鐵路通信光纖接入網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究

牛海超

（中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司呼和浩特通信段，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1 鐵路接入網(wǎng)概況

高速鐵路的發(fā)展需要建立性能卓越和技術(shù)先進(jìn)的鐵路通信網(wǎng)，確保其安全行駛，提高運(yùn)輸效率，實現(xiàn)有效控制。鐵道部擁有龐大的鐵路通信網(wǎng)，可利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為全社會提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)。改變鐵路通信網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)接入方式，使用先進(jìn)的無線或有線通信傳輸方式使鐵路通信網(wǎng)絡(luò)更加現(xiàn)代化，從而充分利用鐵路通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造社會效益[1]。

1.1 接入網(wǎng)定義

根據(jù)ITU互連網(wǎng)絡(luò)框架（G.902）的建議，接入網(wǎng)由多個傳輸單元組成，包括服務(wù)節(jié)點接口和相關(guān)的用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNIT），作用是為了配置電信服務(wù)傳輸必要的容量。Internet網(wǎng)關(guān)連接到服務(wù)中心，而用戶網(wǎng)關(guān)通過Q3接口連接電信管理系統(tǒng)（TMN）。

1.2 接入網(wǎng)技術(shù)

就目前的技術(shù)現(xiàn)狀，接入網(wǎng)技術(shù)通常按照有無實體線路分為有線接入和無線接入兩種接入方式。其中，有線接入網(wǎng)分為光纖接入網(wǎng)和銅線接入網(wǎng)。

1.2.1 銅線接入網(wǎng)絡(luò)

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，大多數(shù)用戶線使用雙絞線?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字信號處理技術(shù)主要通過增加帶寬以滿足用戶對各種電信服務(wù)（如視頻服務(wù)和快速Internet訪問）的需求。銅線接入網(wǎng)絡(luò)使用雙絞銅線，使用常規(guī)電話線在用戶間發(fā)送多通道信號并進(jìn)行交換的雙絞線功率擴(kuò)展技術(shù)，被稱為N-ISDN技術(shù)。

1.2.2 光纖接入網(wǎng)

連接管道使用光纖作為傳輸網(wǎng)絡(luò)的手段，通過光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）提供用戶界面。由于所有光信號都是通過光纖傳輸?shù)?，因此必須在交換側(cè)通過光線路終端（OLT）進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并且用戶側(cè)必須使用ONU進(jìn)行光轉(zhuǎn)換，通電后將信息發(fā)送到用戶設(shè)備[2]。

1.3 光纖接入網(wǎng)的類型

光纖接入類型按照不同的拓?fù)浞绞娇梢苑譃?類，分別是星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)以及總線形結(jié)構(gòu)[3]。星型結(jié)構(gòu)如圖1所示，各接入點用戶直接與中央節(jié)點對接，各用戶間具有很好的獨立性與保密性，但隨著接入用戶的增多，使用與維護(hù)的成本也隨之增加。

圖1 星形結(jié)構(gòu)圖示

環(huán)形結(jié)構(gòu)中，所有的用戶串聯(lián)在一條光纖上形成自成封閉回路，如圖2所示。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)能最大限度地減少外界干擾，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自愈。但是，某一用戶節(jié)點出現(xiàn)故障時會導(dǎo)致整個鏈路的中斷。

圖2 環(huán)形結(jié)構(gòu)圖示

總線形結(jié)構(gòu)如圖3所示，各終端用戶節(jié)點通過耦合器直接與公共總線連接?？偩€形結(jié)構(gòu)特點突出，網(wǎng)絡(luò)能夠共享母線，接入方便，成本低，單頁存在累積損耗問題。

圖3 總線形結(jié)構(gòu)圖示

3種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)劣，實際需要綜合考慮成本和應(yīng)用需求等，以選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣尤牍饫w網(wǎng)絡(luò)。

1.4 光纖接入技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)通信接入技術(shù)相比，光纖具有高質(zhì)量、低價格，可以最大程度地滿足不同用戶的不同需求。它可以斷開一些常見的銅電纜接頭，更好地解決銅線電纜易受電磁干擾的問題。此外，光纖技術(shù)具有自動監(jiān)視和管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等功能[4]。

2 鐵路光纖接入網(wǎng)現(xiàn)狀

隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖接入網(wǎng)在鐵路通信系統(tǒng)中的使用相應(yīng)增加。隨著技術(shù)的發(fā)展和變革措施的改進(jìn)，光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于火車站，以擴(kuò)大鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)通常分為公共和私有兩種類型。鐵路接入網(wǎng)的特殊服務(wù)包括一些鐵路通信：車站間的郵政呼叫；鐵路運(yùn)營中涉及到的通信數(shù)據(jù)服務(wù)，如網(wǎng)上車票預(yù)訂，購票系統(tǒng)發(fā)送的旅客行程和賬單等；鐵路運(yùn)輸維護(hù)中采用遠(yuǎn)程操作進(jìn)行電氣檢測、信號采集以及系統(tǒng)控制等業(yè)務(wù)；不同路段間的視頻會議和有線電視系統(tǒng)。以上業(yè)務(wù)都需要用到鐵路通信，屬于鐵路接入網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍。處理好這些業(yè)務(wù)對鐵路各方面的服務(wù)質(zhì)量有重要影響。

任務(wù)多和節(jié)點散是鐵路服務(wù)的特征。在當(dāng)前眾多的通信技術(shù)中，光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能為這些鐵路服務(wù)提供良好的技術(shù)支持。因此，在鐵路通信網(wǎng)絡(luò)中，面對信息交換更多、動態(tài)性更高的現(xiàn)狀，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的光纖接入具有必要性和實用性。

