LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通研究

孔賓

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 檢測(cè)和救援中心，河北 肅寧 062350）

LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通研究

孔賓

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 檢測(cè)和救援中心，河北 肅寧 062350）

介紹朔黃鐵路建設(shè)開(kāi)通的LTE新型移動(dòng)通信系統(tǒng)和既有數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)，以及LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的意義；針對(duì)朔黃鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的工作方式、LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線調(diào)度語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式、LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線調(diào)度與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)方案進(jìn)行技術(shù)分析；展望基于LTE網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)、調(diào)度命令傳送業(yè)務(wù)、無(wú)線車(chē)次號(hào)傳送與列車(chē)位置追蹤業(yè)務(wù)的未來(lái)。

LTE網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字調(diào)度；通信系統(tǒng)；互聯(lián)互通；鐵路通信；朔黃鐵路

1 背景

1.1 朔黃鐵路建設(shè)開(kāi)通LTE網(wǎng)絡(luò)的目的

朔黃鐵路作為我國(guó)“西煤東運(yùn)”第二大通道的重要組成部分，對(duì)國(guó)家煤炭運(yùn)輸發(fā)揮著重要作用。根據(jù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)煤炭能源的需求，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)批準(zhǔn)了朔黃鐵路年運(yùn)量3.5億t擴(kuò)能改造。改造完成后，朔黃鐵路將開(kāi)行2萬(wàn)t貨運(yùn)重載列車(chē)，以大幅提高鐵路運(yùn)輸能力。

朔黃鐵路使用800 MHz+400 kHz無(wú)線通信系統(tǒng)提供萬(wàn)噸列車(chē)機(jī)車(chē)同步操控傳輸通道，其存在容量小、安全可靠性較差、通信距離短等問(wèn)題，無(wú)法滿足開(kāi)行2萬(wàn)t列車(chē)的需求，迫切需要建設(shè)一套新型寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，為朔黃鐵路大幅度提高鐵路運(yùn)能，打造綠色、高效、數(shù)字化鐵路提供技術(shù)支撐。

1.2 LTE新型移動(dòng)通信系統(tǒng)

朔黃鐵路LTE新型移動(dòng)通信系統(tǒng)由LTE網(wǎng)絡(luò)主系統(tǒng)、配套通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和房建等部分組成；技術(shù)方案采用共站址雙網(wǎng)冗余組網(wǎng)覆蓋，A、B網(wǎng)業(yè)務(wù)負(fù)荷分擔(dān)方式。LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建成后，可實(shí)現(xiàn)神池南站—黃驊港站近600 km鐵路沿線的4G專(zhuān)網(wǎng)信號(hào)覆蓋，為無(wú)線重聯(lián)、可控列尾、調(diào)度語(yǔ)音呼叫和視頻監(jiān)控等2萬(wàn)t列車(chē)機(jī)車(chē)業(yè)務(wù)提供可靠通信平臺(tái)。

1.3 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)

朔黃鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)采用綜合接入設(shè)備，將沿線各站的專(zhuān)用通信業(yè)務(wù)集中起來(lái)，利用數(shù)字信道連接各種業(yè)務(wù)，匯集到通信樞紐點(diǎn)，再分配到相應(yīng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)，以一種接入設(shè)備替代了以前的多種設(shè)備，簡(jiǎn)化了專(zhuān)用通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了信道的利用率，滿足了沿線車(chē)站的通信需求。數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)分為樞紐主系統(tǒng)與車(chē)站分系統(tǒng)兩部分，其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。目前，朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司的樞紐主系統(tǒng)位于網(wǎng)管中心，車(chē)站分系統(tǒng)位于沿線各車(chē)站機(jī)械室。

圖1 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 LTE網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的意義

朔黃鐵路LTE網(wǎng)絡(luò)為鐵路運(yùn)輸提供了數(shù)字化無(wú)線通信平臺(tái)，提出了與數(shù)字調(diào)度網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的要求。既有無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)采用的一臺(tái)大功率發(fā)射機(jī)覆蓋方式，易在山區(qū)、高路塹、隧道等特殊地帶形成盲區(qū)，影響正常行車(chē)。因此，利用新建LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋面更廣、時(shí)延更少和話音質(zhì)量更好的特點(diǎn)[1]，提升朔黃鐵路無(wú)線調(diào)度通信的可靠性，進(jìn)一步保障行車(chē)安全是大勢(shì)所趨[2]。因此，做好LTE網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通極其必要。

