孔賓

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 檢測和救援中心，河北 肅寧 062350）

LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通研究

孔賓

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 檢測和救援中心，河北 肅寧 062350）

介紹朔黃鐵路建設(shè)開通的LTE新型移動通信系統(tǒng)和既有數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)，以及LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的意義；針對朔黃鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的工作方式、LTE網(wǎng)絡(luò)無線調(diào)度語音業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式、LTE網(wǎng)絡(luò)無線調(diào)度與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)方案進行技術(shù)分析；展望基于LTE網(wǎng)絡(luò)的高級語音業(yè)務(wù)、調(diào)度命令傳送業(yè)務(wù)、無線車次號傳送與列車位置追蹤業(yè)務(wù)的未來。

LTE網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字調(diào)度；通信系統(tǒng)；互聯(lián)互通；鐵路通信；朔黃鐵路

1 背景

1.1 朔黃鐵路建設(shè)開通LTE網(wǎng)絡(luò)的目的

朔黃鐵路作為我國“西煤東運”第二大通道的重要組成部分，對國家煤炭運輸發(fā)揮著重要作用。根據(jù)國家經(jīng)濟建設(shè)對煤炭能源的需求，國家發(fā)展和改革委員會批準(zhǔn)了朔黃鐵路年運量3.5億t擴能改造。改造完成后，朔黃鐵路將開行2萬t貨運重載列車，以大幅提高鐵路運輸能力。

朔黃鐵路使用800 MHz+400 kHz無線通信系統(tǒng)提供萬噸列車機車同步操控傳輸通道，其存在容量小、安全可靠性較差、通信距離短等問題，無法滿足開行2萬t列車的需求，迫切需要建設(shè)一套新型寬帶移動通信系統(tǒng)，為朔黃鐵路大幅度提高鐵路運能，打造綠色、高效、數(shù)字化鐵路提供技術(shù)支撐。

1.2 LTE新型移動通信系統(tǒng)

朔黃鐵路LTE新型移動通信系統(tǒng)由LTE網(wǎng)絡(luò)主系統(tǒng)、配套通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和房建等部分組成；技術(shù)方案采用共站址雙網(wǎng)冗余組網(wǎng)覆蓋，A、B網(wǎng)業(yè)務(wù)負(fù)荷分擔(dān)方式。LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建成后，可實現(xiàn)神池南站—黃驊港站近600 km鐵路沿線的4G專網(wǎng)信號覆蓋，為無線重聯(lián)、可控列尾、調(diào)度語音呼叫和視頻監(jiān)控等2萬t列車機車業(yè)務(wù)提供可靠通信平臺。

1.3 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)

朔黃鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)采用綜合接入設(shè)備，將沿線各站的專用通信業(yè)務(wù)集中起來，利用數(shù)字信道連接各種業(yè)務(wù)，匯集到通信樞紐點，再分配到相應(yīng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)，以一種接入設(shè)備替代了以前的多種設(shè)備，簡化了專用通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了信道的利用率，滿足了沿線車站的通信需求。數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)分為樞紐主系統(tǒng)與車站分系統(tǒng)兩部分，其結(jié)構(gòu)示意見圖1。目前，朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司的樞紐主系統(tǒng)位于網(wǎng)管中心，車站分系統(tǒng)位于沿線各車站機械室。

圖1 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 LTE網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的意義

朔黃鐵路LTE網(wǎng)絡(luò)為鐵路運輸提供了數(shù)字化無線通信平臺，提出了與數(shù)字調(diào)度網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的要求。既有無線列調(diào)系統(tǒng)采用的一臺大功率發(fā)射機覆蓋方式，易在山區(qū)、高路塹、隧道等特殊地帶形成盲區(qū)，影響正常行車。因此，利用新建LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋面更廣、時延更少和話音質(zhì)量更好的特點[1]，提升朔黃鐵路無線調(diào)度通信的可靠性，進一步保障行車安全是大勢所趨[2]。因此，做好LTE網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通極其必要。

