中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司，湖北 武漢 430079

1 概述

開通地鐵民用通信系統(tǒng)是電信運營商通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋在地鐵范圍內(nèi)的延展，是地鐵信息化的一個體現(xiàn)，也是地鐵人文化的一個體現(xiàn)。

地鐵民用移動通信系統(tǒng)是區(qū)別于地鐵專用通信系統(tǒng)的一套獨立通信系統(tǒng)，由分布系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和集中監(jiān)測告警系統(tǒng)組成。

2 通信系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)面向?qū)ο蠛凸δ艿牟煌鞘熊壍澜煌ㄍㄐ趴煞譃橐韵滤拇笙到y(tǒng)：專用通信系統(tǒng)、民用通信系統(tǒng)、公安通信系統(tǒng)、政務(wù)通信系統(tǒng)（北京市特有，其他城市無）。

（1）專用通信系統(tǒng)是城市軌道交通行車指揮和工作人員傳遞各種信息的設(shè)施之一。它是運營指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客的網(wǎng)絡(luò)平臺。是城市軌道交通正常運轉(zhuǎn)的神經(jīng)系統(tǒng)。專用通信系統(tǒng)包括：傳輸系統(tǒng)、無線系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、公務(wù)電話系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

（2）民用通信系統(tǒng)主要是將移動運營商的手機信號引入地下區(qū)域內(nèi)，為乘客提供更優(yōu)質(zhì)的公眾移動通信服務(wù)，同時為部分增值服務(wù)提供條件，使城市軌道交通符合現(xiàn)代化的生活節(jié)奏，提高城市軌道交通和移動運營商的服務(wù)水平。民用通信系統(tǒng)包括：傳輸系統(tǒng)、無線系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

（3）公安通信系統(tǒng)是將地面公安通信系統(tǒng)網(wǎng)引入城市軌道交通，為保證市民的出行安全，保障城市軌道交通列車的安全出行，快速、準確、高效地執(zhí)行城市軌道交通安全保衛(wèi)任務(wù)提供通信保障。公安通信系統(tǒng)包括：傳輸系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、公安無線系統(tǒng)、公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

（4）政務(wù)通信系統(tǒng)是地面政務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)的地下延伸，是北京市政務(wù)通信系統(tǒng)的有機組成部分，為北京市政務(wù)網(wǎng)提供良好的服務(wù)。政務(wù)通信系統(tǒng)與公安無線系統(tǒng)共用覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

各通信子系統(tǒng)主要設(shè)備集中位于通信機房中，分別設(shè)置在控制中心、車站、區(qū)間變電所、車輛段/停車場等位置。圖1是某車輛段通信機房的現(xiàn)場實例圖。

圖1 車輛段通信機房現(xiàn)場實例

3 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)是一個基于光纖傳輸?shù)膶拵ЬC合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，為傳送語音、數(shù)據(jù)和圖像等各種信息提供傳輸通道。

傳輸系統(tǒng)具有集中維護管理功能，采用簡明、直觀的維護管理界面和系統(tǒng)安全機制，監(jiān)視每個傳輸節(jié)點主要模塊和用戶接口的工作狀態(tài)，并提供聲、光報警以及告警信息的打印功能。

3.1 傳輸系統(tǒng)通用技術(shù)要求

所有設(shè)備的設(shè)計和制造均符合ISO 和IEC 標準。相同規(guī)格的設(shè)備和部件具有互換性，其中包括接口板。

供貨商提供的設(shè)備是可靠的，并連續(xù)24h 不間斷地運行。系統(tǒng)設(shè)備體積小、重量輕，便于安裝、操作和維護，并且耗能少、防塵、防銹、防震、防潮。

傳輸系統(tǒng)從設(shè)備級、網(wǎng)絡(luò)級和業(yè)務(wù)級三個層面進行了全方位的可靠性設(shè)計和考慮。設(shè)備級采用具有高可靠性指標的光傳輸產(chǎn)品，且對主控、交叉、時鐘、電源等重要板卡進行了主備冗余配置，并支持熱插拔，確保設(shè)備連續(xù)24h 不間斷地運行。設(shè)備相關(guān)電纜、配線材質(zhì)及敷設(shè)方式滿足消防規(guī)范的要求，并能防鼠害和防雜散電流腐蝕。

傳輸系統(tǒng)具備獨立的網(wǎng)管設(shè)備，能實時地、詳細地反應(yīng)本系統(tǒng)內(nèi)部各板卡和接口的狀態(tài)信息，同時也能向網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)開房接口，上傳故障管理信息。

