接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用及其發(fā)展

1、    接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用及其發(fā)展    王曉燕摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，鐵路建設(shè)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(yùn)行的支柱之一，也在不斷擴(kuò)展和完善。鐵路列車向高速化和準(zhǔn)高速化方向的邁進(jìn)在一定程度上對通信服務(wù)和業(yè)務(wù)水平提出了更高要求和標(biāo)準(zhǔn)，而先進(jìn)的無線通信和有線通信傳輸方式的廣泛推廣和運(yùn)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(shí)現(xiàn)了鐵路通信在經(jīng)濟(jì)效益和社會效益方面的突出貢獻(xiàn)。主要介紹了網(wǎng)絡(luò)在鐵路中的運(yùn)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(shè)進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：鐵路；接入網(wǎng)技術(shù)；

2、有線通信；無線通信中圖分類號：tn915.6 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)輸中占據(jù)著不可替代的地位。在實(shí)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(yùn)輸效率和改進(jìn)管理水平的重要設(shè)施。鐵路通信網(wǎng)不僅要滿足指揮列車運(yùn)行、組織運(yùn)輸生產(chǎn)和進(jìn)行公務(wù)聯(lián)絡(luò)等要求，還要做到迅速、準(zhǔn)確、安全、可靠。鐵路通信是專門為鐵路的運(yùn)輸生產(chǎn)、經(jīng)營管理、生活服務(wù)等建立的一整套通信系統(tǒng)。鐵路專用通信是直接為運(yùn)輸生產(chǎn)一線服務(wù)的，因此，在鐵路運(yùn)輸中必須要有先進(jìn)的通信手段，并且時(shí)刻保持良好的通信質(zhì)量

3、。眾所周知，高速運(yùn)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(gè)單位、車站以及一些固定的設(shè)施之間就需要這種通信方式。sdh傳輸設(shè)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(jìn)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(yuǎn)端用戶單元等設(shè)備進(jìn)行選擇，對即將投資的成本和即將達(dá)到的效益進(jìn)行綜合考量之后再組建相應(yīng)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(wù)，同時(shí)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(kuò)容的功能也不容忽視。我國鐵路傳輸

4、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(jìn)行劃分。就鐵路通信網(wǎng)而言，接入網(wǎng)將占有相當(dāng)大的比重，可將其分為無線接入網(wǎng)和有線接入網(wǎng)2個(gè)獨(dú)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?yàn)殍F路電信網(wǎng)是鐵路部門的基礎(chǔ)，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(wù)。多媒體通信能力和多信息服務(wù)會影響到全國的網(wǎng)絡(luò)，因此，鐵路通信將有可能成為面向大眾的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)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(yùn)用和發(fā)展、原先用戶銅纜接入的廣泛性導(dǎo)致了當(dāng)我

5、們準(zhǔn)備接入網(wǎng)建時(shí)，必須對現(xiàn)在的狀況和今后的發(fā)展加以考慮，同時(shí)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(yùn)用，它的工作任務(wù)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(wù)有：自動電話，2 m、64 k數(shù)據(jù)，isdn和各種音頻，其主要服務(wù)的對象是各單位的信息管理系統(tǒng)和各專業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。鐵路接入網(wǎng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：在組建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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。鐵路接入網(wǎng)在節(jié)約投資和電路上具有較大的

6、貢獻(xiàn)。由于它在一定程度上可以按照鐵路上各個(gè)業(yè)務(wù)站的不同需求提供不同的服務(wù)，同時(shí)，當(dāng)遇到同類的業(yè)務(wù)時(shí)可以進(jìn)行相應(yīng)的整合，達(dá)到節(jié)約資源的目的。鐵路接入網(wǎng)采用高集成方式接入有自動電話業(yè)務(wù)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(yùn)用得到了很大程度的支持和幫助。對鐵路各個(gè)車站的信息進(jìn)行全方面、有效的管理是鐵路接入網(wǎng)的重要特點(diǎn)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(jìn)行傳輸。這種信號可以傳輸35 km，且資源下載和上傳具有相同的效率

