河南铁通工程建设有限公司 刘培阳
摘要:从高速铁路专用通信系统的各种需求出发，通过对系统的技术分析，全面掌握高速铁路通信系统所采用的高新技术，了解速铁路专用通信系统的特点，对高铁路通信工程的施工起到理论指导作用。 关键词：高速铁路 通信系统 高新技术 分析
随着中国铁路的跨越式发展，八纵八横的客运专线和高速铁路正在紧锣密鼓地建设之中，为适应高速铁路的运营要求，需要一套先进的专用通信系统对高速铁路运营进行技术支持，保证信息快捷畅通、通信系统功能强大、安全、可靠。为此，从高速铁路专用通信系统的各种需求出发，通过对系统的技术分析，全面掌握高速铁路通信系统所采用的高新技术，了解高速铁路专用通信系统的特点，以指导高速铁路通信工程的施工。
一、高速铁路对通信系统的要求
1.1 信息管理要求
高速铁路要求与沿线行车、旅客服务相关的数据与信息，采用计算机网络相连的方式输送和交换，保证运营的高效，使高速铁路的运营纳入信息化管理。
传统铁路的运营调度方式，是以下达话音指令为主实施行车指挥的。随着列车运行速度的提高，要求行车指挥采用计算机管理、传输指令数据为主的调度方式，在区间控制列车运行的系统也采用计算机和数据控制。
1.3 通信技术要求
高速铁路系统中，要求以数字网络技术对综合调度系统进行技术支撑；较大的站间距需要引入区间接入技术；列车运行控制系统的信息要通过光纤网络传输；车上和地面之间采用综合无线通信系统，且传递信息从运营调度指挥扩大到客运服务、动车组数据与信息；无线通信系统要适应300公里/小时的运营速度。
一是为高速铁路信号、综合调度、信息化系统等专业的业务应用系统提供安全、可靠、高效的通信网网络服务；二是为高速铁路运输提供高质量的调度通信、旅客服务信息、会议电视、移动通信业务。
从上述业务需求出发，高速铁路专用通信网应由统一专用的综合业务承载平台、综合业务接入网及其上的通信业务系统及通信支撑系统构成。具体如下：
1）综合业务传输平台采用光纤传输及用户接入系统；
2）通信业务分为调度及公务话音通信、综合移动通信、数据通信、应急通信；
3）通信支撑系统包括数字同步系统、通信网管系统；
二、高速铁路通信系统技术分析
根据高速铁路对通信系统的要求，对通信系统技术进行分析如下：
2.1 通信传输线路
为了保证各种行车安全信息及控制信息不间断地可靠传输,同时兼顾到高速铁路多种业务需要，光缆中光纤的配置应满足列控光纤局域网、光纤传输系统、区间信息接入与传输、无线光纤直放站的需要，并兼顾远期发展。通常，沿客运专线/高速铁路两侧的槽道内分别敷设一条20芯光缆，利用两条光缆中的各两芯，开通2.5G光同步数字传输系统；利用两芯光纤开设区间信息接入系统（另一条缆中的两芯备用），两纤为区间无线通信直放站予留，两芯用于牵引自动化的远控。利用两条光缆中的各四芯组成环状光纤局域网，传送列控信息。详细的芯线分配见下表。
高速铁路光缆分配使用表
光纤纤号 | 左侧20芯光缆 | 右侧20芯光缆 |
1,2 | 开通2.5Gb/s SDH传输系统 | 开通2.5Gb/s SDH传输系统 |
3,4 | 开通区间接入系统 | 开通区间接入系统 |
5-8 | 开通列控光纤局域网 | 开通列控光纤局域网 |
9,10 | 为牵引供电自动化控制预留 | 为牵引供电自动化控制预留 |
11-20 | 备用 | 备用 |
| | |
A站 B站 C站
光纤传输线路
两条光缆互为备用的原理图
由于高速铁路通信系统设计通过光缆将区间中的ATC信号设备及联锁设备联接在一起，因此，需要利用独立的光纤设置故障—安全型光纤局域网，专门用于传输列车控制、联锁等信号设备的安全型信息。
