地铁通信系统中的新技术

王 宾

（中铁十二局集团电气化工程有限公司，天津 300308）

0 引 言

当前，我国众多城市开始纷纷兴建地铁，它已经逐步演变为了公共交通的一个重要组成部分。建设地铁通信系统的意义重大，它能够有效满足语音、数据、文字以及图像传输等多方面的信息需求，为地铁的安全通行创建坚实的保障。此外，其存在是自动售检票系统、广播和闭路电视监控系统、乘客信息系统、时钟与同步系统以及防灾报警等子系统能够正常运行的一大重要前提。目前地铁通信系统在实际运用时还存在着一些问题亟待解决，下文就其实际运用进行较深入的分析。

1 无线互联互通技术

1.1 无线互联互通技术概述

沿海地区有较优越的区位优势，较之内陆发展速度明显更快，会吸引聚集大量人口，而地铁由于具有承载量较大的优势，成为大城市缓解交通压力的最佳工具。当前我国各地纷纷在加紧建设地铁，由此来满足百姓的出行需求[1]。为了更好地协调地铁线路，当前在设计线路时除了延长通行线路，还采用了增设换乘车站的方式，使得地铁能够跨线混跑。而在此过程中所遇到的一大难题就是如何更好实现无线覆盖和互联互通，尤其是无线互联，它是保障地铁能够安全运行的重要前提条件。

1.2 同类型设备的互联互通

1.2.1 单中心交换机

基于多条线路和一个中心交换设备所构成的这一类主要运用于互通互联的设施被称为单中心交换机。当前大多数地铁在建设过程中出于成本考量均会采用此类设备来实现地铁通信的无线互联互通，在运用该设备前往往需要技术人员在线路中接入之前的中心交换机，而此举的主要意义在于系统扩容[2]。同时，采用单中心交换机还有助于简化调度流程，各线路中均存在一个小网络，单中心交换机可以被视为一个大网络设置在各线路上的一个微小构成内容，在增加设备的情况下也能够顺利且高效地进行互联互通。单中心交换机虽然有着上述种种优点，但是也存在着一定的缺点。由于其核心是中心设备，且只有一个中心设备，这就意味着它必须具备很高的性能及较大的容量。即想要实现统一管理多个设备，就需要单中心交换机有强大的数据传输能力。此外，在对该类型设备进行系统扩容时往往也比较困难，相关技术人员需要不间断地来对当前系统进行操作。中心设备是单中心交换机的核心，因此若其出现故障，那么整个线路便会当即瘫痪，且后期的修复困难[3]。

1.2.2 多中心交换机

单中心交换机进一步发展出现了多中心交换机，两者的工作原理相似，后者在前者能够互联互通的基础上，增设了互联互通设施及控制中心。

当前新建的地铁都在积极采用多中心设备来实现互联互通。与单中心交换机相比多中心交换机所需花费的成本更高，其操作也将更为复杂，但从长远发展的角度来看混合中心设备在运用过程中具有更大的技术优势。首先，若需要增设新线路，采用多中心交换机则将大大降低风险和隐患。其次，采用多中心交换机时互联互通设备即使出现了故障，也只是会对跨路中间通信产生影响，而无关线路，因此仍能保持正常工作状态。最后，多中心交换机中的某中心设施发生故障时其余的控制中心仍能够保持正常工作状态，整个通信系统的安全性将得到大大提升。基于两种设备各有优缺点，采用何种设备来实现互联互通要结合实际的环境来进行判断[4]。

2 OTN技术

2.1 OTN技术概述

开放式传输网络又称OTN传输技术，其具有大容量和远距离等一系列传输特点，属于开放式光纤传输技术。具体的系统组成如图1所示，该系统主要由6大单元组成，即光放大单元、光合波与分波单元/光交叉复用单元、线路接口单元、电交叉单元、支路接口单元以及光转发单元。OTN的容量配置和网络速度受到FEC技术、电域均衡技术及光域可调补偿等技术的支持有明显的提高，由此也创造了更好的环境来便于地铁信息传输[5]。

图1 OTN技术工作流程示意图

信息传输速度及其质量主要由各信道的传输能力来决定，信道传输的两大主要指标为信息传输的可靠性和有效性。OTN技术具有较高的可靠性，这是由于该技术的传输网络是由两芯光纤连接而成的，由此可形成两个反向传输环。其在处于工作状态时，若主环投入工作，则次环即为备用环，将在主环出现故障时代替主环投入工作。实践表明，系统运行的可靠度在自动恢复时间不超过50 ms时处于较高水平[6]。

2.2 OTN技术具体应用

为了更好地理解OTN是如何进行工作的，下文将引入一个真实案例，分析在地铁传输网络中OTN技术的应用机理。

2.2.1 传输网络现状分析

本文选择了广州地区某地铁车站传输网改造工程当作案例来开展分析研究，通过对该车站的传输网络进行调查分析后发现，2.5G传输系统为当前该车站所采用的传输网，而在实际运用中该系统主要存在如下4个问题。一是现有的波分设备急需被替换或者是升级，其过于老旧已经无法满足当下的使用需求；二是需要在维护网络运行方面加大投入，由此降低网络设备的故障发生率；三是当前所使用的设备中相当一部分采用的是点对点应用模式，由此降低了系统整体的组网能力，同时还缺乏有效的网络维护管理手段，不仅拉低了网络管理水平，还不利于判别故障位置；四是存在明显的带宽问题，阻碍了信息传输，难以开展新业务[7]。