7、。另外，為了提高傳輸效率，采用了消除返回波的形式，徹底達(dá)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(yàn)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(yīng)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(yīng)用近端連接是指本地售票站（點(diǎn)）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(shí)，我們需要解決的只是電纜線路2 mbit/s傳輸問題。遠(yuǎn)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(shí)，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 mb

8、it/s口與路由器v.35口的轉(zhuǎn)換問題。在這種應(yīng)用中，主機(jī)從機(jī)與時(shí)鐘方式不可互換，hdsl系統(tǒng)時(shí)鐘跟隨傳輸網(wǎng)時(shí)鐘。1.1.2 在可視會議系統(tǒng)中的應(yīng)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(shè)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(shè)專用光纖的過剩投資浪費(fèi)，既降低了工程造價(jià)，又大大縮短了施工周期。1.1.3 在專用交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用在鐵路運(yùn)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(jī)間語音、數(shù)據(jù)、圖像的傳遞和交換功能，交換機(jī)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

9、換機(jī)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(shè)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(luò)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(wù)和固定終端業(yè)務(wù)。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(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了巧妙的結(jié)合，產(chǎn)生了一種新的運(yùn)用系統(tǒng)集群通信系統(tǒng)，一種具有強(qiáng)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(jìn)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

10、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(wù)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(yùn)用，它的工作任務(wù)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(jìn)站或者出站的時(shí)候，而當(dāng)列車在路上行駛時(shí)，是不通話的。然而，隨著時(shí)代的發(fā)展，鐵路的現(xiàn)代化建設(shè)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(yīng)的滿足，這就要求

11、我們必須重新組建一套與現(xiàn)代化鐵路運(yùn)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(gè)：地面鐵路維護(hù)、工程施工、安全檢查等人員與站臺值班人員的通信聯(lián)系；地區(qū)與站場的調(diào)車、列檢、客貨運(yùn)組織等的生產(chǎn)指揮；行車調(diào)度員和車站值班員對列車的無線調(diào)度；不同列車的司機(jī)、列車乘務(wù)員、乘客等相互之間或與地面人員的通信聯(lián)系；用于包括列車自動控制、防護(hù)和鐵路沿線各道口控制的無線遙控；用于通過列車車次、機(jī)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g(shù)sm（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(qiáng)拆、強(qiáng)插、組呼、群呼等

12、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(yīng)急、搶險(xiǎn)和調(diào)度指揮等方面的運(yùn)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(shí)現(xiàn)傳輸?shù)姆涓C系統(tǒng)是解決鐵路通信網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)象，但其也有弊端，即在高速運(yùn)動中信號接收的穩(wěn)定性和速度無法得到保障運(yùn)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(yùn)行參數(shù)在列車飛速行進(jìn)的過程中無法提供可以滿足用戶體驗(yàn)要求的收發(fā)速度。從更加深遠(yuǎn)的角度來探討鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，需要將借助軌側(cè)蜂窩來實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)姆涓C系統(tǒng)作為技術(shù)突破方向，其主要實(shí)現(xiàn)

13、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0100 m內(nèi)，然后在小區(qū)的外形構(gòu)造上進(jìn)行合理的設(shè)置。在使用50280 g的高頻發(fā)射微電波時(shí)，就可以為高速行進(jìn)的列車提供有效的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。另外，縮小小區(qū)的有效范圍可以提高頻帶的重復(fù)利用率，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)小區(qū)的無線覆蓋，為小區(qū)用戶提供無線服務(wù)，提高用戶體驗(yàn)度。接著在鐵路軌道的兩側(cè)敷設(shè)80 ghz的高頻率發(fā)射天線，構(gòu)建成一個(gè)完整的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，在高速行進(jìn)的列車上搭建多個(gè)連接天線，用此實(shí)現(xiàn)與兩側(cè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)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

