地鐵通信系統(tǒng)傳輸中的寬帶化設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用

代民安

（江蘇省設(shè)備成套有限公司，江蘇 南京210009）

0 引言

地鐵通信系統(tǒng)是地鐵運營和管理服務(wù)中的重要系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著語音、數(shù)據(jù)、圖像和文字等各種信息的傳遞，以及公務(wù)聯(lián)絡(luò)、列車運行和管理的控制等重要任務(wù)。地鐵通信系統(tǒng)是一個復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，通常由傳輸子系統(tǒng)、公務(wù)電話和專用電話子系統(tǒng)、無線通信子系統(tǒng)、廣播和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、時鐘及同步子系統(tǒng)、自動售票及災(zāi)害報警子系統(tǒng)等構(gòu)成，各系統(tǒng)間互相協(xié)調(diào)和配合，從而為地鐵運營和管理提供有效的通信保障。其中，傳輸子系統(tǒng)是城市地鐵信息通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，是連接控制中心與車站/車輛段、車站與車站/車輛段，與其他線路控制中心、公安指揮中心進行各種信息傳遞的主要通道。對于數(shù)字視頻/音頻、低速數(shù)據(jù)及高速數(shù)據(jù)等不同信息的傳輸，其要求的系統(tǒng)帶寬、時延、可靠性等各不相同，同時多業(yè)務(wù)、高速率、高精準(zhǔn)、同步和開放式傳輸平臺和系統(tǒng)的不斷建設(shè)，對傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、設(shè)備保護、冗余配置、系統(tǒng)升級和擴展，以及系統(tǒng)的管理和維護提出了更高的要求。

1 地鐵通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)

較早應(yīng)用于地鐵通信的傳輸技術(shù)是模擬通信，該技術(shù)是將模擬信號與載波進行調(diào)制，然后在接收端通過低通濾波器將初始模擬信號進行還原，從而實現(xiàn)信息傳輸。該技術(shù)較為成熟，但是其傳輸信號與噪聲疊加，很難被分離，因而信號容易失真，嚴(yán)重影響了通信傳輸質(zhì)量，同時該技術(shù)也很難滿足現(xiàn)在通信業(yè)務(wù)的多樣化需求，已被淘汰掉。

同步數(shù)字傳輸（SDH）是一種基于時分復(fù)用（TDM）原理開發(fā)的技術(shù)，其采用高度標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的網(wǎng)絡(luò)，具有世界統(tǒng)一的接口，可以實現(xiàn)多廠家設(shè)備的兼容以及全球范圍內(nèi)的協(xié)同管理和操作，并且網(wǎng)絡(luò)具有強大的自愈功能，傳輸速率達10～40 Gb/s，曾廣泛應(yīng)用于鐵路、電力、高速公路、石油、電信骨干網(wǎng)等專用網(wǎng)絡(luò)，但是該系統(tǒng)僅針對點對點的電話語音固定傳輸，對數(shù)據(jù)和圖像等信息的傳輸支持不夠。

異步傳輸模式（ATM）兼?zhèn)鋵拵б纛l接口和寬、窄帶視頻接口，一度被稱為視頻傳輸業(yè)務(wù)的最優(yōu)解決方案，其在傳統(tǒng)電話網(wǎng)的電路交換和數(shù)據(jù)網(wǎng)的分組交換的基礎(chǔ)上，還具有面向連接和數(shù)據(jù)包交換的特點。該技術(shù)采用異步時分復(fù)用的方式，提供端到端的接入方案，并且可以動態(tài)分配帶寬，網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率較高，但是該系統(tǒng)的技術(shù)較復(fù)雜，可靠性不高，且高端ATM產(chǎn)品價格昂貴，因此也逐漸淡出通信傳輸市場。

開放式傳輸網(wǎng)絡(luò)（OTN）是一種針對城市軌道交通而專門開發(fā)的技術(shù)，其基于光纖技術(shù)且采用雙環(huán)路方式，接口類型眾多，除 具 有 與 OTN 連 接 的 內(nèi) 部 接 口 （36 Mb/s、150 Mb/s、600 Mb/s）外，還具有與SDH、ATM等網(wǎng)絡(luò)外連的接口，如E3（45 Mb/s）、STM4（622 Mb/s）等。該技術(shù)性能穩(wěn)定，在廣州地鐵1、2號線，南京地鐵1號線，上海城市軌道2號線等上都有廣泛應(yīng)用。但是，由于其沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，難以進行各種協(xié)議的互聯(lián)，不利于系統(tǒng)的升級和擴展，并且其最大容量僅為600 Mb/s，不能滿足現(xiàn)代通信傳輸高帶寬的需求。

另外，基于以太網(wǎng)的千兆/萬兆以太網(wǎng)技術(shù)，具有傳輸直接快速、距離遠、設(shè)備成本低等特點，很好地解決了原有以太網(wǎng)多媒體應(yīng)用無QoS、多鏈路負(fù)載分享等問題，能夠滿足城市地鐵通信系統(tǒng)組網(wǎng)的需求。而粗波分復(fù)用（CWDM）技術(shù)以其技術(shù)簡單、容量大、易擴容、波長間隔大、價格便宜等特點，在帶寬要求越來越高的城市地鐵通信系統(tǒng)中也開始得到應(yīng)用。

2 傳輸系統(tǒng)的寬帶化設(shè)計技術(shù)

為了提高地鐵各種通信業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量，勢必要增加傳輸帶寬，同時結(jié)合地鐵軌道建設(shè)線路分段開通以及以后延伸的實際要求，地鐵通信傳輸系統(tǒng)必須做到安全可靠，功能和技術(shù)先進合理，并且易于今后的網(wǎng)絡(luò)擴展。