2.2综合业务承载平台
通过对高速铁路通道需求的分析，高速铁路传输系统需要承载的业务不仅需要有传统的TD
M业务，还包括大量的宽带数据业务、图象业务。因此，通信系统采用基于SDH体制的2.5Gb/s多业务传输平台（MSTP），以利于同时实现TDM、ATM、IP等多种业务的接入、处理和传输。其中基于SDH的多业务传送接点（MSTP）是指基于SDH平台，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供同一网管的多业务节点。
MSTP多业务的接入、综合处理和系统特性，使它能为调度及公务电话、调度集中、电力远动等数据与图象信息由区间接入系统传送到车站的区间提供安全可靠的通道。
根据高速铁路业务容量及种类的需求，承载平台按照两层结构设计：在各站建设2.5Gb/s的多业务传输系统，主要解决车站2Mb/s及以上多业务通道的需求，并为下层提供通道保护；下层建设622Mb/s接入网系统，主要解决2Mb/s以下各种通道需求以及区间内各信息采集点的信息接入与传送。
2.3综合业务接入系统
MSTP虽能提供一些宽带业务，但对于用户需求的窄带业务（话音等）不能满足要求，须使用ONU来完成低速数据和话音的接入，ONU可提供64K或低于64K的低速数据接口。
高速铁路的传输系统除了提供标准的业务接口以外，还要为高速车站旅客服务系统提供专用的音频、监视图像等接口，以将各个旅客服务业务系统纳入到传输系统中。在沿线区间中的信息采集点，其所采集的信息应为低速数据。沿线利用2芯光纤及设在区间适当地点的622Mb/s光接入传输设备，构成区间信息接入系统，将信息从区间传送到车站，再通过MSTP系统传送到综合调度中心。为满足高速铁路站内及区间多种用户的综合业务接入需要，工程建设光接入网，在站内、动车段、综合维修段以及沿线区间信息接入点等地设置具备多种业务接口的光网络单元（ONU），在部分车站设置局端OLT设备，构成一体化的综合业务接入网络。
工程中采用MSTP+ONU方式组成光纤接入网，组织区间用户接入网和站内通信网，统称为多业务接入网系统。分为区间用户接入和站内用户接入两部分。区间采用链形组网，同时用铁路两侧光缆中的2芯光纤在两个车站间作环回保护，组成通道保护环或复用段保护环，提高系统可靠性。车站采用链形或环形组网。
2.4专用调度通信系统
高速铁路专用调度通信系统是全线专用通信网和承载综合调度信息系统的组成部分，是供
高速铁路调度、车站运营部门及维修单位进行行车指挥和业务联系的专用通信系统。鉴于高速铁路采用综合调度系统对全线进行高可靠、高安全的行车控制及统一调度指挥，根据行车及维修业务的需要，它的各子系统均要求性能可靠、功能先进。因此高速铁路综合调度系统除具有话音功能外，还应具有数据和图像等多媒体通信功能，以满足多种调度信息可靠传送的需要。
高速铁路专用调度通信系统采用调度专用交换机统一组织高速铁路综合调度系统通信业务，提供综合调度各子系统内部及系统间的语音、数据和图像等各种业务功能。集成电话交换机将方便灵活的用户功能和调度系统强大的指挥调度功能于一体，不但可满足综合调度（主、副）中心对全线各基层组织、现场站段的语音调度功能，还可与电话交换及非话业务用程控交换机合二为一设置，解决高速铁路沿线各车站内、车站间的话音通信功能，综合造价较经济。接入调度专用交换机的可以有数字话机、G4传真机，基于PC的多功能终端，可以在一台终端上提供话音、数据、图象等多种业务。采用G4传真，用数字信号传输，速度快（小于10秒），不仅满足电话业务而且也满足数据（传真）通信、调度通信等功能，也是高速铁路现代化通信的重要保证。
