地铁通信系统传输中的宽带化设计技术及应用

代民安

（江苏省设备成套有限公司，江苏 南京210009）

0 引言

地铁通信系统是地铁运营和管理服务中的重要系统，担负着语音、数据、图像和文字等各种信息的传递，以及公务联络、列车运行和管理的控制等重要任务。地铁通信系统是一个复杂的综合系统，通常由传输子系统、公务电话和专用电话子系统、无线通信子系统、广播和视频监控子系统、电源子系统、时钟及同步子系统、自动售票及灾害报警子系统等构成，各系统间互相协调和配合，从而为地铁运营和管理提供有效的通信保障。其中，传输子系统是城市地铁信息通信系统的基础和核心，是连接控制中心与车站/车辆段、车站与车站/车辆段，与其他线路控制中心、公安指挥中心进行各种信息传递的主要通道。对于数字视频/音频、低速数据及高速数据等不同信息的传输，其要求的系统带宽、时延、可靠性等各不相同，同时多业务、高速率、高精准、同步和开放式传输平台和系统的不断建设，对传输系统的网络设计、设备保护、冗余配置、系统升级和扩展，以及系统的管理和维护提出了更高的要求。

1 地铁通信系统中传统的传输技术

较早应用于地铁通信的传输技术是模拟通信，该技术是将模拟信号与载波进行调制，然后在接收端通过低通滤波器将初始模拟信号进行还原，从而实现信息传输。该技术较为成熟，但是其传输信号与噪声叠加，很难被分离，因而信号容易失真，严重影响了通信传输质量，同时该技术也很难满足现在通信业务的多样化需求，已被淘汰掉。

同步数字传输（SDH）是一种基于时分复用（TDM）原理开发的技术，其采用高度标准化、智能化的网络，具有世界统一的接口，可以实现多厂家设备的兼容以及全球范围内的协同管理和操作，并且网络具有强大的自愈功能，传输速率达10～40 Gb/s，曾广泛应用于铁路、电力、高速公路、石油、电信骨干网等专用网络，但是该系统仅针对点对点的电话语音固定传输，对数据和图像等信息的传输支持不够。

异步传输模式（ATM）兼备宽带音频接口和宽、窄带视频接口，一度被称为视频传输业务的最优解决方案，其在传统电话网的电路交换和数据网的分组交换的基础上，还具有面向连接和数据包交换的特点。该技术采用异步时分复用的方式，提供端到端的接入方案，并且可以动态分配带宽，网络带宽利用率较高，但是该系统的技术较复杂，可靠性不高，且高端ATM产品价格昂贵，因此也逐渐淡出通信传输市场。

开放式传输网络（OTN）是一种针对城市轨道交通而专门开发的技术，其基于光纤技术且采用双环路方式，接口类型众多，除 具 有 与 OTN 连 接 的 内 部 接 口 （36 Mb/s、150 Mb/s、600 Mb/s）外，还具有与SDH、ATM等网络外连的接口，如E3（45 Mb/s）、STM4（622 Mb/s）等。该技术性能稳定，在广州地铁1、2号线，南京地铁1号线，上海城市轨道2号线等上都有广泛应用。但是，由于其没有国际标准，难以进行各种协议的互联，不利于系统的升级和扩展，并且其最大容量仅为600 Mb/s，不能满足现代通信传输高带宽的需求。

另外，基于以太网的千兆/万兆以太网技术，具有传输直接快速、距离远、设备成本低等特点，很好地解决了原有以太网多媒体应用无QoS、多链路负载分享等问题，能够满足城市地铁通信系统组网的需求。而粗波分复用（CWDM）技术以其技术简单、容量大、易扩容、波长间隔大、价格便宜等特点，在带宽要求越来越高的城市地铁通信系统中也开始得到应用。

2 传输系统的宽带化设计技术

为了提高地铁各种通信业务的传输质量，势必要增加传输带宽，同时结合地铁轨道建设线路分段开通以及以后延伸的实际要求，地铁通信传输系统必须做到安全可靠，功能和技术先进合理，并且易于今后的网络扩展。

