哈大铁路客运专线通信系统集成实施技术方案

代永维，石 波

(1.中国铁路通信信号集团公司天津分公司，天津 300240;2.北京全路通信信号研究设计院，北京 100073)

1 概述

哈大客运专线是我国重要的长大干线之一，位于东北地区中轴线上，南起滨海城市大连，北至冰城哈尔滨。线路纵贯东北3省，横跨2个铁路局，途经4个枢纽地区。线路全长约904 km，全线共设车站23个、线路所3个、动车所(场)3个、综合维修保养点13个、信号中继站46个、基站321个等。

全线采用集中调度行车指挥方式，调度所设在沈阳。列车运行控制采用CTCS－3级自动控制方式。

通信系统是铁路通信网的重要组成部分，包括传输、电话交换及接入、数据通信、专用移动通信等15个子系统，应按铁道部相关技术规划进行建设。

2 传输通信系统

2.1 系统概述

系统负责为本线各车站、GSM－R基站、线路所、信号中继站、牵引供电和电力供电等业务节点提供传输接入条件，为通信、信号、牵引及供电、客服系统、防灾安全监控等系统提供业务传输通道。

承载的业务种类包括:电话交换及接入系统、数据通信、GSM－R系统、调度通信系统、电源及机房环境监测、应急通信系统、综合视频监控、信号、电力和牵引供电系统、客服、公安、防灾安全监控系统等所需通道。

2.2 组网方案

系统采用MSTP制式，按骨干及本地中继层、接入层2层结构进行组网。

骨干及本地中继层负责完成各主干节点间的业务连接、调度，同时作为整个网络与既有传输系统的互连层。根据承载业务种类、带宽需求及初期配置通道利用率要求［1］，本工程在沿线各通信站、车站等新设基于MSTP的SDH 10 Gbit/s设备，利用敷设于铁路两侧的不同物理径路的2条32芯光缆中的各两芯光纤，构成链型1+1MSP传输系统。

接入层负责接入节点业务的接入、汇聚和转接，将来自站间接入层的业务汇聚到骨干及本地中继层。在沿线各业务节点新设站段级和区间级SDH 622 Mb/s ADM设备构建接入层，提供2 Mb/s通道、10 M/100 M宽带数据的接入，兼顾区间应急通信的接入条件。接入层采用通道保护方式。

在车站之间组建3个622 Mb/s接入环:奇数基站及信号中继站环、偶数基站及信号中继站环、牵引供电专业传输环。

在沿线22个车站、沈阳既有通信站骨干及本地中继层10 Gb/s ADM设备与接入层622 Mb/s ADM设备通过2个622光口进行互联，实现骨干及本地中继层与接入层的互联，需要在各车站间传送的业务通过互联光口进行调度。

为实现站内业务接入点(车站站房、10 kV变配电所、综合维修保养点等)处的2 Mb/s、10 M/100 M通道需求，在以上地点设置SDH 622 Mbit/s ADM设备，分别与各站信号楼通信机房传输设备构成站内通道保护环。

在沈阳、哈尔滨通信站设置网管系统，维护工区设置便携维护终端［2-3］。

传输系统网络结构如图1所示。

3 电话交换及接入系统

3.1 系统概述

本系统由电话交换系统和接入网系统组成。系统满足全线固定语音公务通信和2/4音频电路需求;满足与既有铁路自动电话专网的互联要求。

3.2 组网方案

3.2.1 电话交换系统

本线公务通信电话业务纳入既有铁路固定电话交换网，本工程采用接入网方式解决沿线各节点对电话的需求，不新设程控交换设备。大连、沈阳、长春、哈尔滨既有电话交换机根据本线需求扩容V5.2接口板等板卡。

3.2.2 接入网系统

接入网系统包括接入网局端设备和接入网终端设备。

本工程在大连、沈阳、长春既有通信站和哈尔滨西车站各新设1套OLT设备，同址设置网管系统。在沿线接入点(通信站、车站、动车所、线路所、综合维修点、配电所等)设ONU设备，分别接入相应的OLT设备，构成本线的接入网系统。大连、沈阳、长春、哈尔滨OLT设备通过V5.2接口分别接入铁通大连、沈阳、长春和哈尔滨通信站既有程控电话交换机。由于区间基站无人值守机房不设自动电话，因此上述节点按不设ONU 考虑［4］。