2.1 多業(yè)務(wù)傳輸平臺（MSTP）

為了滿足多種業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨?，在同步?shù)字傳輸（SDH）的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種面向基礎(chǔ)電路連接的多業(yè)務(wù)傳輸平臺（MSTP），其將傳統(tǒng)的SDH復(fù)用器、數(shù)字交叉連接器、波分復(fù)用終端、網(wǎng)絡(luò)二層交換機和IP協(xié)議等多個獨立設(shè)備集成為一個綜合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。該技術(shù)擴展了SDH的傳統(tǒng)功能，并將以太網(wǎng)技術(shù)和異步傳輸技術(shù)與之結(jié)合，新增了EoS和AoS這兩大核心處理功能，同時以寬帶作為開放的業(yè)務(wù)平臺，輔以虛容器級聯(lián)技術(shù)、通用成幀規(guī)程技術(shù)和鏈路容量調(diào)整機制等，實現(xiàn)了語音、文字、圖像等多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在同一個平臺上的接收、映射和傳輸。目前，經(jīng)過改進，多業(yè)務(wù)傳輸平臺已經(jīng)實現(xiàn)了PDH、SDH、ATM、RPR、以太網(wǎng)等技術(shù)的一體化，兼具了各級虛容器復(fù)用功能和內(nèi)嵌RPR設(shè)備的二層交換機功能，其傳輸速率可達10 Gb/s，能適用于多業(yè)務(wù)的綜合匯集和傳輸，現(xiàn)已在上海地鐵11號線上得到很好的應(yīng)用。不過，該技術(shù)仍不能擺脫傳統(tǒng)SDH中時分復(fù)用技術(shù)的時隙通道及帶寬的限制，不能做到動態(tài)分配信道的帶寬，在業(yè)務(wù)量突增時其業(yè)務(wù)承載能力不足。

2.2 彈性分組環(huán)技術(shù)（RPR）

為了優(yōu)化數(shù)據(jù)包的傳輸，提出了一種以IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的新型光傳輸技術(shù)，即彈性分組環(huán)技術(shù)（RPR）。該技術(shù)可以支持環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具備自動倒換保護功能（倒換保護的測試時間為50 ms），并且在光纖斷開或連接不成功的情況下，可以對數(shù)據(jù)傳輸進行快速恢復(fù)。同時，彈性分組環(huán)技術(shù)兼具了空間復(fù)用、雙環(huán)工作、多點傳送等功能，帶寬效率得到了有效提高，并且具備千兆以太網(wǎng)可擴展性、靈活性和經(jīng)濟性的特點，技術(shù)簡單，建設(shè)成本較低。同時，其還很好地解決了傳統(tǒng)技術(shù)中存在的QoS分類和環(huán)網(wǎng)保護等問題，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)、公平分配、環(huán)路帶寬共享、業(yè)務(wù)分類等功能，目前得到了電信運營商的青睞，廣泛應(yīng)用于語音、數(shù)據(jù)、文字、圖像等信息的傳輸。值得注意的是，該技術(shù)可以很好地滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸要求，但對以時分復(fù)用為基礎(chǔ)的語音電路業(yè)務(wù)支持不夠。

2.3 光分插復(fù)用（OADM）＋超寬密集波分復(fù)用（UW－DWDM）技術(shù)

隨著光傳輸網(wǎng)規(guī)模的擴大以及對傳輸帶寬要求的不斷提高，密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)在鐵路軌道交通中逐漸開始得到應(yīng)用，例如中國鐵通京滬穗DWDM工程采用了傳輸速率為10 Gb/s的C波段40波單纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)。不過，這種普通的點到點波分復(fù)用通信系統(tǒng)雖然傳輸容量顯著增加，但是傳輸帶寬并未進行升級，這就需要靈活的節(jié)點才能實現(xiàn)高效組網(wǎng)。但是目前常用的數(shù)字交叉連接系統(tǒng)較復(fù)雜，很難適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的快速增長，因此光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）等光節(jié)點技術(shù)開始得到應(yīng)用，實現(xiàn)了光層上的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。光節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸將由現(xiàn)有的點到點連接轉(zhuǎn)變成透明的網(wǎng)式光網(wǎng)絡(luò)，同時，隨著帶寬需求的增加，對每個光纖上的傳輸容量的要求也更高，一般需要創(chuàng)建光傳輸網(wǎng)絡(luò)（OTN）來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點到點連接技術(shù)，不過成本較高。光分插復(fù)用器的設(shè)備成本較低，且不需要任何電源供應(yīng)，將其應(yīng)用于密集波分復(fù)用和超寬波分復(fù)用（UW－WDM）光網(wǎng)絡(luò)中，可以將光信號選擇性地卸下或插入DWDM網(wǎng)絡(luò)中，可靠性較高，成本也較低，并且網(wǎng)絡(luò)擴展性較好。波分復(fù)用器集合所有來自激光二極管的光信號，形成光束并將其引入單模光纖（SMF），然后通過半導(dǎo)體光學(xué)放大器（SOA）進行放大。而OADM則用于增加或減少通道容量，并將光束引入信號分離器，從而將光束分離成特定波長的光信道，然后進入光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），并最終根據(jù)分插復(fù)用過程，將光信道分配給最小或最大數(shù)量的用戶。

3 結(jié)語

隨著通信技術(shù)的升級和城市地鐵交通的快速發(fā)展，采用新型、可靠、經(jīng)濟的傳輸技術(shù)對地鐵通信系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，對滿足地鐵通信業(yè)務(wù)的需求，保證地鐵安全、快速、高效運行具有非常重大的意義。

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