苗 淼

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100073）

既有線GSM-R改造中既有傳輸系統(tǒng)配置運用方案

苗 淼

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100073）

既有線無線列調(diào)改造為GSM-R系統(tǒng)后，能大大提高列車無線調(diào)度通信運用質(zhì)量，傳輸系統(tǒng)作為承載網(wǎng)絡(luò)，在既有線GSM-R改造工程中需滿足GSM-R系統(tǒng)及其他既有和新增業(yè)務(wù)承載需求。結(jié)合呼和浩特鐵路局大包線GSM-R改造工程，簡談既有線GSM-R改造中既有傳輸系統(tǒng)配置運用方案。

GSM-R；傳輸系統(tǒng)；配置運用

1 概述

我國大部分既有普速線路采用450 MHz無線列調(diào)通信系統(tǒng)，覆蓋鐵路里程約7萬km，占全路里程約80%。GSM-R系統(tǒng)是基于公網(wǎng)成熟的GSM技術(shù)并針對鐵路通信需求而設(shè)計的鐵路綜合專業(yè)數(shù)字移動通信系統(tǒng)。既有線無線列調(diào)改造為GSM-R系統(tǒng)后，能大大提高列車無線調(diào)度通信運用質(zhì)量，降低設(shè)備故障率及故障延時時間，滿足鐵路運輸通信保障需求。同時將450 MHz無線列調(diào)系統(tǒng)改造為GSM-R系統(tǒng)，能夠滿足重載列車運用等新需求，并符合國家無線電頻率使用規(guī)定以及鐵路總公司發(fā)展規(guī)劃。

傳輸系統(tǒng)作為承載網(wǎng)絡(luò)，在既有線G網(wǎng)改造工程中需滿足GSM-R系統(tǒng)及其他既有和新增業(yè)務(wù)承載需求，因此傳輸系統(tǒng)作為重要的配套系統(tǒng)，必須在G網(wǎng)改造工程中對其現(xiàn)狀進行分析，必要時進行適應(yīng)性改造。

2 傳輸系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

目前，鐵路通信和通信運營商采用的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有SDH/MSTP、 DWDM、OTN。

2.1 SDH/MSTP技術(shù)

SDH技術(shù)主要采用同步傳送機制，通過2 M、155 M、622 M映射結(jié)構(gòu)實現(xiàn)不同速率的TDM業(yè)務(wù)接入和傳送。SDH設(shè)備具備完善的網(wǎng)絡(luò)保護機制和網(wǎng)絡(luò)管理、配置管理功能。在20世紀(jì)80年代后期和90年代，鐵路通信和通信運營商常用于骨干/匯聚/接入層傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

90年代后期，隨著IP業(yè)務(wù)發(fā)展，MSTP技術(shù)孕育而生，很快被運用在鐵路通信和通信運營商傳輸網(wǎng)絡(luò)中。MSTP技術(shù)是在SDH技術(shù)基礎(chǔ)上進行了改進，主要是增加了對以太網(wǎng)IP業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)的接入，通過2 M、155 M級封裝技術(shù)實現(xiàn)IP業(yè)務(wù)和ATM業(yè)務(wù)的傳送。MSTP技術(shù)只能按封裝的固定帶寬來承載IP業(yè)務(wù)，不能實現(xiàn)動態(tài)帶寬分配和有效帶寬統(tǒng)計復(fù)用，IP業(yè)務(wù)承載效率不如數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備。

MSTP技術(shù)設(shè)備繼承了SDH完善的網(wǎng)絡(luò)保護機制和網(wǎng)絡(luò)管理、配置管理功能。較好地解決了在網(wǎng)絡(luò)中傳送TDM業(yè)務(wù)與IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載。因此，MSTP技術(shù)在通信行業(yè)中常用于傳輸網(wǎng)絡(luò)匯聚層及接入層建設(shè)。MSTP技術(shù)設(shè)備比較成熟穩(wěn)定，在國內(nèi)外通信設(shè)備主流廠家均提供MSTP技術(shù)設(shè)備。

目前，傳輸設(shè)備生產(chǎn)廠家的SDH設(shè)備為基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點（MSTP）設(shè)備。