2.5数据通信系统
高速铁路数据通信网采用分层结构，网络划分为两层：
核心层。采用核心路由器。核心交换层主要任务是高速交换，提供高速路由及交换功能，并作为区域层之间的连接和网间出口，核心层构成网络信息交换和传输的平台。
接入层。采用接入路由器，为所在车站提供接入业务，根据实际链路情况，采用双星或环形方式连接到区域层节点。接入层与骨干层之间采用Nx2M中继速率。
高速数据通信网设立独立的OSPF 自治域，在整个骨干承载网上使用独立的路由设备，路由器间形成部分网状连接，兼顾路由冗余与合理利用传输带宽，管理区（NOC）直接接入核心路由器。
2.6综合无线通信GSM-R系统
传统的机车没有采用大量的信息技术，地面对车辆的管理、对旅客服务的需求均未提到议事日程。而高速动车组，由于采用了机电一体化技术和现代信息技术，大量的信息急需传输到地面维护中心。现代铁路的管理，迫切需要构成地面调度中心与移动体之间的信息交换与传输通道。采用传统的无线通信技术难以满足这一需求，因此采用现代通信技术GSM
作为铁路无线通信平台成为一种必然的选择。
传统铁路上采用着仅能满足调度员与司机对话的简单无线电通信系统。近年来，随着通信技术的发展进步与铁路的需求，欧洲制订了新一代铁路无线电通信标准GSM-R。新系统采用一个综合网络将若干个现有的简单无线通信集成在一起，既满足不同用户的需求，提供共用技术的空间，又为进一步发展奠定了基础。高速铁路GSM-R系统由下列六个子系统组成：交换子系统（SSS）、子系统（BSS）、通用分组无线业务系统（GPRS）、移动智能网系统（IN）、运行与维护子系统（OMC）、移动终端子系统。
高速列车运行的速度是300km/h时，每分钟运行速度达到5公里。按照常规，两个无线电通信基地台沿铁路线的间隔距离是10公里，这就意味着移动车载台、手持台每隔2分钟就要进行一次越区切换。频繁的越区切换处理、高速移动条件下的多卜勒频移对于通话和数据传输的稳定性和可靠性都有着很大的影响，综合无线通信GSM-R系统解决高速铁路运行中的这一问题。
三、结论
高速铁路专用通信网为高速铁路运输服务，能够提供话音、数据、图像等多种媒体的通信手段。根据以上分析，高速铁路专用通信网具有以下主要特点：
3.1服务内容及对象多元化
既有铁路通信网主要为既有铁路运输提供基本的话音、低速数据服务，高速铁路通信网除了为高速铁路运输提供话音、数据、图像等多种媒体的通信手段，还将作为统一的通信平台为信号、综合调度系统、信息化系统等专业提供不同层次、不同要求的通信网络服务。
3.2 网络安全可靠性高
由于高速铁路专用通信网将为信号、综合调度中心、信息化等专业服务，已成为与高速铁路行车安全密切相关的不可或缺的基础设施，其安全可靠性较既有线高。同时，高速铁路的站距长，维修机构综合高效率而统一设置，因此高速铁路专用通信网的可靠性较既有线更高。
3.3 网络专用性强
高速铁路专用通信网专为高速铁路运输服务，不考虑与高速铁路无关的其它方面的需求。同时，高速铁路专用通信网的建设目标追求的是高安全可靠的效益，反映到通信网的技术选择上，就是在技术运用成熟、具备高安全可靠措施的前提下积极稳妥的采用高数字光纤直放站新技术。
参考文献：
1、《高速铁路技术》 中国铁道出版社 2005年3月
2、《京沪高速铁路设计暂行规定》（上下） 中国铁道出版社 2004年12月
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