供貨商提供的傳輸系統(tǒng)設(shè)備既能滿足當前工程要求，又能滿足擴展要求。系統(tǒng)擴展時不影響已有設(shè)備的運行，硬件增加較少，軟件基本不變，且與其他系統(tǒng)之間的接口盡量簡單。

3.2 產(chǎn)品要求

（1）系統(tǒng)設(shè)備

圖2 民用傳輸系統(tǒng)的組網(wǎng)方案實例

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，不僅滿足各種任務(wù)的性能要求，而且可使系統(tǒng)得以逐步擴展。

（2）部件的可互換性和標準化

系統(tǒng)內(nèi)所有的相同零部件均具有可互換性。所有系統(tǒng)項目的可互換性遵照商業(yè)慣例。所有批量生產(chǎn)的設(shè)備、零部件和元器件均是標準產(chǎn)品。

系統(tǒng)內(nèi)相同功能的元件在電氣上和機械上都是可互換的，且在有美觀要求時，其外觀也一致。

（3）維護和故障管理

系統(tǒng)具備獨立的網(wǎng)管設(shè)備，實時地、詳細地反應(yīng)傳輸系統(tǒng)內(nèi)部板卡和接口的狀態(tài)和故障信息，向中心維護管理人員報告。網(wǎng)管設(shè)備能實時地顯示和記錄本系統(tǒng)的故障發(fā)生的起止時間、內(nèi)容和地點，且伴有聲光報警。

系統(tǒng)中包括對該系統(tǒng)故障和非正常條件進行識別、響應(yīng)的硬件和軟件，減少故障對系統(tǒng)運行的影響。系統(tǒng)對故障和非正常條件的響應(yīng)可包括如下策略：自動或人工改變系統(tǒng)配置、系統(tǒng)操作方式的調(diào)整和恢復(fù)運行。

系統(tǒng)故障檢測、報告和響應(yīng)設(shè)計使故障時對系統(tǒng)運行效率的影響減至最小。

系統(tǒng)運行恢復(fù)包括排除故障部件的所有動作，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。

（4）設(shè)備設(shè)計準則

所有設(shè)備材料的質(zhì)量符合國際國內(nèi)相關(guān)標準。所有的材料、緊固件、工具等都采用公制標定，所有的尺寸采用國際單位制表示。

產(chǎn)品外部金屬裝飾帶修邊，無毛刺，表面光滑。設(shè)備的金屬構(gòu)件表面除了加工裝配面和電鍍表面以外，都進行防銹和噴涂處理。在裝配前，對封閉結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面也進行噴涂或防銹處理，處理質(zhì)量符合SCC 標準。

（5）一致性

在整個系統(tǒng)中，設(shè)備的形式和外觀協(xié)調(diào)一致，采用統(tǒng)一風(fēng)格的標志、字母和符號。

4 民用傳輸系統(tǒng)

4.1 組網(wǎng)方案

民用傳輸系統(tǒng)采用MSTP 的傳輸技術(shù)體制來構(gòu)建光傳輸系統(tǒng)。環(huán)網(wǎng)的傳輸速率為2.5Gb/s，采用四纖復(fù)用段保護式組網(wǎng)。

光傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)同步采用主從同步方式。主時鐘為集中設(shè)置的同步設(shè)備（GPS+BITS），備用時鐘采用設(shè)備內(nèi)部時鐘。任一網(wǎng)絡(luò)單元的同步定時單元具有跟蹤基準時鐘的功能。

以北京城市軌道交通某運營線路為例，民用傳輸系統(tǒng)的組網(wǎng)方案如圖2所示。

4.2 系統(tǒng)功能及系統(tǒng)保護

4.2.1 MSTP 多業(yè)務(wù)傳送功能

（1）功能支持以太網(wǎng)透傳功能

MSTP 支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)傳統(tǒng)功能，即以太網(wǎng)接口的數(shù)據(jù)幀不經(jīng)過二層交換，直接進行協(xié)議封裝和速率適配后，映射到SDH 的虛容器VC 中，然后通過SDH 節(jié)點進行傳輸，功能如圖3所示。

圖3 以太網(wǎng)透傳功能基本模型圖

MSTP 設(shè)備以太網(wǎng)傳統(tǒng)功能滿足以下要求：

①傳輸鏈路帶寬可配置。

②保證以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透明性，包括以太網(wǎng)M A C幀、VLAN 標記的透明傳送。