SDH/MSTP技術(shù)設(shè)備能提供的傳輸系統(tǒng)帶寬為STM-1、STM-4、STM-16、STM-64，在傳輸帶寬需求較大的骨干網(wǎng)中需要建設(shè)多套傳輸系統(tǒng)。隨即密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)孕育而生，解決了高帶寬容量需求。

2.2 DWDM技術(shù)

DWDM技術(shù)大大提高了光纖利用率，每根光纖能分成16、32、40、80、160個波道，每個波道能提供2.5 G、10 G、40 G速率的帶寬。

DWDM技術(shù)有著超大容量、數(shù)據(jù)透明傳輸、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡化、可靠性高、靈活的擴展性和經(jīng)濟性。2000年 初 期，DWDM-16X2.5G、DWDM-16X10G、D W D M-32/40X2.5G、D W D M-32/40X10G等系列設(shè)備，已經(jīng)逐步廣泛的應(yīng)用于各大運營商的骨干網(wǎng)絡(luò)。

由于DWDM技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用中也遭遇一些瓶頸，其業(yè)務(wù)調(diào)度不靈活，網(wǎng)絡(luò)管理手段有限；并且故障定位困難，給網(wǎng)絡(luò)維護帶來不便。另外，DWDM系統(tǒng)組網(wǎng)主要采用點對點的應(yīng)用方式，其組網(wǎng)能力較弱，網(wǎng)絡(luò)生存性手段和能力不夠。

2.3 OTN技術(shù)

OTN技術(shù)是在SDH/MSTP和DWDM技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兼有兩種技術(shù)的優(yōu)點。一方面，它處理的基本對象是波長級業(yè)務(wù)，提供對更大顆粒的2.5 Gb/s、10 Gb/s、40 Gb/s和100 Gb/s業(yè)務(wù)的透明傳送支持；另一方面，它解決了傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)無波長和子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力、組網(wǎng)能力弱、保護能力弱等問題。

OTN技術(shù)簡單的說就是SDH/MSTP技術(shù)和DWDM技術(shù)的結(jié)合，揚長避短，其優(yōu)點體現(xiàn)為以下幾點。

1）客戶層信號的透明傳輸

OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、ATM、以太網(wǎng)等復(fù)用信號，以及自定義速率數(shù)據(jù)流。OTN傳送客戶信號時不更改其凈荷和開銷信息，而其采用的異步映射模式，保證了客戶信號定時信息的透明。

2）大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置

OTN目前定義的電層帶寬顆粒GE、2.5 Gb/s、10 Gb/s和40 Gb/s，光層的帶寬顆?？蔀?.5 Gb/s、10 Gb/s、40 Gb/s和100 Gb/s波長；相對于SDH 的VC-12/VC-4調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，可以實現(xiàn)更大容量無阻噻的交叉連接功能。顯著提升高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率。

3）強大的維護管理能力

OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，具備完善的性能和故障監(jiān)測機制，從而使OTN系統(tǒng)具備類似SDH的性能和故障監(jiān)測能力。

4）豐富的組網(wǎng)和保護能力

通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）的引入，大大增強光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力。前向糾錯（FEC）技術(shù)的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護功能，如基于光層的光通道、復(fù)用段或光線路保護和基于電層的（ODUk）光子網(wǎng)連接保護（SNCP）和共享環(huán)網(wǎng)保護等。

ITU-T于1998年就啟動了OTN系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，到2008年OTN主要系列標(biāo)準(zhǔn)已基本完善。國內(nèi)通信行業(yè)對OTN技術(shù)的發(fā)展也頗為關(guān)注。從OTN國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的整體發(fā)展現(xiàn)狀來看，OTN標(biāo)準(zhǔn)也是趨于基本成熟的階段，后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作則側(cè)重于現(xiàn)有已立項標(biāo)準(zhǔn)體系的逐漸完善和補充，同時根據(jù)OTN技術(shù)最新的發(fā)展和應(yīng)用需求情況，逐步立項并制定相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)。

國外的泰樂、阿朗、諾西及國內(nèi)的華為、中興、烽火等設(shè)備廠商，均可提供基于ODUk電交叉（實驗室可驗證交叉容量已經(jīng)達到12.8 Tb/s）或光電混合交叉的OTN商用設(shè)備。