2 互聯(lián)互通技術(shù)分析

2.1 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的工作方式

根據(jù)朔黃鐵路的自身結(jié)構(gòu)和調(diào)度業(yè)務(wù)特點，數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)采用數(shù)字環(huán)組網(wǎng)方式（見圖2），其特點是結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)容易、節(jié)省傳輸通道，可以采用自愈環(huán)進行自我保護，穩(wěn)定性較高。從圖2可以看出，多個數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)通過E1數(shù)字中繼接口相連，數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)1的下行E1口經(jīng)過數(shù)字傳輸通道連接到數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)2的上行E1口，數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)2的下行E1口經(jīng)過數(shù)字傳輸通道連接到數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)3的上行E1口，如此串接到最后一個數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)n的上行E1口，分系統(tǒng)n的下行E1口經(jīng)過另外一條數(shù)字傳輸通道直接連接到分系統(tǒng)1的上行E1接口。這樣n（n≤10）個分系統(tǒng)就構(gòu)成了一個封閉的數(shù)字環(huán)。

一般情況下，通信使用下行E1通道，數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)實時監(jiān)測2M端口的通信狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測到數(shù)字環(huán)下行E1通道某處斷開時，立刻切換至上行E1通道進行通信，從而保證數(shù)字環(huán)任何一處斷開都不會影響正常通信，切換時間為毫秒級。在數(shù)字調(diào)度分系統(tǒng)中，一個2M數(shù)字環(huán)有27個中繼時隙可作為話音時隙使用，為保證呼叫成功，通常情況下一個數(shù)字環(huán)可按6~10個車站設(shè)計[2]。

圖2 數(shù)字環(huán)組網(wǎng)方式示意圖

2.2 LTE網(wǎng)絡(luò)無線調(diào)度語音業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式

朔黃鐵路LTE網(wǎng)絡(luò)通過P-GW網(wǎng)關(guān)與2臺互為冗余的PoC服務(wù)器互聯(lián)，作為無線語音業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通道。PoC服務(wù)基于SIP協(xié)議定制的VoIP系統(tǒng)，利用LTE網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)的包交換能力完成語音服務(wù)。LTE網(wǎng)絡(luò)終端在完成網(wǎng)絡(luò)接入并與P-GW建立專用承載通道后，向PoC服務(wù)器發(fā)起注冊。注冊是將終端聯(lián)系方式細(xì)節(jié)（例如IP地址）提供給PoC服務(wù)器，并且進行用戶的認(rèn)證工作。

終端發(fā)起一個語音通信進程，從發(fā)出SIP邀請指令開始。這個邀請被發(fā)送到PoC服務(wù)器，定向到收件人，收件人作出接收或拒絕響應(yīng)。如果SIP會話建立成功，會話參加者的語音將以數(shù)據(jù)包的形式通過PoC服務(wù)器進行交換，會話結(jié)束通信終止。

2.3 LTE網(wǎng)絡(luò)無線調(diào)度與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)方案

2.3.1 數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)升級

數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)升級需實現(xiàn)雙中心數(shù)字環(huán)組網(wǎng)，并更換調(diào)度所和車站觸摸式調(diào)度臺。

對朔黃鐵路既有MDS3400主系統(tǒng)和LTE網(wǎng)絡(luò)試驗段設(shè)置的MDS3400主系統(tǒng)升級擴容，將各車站分系統(tǒng)既有數(shù)字環(huán)打開的同時，接入2套MDS3400主系統(tǒng)，以提高調(diào)度系統(tǒng)的安全可靠性。組成雙中心數(shù)字環(huán)組網(wǎng)后，需要為備用FAS主系統(tǒng)增配一臺16通道錄音儀，實現(xiàn)對12個調(diào)度臺進行錄音。

2.3.2 PoC服務(wù)器與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)

PoC服務(wù)器與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)見圖3。在調(diào)度所通過SIP中繼實現(xiàn)2套數(shù)字調(diào)度主系統(tǒng)使用AG設(shè)備與2套PoC服務(wù)器交叉連接。PoC服務(wù)器通過華為S5700交換機，與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)管相連。由于PoC服務(wù)器與FAS主系統(tǒng)均為雙中心，需配置建立交叉互聯(lián)路由。