③以太網(wǎng)單板提供GFP/LAPS/PPP 三種封裝協(xié)議，通過網(wǎng)管進行設(shè)置就可選擇所需要的封裝協(xié)議。為了保證互聯(lián)互通的順利，原則上采用GFP 協(xié)議封裝以太網(wǎng)幀。

④數(shù)據(jù)幀采用ML-PPP 封裝或采用VC 通道的連續(xù)級聯(lián)、虛級聯(lián)映射來保證數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中的完整性。

（2）支持以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)功能

MSTP 的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)功能是指在SDH 環(huán)中分配指定的環(huán)路帶寬來傳送以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，要求如下：

①以太網(wǎng)環(huán)路的傳輸鏈帶寬可配置。

②以太網(wǎng)環(huán)路帶寬具有統(tǒng)計復(fù)用功能。

③以太網(wǎng)環(huán)路中各節(jié)點端口帶寬可動態(tài)分配。

④以太網(wǎng)環(huán)路具有保護倒換功能。

（3）支持多方向匯聚功能

MSTP 支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時，具有支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的多方向匯聚的功能，最大支持1:48 的匯聚比。

（4）支持傳統(tǒng)的TDM 業(yè)務(wù)。

TDM（時分復(fù)用）是指一種通過不同信道或時隙中的交叉脈沖，同時在同一個通信媒體上傳輸多個數(shù)字化數(shù)據(jù)、語音和視頻信號等的技術(shù)。本線MSTP 設(shè)備在備用(臨時)控制中心、控制中心設(shè)置PCM 接入設(shè)備。

4.2.2 系統(tǒng)保護

系統(tǒng)保護分為三個層次：設(shè)備級保護、網(wǎng)絡(luò)級保護和業(yè)務(wù)級保護。

（1）設(shè)備級保護

系統(tǒng)各站點的光傳輸設(shè)對重要板件（如主控板、交叉時鐘板、電源板等）都進行了1+1 熱備份配置，從設(shè)備級的層面保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運行。先進的芯片技術(shù)保證了產(chǎn)品有最高的集成度，系統(tǒng)支持交叉和時鐘合一板。

（2）網(wǎng)絡(luò)級保護

采用四纖雙向復(fù)用段保護環(huán)的工作方式，環(huán)網(wǎng)傳輸速率均為2.5Gb/s。當網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生中斷或接口發(fā)生故障時，復(fù)用段保護對各自的業(yè)務(wù)進行保護，主要保護E1 級EPL 業(yè)務(wù)。具體保護工作方式和專用傳輸系統(tǒng)SDH 環(huán)網(wǎng)的復(fù)用段自愈保護工作方式相同。

（3）業(yè)務(wù)級保護

系統(tǒng)對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和視頻等寬帶業(yè)務(wù)進行了最完備的保護考慮和設(shè)計。

①設(shè)備級保護：對系統(tǒng)設(shè)備關(guān)鍵單元冗余設(shè)備備份的設(shè)備級保護。

②網(wǎng)絡(luò)級保護：采用重要業(yè)務(wù)走單獨虛容器，其他實時性要求較低的業(yè)務(wù)從共享通道傳送的方式。

③對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)在傳送通道上的保護方式主要是利用SDH 環(huán)網(wǎng)保護，大大提高了業(yè)務(wù)保護的可靠性。

④支持支路板的TPS 保護，從業(yè)務(wù)級層面保證了業(yè)務(wù)的安全穩(wěn)定可靠運行。

4.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理功能

系統(tǒng)設(shè)置一套集中網(wǎng)管系統(tǒng)，分別管理全線傳輸系統(tǒng)所有的MSTP 光傳輸設(shè)備和時鐘同步設(shè)備。

（1）傳輸網(wǎng)管功能

①傳輸網(wǎng)管功能包括自身管理、故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等管理功能。網(wǎng)管系統(tǒng)具有自身的管理功能，能進行以下操作：系統(tǒng)啟動與關(guān)閉，系統(tǒng)備份、數(shù)據(jù)庫和運行情況記錄、打印，并具備在線幫助功能，以幫助操作人員對各功能和命令正常操作。網(wǎng)管系統(tǒng)在以下情況對正常的業(yè)務(wù)電路不產(chǎn)生任何影響：投入服務(wù)和退出服務(wù)、發(fā)生故障、網(wǎng)元中系統(tǒng)控制卡的插入和拔出等。