2.1 光纖應(yīng)用特點以及主要業(yè)務(wù)說明

鐵路通信中光纖接入網(wǎng)的特點是節(jié)點多、線路長、信息交換點繁雜以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自動化水平不高。以專用服務(wù)為例，專用服務(wù)主要包括專用通信、專用數(shù)據(jù)以及一些多媒體服務(wù)。其中，專用通信主要適用于電話設(shè)備，包括運(yùn)輸、分段以及專用等。多媒體服務(wù)主要與多媒體應(yīng)用有關(guān)，包括多媒體會議等。

2.2 技術(shù)應(yīng)用中設(shè)備安裝的方式說明

2.2.1 電氣設(shè)備

根據(jù)光纖接入設(shè)備對電路的要求，熟悉機(jī)柜中設(shè)備設(shè)計的有關(guān)結(jié)構(gòu)圖，在機(jī)柜側(cè)門的設(shè)計中預(yù)留專用空間，在使用電纜設(shè)備的設(shè)計中不允許設(shè)計連接設(shè)備。壓接操作中使用的操作工具是壓接鉗。準(zhǔn)備電氣設(shè)備時有必要測量地線，并注意電阻值的合理設(shè)計。隔離表是用于隔離系統(tǒng)中各種電纜設(shè)備的工具，安全單元應(yīng)位于系統(tǒng)的每個外部端口之間。

2.2.2 加載設(shè)備并調(diào)試軟件

應(yīng)用光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時，需要進(jìn)行一系列的設(shè)備裝載操作，確認(rèn)印刷電路板、母線放置以及設(shè)備的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，確保相關(guān)設(shè)備的電纜運(yùn)行正常，使混合連接的可能性為零。調(diào)試系統(tǒng)電源，確保電源符合預(yù)期的設(shè)計和接地后性能完好無損。完成上述操作并確認(rèn)后，加載一些適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，可以在半小時后進(jìn)入系統(tǒng)的自檢工作[5]。自主測試主要是測試系統(tǒng)的音頻訪問端口、數(shù)據(jù)接收端口以及接收設(shè)備的低數(shù)據(jù)端口。

2.2.3 綜合系統(tǒng)測試

系統(tǒng)的綜合測試中心應(yīng)位于網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備所在的地方，此外需要其他位置的協(xié)助。完成系統(tǒng)的自測試后，連接適當(dāng)?shù)挠布?，檢查管道是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，正確配置系統(tǒng)，測試系統(tǒng)中信息傳輸?shù)男Ч?，全面測試系統(tǒng)的整體性能，檢測接收信息終端的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理中心的性能。

3 鐵路通信工程光纖接入網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

由于光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，在鐵路通信項目中使用光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展優(yōu)勢，可以提高鐵路通信的質(zhì)量和效率[6]。

3.1 DGP技術(shù)應(yīng)用

DGP是一種用于多通道傳輸信號的增強(qiáng)技術(shù)，使用數(shù)字處理技術(shù)處理未檢測到的用戶線路，以增加其傳輸能力，從而為用戶提供不同的業(yè)務(wù)支持。在鐵路通信項目中使用DGP技術(shù)，可以解決鐵路網(wǎng)絡(luò)中的用戶線路較少的問題，但是無法識別透明終端。

3.2 HDSL技術(shù)的應(yīng)用

HDSL可同時傳輸鐵路網(wǎng)絡(luò)中的語音數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。與其他技術(shù)相比，HDSL可以快速編碼信號，通過相位平衡和信號調(diào)制等方法，在低成本下實現(xiàn)信號的快速傳輸。

3.3 HFC技術(shù)的應(yīng)用

HFC是一種光纖同軸電纜混合網(wǎng)，使用光纖作為傳輸介質(zhì)形成骨干網(wǎng)絡(luò)。為實現(xiàn)寬帶服務(wù)的分布，利用光纖增加許多同軸電纜，開發(fā)混合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。HFC利用頻分復(fù)用技術(shù)，在鐵路通信系統(tǒng)中實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)格式的快速傳輸。光纖通信技術(shù)中使用的頻分技術(shù)也可用于電源系統(tǒng)。在HFC技術(shù)中，除了光纖技術(shù)外，將同軸電纜作為樹形拓?fù)洳季€。HFC具有創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)和模擬帶寬傳輸?shù)膬?yōu)勢。

3.4 OAN技術(shù)的應(yīng)用

OAN技術(shù)使用光纜作為傳輸介質(zhì)，傳輸網(wǎng)絡(luò)訪問信息并將其連接到用戶設(shè)備。在鐵路通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用OAN技術(shù)，可充分利用光纖接入網(wǎng)中的光路終端。光纖網(wǎng)絡(luò)單元在網(wǎng)絡(luò)側(cè)與本地交換網(wǎng)絡(luò)建立連接，以提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的建立促進(jìn)了現(xiàn)代化的發(fā)展。

3.5 WLL技術(shù)的應(yīng)用

WLL是無線本地環(huán)路，采用無線接入的方式替換原始電信網(wǎng)中的電纜，實現(xiàn)特定電信業(yè)務(wù)用戶與公共數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的連接。這種技術(shù)能夠靈活處理各終端節(jié)點，特別是對于一些無法架設(shè)線路的地區(qū)，以大帶寬的優(yōu)勢解決終端用戶的信號接入問題。

4 結(jié) 論

鐵路交通系統(tǒng)的暢通無阻離不開鐵路通信。光纖通信技術(shù)作為一種有效的通信方式，在鐵路各業(yè)務(wù)的通信中發(fā)揮著重要作用，保障著鐵路線路的暢通與經(jīng)濟(jì)收益。未來，隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，光纖通信的帶寬越來越大，接入速度與傳輸速度越來越快，必然會給我國鐵路運(yùn)輸事業(yè)提供更好的支撐。