系统组网如图2所示。

OLT与ONU、OLT与既有程控交换机之间通过2M数字接口互联，由于OLT的V5中继为所有ONU共享，OLT上联中继按一定的收敛比配置。ONU提供的用户接口包括POTS(含FXS)、Z接口、RS422和音频口2/4线接口等。

4 数据通信系统

系统为非安全生产和非财务资金往来类应用系统提供业务承载通道或广域网互联服务。承载业务包括2类:一类是高速视频业务(会议电视、综合视频监控);另一类是需要数据联网等业务，例如GPRS互联、通信网管、GSM－R接口监测、动环监控、应急通信和办公业务系统等［5］。

系统属于铁路数据通信网的区域网络，由核心节点、汇聚节点、接入节点组成。

核心节点设置在沈阳、哈尔滨通信站，配置2台核心路由器，实现区域网络与骨干网络间数据的快速转发。同址冗余配置2台路由反射器(RR)，路由反射器同时设置为VPN路由反射器(VRR)［6］。

汇聚节点设置在大连、沈阳、长春(长吉工程实施)、哈尔滨，配置2台汇聚路由器，负责汇聚一定范围内接入节点的业务流量，向核心节点进行高速转发。

接入节点设置在沿线各车站、站所等节点，配置1台接入路由器和1台以太网交换机，负责本地数据的接入，并采用异地双归上联组网方式上联至汇聚节点。同时，未设置数据通信系统节点(如:综合维修保养点，区间基站等节点)，利用MSTP的专线透传与汇聚功能，实现业务的综合汇聚、接入。

为满足GSM－R核心网GPRS业务的接入和互联，在沈阳、哈尔滨核心网机房各设置2台接入路由器(PE路由器)，通过FE接口分别连接到本站2台核心路由器上(P路由器)。PE路由器配置MPLS VPN，满足各应用业务系统使用要求。

本工程在沈阳、哈尔滨通信站分别独立设置1套区域网网管系统和VPN业务网管系统。

系统组网如图3所示。

图3 数据通信系统组网示意

5 专用移动通信系统

系统采用GSM－R制式，承载CTCS－3级列控业务信息，并提供列车无线调度通信、公务移动通信等业务。

系统由核心网、无线网、支撑网(网络管理系统、SIM卡管理系统、接口监测系统)以及无线终端设备等组成［7］。

本工程在沈阳、哈尔滨西通信站分别设置1套核心网设备［8］，包括移动交换机 MSC、GPRS设备(SGSN、GGSN、GRIS)，并接入全路既有核心网北京、武汉等节点，利用北京、武汉节点的全路共用设备(HLR、SCP、SMSC、DNS、RADIUS 等)为本线提供服务，互联通道由2个独立物理路由的传输系统提供。本线MSC采用R4软交换平台，按1+1冗余备份配置，MSC Server采用1+1主备方式、MGW采用负荷分担方式。

无线网采用单网交织结构，提高系统的可靠性。若发生单点设备故障，系统仍可提供服务。根据业务需要，车站采用O4或O3基站、区间采用O2基站。全线基站按3～5个基站组成1+1 2M数字环，任意节点或电路中断的情况下，BTS可通过备用2M电路与BSC通信，继续提供服务。

无线终端设备根据本线需求配置，包括机车综合通信设备(CIR)、手持台等。

为满足CTCS－3级列控承载业务要求，本线新设的MSC通过互联功能单元(IWF)板与列控系统RBC互联。本工程在沈阳设置8套RBC设备，其中1～6号RBC管辖沈阳局部分区段，7号RBC管辖沈阳局、哈尔滨局部分区段;8号RBC管辖哈尔滨局部分区段。因此，沈阳 MSC与1～7号 RBC互联，哈尔滨MSC与8号RBC互联，每个RBC与MSC之间中继电路按5个(4个主用，1个冷备)考虑。MSC至RBC之间的传输通道由2个独立物理路由的传输系统提供。

为满足CTC系统要求，GPRS系统通过GRIS与CTC系统GSM－R通信服务器互连。GRIS通过新设的2台三层路由设备(CE路由器)接入数据网在核心网机房设置的接入路由器(PE)，CE之间开启VRRP协议实现主备冗余备份，CE与GRIS之间采用双端口、双链路连接方式，并开启MSTP协议，提高系统可靠性。GGSN采用OSPF协议，SGSN、GRIS采用静态路由协议［9］。