2.2.2 技术运用策略

当前该车站在改造传输网络的过程中引入了OTN技术，希望由此能够解决前文所提到的多种问题。在具体的改造中，车站以原有线路为基础，为能够开展各类新型业务，提升整个系统传输网络的安全性并保障核心地铁业务能够顺利开展，积极建设全线路覆盖传输网络。待一些基本问题被解决后，基于OTN技术开始传输网络的优化和完善工作。结合该地铁的实际情况，相关设计人员选择了系统帧长为31.25 μs的OTN-150系统。笔者在对OTN技术网络拓扑结构进行分析研究后发现，整体的传输网配置过程中技术拓扑结构将发挥出非常关键的作用[8]。网络拓扑结构依据结构层的不同可大致被分为两类，一类用于描述媒介、节点相互连接与配置情况的物理拓扑，另一类用于描述网络上信息流经路径的逻辑拓扑。前文已提到OTN技术的稳定性和可靠性基于其独特的双环结构能够始终保有较高水平。由此来看，自动修正网路目标在技术层面而言是可以实现的。当前地铁车站所采用的拓扑结构多为物理拓扑结构，其以链型结构居多，同时独立的传输节点几乎存在于各个车站，在光纤的作用下各车站均可相互连接，由此能够形成环形拓扑结构。技术人员在进行系统组网时，在消防无线和无线列调等多个系统中均运用到了音频口卡，同时还在公务系统和故障监视等系统中运用了数据卡和网络卡。此外还将扩音侧广播卡运用在了车站调度中心。综合来看，由此站内的各节点均被科学地连接在了一起，从而基于各站间节点上行与下行线路光缆被合理且有效地连接在一起，自此建成了较为理想的双环网络结构。

由上文内容可知，OTN技术主要被应用于图像传输卡与广播传输卡等方面，下文将针对这部分内容进行具体的说明。一是OTN技术在广播传输卡方面的应用，这项操作的主要目的在于有效监管车站失真的广播信号，且在不增设用于屏蔽信号的电缆传输广播信号的前提条件下，尽可能使广播信号传输保持较高质量[9]。二是OTN技术在图像传输卡方面的应用，车站所有摄像头拍摄到的内容均可以借助于OTN技术以数字的形式实时传输到控制中心，且由于传输带宽数值能够借助于帧结构被精准地确定下来，由此可以有效减少运用图像光端机（如图2）和光纤系统的频次。三是双环网络能够有效保障网络的安全性和可靠性，且具有较强的自愈能力，因此在建设网络构件的过程中，各类带宽均能够在技术层面上实现传送，由此给予了各类业务传输坚定的保障，从而能够明显提高地铁站内通信传输水平。四是OTN技术在音频接口卡和数据接口卡方面的应用，其具体应用是基于地铁各类型业务信号的传播要求来决定，以太网的强化在技术层面是可以实现的，由此实现对于以太网通道的业务物理隔离，从而有效解决IP业务混淆问题，大大降低业务传播风险。此外，为了能够尽可能保障广播及视频等系统的信息传输，相关技术人员还积极优化了对以太网板卡的设计。

图2 图像光端机

3 地铁通信系统中广播子系统的新技术应用

地铁系统的一系列特殊要求几乎都能够被广播子系统方案所满足，其主要原因为广播系统具有包含广播系统的传输联网、故障自动报警以及远程自动监控等在内的一系列优良的技术性能，同时其声音效果绝佳，且操作也十分简便。而对于地铁系统而言，广播子系统作为一种常年处于电磁作业环境下且使用频率极高的公共交通设备必须具有突出的可靠性。

3.1 数字化信号处理技术

当前，在众多相关领域从业人员的不懈努力下数字信号处理技术变得越来越成熟，使用范围越来越广，所能发挥出的作用也越来越全面。借助于数字化处理技术可以有效调整广播系统中前级信号所需的频响、电平以及通道等在内的一系列参数，且由此还能够实现遥测和遥控。这使得各车站间可相互进行调测，由此互相记录或检测增益、输出电平以及失真度等多项指标，从而确保各数据的真实有效[10]。

3.2 先进的控制总线技术

对于标准化与模块化结构而言，串行总线技术与新一代单片机非常适用，通过使用它们一方面简化了电路结构和编程过程，另一方面还提高了系统整体的可靠性，同时还便于后期维护。控制总线技术被设计人员赋予了一系列的保护功能，如掉电保护、后退功能以及自动复位等。比起上一代I2C器件，全新的一代不仅简化了外围电路，同时还具有一系列更加优异的特性和更多智能化的功能。

4 结 论

总之，地铁通信系统设计是一项既复杂又系统的工作，要求地铁通信系统必须具备更高的可靠性。新技术在地铁通信系统的应用关乎着地铁行业的发展与未来，因此只有不断提高和完善新技术在地铁通信系统的应用，我国的地铁工程才能更快、更好地发展壮大。