配置AG1至FAS主系統(tǒng)的路由DSS1⑤以及AG1至PoC服務(wù)器的IP路由IP③與IP④：

（1）IP中繼線配置：創(chuàng)建IP中繼線，中繼線序號3361~3420。

（2）IP中繼群配置：創(chuàng)建2個IP中繼群。一是中繼群序號3361，IP地址設(shè)置PoC1的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3361~3390；二是中繼群序號3362，IP地址設(shè)置PoC2的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3391~3420。

（3）路由配置：創(chuàng)建路由，路由號2，包括IP中繼群3361和3362，發(fā)送號碼為“149”。

配置IP設(shè)備PoC1和PoC2以及AG2至FAS備系統(tǒng)的路由DSS1⑥：

（1）中繼線配置：創(chuàng)建DSS1中繼線，中繼線序號1~30。

（2）中繼群配置：創(chuàng)建DSS1中繼群，中繼群序號1，包括中繼線1~30。

（3）路由配置：創(chuàng)建路由，路由號1，包括中繼群1，發(fā)送號碼775。配置AG2至PoC的IP路由IP③和IP④：（1）IP中繼線配置：創(chuàng)建IP中繼線，中繼線序號3361~3420。

（2）IP中繼群配置：創(chuàng)建2個IP中繼群。一是中繼群序號3361，IP地址設(shè)置PoC1的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3361~3390；二是中繼群序號3362，IP地址設(shè)置PoC2的地址，IP端口設(shè)置為5060，包括IP中繼線3391~3420。

（3）路由配置：創(chuàng)建路由，路由號2，包括IP中繼群3361和3362，發(fā)送號碼為“149”。

圖3 PoC服務(wù)器與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.3 基于LTE網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度通信系統(tǒng)架構(gòu)

互聯(lián)互通后的數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4。可以看出，互聯(lián)互通后的數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)分為兩部分，一是由雙MDS中心—調(diào)度所—車站值班臺組成的有線數(shù)字環(huán)網(wǎng)，二是由雙MDS中心—雙PoC服務(wù)器—LTE網(wǎng)絡(luò)—LTE網(wǎng)絡(luò)終端（包括手持臺和機車綜合無線通信設(shè)備CIR）組成的無線網(wǎng)絡(luò)。將2套數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)MDS3400與LTE網(wǎng)絡(luò)的2套PoC服務(wù)器交叉連接，實現(xiàn)在電路域和分組域間的正常通信。

以傳統(tǒng)的大三角通信為例，調(diào)度員呼叫車站值班員業(yè)務(wù)是從調(diào)度臺發(fā)起通信，數(shù)據(jù)經(jīng)過MDS系統(tǒng)交換尋路，再由有線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)呼叫值班臺；調(diào)度員呼叫司機和車站值班員呼叫司機業(yè)務(wù)是從MDS系統(tǒng)發(fā)起呼叫，通過LTE網(wǎng)絡(luò)與移動終端完成通信。

3 展望

圖4 互聯(lián)互通后的數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)完成對接后，基本調(diào)度業(yè)務(wù)及大部分通信業(yè)務(wù)可在以LTE網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的平臺上實現(xiàn)。LTE網(wǎng)絡(luò)平臺高速率、低時延的特性為新業(yè)務(wù)開發(fā)和應(yīng)用提供了很大空間?？偨Y(jié)LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的技術(shù)和施工經(jīng)驗，可為更多的業(yè)務(wù)互聯(lián)提供借鑒和參考。基于LTE網(wǎng)絡(luò)的未來動態(tài)業(yè)務(wù)如下：