系统组网如图4所示。

图4 GSM－R系统组网示意

6 数字调度通信系统

6.1 系统构成

系统由调度所调度交换机、车站调度交换机、调度台、值班台、其他有线终端(电话分机)、网管、录音仪等组成。系统与GSM－R系统互连，实现有线和无线调度业务互通，提供各类调度通信业务(个呼、组呼、多优先级呼叫等)。

6.2 组网方案

系统按铁路局维护管界进行组网［10］，在沈阳、哈尔滨新设调度所调度交换机各2套，实现调度所调度交换机的同城异地冗余备份。沈阳、哈尔滨调度所调度交换机通过长途传输通道互联，并与铁路局所在地既有调度所调度交换机互联。

在沿线各车站、段所等设置车站调度交换机。各车站调度交换机分别以2 Mb/s环方式接入所属路局管内新设主、备用调度所调度交换机。

系统用户包括列车行车调度、牵引供电电力调度、动车调度、综合维修调度等。本工程在沈阳设置调度台(如列调、电调、牵引供电调度、动车调度等)，在沿线各车站、动车所值班室设置车站值班台，通过2B+D接口接入车站调度交换机，车站值班台预留2 M口。为保障沈阳、哈尔滨铁路局间调度区段的通信，在扶余北、双城北设置1台调度分机，分别接入双城北、扶余北车站调度交换机。

本线新设的调度所调度交换机与本地GSM－R网MSC交换机互联，调度所调度交换机采用主备工作方式。

7 会议电视系统

系统为本线运营管理提供高清晰图像服务，通过与铁路局既有铁路会议电视网互联，参加全路各种规模的电视会议。

系统由会议电视中心设备、会议电视会场设备、网管设备等组成。

系统采用数据通信系统进行承载，基于H.323架构，建立本线会议电视平台，视频编码采用H.264压缩编码格式。

本工程在沈阳和哈尔滨铁路局会议机械室各新设1套会议中心设备，配置网守(GK)、多点控制单元MCU、资源管理和网管设备，支持H.320和H.323协议。在沈阳设置1台GK及网管设备的客户端PC机，用于对全线的会议进行管理。

本工程在沿线车站(场)分别配置分会场设备1套(包括会议电视终端、摄像机、电视、调音台、功放、音箱、麦克风)并按管辖范围分别接入沈阳、哈尔滨新设MCU，MCU到车站会议电视终端之间逻辑上采用星形结构组网方式。系统组网如图5所示。

图5 会议电视系统组网示意

新设主会场设备中的H.323会议终端通过音、视频线与既有会议电视系统H.320会议终端连接，实现与既有会议电视系统的互联。当本线参加路局会议时，通过与既有会议电视主会场设置的2台视频终端模拟转接。

会议终端接入原则根据站房设计情况确定，可采用综合布线系统连接方式或光纤传输方式。

本系统在沈阳和哈尔滨各新建1套会议电视系统网管设备，按照路局管辖范围分别对本线会议电视系统进行管理。

8 应急救援指挥通信系统

系统由应急指挥中心设备、传输通道和应急现场设备等组成。系统具有对事件现场的抢险救援信息(语音、数据、静态图像和动态图像)进行采集、实时传送、处理的功能，实现事故现场和应急指挥中心实时信息交互。

本工程在沈阳、哈尔滨铁路局调度所新设1套应急救援指挥中心设备，在营口东、沈阳、新四平、新扶余、哈尔滨5个保养点各配置1套应急现场设备，包括应急接入设备、现场无线摄像设备、现场移动手机交换设备、发电机、野战光缆和5.8 G宽带无线接入设备。应急接入可采用卫星、野战光缆、无线和电缆接入等方式。

本线应急中心与应急通信接入点之间采用数据网进行信息传送，采用FE接口。

9 通信综合网管系统

全路通信综合网管系统按两级进行组网，本系统属于第二级网管系统［11］。

系统管理范围包括传输系统、电话交换及接入系统、数据通信系统、专用移动通信系统(OMC－S、OMC－D、OMC －R、OMC －T、GRIS网管等)、调度通信系统、综合视频监控系统、时钟及时间同步系统、通信电源及环境监控系统、通信线路等。可管理各系统网络资源，并具备性能数据采集、处理、报表生成、分析等功能。