2 互聯(lián)互通技術(shù)分析

2.1 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的工作方式

根據(jù)朔黃鐵路的自身結(jié)構(gòu)和調(diào)度業(yè)務(wù)特點(diǎn)，數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)采用數(shù)字環(huán)組網(wǎng)方式（見(jiàn)圖2），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、節(jié)省傳輸通道，可以采用自愈環(huán)進(jìn)行自我保護(hù)，穩(wěn)定性較高。從圖2可以看出，多個(gè)數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)通過(guò)E1數(shù)字中繼接口相連，數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)1的下行E1口經(jīng)過(guò)數(shù)字傳輸通道連接到數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)2的上行E1口，數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)2的下行E1口經(jīng)過(guò)數(shù)字傳輸通道連接到數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)3的上行E1口，如此串接到最后一個(gè)數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)n的上行E1口，分系統(tǒng)n的下行E1口經(jīng)過(guò)另外一條數(shù)字傳輸通道直接連接到分系統(tǒng)1的上行E1接口。這樣n（n≤10）個(gè)分系統(tǒng)就構(gòu)成了一個(gè)封閉的數(shù)字環(huán)。

一般情況下，通信使用下行E1通道，數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)2M端口的通信狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到數(shù)字環(huán)下行E1通道某處斷開(kāi)時(shí)，立刻切換至上行E1通道進(jìn)行通信，從而保證數(shù)字環(huán)任何一處斷開(kāi)都不會(huì)影響正常通信，切換時(shí)間為毫秒級(jí)。在數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)中，一個(gè)2M數(shù)字環(huán)有27個(gè)中繼時(shí)隙可作為話音時(shí)隙使用，為保證呼叫成功，通常情況下一個(gè)數(shù)字環(huán)可按6~10個(gè)車(chē)站設(shè)計(jì)[2]。

圖2 數(shù)字環(huán)組網(wǎng)方式示意圖

2.2 LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線調(diào)度語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式

朔黃鐵路LTE網(wǎng)絡(luò)通過(guò)P-GW網(wǎng)關(guān)與2臺(tái)互為冗余的PoC服務(wù)器互聯(lián)，作為無(wú)線語(yǔ)音業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通道。PoC服務(wù)基于SIP協(xié)議定制的VoIP系統(tǒng)，利用LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)的包交換能力完成語(yǔ)音服務(wù)。LTE網(wǎng)絡(luò)終端在完成網(wǎng)絡(luò)接入并與P-GW建立專(zhuān)用承載通道后，向PoC服務(wù)器發(fā)起注冊(cè)。注冊(cè)是將終端聯(lián)系方式細(xì)節(jié)（例如IP地址）提供給PoC服務(wù)器，并且進(jìn)行用戶的認(rèn)證工作。

終端發(fā)起一個(gè)語(yǔ)音通信進(jìn)程，從發(fā)出SIP邀請(qǐng)指令開(kāi)始。這個(gè)邀請(qǐng)被發(fā)送到PoC服務(wù)器，定向到收件人，收件人作出接收或拒絕響應(yīng)。如果SIP會(huì)話建立成功，會(huì)話參加者的語(yǔ)音將以數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)PoC服務(wù)器進(jìn)行交換，會(huì)話結(jié)束通信終止。

2.3 LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線調(diào)度與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)方案

2.3.1 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)升級(jí)

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)升級(jí)需實(shí)現(xiàn)雙中心數(shù)字環(huán)組網(wǎng)，并更換調(diào)度所和車(chē)站觸摸式調(diào)度臺(tái)。

對(duì)朔黃鐵路既有MDS3400主系統(tǒng)和LTE網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)段設(shè)置的MDS3400主系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容，將各車(chē)站分系統(tǒng)既有數(shù)字環(huán)打開(kāi)的同時(shí)，接入2套MDS3400主系統(tǒng)，以提高調(diào)度系統(tǒng)的安全可靠性。組成雙中心數(shù)字環(huán)組網(wǎng)后，需要為備用FAS主系統(tǒng)增配一臺(tái)16通道錄音儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)12個(gè)調(diào)度臺(tái)進(jìn)行錄音。