隨著光傳送網(wǎng)絡(luò)面向IP業(yè)務(wù)，光通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已向OTN網(wǎng)絡(luò)全面部署上發(fā)展。目前，各大運營商已經(jīng)大規(guī)模建設(shè)OTN網(wǎng)絡(luò)，基于電層交叉的OTN設(shè)備已經(jīng)廣泛商用于各大運營商。

2.4 技術(shù)分析比選

基于波分復(fù)用的傳送技術(shù)和OTN技術(shù)均可大大提高光纖利用率，解決光纖資源短缺，并可較大提高傳輸帶寬。在傳輸網(wǎng)絡(luò)中主要用于長大骨干網(wǎng)絡(luò)、光纖資源短缺、業(yè)務(wù)帶寬容量較大的區(qū)段。在通信網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢上，以及在設(shè)備組網(wǎng)安全可靠性、靈活性、業(yè)務(wù)調(diào)度維護等方面，OTN技術(shù)比DWDM技術(shù)有更多優(yōu)勢。根據(jù)上述對DWDM技術(shù)和OTN技術(shù)分析，建議在鐵路局骨干網(wǎng)建設(shè)中，在光纖資源短缺、業(yè)務(wù)量大的區(qū)段推薦采用OTN技術(shù)。

目前，鐵路通信接入層傳輸網(wǎng)絡(luò)中，主要是承載TDM業(yè)務(wù)為主，現(xiàn)有的鐵路局通信傳輸網(wǎng)主要采用SDH/MSTP技術(shù)，大部分主要解決2 M、155 M顆粒業(yè)務(wù)接入，以及部分FE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入。雖然，鐵路各業(yè)務(wù)發(fā)展逐步向IP化演進，但是，近期應(yīng)綜合考慮既有網(wǎng)絡(luò)情況，以及既有網(wǎng)絡(luò)與新建網(wǎng)絡(luò)兼容性，因此，建議近期鐵路局匯聚層、接入層傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要采用基于MSTP技術(shù)的SDH設(shè)備。

既有線GSM-R改造配套傳輸系統(tǒng)屬于接入層傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，推薦采用基于MSTP技術(shù)的SDH設(shè)備。

3 呼和浩特局大包線無線列調(diào)改造GSM-R工程傳輸系統(tǒng)方案

3.1 大包線傳輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

1）骨干西北環(huán)

包頭東、呼和浩特設(shè)置OTM設(shè)備，集寧設(shè)置OADM設(shè)備，卓資山、豐鎮(zhèn)設(shè)置OLA設(shè)備，并在包頭東、呼和浩特、集寧設(shè)置相應(yīng)的STM-16 ADM設(shè)備。

鐵路骨干傳輸網(wǎng)西北環(huán)及西南環(huán)（2號環(huán)）改造工程規(guī)劃在集寧、呼和浩特東通信站、呼和浩特G網(wǎng)工區(qū)、包頭東分別設(shè)置1套OTN設(shè)備，在豐鎮(zhèn)、卓資山、薩拉齊設(shè)置OLA設(shè)備，并在包頭東、集寧、呼和浩特東通信站、呼和浩特G網(wǎng)工區(qū)設(shè)置相應(yīng)的STM-64 ADM設(shè)備。

2）中繼層

2002年，在包頭西—包頭東—薩拉齊—察素齊—呼和浩特—旗下營—卓資山—集寧設(shè)置STM-16 ADM設(shè)備，開通SDH 2.5 Gb/s光傳輸系統(tǒng)。

3）接入層

2002年在各車站分別設(shè)置1套STM-4 ADM設(shè)備，開通1個SDH 622 Mb/s接入網(wǎng)系統(tǒng)。此套設(shè)備采用華為Metro1000型號，設(shè)備廠家已逐步淘汰，并已超過大修期，故障頻繁，維護極其困難；為不降低既有通信系統(tǒng)可靠性，亟需對華為傳輸及接入網(wǎng)系統(tǒng)進行更新改造。

2008年在各車站設(shè)置1套STM-16 ADM設(shè)備，利用鐵路兩側(cè)的各2芯光纖，開通SDH 2.5 Gb/s光傳輸系統(tǒng)（MSP 1+1）。

