接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信中的應用及其發(fā)展

王曉燕

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和現(xiàn)代化進程的不斷加快，鐵路建設也迎來飛躍式的發(fā)展。鐵路通信網(wǎng)作為保持鐵路系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的支柱之一，也在不斷擴展和完善。鐵路列車向高速化和準高速化方向的邁進在一定程度上對通信服務和業(yè)務水平提出了更高要求和標準，而先進的無線通信和有線通信傳輸方式的廣泛推廣和運用使鐵路通信網(wǎng)在一定程度上得到了全面的提升，從而也實現(xiàn)了鐵路通信在經(jīng)濟效益和社會效益方面的突出貢獻。主要介紹了網(wǎng)絡在鐵路中的運用現(xiàn)狀和發(fā)展情況，并就鐵路通信工程接入網(wǎng)的建設進行了探討。

關(guān)鍵詞：鐵路；接入網(wǎng)技術(shù)；有線通信；無線通信

中圖分類號：TN915.6 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0142-03

鐵路通信網(wǎng)猶如鐵路的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，這決定了它在鐵路運輸中占據(jù)著不可替代的地位。在實現(xiàn)集中、統(tǒng)一指揮鐵路方面，通信是一種非常重要的手段和方法，也是保證行車安全、提高運輸效率和改進管理水平的重要設施。鐵路通信網(wǎng)不僅要滿足指揮列車運行、組織運輸生產(chǎn)和進行公務聯(lián)絡等要求，還要做到迅速、準確、安全、可靠。鐵路通信是專門為鐵路的運輸生產(chǎn)、經(jīng)營管理、生活服務等建立的一整套通信系統(tǒng)。鐵路專用通信是直接為運輸生產(chǎn)一線服務的，因此，在鐵路運輸中必須要有先進的通信手段，并且時刻保持良好的通信質(zhì)量。

眾所周知，高速運行是鐵路列車的重要特征之一，因此，在鐵路通信網(wǎng)中，無線接入網(wǎng)的比例將會很大。比如，各個單位、車站以及一些固定的設施之間就需要這種通信方式。SDH傳輸設備仍然在大面積的使用，因此面對如此快速的發(fā)展，我們必須采取先進的技術(shù)來構(gòu)建光纖接入網(wǎng)和骨干網(wǎng)。在這種情況下，IP網(wǎng)通信和ATM交換技術(shù)的使用便成了最佳的選擇。除此之外，我們還可以對數(shù)字環(huán)路載波和遠端用戶單元等設備進行選擇，對即將投資的成本和即將達到的效益進行綜合考量之后再組建相應的通信網(wǎng)。這樣，不僅可以使用戶和旅客得到最優(yōu)質(zhì)的服務，同時還可以滿足今后幾年內(nèi)鐵路的通信需求，可謂一舉兩得。此外，便于擴容的功能也不容忽視。

我國鐵路傳輸網(wǎng)分為3層，即長途干線網(wǎng)、局間中繼網(wǎng)和區(qū)段接入網(wǎng)。鐵路通信網(wǎng)也可以依據(jù)這種分層方式進行劃分。就鐵路通信網(wǎng)而言，接入網(wǎng)將占有相當大的比重，可將其分為無線接入網(wǎng)和有線接入網(wǎng)2個獨立的部分。鐵路有線接入網(wǎng)的狀況與電信接入網(wǎng)通信有異曲同工之處。之所以出現(xiàn)這樣的結(jié)果，是因為鐵路電信網(wǎng)是鐵路部門的基礎，對組建鐵路網(wǎng)有很大的影響，而且在一定程度上可以支持更多的多媒體通信能力和多信息服務。多媒體通信能力和多信息服務會影響到全國的網(wǎng)絡，因此，鐵路通信將有可能成為面向大眾的計算機互聯(lián)網(wǎng)絡單位。

1 鐵路接入網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀

接入網(wǎng)技術(shù)是影響鐵路通信技術(shù)的關(guān)鍵。由于現(xiàn)有光纖技術(shù)的運用和發(fā)展、原先用戶銅纜接入的廣泛性導致了當我們準備接入網(wǎng)建時，必須對現(xiàn)在的狀況和今后的發(fā)展加以考慮，同時這也決定了接入網(wǎng)技術(shù)的多樣性。在接入過程中，無線接入和有線接入是接入網(wǎng)的兩種接入方式。

