接入网技术在铁路通信中的应用及其发展

王晓燕

摘 要：随着我国经济的快速发展和现代化进程的不断加快，铁路建设也迎来飞跃式的发展。铁路通信网作为保持铁路系统安全、稳定运行的支柱之一，也在不断扩展和完善。铁路列车向高速化和准高速化方向的迈进在一定程度上对通信服务和业务水平提出了更高要求和标准，而先进的无线通信和有线通信传输方式的广泛推广和运用使铁路通信网在一定程度上得到了全面的提升，从而也实现了铁路通信在经济效益和社会效益方面的突出贡献。主要介绍了网络在铁路中的运用现状和发展情况，并就铁路通信工程接入网的建设进行了探讨。

关键词：铁路；接入网技术；有线通信；无线通信

中图分类号：TN915.6 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0142-03

铁路通信网犹如铁路的中枢神经系统，这决定了它在铁路运输中占据着不可替代的地位。在实现集中、统一指挥铁路方面，通信是一种非常重要的手段和方法，也是保证行车安全、提高运输效率和改进管理水平的重要设施。铁路通信网不仅要满足指挥列车运行、组织运输生产和进行公务联络等要求，还要做到迅速、准确、安全、可靠。铁路通信是专门为铁路的运输生产、经营管理、生活服务等建立的一整套通信系统。铁路专用通信是直接为运输生产一线服务的，因此，在铁路运输中必须要有先进的通信手段，并且时刻保持良好的通信质量。

众所周知，高速运行是铁路列车的重要特征之一，因此，在铁路通信网中，无线接入网的比例将会很大。比如，各个单位、车站以及一些固定的设施之间就需要这种通信方式。SDH传输设备仍然在大面积的使用，因此面对如此快速的发展，我们必须采取先进的技术来构建光纤接入网和骨干网。在这种情况下，IP网通信和ATM交换技术的使用便成了最佳的选择。除此之外，我们还可以对数字环路载波和远端用户单元等设备进行选择，对即将投资的成本和即将达到的效益进行综合考量之后再组建相应的通信网。这样，不仅可以使用户和旅客得到最优质的服务，同时还可以满足今后几年内铁路的通信需求，可谓一举两得。此外，便于扩容的功能也不容忽视。

我国铁路传输网分为3层，即长途干线网、局间中继网和区段接入网。铁路通信网也可以依据这种分层方式进行划分。就铁路通信网而言，接入网将占有相当大的比重，可将其分为无线接入网和有线接入网2个独立的部分。铁路有线接入网的状况与电信接入网通信有异曲同工之处。之所以出现这样的结果，是因为铁路电信网是铁路部门的基础，对组建铁路网有很大的影响，而且在一定程度上可以支持更多的多媒体通信能力和多信息服务。多媒体通信能力和多信息服务会影响到全国的网络，因此，铁路通信将有可能成为面向大众的计算机互联网络单位。

1 铁路接入网技术现状

接入网技术是影响铁路通信技术的关键。由于现有光纤技术的运用和发展、原先用户铜缆接入的广泛性导致了当我们准备接入网建时，必须对现在的状况和今后的发展加以考虑，同时这也决定了接入网技术的多样性。在接入过程中，无线接入和有线接入是接入网的两种接入方式。

电信的接入通信网与铁路的有线接入网极为相似。无线列调系统目前在铁路通信的无线接入部分被广泛运用，它的工作任务是传输车站值班员与其管辖区内的工作人员之间的对话。

铁路接入网系统主要停工的业务有：自动电话，2 M、64 K数据，ISDN和各种音频，其主要服务的对象是各单位的信息管理系统和各专业的远程监控系统。铁路接入网有以下几个特点：①在组建网络时，铁路接入网可以灵活采取各种方式，使铁路通信在可靠性方面得到了有效的保证。②铁路接入网在节约投资和电路上具有较大的贡献。由于它在一定程度上可以按照铁路上各个业务站的不同需求提供不同的服务，同时，当遇到同类的业务时可以进行相应的整合，达到节约资源的目的。③铁路接入网采用高集成方式接入有自动电话业务的用户，这在一定程度上不仅降低了投资的成本，而且也使自动电话在铁路上的运用得到了很大程度的支持和帮助。④对铁路各个车站的信息进行全方面、有效的管理是铁路接入网的重要特点和作用。