3.2 大包線GSM-R系統(tǒng)設(shè)計方案

本工程擴容張?zhí)畦F路在呼和浩特設(shè)置的核心網(wǎng)設(shè)備，在呼和浩特GSM-R中心機房新設(shè)BSC/ PCU及TRAU 1套。

工程共計新建CTCS-2基站12處，新建分布式基站（兩載頻）BBU 6處，新建RRU 27處，BSC與BTS之間采用環(huán)形組網(wǎng)方式，按3～5個基站組成一個2 Mb/s傳輸環(huán)接入BSC，分布式基站與宏基站分別組環(huán)。

3.3 大包線傳輸系統(tǒng)設(shè)計方案

3.3.1 設(shè)計方案

根據(jù)既有傳輸系統(tǒng)設(shè)置情況，本工程在包頭西、包頭東、古城灣、東興、公積板、薩拉齊、美岱召、陶思浩、察素齊、畢克齊、臺閣牧新機械室、瓜房子、呼和南、沙良、陶卜齊、民族、旗下營、三道營、福生莊、卓資山、姑家堡、馬蓋圖、十八臺、八蘇木、葫蘆、集寧通信站、集寧南、古營盤、蘇集、土貴烏拉、紅砂壩、新安莊、豐鎮(zhèn)、堡子灣、孤山、呼西通信樓、呼和通信站、呼和G網(wǎng)工區(qū)、呼和東、白塔共40個節(jié)點分別設(shè)置1套STM-16 ADM設(shè)備，利用鐵路兩側(cè)光纜各2芯光纖，組建一個SDH 2.5Gb/s光傳輸系統(tǒng)（MSP 1+1）。

在區(qū)間基站、車站接入等節(jié)點分別設(shè)置1套STM-4 ADM設(shè)備，根據(jù)光纜線路情況，組建相應(yīng)的SDH傳輸環(huán)或鏈。

在各牽引變電所、開閉所、分區(qū)所分別設(shè)置1套STM-1 ADM設(shè)備，就近接入相鄰STM-16 ADM或STM-4 ADM設(shè)備。

3.3.2 與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接

本工程與鐵路骨干傳輸網(wǎng)西北環(huán)工程在呼和浩特鐵路局設(shè)置的局內(nèi)SDH 10 Gb/s系統(tǒng)在包頭東通信站、呼和通信站、呼和G網(wǎng)工區(qū)、集寧通信站分別采用2個2.5G光口互聯(lián)，以實現(xiàn)跨環(huán)（線）業(yè)務(wù)的調(diào)度。

3.3.3 系統(tǒng)保護

本工程包頭西—呼和浩特—集寧—豐鎮(zhèn)段SDH 2.5 Gb/s光傳輸系統(tǒng)采用線路MSP（1+1）。

區(qū)間接入層傳輸系統(tǒng)，根據(jù)光纜資源情況，組成環(huán)或鏈狀傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3.3.4 網(wǎng)管系統(tǒng)

本工程在呼和通信站新設(shè)的SDH網(wǎng)元管理系統(tǒng)，管理本工程新設(shè)的各個SDH網(wǎng)元設(shè)備。新設(shè)的網(wǎng)元管理設(shè)備應(yīng)能通過Q3接口與上級網(wǎng)管中心相接。

網(wǎng)管數(shù)據(jù)的傳送，使用傳輸系統(tǒng)內(nèi)部DCC通道（D1～D3開銷字節(jié)）連接各個網(wǎng)元，以實現(xiàn)對SDH傳輸系統(tǒng)的有效管理。

同時，為了便于維護和管理，在包頭東通信站、集寧通信站設(shè)置SDH遠程管理終端，通過呼和通信站網(wǎng)元管理中心的授權(quán)，可對各自管轄范圍內(nèi)的網(wǎng)元進行管理。

3.3.5 同步系統(tǒng)

本工程新設(shè)SDH同步系統(tǒng)，采用主從同步方式。根據(jù)鐵路通信同步網(wǎng)設(shè)計規(guī)范，同步定時信號應(yīng)按一主一備設(shè)計，本工程網(wǎng)絡(luò)同步方案如下。