電信的接入通信網(wǎng)與鐵路的有線接入網(wǎng)極為相似。無線列調(diào)系統(tǒng)目前在鐵路通信的無線接入部分被廣泛運用，它的工作任務是傳輸車站值班員與其管轄區(qū)內(nèi)的工作人員之間的對話。

鐵路接入網(wǎng)系統(tǒng)主要停工的業(yè)務有：自動電話，2 M、64 K數(shù)據(jù)，ISDN和各種音頻，其主要服務的對象是各單位的信息管理系統(tǒng)和各專業(yè)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。鐵路接入網(wǎng)有以下幾個特點：①在組建網(wǎng)絡時，鐵路接入網(wǎng)可以靈活采取各種方式，使鐵路通信在可靠性方面得到了有效的保證。②鐵路接入網(wǎng)在節(jié)約投資和電路上具有較大的貢獻。由于它在一定程度上可以按照鐵路上各個業(yè)務站的不同需求提供不同的服務，同時，當遇到同類的業(yè)務時可以進行相應的整合，達到節(jié)約資源的目的。③鐵路接入網(wǎng)采用高集成方式接入有自動電話業(yè)務的用戶，這在一定程度上不僅降低了投資的成本，而且也使自動電話在鐵路上的運用得到了很大程度的支持和幫助。④對鐵路各個車站的信息進行全方面、有效的管理是鐵路接入網(wǎng)的重要特點和作用。

下面列舉幾種常用的接入網(wǎng)技術(shù)。

1.1 有線接入技術(shù)

目前，有線接入技術(shù)較為常用的是數(shù)字式高速傳輸閉路技術(shù)。該技術(shù)的信號傳遞形式為以兩三對雙絞線為傳輸介質(zhì)，數(shù)字信號以對稱、雙向的方式進行傳輸。這種信號可以傳輸3～5 km，且資源下載和上傳具有相同的效率。另外，為了提高傳輸效率，采用了消除返回波的形式，徹底達到了在兩條雙絞線的全功率傳輸，并在此傳輸過程中加入了特定的校驗編碼，通過這種手段提高傳輸信號的正確率；采用多對雙絞線并行的傳輸方式，有效地控制了單條雙絞線上的傳輸壓力，相應地提高了沒有中繼的信號傳輸距離。

1.1.1 在客票系統(tǒng)中的應用

近端連接是指本地售票站（點）直接通過電纜線路與客票中心數(shù)據(jù)庫相連，不牽涉其他傳輸網(wǎng)。這時，我們需要解決的只是電纜線路2 Mbit/s傳輸問題。遠端連接是指售票站與客票中心數(shù)據(jù)庫的連接既有地區(qū)電纜，也牽涉到光纖傳輸網(wǎng)。這時，我們除了需要解決電纜線路2 Mbit/s傳輸問題外，還涉及光纖傳輸網(wǎng)G.703 2 Mbit/s口與路由器V.35口的轉(zhuǎn)換問題。在這種應用中，主機從機與時鐘方式不可互換，HDSL系統(tǒng)時鐘跟隨傳輸網(wǎng)時鐘。

1.1.2 在可視會議系統(tǒng)中的應用

在鐵路局至鐵路分局的可視電話會議系統(tǒng)中，我們在現(xiàn)有的電纜線路上采用了HDSL設備，解決了長途通信站至可視會議室間的本地2 M數(shù)字通道，避免了為單一用戶鋪設專用光纖的過剩投資浪費，既降低了工程造價，又大大縮短了施工周期。

1.1.3 在專用交換機聯(lián)網(wǎng)中的應用

在鐵路運輸調(diào)度指揮管理信息系統(tǒng)工程中，為了保證鐵道部至各鐵路局調(diào)度專用交換機間語音、數(shù)據(jù)、圖像的傳遞和交換功能，交換機間采用數(shù)字2 M通道，長途通道由現(xiàn)有的光纖傳輸網(wǎng)來解決；而長途傳輸室至調(diào)度專用交換機之間的400 m地區(qū)，2 M通道則可在現(xiàn)有電纜上加開HDSL來解決。這樣，與為單一用戶鋪設光纖相比，既節(jié)省了開支，又大大縮短了施工周期。

1.2 無線接入技術(shù)