2.1 多业务传输平台（MSTP）

为了满足多种业务传输的需求，在同步数字传输（SDH）的基础上开发了一种面向基础电路连接的多业务传输平台（MSTP），其将传统的SDH复用器、数字交叉连接器、波分复用终端、网络二层交换机和IP协议等多个独立设备集成为一个综合网络设备。该技术扩展了SDH的传统功能，并将以太网技术和异步传输技术与之结合，新增了EoS和AoS这两大核心处理功能，同时以宽带作为开放的业务平台，辅以虚容器级联技术、通用成帧规程技术和链路容量调整机制等，实现了语音、文字、图像等多数据业务在同一个平台上的接收、映射和传输。目前，经过改进，多业务传输平台已经实现了PDH、SDH、ATM、RPR、以太网等技术的一体化，兼具了各级虚容器复用功能和内嵌RPR设备的二层交换机功能，其传输速率可达10 Gb/s，能适用于多业务的综合汇集和传输，现已在上海地铁11号线上得到很好的应用。不过，该技术仍不能摆脱传统SDH中时分复用技术的时隙通道及带宽的限制，不能做到动态分配信道的带宽，在业务量突增时其业务承载能力不足。

2.2 弹性分组环技术（RPR）

为了优化数据包的传输，提出了一种以IP数据业务为主的新型光传输技术，即弹性分组环技术（RPR）。该技术可以支持环形拓扑结构，具备自动倒换保护功能（倒换保护的测试时间为50 ms），并且在光纤断开或连接不成功的情况下，可以对数据传输进行快速恢复。同时，弹性分组环技术兼具了空间复用、双环工作、多点传送等功能，带宽效率得到了有效提高，并且具备千兆以太网可扩展性、灵活性和经济性的特点，技术简单，建设成本较低。同时，其还很好地解决了传统技术中存在的QoS分类和环网保护等问题，实现了网络拓扑自动发现、公平分配、环路带宽共享、业务分类等功能，目前得到了电信运营商的青睐，广泛应用于语音、数据、文字、图像等信息的传输。值得注意的是，该技术可以很好地满足数据业务的传输要求，但对以时分复用为基础的语音电路业务支持不够。

2.3 光分插复用（OADM）＋超宽密集波分复用（UW－DWDM）技术

随着光传输网规模的扩大以及对传输带宽要求的不断提高，密集波分复用（DWDM）系统在铁路轨道交通中逐渐开始得到应用，例如中国铁通京沪穗DWDM工程采用了传输速率为10 Gb/s的C波段40波单纤单向波分复用系统。不过，这种普通的点到点波分复用通信系统虽然传输容量显著增加，但是传输带宽并未进行升级，这就需要灵活的节点才能实现高效组网。但是目前常用的数字交叉连接系统较复杂，很难适应网络传输容量的快速增长，因此光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）等光节点技术开始得到应用，实现了光层上的网络互联。光节点数据传输将由现有的点到点连接转变成透明的网式光网络，同时，随着带宽需求的增加，对每个光纤上的传输容量的要求也更高，一般需要创建光传输网络（OTN）来代替传统的点到点连接技术，不过成本较高。光分插复用器的设备成本较低，且不需要任何电源供应，将其应用于密集波分复用和超宽波分复用（UW－WDM）光网络中，可以将光信号选择性地卸下或插入DWDM网络中，可靠性较高，成本也较低，并且网络扩展性较好。波分复用器集合所有来自激光二极管的光信号，形成光束并将其引入单模光纤（SMF），然后通过半导体光学放大器（SOA）进行放大。而OADM则用于增加或减少通道容量，并将光束引入信号分离器，从而将光束分离成特定波长的光信道，然后进入光网络单元（ONU），并最终根据分插复用过程，将光信道分配给最小或最大数量的用户。

3 结语

随着通信技术的升级和城市地铁交通的快速发展，采用新型、可靠、经济的传输技术对地铁通信系统进行优化设计，对满足地铁通信业务的需求，保证地铁安全、快速、高效运行具有非常重大的意义。

［1］龚小聪.地铁通信传输系统方案探讨［J］.都市快轨交通，2005（2）

［2］王成.广州地铁二号线通信系统设计的有关问题［J］.铁道工程学报，2007（8）

［3］顾明星，董德存.城市轨道交通信息通信系统技术［J］.城市轨道交通研究，2003（6）