呼和浩特—集寧段：主用時鐘從呼和浩特通信站的BITS接引，備用時鐘從集寧通信站的BITS接引；其他各站均采用線路定時方式進行同步。

包頭東—呼和浩特段：主用時鐘從呼和浩特通信站的BITS接引，備用時鐘從包頭東通信站的BITS接引；其他各站均采用線路定時方式進行同步。

集寧—孤山段：主用時鐘從集寧通信站的BITS接引，備用時鐘信號從采用設(shè)備內(nèi)部時鐘信號。

3.3.6 公務(wù)通信系統(tǒng)

本工程新設(shè)SDH公務(wù)系統(tǒng)。SDH公務(wù)系統(tǒng)使用線路碼流中的兩個字節(jié)，實現(xiàn)公務(wù)聯(lián)絡(luò)通信通路。本工程使用MSOH的E2字節(jié)提供一條終端間通話的復(fù)用段公務(wù)聯(lián)絡(luò)信道，以解決SDH系統(tǒng)中各站點的公務(wù)通信。

4 結(jié)束語

綜上所述，GSM-R改造工程中傳輸系統(tǒng)配置運用方案建議如下。

1）既有傳輸系統(tǒng)滿足需求時，應(yīng)充分利舊，并在新建站點增設(shè)傳輸設(shè)備，納入既有傳輸系統(tǒng)。

2）新建GSM-R系統(tǒng)對傳輸通道的需求一般為2 M接口，大多帶寬為100 M以下，采用155 Mb/s的傳輸系統(tǒng)。同時如果考慮預(yù)留電力電牽系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的帶寬需求，傳輸系統(tǒng)應(yīng)按照622 Mb/s容量考慮。

3）區(qū)間基站新設(shè)622 Mb/s傳輸設(shè)備與各個車站既有2.5 Gb/s傳輸設(shè)備通過622 M光口互聯(lián)。若新設(shè)的622 Mb/s傳輸設(shè)備與既有的2.5 Gb/s傳輸設(shè)備為同廠家設(shè)備，則區(qū)間基站傳輸設(shè)備和車站既有傳輸設(shè)備采用兩纖復(fù)用段保護環(huán)；若為不同廠家設(shè)備，則采用兩纖通道保護環(huán)。

4）若新設(shè)的622 Mb/s傳輸設(shè)備與既有的2.5 Gb/s傳輸設(shè)備為同廠家設(shè)備，可以利用既有設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)。

若新設(shè)的622 Mb/s傳輸設(shè)備與既有2.5 Gb/s傳輸設(shè)備為不同廠家設(shè)備，則新設(shè)SDH網(wǎng)元管理系統(tǒng)，管理新設(shè)的各個SDH網(wǎng)元設(shè)備；并新設(shè)SDH遠程管理終端，通過和網(wǎng)元管理中心的授權(quán)，可對各自管轄范圍內(nèi)的網(wǎng)元進行管理。新設(shè)的網(wǎng)元管理設(shè)備應(yīng)能通過Q3接口與上級網(wǎng)管中心相接。

網(wǎng)管數(shù)據(jù)的傳送，使用傳輸系統(tǒng)內(nèi)部DCC通道（D1～D3開銷字節(jié)）連接各個網(wǎng)元，以實現(xiàn)對SDH傳輸系統(tǒng)的有效管理。

5）根據(jù)鐵路通信同步網(wǎng)設(shè)計規(guī)范，同步定時信號應(yīng)按一主一備設(shè)計，本工程新設(shè)SDH同步系統(tǒng)，采用主從同步方式。區(qū)間基站的主用時鐘和備用時鐘信號從其歸屬的車站2.5 Gb/s傳輸設(shè)備接引。

［1］鐵總建設(shè)［2014］62號 鐵路通信線路、傳輸及接入網(wǎng)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司.呼和浩特鐵路局大包線無線列調(diào)改造GSM-R系統(tǒng)工程可行性研究［Z］.2014.

When GSM-R system is used in reconstruction of existing lines， it will greatly improve the wireless train dispatching communication quality. As the bearing network， the existing transmission system needs to meet requirements of GSM-R system and other existing and new businesses in reconstruction. Combined with reconstruction of the GSM-R system for Datong-Baotou line of Hohehot Railway Administration， the paper introduces the existing transmission system confi guration scheme in reconstructing GSM-R system for existing lines.

GSM-R； transmission system； confi guration and application

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.010

2015-08-10）

中國鐵路總公司重點課題項目（2014X005-G）