在網(wǎng)絡中部分或者全部接入無線傳輸媒介的方法被稱為“無線接入網(wǎng)”，其最主要的作用是為了給用戶提供移動終端業(yè)務和固定終端業(yè)務。無線接入的方式有兩種，即移動接入和固定接入。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，人們將程控交換技術(shù)、微處理機技術(shù)、通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)進行了巧妙的結(jié)合，產(chǎn)生了一種新的運用系統(tǒng)——集群通信系統(tǒng)，一種具有強大功能的移動通信系統(tǒng)。集群通信系統(tǒng)將控制、通信和交換進行了有效的結(jié)合，然后通過無線撥號的方式，以一種最優(yōu)的方式把一組信道分配給系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶。這樣，不僅在一定程度上提高了通信服務質(zhì)量，而且也有效地降低了系統(tǒng)內(nèi)的呼損，從而使頻率資源和系統(tǒng)資源在最大程度上得到了合理的利用。

由于鐵路通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有其自身的特征，這在一定程度上決定了它與其他通信網(wǎng)之間的差異，因此，鐵路通信網(wǎng)更是一種“以線為主、線面結(jié)合”的鏈狀網(wǎng)。

目前，400 MHz的無線列調(diào)系統(tǒng)在鐵路通信的無線接入部分被廣泛運用，它的工作任務是傳輸車站值班員與其管轄區(qū)內(nèi)工作人員之間的對話。通話一般是在列車進站或者出站的時候，而當列車在路上行駛時，是不通話的。然而，隨著時代的發(fā)展，鐵路的現(xiàn)代化建設也在不斷得到完善，鐵路無線通信的需求在一定程度已經(jīng)不能得到相應的滿足，這就要求我們必須重新組建一套與現(xiàn)代化鐵路運營相匹配的無線通信系統(tǒng)來滿足現(xiàn)代化鐵路發(fā)展的需求?，F(xiàn)代化的鐵路無線通信系統(tǒng)的常見功能有以下幾個：①地面鐵路維護、工程施工、安全檢查等人員與站臺值班人員的通信聯(lián)系；②地區(qū)與站場的調(diào)車、列檢、客貨運組織等的生產(chǎn)指揮；③行車調(diào)度員和車站值班員對列車的無線調(diào)度；④不同列車的司機、列車乘務員、乘客等相互之間或與地面人員的通信聯(lián)系；⑤用于包括列車自動控制、防護和鐵路沿線各道口控制的無線遙控；⑥用于通過列車車次、機車號的功能識別碼呼叫。此外，鐵路無線通信的接入網(wǎng)方式多種多樣，通常采用的有GSM（全球移動通信系統(tǒng)）移動通信方式、集群通信方式和CDMA移動通信方式。

強拆、強插、組呼、群呼等是集群通信系統(tǒng)特有的功能，因此，就該系統(tǒng)的功能來說，它在應急、搶險和調(diào)度指揮等方面的運用非常廣泛。除此之外，該系統(tǒng)還能夠在通信頻率上做到合理分配，因此，在鐵路移動通信中，該系統(tǒng)一直備受青睞。

