客运专线通信传输系统组网方案研究

■ 白莉 时庆飞 阚绍忠 李践实

通信传输系统在客运专线、高速铁路中发挥着重要作用，承载通信专业的数字调度、GSM-R铁路无线移动通信、数据网、综合视频、会议电视等业务；承载信号、信息、防灾、牵引供电、电力等专业业务；承载CTCS-2级列控系统和基于GSM-R无线通信系统的CTCS-3级列控系统。因此，应高度重视优化铁路通信传输网结构，为铁路通信提供一个安全可靠、结构合理、符合未来发展需要的传输系统。

1 铁路通信传输系统的发展历程

通信技术进步促进铁路运输效率提高，在铁路历史发展过程中，先进的通信技术被不断采用。100多年来，我国铁路通信技术发生了巨大变化。随着铁路行业业务的不断增加，作为铁路通信承载系统的铁路通信传输系统也随之发展，以满足铁路业务和带宽需要。

我国铁路长途通信由模拟通信的明线载波3路和12路通信、电缆12路通信、同轴电缆300路和960路通信到数字电缆PCM通信，直至数字准同步PDH 8M、34M、140M通信及光同步数字传输SDH 155M、622M、2.5G、10G通信，以及发展到现在的基于光系统的DWDM、SDH（MSTP）通信，铁路长途通信得到了长足的发展。

2 客运专线通信传输系统的网络结构及功能

我国客运专线通信传输系统承载GSM-R无线通信系统、CTCS列控系统、防灾安全监控系统、视频监控系统等，对网络的安全性要求较高，更强调网络结构保护。

根据高速铁路设计规范，通信传输系统应采用层次化结构，由骨干层、中继层和接入层组成。高速铁路骨干层应与中继层合并设计。通信传输系统网络结构宜采用两层网络结构，即骨干层和汇聚接入层。

通信传输系统应具备以下功能：

（1）能够承载客运专线各种业务信息内容，满足传输容量要求，并预留一定扩展余量。

（2）综合考虑铁路通信传输网承载的信息类型，采用合理的传输制式解决不同业务的承载需求，最大程度利用带宽资源和提高传输效率。

（3）为提高系统可靠性，对网内传输的各种信息进行环路保护。

（4）具有自诊断功能，可进行故障管理、性能监视、系统管理、配置管理，并具有集中告警维护、统一管理的网络管理功能。

3 客运专线通信传输系统的业务需求分析

客运专线、高速铁路通信传输系统承载通信专业的业务，也承载信息、信号、牵引供电、电力、防灾等业务（见表1）。

4 客运专线通信传输系统的业务带宽需求分析

客运专线通信传输系统中的防灾、数据网、综合视频、牵引供电SCADA、电力 SCADA占用带宽较大，其业务带宽需求分析见表2。

5 客运专线通信传输系统集成组网案例

5.1 郑西客运专线通信传输系统集成组网

郑西客运专线通信传输系统采用两层网结构，骨干层利用不同物理径路的2条32芯光缆中的各2芯构建STM-64 MSTP（1+1）光同步数字通信传输系统。接入层设基于MSTP的SDH 622 Mb/s多业务通信传输系统，在区间组成奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。业务分配在2条光缆上。郑西客运专线通信传输系统组网见图1。

5.2 京石武客运专线通信传输系统集成组网

京石武客运专线通信传输系统采用两层网结构，骨干层利用不同物理径路的2条32芯光缆中的各2芯构建STM-64 MSTP（1+1）光同步数字通信传输系统。接入层设基于MSTP的SDH 622 Mb/s多业务通信传输系统，为提高GSM-R网络系统可靠性，GSM-R网络区间点传输及接入系统按间隔接入不同的保护环考虑，在新设干线光缆中采用6芯构成3个SDH 622 Mb/s二纤通道保护环，即奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。业务分配在2条光缆上。京石武客运专线通信传输系统组网见图2。

表1 专业业务种类需求分析

表2 业务带宽需求分析

6 客运专线通信传输系统组网分析

6.1 骨干网组网方案

骨干（本地中继）层利用不同物理径路的2条32芯（或24芯）光缆中的各2芯构建STM-16 MSTP（1+1）以上光同步数字通信传输系统。在沿线车站设STM-16 MSTP以上光同步数字传输设备。

6.2 接入网组网方案

6.2.1 三种组网方案

接入层在区间根据实际情况可组2个环或3个环。2个环为奇数基站加中继站加牵引变电等环、偶数基站加中继站加牵引变电等环；3个环为奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。下面采用区间3个环分析三种组网方案。

方案1：区间采用单缆，业务用另1条缆环回保护（见图3）。接入层采用STM-4 MSTP设备开通SDH 622 Mb/s光同步数字传输及接入网系统。奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环串接于1条光缆中，利用1条32芯光缆中的3×2芯开通3套SDH 622 Mb/s光同步数字通信传输系统，再利用另1条32芯光缆中的3×2芯与车站STM-4 MSTP设备共同组建3套二纤通道保护环。