本工程在沈阳、哈尔滨新设1套铁路局通信综合网管系统，能满足管理5 000个等效网元的能力，并预留平滑升级的管理能力。在沈阳、哈尔滨铁路局通信科，沈阳、哈尔滨铁路局通信科、电务段以及沿线综合维修保养点设置1套远程操作维护终端，实现对告警的监控、资源数据的核对等功能。

10 同步及时钟分配系统

10.1 系统构成

系统由频率同步系统和时间同步系统组成，精度满足通信系统及各种应用系统的要求。

10.2 组网方案

10.2.1 频率同步系统

本工程利用铁路既有大连、沈阳、长春、哈尔滨数字同步设备，采用主从同步方式，为本线各通信子系统提供同步时钟信号。

传输系统的骨干及本地中继层MSTP设备分段从大连、沈阳、长春、哈尔滨既有的BITS设备引接所需的主用定时信号，从相邻BITS设备引接备用定时信号。

传输系统的接入层MSTP设备分段从骨干传输层提取线路时钟信号。

10.2.2 时间同步系统

本工程在沈阳、哈尔滨西通信站分别新设二级时间同步节点设备，包括卫星接收设备、主备二级母钟及时间分配设备(NTP服务器和RSS422接口箱)、时间显示设备、网管设备，为通信子系统各业务网管系统和业务网元设备提供时间服务，同时，预留从铁道部(一级时间同步设备)的信号源接引信号的接口。

在车站、段所设置三级时间同步设备。

二级时间同步设备与车站三级时间同步设备(信息专业负责设置)之间，通过传输及接入系统提供的64k专线链路传送DCLS时间同步信号，为三级时间同步设备的主用输入信号。三级时间同步设备的备用信号为卫星接收信号［12］。

沈阳、哈尔滨设置的各业务系统服务器所需时间信号从新设的二级时间同步分配设备接引，车站客服专业等所需时间同步信号从三级时间同步分配设备接引。

系统组网如图6所示。

图6 时间同步系统组网示意

11 电源系统

本线通信设备用电类型有2种:一种是－48 V直流用电设备;一种是220 V/380 V交流用电设备。本工程根据通信设备用电需求，分别设置－48 V直流电源及UPS交流电源。传输接入、GSM－R无线、调度通信等直流用电设备，采用高频开关电源设备和阀控式密封铅酸蓄电池组直流电源系统供电。高频开关电源配置2组蓄电池组，后备时间车站为1 h，区间为3 h。交流通信设备采用不间断交流电源(UPS)系统和后备电池组供电，UPS设备配置1组蓄电池组，后备时间车站为1 h，区间为3 h。

供电系统建设方案包括2种类型。

类型一:对于车站、段所等节点，耗电量较大，通信电源系统高频开关电源和不间断电源UPS分别从电子配电柜接引。

类型二:对于区间节点，耗电量较小，不间断电源UPS从通信电源系统高频开关电源的交流配电单元接引。

高频开关电源设备的整流模块按N+1冗余备份配置，采用负荷分担工作方式。

12 综合视频监控系统

系统实现对沿线车站重点部位，区间公跨铁桥，隧道洞口，通信、信号机房内，牵引供电、配电所内外等处的视频监控，由视频核心节点、视频区域节点、视频接入节点和视频采集点组成。其中视频核心节点设在铁道部，本线只考虑视频区域节点、视频接入节点、视频采集点设备和网管设备，并预留接入铁道部视频核心节点的互联条件。

在沈阳、哈尔滨既有通信站新设视频区域节点。在沿线各车站、动车运用所设置视频接入节点，实现周边采集点视频信息的接入、存储、管理、分发及上传。在前述车站重点部位等处设置视频采集点。采集到的视频图像通过光端机传输到就近的通信机房，再通过接入层传输系统传输至附近的车站等视频接入点。系统组网如图7所示。

图7 综合视频监控系统组网方案示意

本工程在沿线车站行车室(车站值班员处)、综合维修保养点、公安派出所等处设置视频监控终端，根据各专业授权不同，视频监控终端可实现对管辖区内视频采集图像的实时监控和对存储图像的调用。