借助軌側(cè)蜂窩來實現(xiàn)傳輸?shù)姆涓C系統(tǒng)是解決鐵路通信網(wǎng)絡的又一有效手段。這種方法的主要優(yōu)勢在于其收發(fā)信號沒有延時現(xiàn)象，但其也有弊端，即在高速運動中信號接收的穩(wěn)定性和速度無法得到保障——運動速度越快，其收發(fā)信號的質(zhì)量也就越差。目前，市場上的3G運行參數(shù)在列車飛速行進的過程中無法提供可以滿足用戶體驗要求的收發(fā)速度。從更加深遠的角度來探討鐵路通信網(wǎng)絡的發(fā)展，需要將借助軌側(cè)蜂窩來實現(xiàn)傳輸?shù)姆涓C系統(tǒng)作為技術(shù)突破方向，其主要實現(xiàn)手段為：在傳輸方式上利用Wimeax或者Wi-Fi2為技術(shù)手段，將小區(qū)的有效范圍控制在0～100 m內(nèi)，然后在小區(qū)的外形構(gòu)造上進行合理的設置。在使用50～280 G的高頻發(fā)射微電波時，就可以為高速行進的列車提供有效的數(shù)據(jù)傳輸服務。另外，縮小小區(qū)的有效范圍可以提高頻帶的重復利用率，據(jù)此可以實現(xiàn)整個小區(qū)的無線覆蓋，為小區(qū)用戶提供無線服務，提高用戶體驗度。接著在鐵路軌道的兩側(cè)敷設80 GHz的高頻率發(fā)射天線，構(gòu)建成一個完整的蜂窩網(wǎng)絡。同時，在高速行進的列車上搭建多個連接天線，用此實現(xiàn)與兩側(cè)蜂窩網(wǎng)絡的無線傳輸功能。目前，小區(qū)的無線覆蓋面越來越小，而列車速度在不斷加快，隨著這一情況的發(fā)展，接收傳輸?shù)臒o線連接將會變換得越來越頻繁，時速達到300 km的高速列車經(jīng)過覆蓋直徑在100 m的小區(qū)時，無線連接的變換頻次為1.2次/s，而在目前運行的無線傳輸技術(shù)中，正常的更換頻次為0.1～1次/s。由此可見，鐵路通信網(wǎng)絡采用這種傳輸技術(shù)無疑會提高信息的傳輸速度，但卻影響了整個網(wǎng)絡的利用效率，更改這種弊端勢在必行。據(jù)此，無線傳輸組織 IETF經(jīng)過研究，建設性地創(chuàng)建了移動IPV6協(xié)議。該協(xié)議主要是通過改變用戶設備的IP地址來保持與互聯(lián)網(wǎng)的有效連接。此前運行的IPV6協(xié)議其無線連接的更換頻次仍以秒為計算單位，從理論上講，在高速行進的前提下，仍然無法保證無線傳輸?shù)乃俣?。在技術(shù)層面上要想實現(xiàn)真正的突破，還需要引入一些新的觀點和理念。從當前來講，這一領域已經(jīng)出現(xiàn)了不少新的計算方法，較為突出的設想是可以借助GPS預先判斷運動中的無線接收設備進入的下一個小區(qū)，預先對小區(qū)進行切換處理，提高無線傳輸效率。那么，出現(xiàn)的更為突出的矛盾則是，隨著小區(qū)覆蓋直徑的不斷縮短，要想構(gòu)建符合要求的蜂窩網(wǎng)絡，就需要在鐵路兩側(cè)建設更多的傳輸基站，這無疑會大大提高鐵路通信網(wǎng)絡的建設費用。對于成本問題，有關(guān)人員提出了以下方案：采用光載無線通信技術(shù)。這種自黏性的技術(shù)是通過把蜂窩技術(shù)和波分復用（WDM）技術(shù)進行有效結(jié)合而形成的新型技術(shù)——移動小區(qū)技術(shù)。所謂的“移動小區(qū)技術(shù)”，是指一個中心管理站對其左右的基站進行集中管理，從而使所有基站都具有不同的射頻載波。而后把中心管理站中的基站與小區(qū)天線通過WDM環(huán)網(wǎng)相互連接，以此來實現(xiàn)列車速度與小區(qū)頻率的同步變換，最后達到列車天線接收頻率維持不變的目的。該技術(shù)只能在鐵路的運營環(huán)境中使用，這是因為這時旅客的集中和速度是相同的。隨著當前技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，變換WDM波長上射頻的方案被提了出來。這個方案主要利用的是AWG結(jié)合光開關(guān)，由于多個波長的信號被輸入到相同的G入口，在經(jīng)過出口時，它們的分布狀態(tài)會出現(xiàn)差異，這時再利用光開關(guān)技術(shù)進行相應的切換，使WDM波長上射頻的變化功能得以實現(xiàn)。因為基站是不變的，所以在今后的發(fā)展和研究中，我們可以利用這一點來減少基站的數(shù)量，從而在一定程度上降低網(wǎng)絡建立的成本。隨著移動小區(qū)技術(shù)的運用，在物理層通過簡單的光開關(guān)便可完成通信鏈路層的握手過程。目前，光開關(guān)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的利用，今后的發(fā)展目標就是在一定程度上通過完善光開關(guān)結(jié)構(gòu)，進一步縮短握手時間。