（1）高級語音業(yè)務(wù)。典型的高級語音業(yè)務(wù)包括組呼業(yè)務(wù)、廣播業(yè)務(wù)、多優(yōu)先級業(yè)務(wù)（強拆與強插）等[3]。語音組呼業(yè)務(wù)突破了傳統(tǒng)電路域組呼中會議橋資源有限的局限性，列車調(diào)度員可方便地組呼調(diào)度轄區(qū)范圍所有車站值班員并通話；車站值班員可組呼三站兩區(qū)間范圍的機車司機并通話，尤其適用于行車調(diào)度部門。語音廣播業(yè)務(wù)是基于LTE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)，列車調(diào)度員可向調(diào)度轄區(qū)內(nèi)所有機車司機發(fā)布語音廣播。多優(yōu)先級業(yè)務(wù)為通信定義了不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的呼叫可強行插入或終止低優(yōu)先級的呼叫。

（2）調(diào)度命令傳送。鐵路調(diào)度命令是調(diào)度所的調(diào)度員向司機下達的書面命令。最早因傳輸手段局限，調(diào)度命令由調(diào)度員通過電話聯(lián)系響應(yīng)車站，車站值班員記錄命令，再轉(zhuǎn)交司機。隨著模擬通信的應(yīng)用，調(diào)度命令可在機車電臺和地面服務(wù)器間傳送，但模擬無線通信容量小、速度低，不能滿足鐵路信息化的要求。LTE網(wǎng)絡(luò)具有高速率、大容量的優(yōu)勢，是車-地間的可靠數(shù)據(jù)通道。利用LTE網(wǎng)絡(luò)，兼有數(shù)據(jù)功能的數(shù)字調(diào)度終端可將調(diào)度命令發(fā)送給CIR，作為行車指揮和事故分析的依據(jù)。

（3）無線車次號傳送與列車位置追蹤。無線車次號信息中包括列車運行的公里標(biāo)信息。車載CIR臺通過讀取機車安全信息綜合監(jiān)測裝置（TAX）數(shù)據(jù)提取公里標(biāo)信息，獲得列車運行的具體位置，再通過LTE網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送至地面中心，調(diào)度員可實時獲取列車位置與運行信息，進行位置追蹤，為行車安全和指揮提供可靠依據(jù)，同時也為移動閉塞技術(shù)的研究和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

LTE網(wǎng)絡(luò)是朔黃鐵路打造綠色、高效、數(shù)字化鐵路的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)平臺。打造信息化平臺必然要求實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。這不僅是鐵路運輸信息化的要求，也是無線通信技術(shù)本身發(fā)展的必然趨勢。

[1] 戴源，朱晨鳴，王強，等. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計[M]. 北京：人民郵電出版社，2012.

[2] 陳姝. GSM-R網(wǎng)絡(luò)與FAS系統(tǒng)互聯(lián)互通關(guān)鍵問題研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2005.

[3] 夏云琦. 鐵路無線通信技術(shù)向LTE-R的演進[J]. 中國鐵路，2012(8)：75-76.

責(zé)任編輯 盧敏

On Interoperability of LTE Network and Digital Dispatch Communication System

KONG Bin
（Inspection and Rescue Center，Shuohuang Railway Development Co Ltd，Suning Hebei 062350，China）

This paper introduces the background of inter-operation between LTE network and digital dispatch communication system by elaborating on the aim of opening LTE network during the construction of Shuohuang Railway, the new LTE network mobile communication system, the digital dispatch communication system and the significance of the inter-operation. It analyses, from a technical viewpoint, the working mode of railway digital dispatch communication system of Shuohuang Railway, the realization methods of LTE network wireless dispatch voice service and the scheme for inter-operation between LTE network wireless dispatch and digital dispatch communication system. It also offers an outlook on the future of the advanced voice service based on LTE network, dispatch command transmission service and wireless train number transmission and train location tracking service.

LTE network；digital dispatch；communication system；interoperability；railway communication；Shuohuang Railway

U285.2

A

1001-683X（2017）02-0091-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.02.091

2016-05-19

孔賓（1984—），男，助理工程師，本科。E-mail：kb.hb@163.com