2.3.2 PoC服務(wù)器與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)

PoC服務(wù)器與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。在調(diào)度所通過(guò)SIP中繼實(shí)現(xiàn)2套數(shù)字調(diào)度主系統(tǒng)使用AG設(shè)備與2套PoC服務(wù)器交叉連接。PoC服務(wù)器通過(guò)華為S5700交換機(jī)，與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)管相連。由于PoC服務(wù)器與FAS主系統(tǒng)均為雙中心，需配置建立交叉互聯(lián)路由。

配置AG1至FAS主系統(tǒng)的路由DSS1⑤以及AG1至PoC服務(wù)器的IP路由IP③與IP④：

（1）IP中繼線配置：創(chuàng)建IP中繼線，中繼線序號(hào)3361~3420。

（2）IP中繼群配置：創(chuàng)建2個(gè)IP中繼群。一是中繼群序號(hào)3361，IP地址設(shè)置PoC1的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3361~3390；二是中繼群序號(hào)3362，IP地址設(shè)置PoC2的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3391~3420。

（3）路由配置：創(chuàng)建路由，路由號(hào)2，包括IP中繼群3361和3362，發(fā)送號(hào)碼為“149”。

配置IP設(shè)備PoC1和PoC2以及AG2至FAS備系統(tǒng)的路由DSS1⑥：

（1）中繼線配置：創(chuàng)建DSS1中繼線，中繼線序號(hào)1~30。

（2）中繼群配置：創(chuàng)建DSS1中繼群，中繼群序號(hào)1，包括中繼線1~30。

（3）路由配置：創(chuàng)建路由，路由號(hào)1，包括中繼群1，發(fā)送號(hào)碼775。配置AG2至PoC的IP路由IP③和IP④：（1）IP中繼線配置：創(chuàng)建IP中繼線，中繼線序號(hào)3361~3420。

（2）IP中繼群配置：創(chuàng)建2個(gè)IP中繼群。一是中繼群序號(hào)3361，IP地址設(shè)置PoC1的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3361~3390；二是中繼群序號(hào)3362，IP地址設(shè)置PoC2的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3391~3420。

（3）路由配置：創(chuàng)建路由，路由號(hào)2，包括IP中繼群3361和3362，發(fā)送號(hào)碼為“149”。

圖3 PoC服務(wù)器與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.3 基于LTE網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度通信系統(tǒng)架構(gòu)

互聯(lián)互通后的數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4?？梢钥闯?，互聯(lián)互通后的數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)分為兩部分，一是由雙MDS中心—調(diào)度所—車(chē)站值班臺(tái)組成的有線數(shù)字環(huán)網(wǎng)，二是由雙MDS中心—雙PoC服務(wù)器—LTE網(wǎng)絡(luò)—LTE網(wǎng)絡(luò)終端（包括手持臺(tái)和機(jī)車(chē)綜合無(wú)線通信設(shè)備CIR）組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。將2套數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)MDS3400與LTE網(wǎng)絡(luò)的2套PoC服務(wù)器交叉連接，實(shí)現(xiàn)在電路域和分組域間的正常通信。

以傳統(tǒng)的大三角通信為例，調(diào)度員呼叫車(chē)站值班員業(yè)務(wù)是從調(diào)度臺(tái)發(fā)起通信，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MDS系統(tǒng)交換尋路，再由有線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)呼叫值班臺(tái)；調(diào)度員呼叫司機(jī)和車(chē)站值班員呼叫司機(jī)業(yè)務(wù)是從MDS系統(tǒng)發(fā)起呼叫，通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)終端完成通信。

3 展望

圖4 互聯(lián)互通后的數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)完成對(duì)接后，基本調(diào)度業(yè)務(wù)及大部分通信業(yè)務(wù)可在以LTE網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。LTE網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)高速率、低時(shí)延的特性為新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了很大空間。總結(jié)LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的技術(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)，可為更多的業(yè)務(wù)互聯(lián)提供借鑒和參考?；贚TE網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)如下：