13 通信电源及环境监控系统

系统实现对通信交、直流电源设备、空调设备的工作运行状况及通信、信号机房环境的监控，并具备与综合视频监控系统、机房照明等系统联动功能。

本工程在沈阳、哈尔滨设置一级监控中心设备，在大连、长春、哈尔滨设置二级监控中心设备。中心站设备包括中心服务器、数据库服务器、操作终端、网络设备等设备。在大连、沈阳、长春和哈尔滨电务段、通信车间等设置远程操作维护终端。

沿线各通信、信号机房和直放站远端机机房设置监测分站RTU设备，对机房温度、湿度、烟感、红外、水浸、门磁进行监控。

14 防雷及接地

(1)无线GSM－R铁塔及天馈线系统防雷

铁塔顶部安装避雷器，利用铜带引下至接地，铜带需作防锈防盗处理;避雷针高度应保证天线及铁塔在避雷范围以内。GSM－R天线馈线为同轴电缆，加装保护装置，防止感应雷通过馈线损坏设备。

(2)电源系统防雷

电源系统防雷以电力专业为主，在通信机械室内，电力专业负责在交流配电设备处设B级防雷装置，通信专业负责考虑C级防雷要求，开关电源和UPS电源均需配置防雷装置

(3)综合视频监控系统防雷

室外摄像机采用电源、视频、控制线(三种功能于一体的)组合式摄像机防雷保护装置;室内采用电源、视频、控制线防雷保护装置。

(4)接地系统

本线车站、区间各通信机械室设备接地利用房屋接地装置，与建筑防雷接地合用1组接地体。无线通信系统铁塔设置接地装置。接地装置距离综合接地系统的贯通地线20 m以内时，接入综合接地系统［14］。

15 通信线路

通信线路包括干线光缆、地区及站场内电缆以及短段光缆等。

本工程在铁路两侧电缆槽道内分别敷设1条32芯干线光缆，光缆分配原则根据系统集成各专业光纤需求确定。干线光缆芯线分配见表1。

表1 干线光缆芯线分配

在站场通信线路采用市话电缆;站场内各接入点间敷设通信8芯或12芯光缆，构成站场内环行光网络。此外，直放站远端机至近端机间、综合视频监控系统室外节点与相邻传输节点间的铁路两侧敷设8芯光缆。

16 段(所)综合布线系统

系统由工作区子系统、水平子系统、垂直子系统、设备间子系统、管理区子系统和建筑群子系统组成，支持普通语音通信及计算机数据通信。如图8所示。

图8 段(所)综合系统构成示意

本工程在车站站房、段所、保养点等大型房屋新设综合布线系统。办公区的综合布线，按2个数据信息点/10 m2配置;站房内办公区面积相对较少，按1个数据信息点/10 m2配置。

17 结语

总之，客运专线通信系统是铁路通信网的一部分，应严格按照铁路通信网相关技术规划要求进行组网，确保网络结构合理。同时，还应充分考虑本线实际需求，保证网络高效、安全、可靠、畅通，使网络便于维护管理，具有可扩展性，满足本线开通要求和未来发展要求。

［1］铁道部运输局.运基通信［2010］359号 铁路客运专线通信技术装备标准［S］.

［2］铁道部运输局.运基通信［2010］359号 铁路客运专线通信技术装备标准［S］.

［3］铁道部运输局.铁运［2009］36号 关于客运专线固定设施维修管理有关问题的指导意见［S］.

［4］铁道部运输局.运基通信［2010］359号 铁路客运专线通信技术装备标准［S］.

［5］铁道部建设司.铁建设［2010］3号 铁路数据通信网设计规范［S］.

［6］铁道部科技司铁道部运输局.科技运［2006］120号 铁路GSMR移动通信网络技术体制［S］.

［7］铁道部运输局.运基通信［2009］338号 铁路GSM－R GPRS网络互联技术方案指导意见［S］.

［8］铁道部科技司铁道部运输局.科技运［2009］590号 铁路客运专线调度通信组网研讨会议纪要［S］.

［9］铁道部运输局.运基通信［2008］553号 铁路通信综合网络管理系统技术条件(V1.0)［S］.

［10］铁道部运输局.运基通信［2008］599号 铁路时间同步网技术条件(V1.0)［S］.

［11］铁道部运输局.运基通信［2008］630号 铁路综合视频监控系统技术规范(试行)［S］.

［12］铁道部.铁建设［2007］39号 铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定［S］.