下面列举几种常用的接入网技术。

1.1 有线接入技术

目前，有线接入技术较为常用的是数字式高速传输闭路技术。该技术的信号传递形式为以两三对双绞线为传输介质，数字信号以对称、双向的方式进行传输。这种信号可以传输3～5 km，且资源下载和上传具有相同的效率。另外，为了提高传输效率，采用了消除返回波的形式，彻底达到了在两条双绞线的全功率传输，并在此传输过程中加入了特定的校验编码，通过这种手段提高传输信号的正确率；采用多对双绞线并行的传输方式，有效地控制了单条双绞线上的传输压力，相应地提高了没有中继的信号传输距离。

1.1.1 在客票系统中的应用

近端连接是指本地售票站（点）直接通过电缆线路与客票中心数据库相连，不牵涉其他传输网。这时，我们需要解决的只是电缆线路2 Mbit/s传输问题。远端连接是指售票站与客票中心数据库的连接既有地区电缆，也牵涉到光纤传输网。这时，我们除了需要解决电缆线路2 Mbit/s传输问题外，还涉及光纤传输网G.703 2 Mbit/s口与路由器V.35口的转换问题。在这种应用中，主机从机与时钟方式不可互换，HDSL系统时钟跟随传输网时钟。

1.1.2 在可视会议系统中的应用

在铁路局至铁路分局的可视电话会议系统中，我们在现有的电缆线路上采用了HDSL设备，解决了长途通信站至可视会议室间的本地2 M数字通道，避免了为单一用户铺设专用光纤的过剩投资浪费，既降低了工程造价，又大大缩短了施工周期。

1.1.3 在专用交换机联网中的应用

在铁路运输调度指挥管理信息系统工程中，为了保证铁道部至各铁路局调度专用交换机间语音、数据、图像的传递和交换功能，交换机间采用数字2 M通道，长途通道由现有的光纤传输网来解决；而长途传输室至调度专用交换机之间的400 m地区，2 M通道则可在现有电缆上加开HDSL来解决。这样，与为单一用户铺设光纤相比，既节省了开支，又大大缩短了施工周期。

1.2 无线接入技术

在网络中部分或者全部接入无线传输媒介的方法被称为“无线接入网”，其最主要的作用是为了给用户提供移动终端业务和固定终端业务。无线接入的方式有两种，即移动接入和固定接入。随着信息技术的迅速发展，人们将程控交换技术、微处理机技术、通信技术和计算机网络技术进行了巧妙的结合，产生了一种新的运用系统——集群通信系统，一种具有强大功能的移动通信系统。集群通信系统将控制、通信和交换进行了有效的结合，然后通过无线拨号的方式，以一种最优的方式把一组信道分配给系统内的所有用户。这样，不仅在一定程度上提高了通信服务质量，而且也有效地降低了系统内的呼损，从而使频率资源和系统资源在最大程度上得到了合理的利用。

由于铁路通信网结构具有其自身的特征，这在一定程度上决定了它与其他通信网之间的差异，因此，铁路通信网更是一种“以线为主、线面结合”的链状网。

目前，400 MHz的无线列调系统在铁路通信的无线接入部分被广泛运用，它的工作任务是传输车站值班员与其管辖区内工作人员之间的对话。通话一般是在列车进站或者出站的时候，而当列车在路上行驶时，是不通话的。然而，随着时代的发展，铁路的现代化建设也在不断得到完善，铁路无线通信的需求在一定程度已经不能得到相应的满足，这就要求我们必须重新组建一套与现代化铁路运营相匹配的无线通信系统来满足现代化铁路发展的需求。现代化的铁路无线通信系统的常见功能有以下几个：①地面铁路维护、工程施工、安全检查等人员与站台值班人员的通信联系；②地区与站场的调车、列检、客货运组织等的生产指挥；③行车调度员和车站值班员对列车的无线调度；④不同列车的司机、列车乘务员、乘客等相互之间或与地面人员的通信联系；⑤用于包括列车自动控制、防护和铁路沿线各道口控制的无线遥控；⑥用于通过列车车次、机车号的功能识别码呼叫。此外，铁路无线通信的接入网方式多种多样，通常采用的有GSM（全球移动通信系统）移动通信方式、集群通信方式和CDMA移动通信方式。