14、將會變換得越來越頻繁，時(shí)速達(dá)到300 km的高速列車經(jīng)過覆蓋直徑在100 m的小區(qū)時(shí)，無線連接的變換頻次為1.2次/s，而在目前運(yùn)行的無線傳輸技術(shù)中，正常的更換頻次為0.11次/s。由此可見，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)備的ip地址來保持與互聯(lián)網(wǎng)的有效連接。此前運(yùn)行的ipv6協(xié)議其無線連接的更換頻次仍以秒為計(jì)算單位，從理論上講，在高速行進(jìn)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(shí)現(xiàn)真正的突破，還需要引入一些新

15、的觀點(diǎn)和理念。從當(dāng)前來講，這一領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了不少新的計(jì)算方法，較為突出的設(shè)想是可以借助gps預(yù)先判斷運(yùn)動中的無線接收設(shè)備進(jìn)入的下一個(gè)小區(qū)，預(yù)先對小區(qū)進(jìn)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(luò)，就需要在鐵路兩側(cè)建設(shè)更多的傳輸基站，這無疑會大大提高鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)費(fèi)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(fù)用（wdm）技術(shù)進(jìn)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(gè)中心管理站對其左右的基站進(jìn)行集中管理，從而使所有基站都具有不同的射

16、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(shí)現(xiàn)列車速度與小區(qū)頻率的同步變換，最后達(dá)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(yùn)營環(huán)境中使用，這是因?yàn)檫@時(shí)旅客的集中和速度是相同的。隨著當(dāng)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(gè)方案主要利用的是awg結(jié)合光開關(guān)，由于多個(gè)波長的信號被輸入到相同的g入口，在經(jīng)過出口時(shí)，它們的分布狀態(tài)會出現(xiàn)差異，這時(shí)再利用光開關(guān)技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的切換，使wdm波長上射頻的變化功能得以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榛臼遣蛔兊模栽诮窈蟮陌l(fā)展和研究中，我們可以利用這一點(diǎn)來減少基站的數(shù)量，從而在一定程度上降低網(wǎng)絡(luò)建立的成本。隨著移

17、動小區(qū)技術(shù)的運(yùn)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(biāo)就是在一定程度上通過完善光開關(guān)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步縮短握手時(shí)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(luò)屬于鐵路干線運(yùn)輸服務(wù)行業(yè)所用的專屬網(wǎng)絡(luò)。因受到鐵路行業(yè)特殊的社會性質(zhì)和運(yùn)行管理機(jī)制的影響，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)在創(chuàng)建和發(fā)展的過程中已經(jīng)與現(xiàn)行公用網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展脫軌。隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，服務(wù)業(yè)的競爭越來越激烈，在此推動下，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)也在逐步轉(zhuǎn)型，向迎合大眾性的盈利性服務(wù)發(fā)展。為了有力地推動此項(xiàng)轉(zhuǎn)型的順利進(jìn)行，鐵路總公司也在逐步加大對鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)力度，一大批建

18、設(shè)項(xiàng)目正在逐步開展。同時(shí)，建設(shè)數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)、信號傳輸媒介全部采用光纜，提高了信號處理交換設(shè)備的自動化程度。在傳輸網(wǎng)絡(luò)與處理交換網(wǎng)絡(luò)不斷更新?lián)Q代的同時(shí)，能更加體現(xiàn)用戶感受的接入網(wǎng)絡(luò)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(wù)，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(yùn)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

19、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(luò)在接入網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展問題上有其專業(yè)的要求在接入網(wǎng)的建設(shè)中是否遵循了“提高網(wǎng)絡(luò)容量、降低網(wǎng)絡(luò)局所”的原則，而這種要求會直接影響接入網(wǎng)絡(luò)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(luò)的創(chuàng)建過程中，必須有效控制接入網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，盡可能地放寬信號交換設(shè)備的放號寬度；在網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)限上降低交換網(wǎng)絡(luò)的控制級別，升級網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)，避免接入網(wǎng)絡(luò)中分支和控制遠(yuǎn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費(fèi)用。此外，在新的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建過程中，對于程控交換設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)設(shè)備應(yīng)盡量選擇同一品牌，將接入網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和spc的創(chuàng)建有機(jī)地統(tǒng)一起來。這樣可以提高信號傳輸?shù)男?，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸暢通。