2 鐵路通信中接入網(wǎng)的發(fā)展過程

根據(jù)功能分類，鐵路干線通信網(wǎng)絡屬于鐵路干線運輸服務行業(yè)所用的專屬網(wǎng)絡。因受到鐵路行業(yè)特殊的社會性質(zhì)和運行管理機制的影響，鐵路通信網(wǎng)絡在創(chuàng)建和發(fā)展的過程中已經(jīng)與現(xiàn)行公用網(wǎng)絡的發(fā)展脫軌。隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，服務業(yè)的競爭越來越激烈，在此推動下，鐵路通信網(wǎng)絡也在逐步轉(zhuǎn)型，向迎合大眾性的盈利性服務發(fā)展。為了有力地推動此項轉(zhuǎn)型的順利進行，鐵路總公司也在逐步加大對鐵路通信網(wǎng)絡的建設力度，一大批建設項目正在逐步開展。同時，建設數(shù)字化通信網(wǎng)絡、信號傳輸媒介全部采用光纜，提高了信號處理交換設備的自動化程度。在傳輸網(wǎng)絡與處理交換網(wǎng)絡不斷更新?lián)Q代的同時，能更加體現(xiàn)用戶感受的接入網(wǎng)絡模式不能被忽略。隨著我國高速鐵路的發(fā)展，高速列車與地面的無線通信需求也呈逐年上升的趨勢。比如列車控制信息和面向用戶的寬帶無線接入業(yè)務，列車上的乘客可使用的2G、3G無線蜂窩系統(tǒng)通信，但在高速移動環(huán)境下，通話質(zhì)量及數(shù)據(jù)速率都有所下降；在350 km/h高速運行寬帶的無線接入中，利用寬帶無線接入系統(tǒng)中已成熟的Wi-Fi技術(shù)、WiMax技術(shù)和在高速移動環(huán)境下系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛推廣的RoF（Radio over Fiber）技術(shù)來降低或消除多普勒頻移和快速越區(qū)切換對系統(tǒng)的影響。

2.1 接入網(wǎng)的優(yōu)越性

鐵路通信網(wǎng)絡在接入網(wǎng)絡的建設和發(fā)展問題上有其專業(yè)的要求——在接入網(wǎng)的建設中是否遵循了“提高網(wǎng)絡容量、降低網(wǎng)絡局所”的原則，而這種要求會直接影響接入網(wǎng)絡的優(yōu)勢是否能夠得到充分體現(xiàn)。在新的鐵路通信網(wǎng)絡的創(chuàng)建過程中，必須有效控制接入網(wǎng)中的節(jié)點數(shù)量，盡可能地放寬信號交換設備的放號寬度；在網(wǎng)絡控制權(quán)限上降低交換網(wǎng)絡的控制級別，升級網(wǎng)絡組織架構(gòu)，避免接入網(wǎng)絡中分支和控制遠端的模塊化管理。這樣做，一方面為鐵路通信網(wǎng)的穩(wěn)定性提供了保障；另一方面減少了整個網(wǎng)絡的維護費用。此外，在新的鐵路通信網(wǎng)絡的創(chuàng)建過程中，對于程控交換設備和網(wǎng)絡信號收發(fā)設備應盡量選擇同一品牌，將接入網(wǎng)絡的創(chuàng)建和SPC的創(chuàng)建有機地統(tǒng)一起來。這樣可以提高信號傳輸?shù)男?，保證整個網(wǎng)絡傳輸暢通。

2.2 鐵路通信接入網(wǎng)的安全性和可靠性

對于鐵路網(wǎng)絡通信來說，如何保證接入網(wǎng)絡的安全性和可靠性已經(jīng)成為研究鐵路通信網(wǎng)的重中之重。鐵路通信網(wǎng)正在迅速發(fā)展成為一個高度數(shù)字化的大型通信網(wǎng)絡。由于鐵路運輸指揮系統(tǒng)、調(diào)度管理信息系統(tǒng)、客票預售系統(tǒng)、客貨運管理、車輛追蹤等大量鐵路運輸生產(chǎn)工作對通信網(wǎng)絡具有高度的依賴性，因此通信網(wǎng)絡的可靠性、有效性和運行效率至關(guān)重要。

隨著社會信息化的快速發(fā)展，鐵路通信網(wǎng)承擔著兩大重任：在網(wǎng)絡通信服務功能方面，它需要更完善、更有保障性的通信網(wǎng)絡作為支持，以達到列車高速化對通信網(wǎng)絡提出的要求；充分發(fā)揮鐵路網(wǎng)絡通信全網(wǎng)的優(yōu)勢，使旅客和網(wǎng)絡覆蓋區(qū)的廣大用戶能更加方便地享受網(wǎng)絡信息服務。鐵路通信網(wǎng)是保證行車安全、提高運輸效率的關(guān)鍵?，F(xiàn)今網(wǎng)絡通信技術(shù)層出不窮，在列車的通信要求得到基本滿足的前提下，鐵路通信網(wǎng)絡的接入方式應該尋求多樣化，尤其是現(xiàn)在被多數(shù)青年人熱捧的無線接入方式。我局幾條新線路的開通對鐵路通信提出了更高的要求和標準，對以前建設過程中存在的弊端應給予足夠的重視，尤其是在未解決的技術(shù)性難題上，需要給予更多的關(guān)注，因為只有解決了這些問題，才能實現(xiàn)更加完善的鐵路通信。

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〔編輯：劉曉芳〕