（1）高級(jí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)。典型的高級(jí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)包括組呼業(yè)務(wù)、廣播業(yè)務(wù)、多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)（強(qiáng)拆與強(qiáng)插）等[3]。語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)突破了傳統(tǒng)電路域組呼中會(huì)議橋資源有限的局限性，列車(chē)調(diào)度員可方便地組呼調(diào)度轄區(qū)范圍所有車(chē)站值班員并通話；車(chē)站值班員可組呼三站兩區(qū)間范圍的機(jī)車(chē)司機(jī)并通話，尤其適用于行車(chē)調(diào)度部門(mén)。語(yǔ)音廣播業(yè)務(wù)是基于LTE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)，列車(chē)調(diào)度員可向調(diào)度轄區(qū)內(nèi)所有機(jī)車(chē)司機(jī)發(fā)布語(yǔ)音廣播。多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)為通信定義了不同的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的呼叫可強(qiáng)行插入或終止低優(yōu)先級(jí)的呼叫。

（2）調(diào)度命令傳送。鐵路調(diào)度命令是調(diào)度所的調(diào)度員向司機(jī)下達(dá)的書(shū)面命令。最早因傳輸手段局限，調(diào)度命令由調(diào)度員通過(guò)電話聯(lián)系響應(yīng)車(chē)站，車(chē)站值班員記錄命令，再轉(zhuǎn)交司機(jī)。隨著模擬通信的應(yīng)用，調(diào)度命令可在機(jī)車(chē)電臺(tái)和地面服務(wù)器間傳送，但模擬無(wú)線通信容量小、速度低，不能滿足鐵路信息化的要求。LTE網(wǎng)絡(luò)具有高速率、大容量的優(yōu)勢(shì)，是車(chē)-地間的可靠數(shù)據(jù)通道。利用LTE網(wǎng)絡(luò)，兼有數(shù)據(jù)功能的數(shù)字調(diào)度終端可將調(diào)度命令發(fā)送給CIR，作為行車(chē)指揮和事故分析的依據(jù)。

（3）無(wú)線車(chē)次號(hào)傳送與列車(chē)位置追蹤。無(wú)線車(chē)次號(hào)信息中包括列車(chē)運(yùn)行的公里標(biāo)信息。車(chē)載CIR臺(tái)通過(guò)讀取機(jī)車(chē)安全信息綜合監(jiān)測(cè)裝置（TAX）數(shù)據(jù)提取公里標(biāo)信息，獲得列車(chē)運(yùn)行的具體位置，再通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送至地面中心，調(diào)度員可實(shí)時(shí)獲取列車(chē)位置與運(yùn)行信息，進(jìn)行位置追蹤，為行車(chē)安全和指揮提供可靠依據(jù)，同時(shí)也為移動(dòng)閉塞技術(shù)的研究和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

LTE網(wǎng)絡(luò)是朔黃鐵路打造綠色、高效、數(shù)字化鐵路的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)平臺(tái)。打造信息化平臺(tái)必然要求實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。這不僅是鐵路運(yùn)輸信息化的要求，也是無(wú)線通信技術(shù)本身發(fā)展的必然趨勢(shì)。

[1] 戴源，朱晨鳴，王強(qiáng)，等. TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民郵電出版社，2012.

[2] 陳姝. GSM-R網(wǎng)絡(luò)與FAS系統(tǒng)互聯(lián)互通關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2005.

[3] 夏云琦. 鐵路無(wú)線通信技術(shù)向LTE-R的演進(jìn)[J]. 中國(guó)鐵路，2012(8)：75-76.

責(zé)任編輯 盧敏

On Interoperability of LTE Network and Digital Dispatch Communication System

KONG Bin
（Inspection and Rescue Center，Shuohuang Railway Development Co Ltd，Suning Hebei 062350，China）

This paper introduces the background of inter-operation between LTE network and digital dispatch communication system by elaborating on the aim of opening LTE network during the construction of Shuohuang Railway, the new LTE network mobile communication system, the digital dispatch communication system and the significance of the inter-operation. It analyses, from a technical viewpoint, the working mode of railway digital dispatch communication system of Shuohuang Railway, the realization methods of LTE network wireless dispatch voice service and the scheme for inter-operation between LTE network wireless dispatch and digital dispatch communication system. It also offers an outlook on the future of the advanced voice service based on LTE network, dispatch command transmission service and wireless train number transmission and train location tracking service.

LTE network；digital dispatch；communication system；interoperability；railway communication；Shuohuang Railway

U285.2

A

1001-683X（2017）02-0091-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.02.091

2016-05-19

孔賓（1984—），男，助理工程師，本科。E-mail：kb.hb@163.com