方案2：区间采用双缆，业务用光纤环回保护（见图4）。接入层采用STM-4 MSTP设备开通SDH 622 Mb/s光同步数字传输及接入网系统。根据现场实际情况，基站、信号中继站、牵引变电所（亭）分别串接于不同物理径路的2条光缆中。利用2条32芯光缆中的3×2芯构建SDH 622 Mb/s同步数字通信传输系统，分别与车站STM-4 MSTP设备组建3套二纤通道保护环。

图1 郑西客运专线通信传输系统组网示意图

图2 京石武客运专线通信传输系统组网示意图

图3 区间采用单缆，业务用另1条缆环回保护方案

图4 区间采用双缆，业务用光纤环回保护方案

图5 区间共享光纤虚拟路径保护方案

方案3：区间共享光纤虚拟路径保护（见图5）。共享光纤虚拟路径保护技术可将1根物理光纤等效为多根逻辑光纤，在1根光纤中可同时支持多种保护方式，保护级别可按VC-12或VC-4级别设置，实现业务分类保护和复杂网络保护，适合于光缆资源匮乏、光接口板紧张的业务模型。接入层车站设备采用STM-16 MSTP设备，利用1条32芯光缆中2芯开通SDH 2.5 Gb/s通信传输系统，区间基站、信号中继站、牵引变电所（亭）采用STM-4 MSTP设备，利用另1条32芯光缆中3×2芯开通3套SDH 622 Mb/s通信传输系统。利用车站层开通的SDH 2.5 Gb/s通信传输系统，采用共享光纤虚拟路径保护技术将SDH 2.5 Gb/s通信传输系统的4个622 Mb/s通道在逻辑上划分为4个独立的SDH 622 Mb/s通信传输系统，其中3个与站间3个SDH 622 Mb/s链型通信传输系统分别互连，组建3个虚拟的SDH 622 Mb/s光纤通道保护环，剩余的1个622 Mb/s通道与SDH 10 Gb/s通信传输系统中虚拟出的1个622 Mb/s通道互连，组建1个虚拟的SDH 622 Mb/s光纤通道保护环。

6.2.2 三种方案比较

方案1：组网直接用光纤环回，安全性高；保证了1条缆性能优良，方便维护，过轨数量少；另1条缆频繁破口、频繁过轨，性能下降。当线路一侧因地震或其他自然灾害出现2个以上区间光缆故障时，将导致中断通信，影响行车安全。

方案2：组网直接用光纤环回，奇偶数基站业务承载在2条光缆上，安全性高；2条光缆均出现频繁破口、频繁过轨现象，性能下降。

方案3：2.5Gb/s光路承载4条虚拟通道，一旦发生故障，安全性降低；节省光纤，节省光口数量和占用的槽位；网络结构复杂，维护管理工作量大。

7 通信传输系统组网总结及建议

通信传输系统网络宜采用骨干层和汇聚接入层结构。骨干层采用SDH 10 Gb/s以上速率系统，汇聚接入层采用S D H 622 Mb/s以上速率系统，其均采用基于SDH的多业务传送节点（MSTP）设备，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网络的多业务平台。

（1）骨干通信传输系统采用基于MSTP的STM-64以上传输设备，设备采用1+1配置。利用敷设于铁路两侧的干线光缆构成1+1复用段多业务通信传输系统。

（2）骨干网应考虑全程全网的需求，容量应兼顾本线、本局、其他线、其他局主用电路和迂回保护电路的需求，兼顾骨干及局干传送网的组网需求。

（3）客运专线的骨干网可考虑利用既有铁路的骨干传输（DWDM、SDH）网作迂回保护，也可与既有骨干传输网组成一个传输环，增加客运专线骨干传输网的可靠性。

（4）随着新技术的不断成熟，骨干网可考虑MSTP或DWDM网与新技术网络并网使用。

7.3 接入网组网总结

（1）接入网通信传输系统采用基于MSTP的STM-4以上传输设备。

（2) 在自然条件好、地震烈度等级低的地区优先采用方案1，直接用光纤环回，安全性较高，保证了1条缆性能优良、过轨数量少，方便维护。

（3）在自然条件差、地震烈度等级高的地区，优先采用方案2，安全性高。

（4）接入层区间优先采用3个环方案，即奇数基站环、偶数基站环、牵引变电专业加中继站环。

7.4 采用新技术组网建议

近年来，ASON、OTN、PTN等新传输技术不断涌现，OTN有可能成为未来主要光传送网技术。OTN可同时实现原SDH层（安全与调度）和波分层（大容量远距离传送）的功能，使调度和传送合一，其基于大颗粒管理和调度，效率更高。随着ASON控制平面标准，以及OTN在智能化方面的标准完善，2个技术将会完美结合，最终实现基于OTN传输平台真正意义上的ASON网络。随着不断研究与探索，铁路通信传输系统未来可考虑利用多种技术组网，使网络更加安全可靠、结构合理、功能强大。

[1] TB 10621—2009 高速铁路设计规范（试行）[S]

[2] 北京中铁建电气化设计研究院. 郑西客专四电集成方案，2008

[3] 北京中铁建电气化设计研究院. 京石武客专四电集成方案，2011