强拆、强插、组呼、群呼等是集群通信系统特有的功能，因此，就该系统的功能来说，它在应急、抢险和调度指挥等方面的运用非常广泛。除此之外，该系统还能够在通信频率上做到合理分配，因此，在铁路移动通信中，该系统一直备受青睐。

借助轨侧蜂窝来实现传输的蜂窝系统是解决铁路通信网络的又一有效手段。这种方法的主要优势在于其收发信号没有延时现象，但其也有弊端，即在高速运动中信号接收的稳定性和速度无法得到保障——运动速度越快，其收发信号的质量也就越差。目前，市场上的3G运行参数在列车飞速行进的过程中无法提供可以满足用户体验要求的收发速度。从更加深远的角度来探讨铁路通信网络的发展，需要将借助轨侧蜂窝来实现传输的蜂窝系统作为技术突破方向，其主要实现手段为：在传输方式上利用Wimeax或者Wi-Fi2为技术手段，将小区的有效范围控制在0～100 m内，然后在小区的外形构造上进行合理的设置。在使用50～280 G的高频发射微电波时，就可以为高速行进的列车提供有效的数据传输服务。另外，缩小小区的有效范围可以提高频带的重复利用率，据此可以实现整个小区的无线覆盖，为小区用户提供无线服务，提高用户体验度。接着在铁路轨道的两侧敷设80 GHz的高频率发射天线，构建成一个完整的蜂窝网络。同时，在高速行进的列车上搭建多个连接天线，用此实现与两侧蜂窝网络的无线传输功能。目前，小区的无线覆盖面越来越小，而列车速度在不断加快，随着这一情况的发展，接收传输的无线连接将会变换得越来越频繁，时速达到300 km的高速列车经过覆盖直径在100 m的小区时，无线连接的变换频次为1.2次/s，而在目前运行的无线传输技术中，正常的更换频次为0.1～1次/s。由此可见，铁路通信网络采用这种传输技术无疑会提高信息的传输速度，但却影响了整个网络的利用效率，更改这种弊端势在必行。据此，无线传输组织 IETF经过研究，建设性地创建了移动IPV6协议。该协议主要是通过改变用户设备的IP地址来保持与互联网的有效连接。此前运行的IPV6协议其无线连接的更换频次仍以秒为计算单位，从理论上讲，在高速行进的前提下，仍然无法保证无线传输的速度。在技术层面上要想实现真正的突破，还需要引入一些新的观点和理念。从当前来讲，这一领域已经出现了不少新的计算方法，较为突出的设想是可以借助GPS预先判断运动中的无线接收设备进入的下一个小区，预先对小区进行切换处理，提高无线传输效率。那么，出现的更为突出的矛盾则是，随着小区覆盖直径的不断缩短，要想构建符合要求的蜂窝网络，就需要在铁路两侧建设更多的传输基站，这无疑会大大提高铁路通信网络的建设费用。对于成本问题，有关人员提出了以下方案：采用光载无线通信技术。这种自黏性的技术是通过把蜂窝技术和波分复用（WDM）技术进行有效结合而形成的新型技术——移动小区技术。所谓的“移动小区技术”，是指一个中心管理站对其左右的基站进行集中管理，从而使所有基站都具有不同的射频载波。而后把中心管理站中的基站与小区天线通过WDM环网相互连接，以此来实现列车速度与小区频率的同步变换，最后达到列车天线接收频率维持不变的目的。该技术只能在铁路的运营环境中使用，这是因为这时旅客的集中和速度是相同的。随着当前技术的不断发展和完善，变换WDM波长上射频的方案被提了出来。这个方案主要利用的是AWG结合光开关，由于多个波长的信号被输入到相同的G入口，在经过出口时，它们的分布状态会出现差异，这时再利用光开关技术进行相应的切换，使WDM波长上射频的变化功能得以实现。因为基站是不变的，所以在今后的发展和研究中，我们可以利用这一点来减少基站的数量，从而在一定程度上降低网络建立的成本。随着移动小区技术的运用，在物理层通过简单的光开关便可完成通信链路层的握手过程。目前，光开关技术已经得到了广泛的利用，今后的发展目标就是在一定程度上通过完善光开关结构，进一步缩短握手时间。