②故障管理（告警）功能。網(wǎng)管系統(tǒng)將告警分為設(shè)備告警、業(yè)務(wù)質(zhì)量告警、通信告警、環(huán)境告警、處理差錯告警五類，并分為緊急告警、嚴重告警、一般告警和提示告警四個等級。網(wǎng)管系統(tǒng)對警告采取以下管理措施：

a.告警監(jiān)視。實時監(jiān)視網(wǎng)元各種告警和工作狀態(tài)，所有的告警都有時間標記。

b.告警指示。當產(chǎn)生/存在告警時，有相應(yīng)的可聞、可視的指示。

c.告警報告收集。告警是由網(wǎng)元產(chǎn)生并上報給網(wǎng)管系統(tǒng)的。網(wǎng)管系統(tǒng)可以實時收集網(wǎng)元發(fā)出的告警信息，并自動更新當前告警列表。

d.告警屏蔽。網(wǎng)管系統(tǒng)能根據(jù)操作員設(shè)定的告警屏蔽條件屏蔽所有符合條件的告警。

e.告警嚴重等級分配。網(wǎng)管系統(tǒng)支持對指定的告警原因，重新分配嚴重等級。

f.告警相關(guān)性分析與定位。網(wǎng)管系統(tǒng)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置信息以及接收的告警信息頻度和種類，對告警信息的關(guān)聯(lián)進行綜合分析，在多個告警中確定故障根源。通過分析，網(wǎng)管系統(tǒng)能以圖形顯示方式故障定位在機架、子架、單元盤，或者以文本顯示的方式將故障定位至局站、子架、單元盤，并給出可能的故障原因。

根據(jù)告警分析和定位結(jié)果，網(wǎng)管系統(tǒng)可以在網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中以不同形式（如鏈路變色、網(wǎng)元閃爍、聲音提示等）顯示告警發(fā)生的位置及告警信息，并提示操作人員對告警進行確認。網(wǎng)管系統(tǒng)針對不同嚴重級別的告警，以不同的顏色進行顯示：紅色表示緊急告警，橙色表示嚴重告警，黃色表示一般告警。對于已確認的告警和未確認的告警，有相應(yīng)的標志（如顏色變化）加以區(qū)分。

按照操作人員設(shè)定的查詢條件（如告警類別、告警原因、告警等級、告警時間等），網(wǎng)管系統(tǒng)提供告警的查詢和統(tǒng)計功能。

g.告警確認。網(wǎng)管系統(tǒng)提供告警確認功能。網(wǎng)管系統(tǒng)支持操作用戶對所有從網(wǎng)元接收到，尚未確認的告警進行確認，未經(jīng)確認的告警保持對用戶的提示，直到用戶進行確認或告警已經(jīng)被清除。

h.告警存儲。網(wǎng)管系統(tǒng)能存儲網(wǎng)元的告警，可查詢。

i.告警同步。把網(wǎng)管系統(tǒng)顯示的告警與網(wǎng)元實際的告警狀態(tài)進行核準，有人工和自動兩種校正模式。

j.告警報告的生成和輸出。告警報告能寫入文件，并能以ASCII 碼文件的格式輸出到外部設(shè)備。

③性能管理功能。網(wǎng)管系統(tǒng)能以固定的時間間隔收集系統(tǒng)性能參數(shù)，進行以下管理操作：

a.可提供用于查詢指定測量任務(wù)的所有屬性，如測量時段、測量周期、測量對象及測量屬性、狀態(tài)（正在運行，已經(jīng)結(jié)束、暫停、尚未開始）和測量數(shù)據(jù)。

b.可提供性能分析工具軟件，整理并輸出性能檢測報表，進行統(tǒng)計和分析。

c.可以直觀的形式（如折線圖或直方圖等），顯示性能監(jiān)測參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果。

d.可將統(tǒng)計結(jié)果打印輸出。

e.網(wǎng)管系統(tǒng)存儲設(shè)備可提供性能測量數(shù)據(jù)的保存功能，允許操作人員設(shè)置性能數(shù)據(jù)的條數(shù)和尺寸大小，對超過上限的性能數(shù)據(jù)，在提示操作人員進行歸檔后刪除，也可將性能測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到大容量存儲介質(zhì)，供操作人員進行脫機分析。

