的拓撲結構多為物理拓撲結構，其以鏈型結構居多，同時獨立的傳輸節點幾乎存在于各個車站，在光纖的作用下各車站均可相互連接，由此能夠形成環形拓撲結構。技術人員在進行系統組網時，在消防無線和無線列調等多個系統中均運用到了音頻口卡，同時還在公務系統和故障監視等系統中運用了數據卡和網絡卡。此外還將擴音側廣播卡運用在了車站調度中心。綜合來看，由此站內的各節點均被科學地連接在了一起，從而基于各站間節點上行與下行線路光纜被合理且有效地連接在一起，自此建成了較為理想的雙環網絡結構。

由上文內容可知，OTN技術主要被應用于圖像傳輸卡與廣播傳輸卡等方面，下文將針對這部分內容進行具體的說明。一是OTN技術在廣播傳輸卡方面的應用，這項操作的主要目的在于有效監管車站失真的廣播信號，且在不增設用于屏蔽信號的電纜傳輸廣播信號的前提條件下，盡可能使廣播信號傳輸保持較高質量[9]。二是OTN技術在圖像傳輸卡方面的應用，車站所有攝像頭拍攝到的內容均可以借助于OTN技術以數字的形式實時傳輸到控制中心，且由于傳輸帶寬數值能夠借助于幀結構被精準地確定下來，由此可以有效減少運用圖像光端機（如圖2）和光纖系統的頻次。三是雙環網絡能夠有效保障網絡的安全性和可靠性，且具有較強的自愈能力，因此在建設網絡構件的過程中，各類帶寬均能夠在技術層面上實現傳送，由此給予了各類業務傳輸堅定的保障，從而能夠明顯提高地鐵站內通信傳輸水平。四是OTN技術在音頻接口卡和數據接口卡方面的應用，其具體應用是基于地鐵各類型業務信號的傳播要求來決定，以太網的強化在技術層面是可以實現的，由此實現對于以太網通道的業務物理隔離，從而有效解決IP業務混淆問題，大大降低業務傳播風險。此外，為了能夠盡可能保障廣播及視頻等系統的信息傳輸，相關技術人員還積極優化了對以太網板卡的設計。

圖2 圖像光端機

3 地鐵通信系統中廣播子系統的新技術應用

地鐵系統的一系列特殊要求幾乎都能夠被廣播子系統方案所滿足，其主要原因為廣播系統具有包含廣播系統的傳輸聯網、故障自動報警以及遠程自動監控等在內的一系列優良的技術性能，同時其聲音效果絕佳，且操作也十分簡便。而對于地鐵系統而言，廣播子系統作為一種常年處于電磁作業環境下且使用頻率極高的公共交通設備必須具有突出的可靠性。

3.1 數字化信號處理技術

當前，在眾多相關領域從業人員的不懈努力下數字信號處理技術變得越來越成熟，使用范圍越來越廣，所能發揮出的作用也越來越全面。借助于數字化處理技術可以有效調整廣播系統中前級信號所需的頻響、電平以及通道等在內的一系列參數，且由此還能夠實現遙測和遙控。這使得各車站間可相互進行調測，由此互相記錄或檢測增益、輸出電平以及失真度等多項指標，從而確保各數據的真實有效[10]。

3.2 先進的控制總線技術

對于標準化與模塊化結構而言，串行總線技術與新一代單片機非常適用，通過使用它們一方面簡化了電路結構和編程過程，另一方面還提高了系統整體的可靠性，同時還便于后期維護。控制總線技術被設計人員賦予了一系列的保護功能，如掉電保護、后退功能以及自動復位等。比起上一代I2C器件，全新的一代不僅簡化了外圍電路，同時還具有一系列更加優異的特性和更多智能化的功能。

4 結 論

總之，地鐵通信系統設計是一項既復雜又系統的工作，要求地鐵通信系統必須具備更高的可靠性。新技術在地鐵通信系統的應用關乎著地鐵行業的發展與未來，因此只有不斷提高和完善新技術在地鐵通信系統的應用，我國的地鐵工程才能更快、更好地發展壯大。