2 铁路通信中接入网的发展过程

根据功能分类，铁路干线通信网络属于铁路干线运输服务行业所用的专属网络。因受到铁路行业特殊的社会性质和运行管理机制的影响，铁路通信网络在创建和发展的过程中已经与现行公用网络的发展脱轨。随着市场经济的不断发展，服务业的竞争越来越激烈，在此推动下，铁路通信网络也在逐步转型，向迎合大众性的盈利性服务发展。为了有力地推动此项转型的顺利进行，铁路总公司也在逐步加大对铁路通信网络的建设力度，一大批建设项目正在逐步开展。同时，建设数字化通信网络、信号传输媒介全部采用光缆，提高了信号处理交换设备的自动化程度。在传输网络与处理交换网络不断更新换代的同时，能更加体现用户感受的接入网络模式不能被忽略。随着我国高速铁路的发展，高速列车与地面的无线通信需求也呈逐年上升的趋势。比如列车控制信息和面向用户的宽带无线接入业务，列车上的乘客可使用的2G、3G无线蜂窝系统通信，但在高速移动环境下，通话质量及数据速率都有所下降；在350 km/h高速运行宽带的无线接入中，利用宽带无线接入系统中已成熟的Wi-Fi技术、WiMax技术和在高速移动环境下系统中已经被广泛推广的RoF（Radio over Fiber）技术来降低或消除多普勒频移和快速越区切换对系统的影响。

2.1 接入网的优越性

铁路通信网络在接入网络的建设和发展问题上有其专业的要求——在接入网的建设中是否遵循了“提高网络容量、降低网络局所”的原则，而这种要求会直接影响接入网络的优势是否能够得到充分体现。在新的铁路通信网络的创建过程中，必须有效控制接入网中的节点数量，尽可能地放宽信号交换设备的放号宽度；在网络控制权限上降低交换网络的控制级别，升级网络组织架构，避免接入网络中分支和控制远端的模块化管理。这样做，一方面为铁路通信网的稳定性提供了保障；另一方面减少了整个网络的维护费用。此外，在新的铁路通信网络的创建过程中，对于程控交换设备和网络信号收发设备应尽量选择同一品牌，将接入网络的创建和SPC的创建有机地统一起来。这样可以提高信号传输的效率，保证整个网络传输畅通。

2.2 铁路通信接入网的安全性和可靠性

对于铁路网络通信来说，如何保证接入网络的安全性和可靠性已经成为研究铁路通信网的重中之重。铁路通信网正在迅速发展成为一个高度数字化的大型通信网络。由于铁路运输指挥系统、调度管理信息系统、客票预售系统、客货运管理、车辆追踪等大量铁路运输生产工作对通信网络具有高度的依赖性，因此通信网络的可靠性、有效性和运行效率至关重要。

随着社会信息化的快速发展，铁路通信网承担着两大重任：在网络通信服务功能方面，它需要更完善、更有保障性的通信网络作为支持，以达到列车高速化对通信网络提出的要求；充分发挥铁路网络通信全网的优势，使旅客和网络覆盖区的广大用户能更加方便地享受网络信息服务。铁路通信网是保证行车安全、提高运输效率的关键。现今网络通信技术层出不穷，在列车的通信要求得到基本满足的前提下，铁路通信网络的接入方式应该寻求多样化，尤其是现在被多数青年人热捧的无线接入方式。我局几条新线路的开通对铁路通信提出了更高的要求和标准，对以前建设过程中存在的弊端应给予足够的重视，尤其是在未解决的技术性难题上，需要给予更多的关注，因为只有解决了这些问题，才能实现更加完善的铁路通信。

参考文献

[1]李元元，张婷.接入网技术[M].北京：清华大学出版社，2014.

[2]董延山.通信网络基础与设备[M].北京：电子工业出版社，2012.

[3]孙运来.数字通信系统[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[4]王邠.铁路通信技术[M].北京：中国铁道出版社，2008.

〔编辑：刘晓芳〕