④配置管理功能。操作人員在對網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)元設(shè)備進行任何配置時，網(wǎng)管系統(tǒng)可提供以下維護和管理功能：

a.配置數(shù)據(jù)日志。其包括記錄所改變配置內(nèi)容、時間、用戶名稱等。

b.配置數(shù)據(jù)合法性檢查。當網(wǎng)管系統(tǒng)改變網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備配置時，系統(tǒng)將檢查被管理網(wǎng)元是否能提供此類配置，與其他配置是否沖突，是否有足夠權(quán)限等。如有差錯，將及時向操作人員報告，并生產(chǎn)日志。

c.配置數(shù)據(jù)一致性檢查。檢查網(wǎng)管系統(tǒng)中保存的配置數(shù)據(jù)是否與網(wǎng)元中的實際數(shù)據(jù)一致。

d.網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備配置信息的瀏覽、查詢和打印功能。

⑤ 安全管理功能。其主要包括以下內(nèi)容：

a.操作權(quán)限劃分。能按系統(tǒng)功能和管理范圍細分操作權(quán)限。

b.用戶管理。用戶管理包括用戶信息的創(chuàng)建、修改于刪除，用戶密碼分配，用戶授權(quán)，用戶登錄鑒權(quán)和用戶操作鑒權(quán)。

c.日志管理。日志管理可提供日志管理功能，用于記錄、顯示查詢操作人員的登錄信息和操作信息。

（2）BITS 網(wǎng)管功能

①數(shù)據(jù)管理。網(wǎng)管數(shù)據(jù)管理的內(nèi)容如下：

a.局位數(shù)據(jù)。確定當前局位置，實現(xiàn)局位的增加、刪除、修改操作。

b.系統(tǒng)工作參數(shù)。對整機的系統(tǒng)工作方式等運行參數(shù)、系統(tǒng)時間等進行設(shè)定和管理。

c.單板參數(shù)。設(shè)定當前局各個單板的運行參數(shù)。

d.輸入源工作參數(shù)。設(shè)定當前局各種參考源的優(yōu)先級別、源可用性、源的狀態(tài)和源可用性判斷依據(jù)等。

e.輸出信號。設(shè)定當前局所有輸出板的輸出信號類型等。

f.版本信號。查詢當前終端軟件版本號等。

g.數(shù)據(jù)加載。加載各種系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)。

h.用戶權(quán)限設(shè)置，設(shè)定每個維護人員的用戶名稱、用戶權(quán)限和密碼。

②監(jiān)視控制

a.單板監(jiān)控。監(jiān)視設(shè)備每一單板的實時運行狀態(tài)，對每塊單板的各種運行狀態(tài)進行查詢、設(shè)定和控制。

b.聲光告警。對設(shè)備的各種運行異常實現(xiàn)聲光報警，查詢當前告警狀態(tài)，并可對設(shè)備運行告警歷史事件記錄和觀察。

c.時鐘板工作監(jiān)控。對設(shè)備的核心部件時鐘板的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，對其運行狀態(tài)進行控制。

d.輸入?yún)⒖荚窗灞O(jiān)控。對設(shè)備的所有參考源的可用性能進行優(yōu)先排序，并對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，協(xié)助維護操作人員對設(shè)備的參考源進行全面的管理。

e.輸出信號監(jiān)視。對設(shè)備的所有時鐘信號輸出的狀態(tài)進行檢測與控制。

5 系統(tǒng)接口

傳輸系統(tǒng)在各車站需要電源系統(tǒng)提供220V 交流電一路。接口參數(shù)如下：

接口類型：220V 交流電。

線纜：RYY3X1.0 mm 2 黑色；接地 電纜：BY1X10mm2，黃綠色。

接口數(shù)量：各車站分別一根。

接口界面：電源接口界面在通信機房電源設(shè)備輸出端，接地接口界面在通信機房地線盤。

6 結(jié)束語

為緩解與城市發(fā)展相伴出現(xiàn)的地面交通壓力,我國軌道交通發(fā)展已經(jīng)開始進入蓬勃發(fā)展的黃金時期。乘客對乘坐地鐵時享受移動通信服務(wù)的要求在不斷的提升。地鐵民用通信分布系統(tǒng)主要為滿足這一需要而建立。其主要功能是在地鐵線路的地下空間內(nèi)實現(xiàn)民用移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，讓乘客享受與地面一樣的移動通信服務(wù)。為了更好的建設(shè)民用通信系統(tǒng)，需要更詳細的了解其基本原理及功能。

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[2]曹俊文.地鐵通信系統(tǒng)現(xiàn)狀思考及其發(fā)展趨勢探索.軌道交通,2010.4:47.

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[5]謝衛(wèi)浩，徐明.公眾移動通信系統(tǒng)地鐵覆蓋實現(xiàn)方式探討廣東通信技術(shù).第24 卷第5 期,2004.5:23-27.