城市轨道交通概论（第2版）课件：通信系统

城市轨道交通通信系统概论

城市轨道交通通信系统概论仅供内部使用FOR

INTERNALUSEONLY仅供内部使用FOR

INTERNALUSEONLY21传输系统

2

专用无线通信系统

3电话系统

4视频监控系统

5广播系统

6乘客信息系统

7时钟系统

8消防无线系统

9通信电源、接地及避雷系统本章目录传输系统1

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INTERNALUSEONLY传输介质

（1）光纤的基本组成和分类

光纤的主要成分是SiO2，即玻璃的主要成分。由纤芯、包层组成。光信号在纤芯中传输，光纤的外径通常为125~140μm。

光纤分类方法很多，包括按折射率和传输模式等分类方法。

根据光纤横截面上折射率的不同，可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。

按传输模式可分为单模光纤（SingleModeFiber）和多模光纤（Multi-ModeFiber）。

（2）光缆的组成和分类

多根光纤固定在一起构成光缆。

光缆的分类方法也很多，主要有：

按照传输距离及用途，光缆可分为用户光缆、市话光缆、长途光缆和海底光缆。

按加强构件配置方法的不同，光缆可分为中心加强构件光缆、分散加强构件光缆、护层加强构件光缆和综合外护层光缆。

按照结构方式不同，光缆可分为扁平结构光缆、层绞式光缆、骨架式光缆、铠装光缆和高密度用户光缆。

按用途分，可分为室外光缆和室内光缆。

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INTERNALUSEONLY光纤的结构光纤、光缆的结构和组成SDH的基本概念及原理

（1）SDH的工作原理及帧结构

各种信息封装成信息包，再复用成STM-N的帧格式，在SDH网络中传送；在接收方，通过解复用、拆包后还原成原来的信息。

ITU-T规定了STM-N的帧，帧是以字节为单位的矩形块状帧结构，由270*N列*9行8比特字节组成。

其中：Payload是净负荷（包括POH）；SOH为段开销，RSOH为再生段开销，MOSH为复用段开销；AU-PRT管理单元指针。

STM-N的帧结构由3部分组成。

①段开销（SOH）区域

②信息净荷区域

③管理单元指针（AUPTR）区域

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INTERNALUSEONLYSDH的传输原理STM-N帧结构SDH的基本概念及原理

（2）SDH的复用技术

复用的方式主要包括：

①将N个AUG复用进STM-N帧

采用3种途径进行复用，将N个AUG复用进STM-N帧；或将AU-4经由AUG复用；或3个AU-3经由AUG复用。

②将TU复用进VC-4和VC-3

通过6种途径进行复用，即将3个TUG-3复用进VC-4；或TU-3经由TUG-3进行复用；TUG-2经由TUG-3进行复用；将7个TUG-2复用进VC-3；或TU-2经由TUG-2进行复用；TU-1经由TUG-2进行复用。

VC-2可用来传送非标准PDH等级的新业务。

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INTERNALUSEONLYSDH复用映射结构SDH的基本概念及原理

（3）SDH的基本特征

1）SDH传输系统具有统一的帧结构的数字传输标准速率和标准的光路接口，且能与PDH完全兼容，是全球统一的数字传输体制标准。

2）SDH接入的不同等级的码流排列在帧结构净负荷区内，净荷与网络同步，直接将高速信号分插出低速支路信号，实现一次复用，克服了准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解，然后再生复用，减少了接口复用设备，增强了业务传送透明性。

3）采用分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）等设备，具有自愈和重组能力，具有较好的抗毁性。

4）SDH帧结构安排了开销比特，具有很强的网管功能。

5）SDH有多种网络拓扑结构，组网灵活，具有运行管理和自动配置功能。

6）SDH严格同步，保证整个网络稳定可靠、误码少且便于复用和调整。标准的开放型光接口可在基本光缆段上实现横向兼容，组网成本低。

7）采用通道冗余技术，保障传输系统的可靠性。

（3）SDH的组网

SDH网络具有链型、星型、环型、树型和网孔型等结构形式，其中双环结构是最为常用的形式，该结构具有自愈功能，可提供较高的可靠性。

SDH较常用的有双纤单向通道保护环和双纤双向复用段保护环。

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INTERNALUSEONLY双纤单向通道保护示意图双纤双向复用段保护环示意图SDH技术的演进与发展

（1）IPoverSDH（InternetProtocoloverSDH）

IPOverSDH采用点到点协议（PPP，PointtoPointProtocol），将IP数据映射到SDH帧上，在SDH上进行连续传送（符合RFC1619，PPPoverSDH，RFC1662，“PPPinHDLC”标准）。IPoverSDH也称为PacketoverSDH或PPPoverSDH（简称POS）。

（2）RPR（弹性分组环）

弹性分组环（RPR）是IP（InternetProtocol，互联网协议）技术和光网络技术融合的产物，该技术最早是由Cisco公司提出的DPT（DynamicPacketTransport）城域网解决方案。采用DPT技术可使吉比特交换路由器在组网时共享带宽，且具有完善的保护倒换能力，可靠性可达到电信级要求。

弹性分组环（RPR）是由两个独立的、方向相反的单向环组合成的双环结构。每个单向环由相连的节点组成，每个节点具有相同的数据速率，但节点间的延时特性会有差异。RPR环上的节点数最多为255个，数据传输速率最高可达10Gbit/s。

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INTERNALUSEONLY专用无线通信系统2

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INTERNALUSEONLY专用无线系统

专用无线系统由控制中心、总调度台、分调度台、基地台及移动台组成，具有单呼、组呼、全呼、紧急告警/呼叫等调度业务专用的功能。

专用无线系统常用的通信频段包括：200MHz、400MHz和800MHz等，我国轨道交通通常采用800MHz频段；806～821MHz为移动台发、基站收；851～866MHz为基站发、移动台收，信道间隔为25kHz，双工收发间隔为45MHz。

专用无线通信系统可分为单交换中心的单基站网络结构和单交换中心的多基站网络结构，通常设置有无线基站、直放站、漏泄同轴电缆和天线，无线信号覆盖至本线各车站、区间，以及控制中心的调度大厅。

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INTERNALUSEONLY专用无线系统的功能

（1）通话呼叫功能

（2）数据传输功能

（3）广播功能

（4）显示、存储功能

（5）录音功能

（6）系统网络管理功能

（7）冗余备份

（8）多用户共享

（9）限时功能

（10）市话互联功能

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INTERNALUSEONLYLTE综合承载系统

（1）系统方案

LTE综合承载通常采用A/B网双覆盖方案，其中A网主要承载了专用无线调度子系统，B网提供备用承载通道，通常将通信系统与信号系统合设。

（2）网络构成

系统通常采用BBU+RRU方式组网，在车站站厅和侧式站台设天线阵，上、下行隧道区间敷设漏缆。停车场则用室外天线进行信号覆盖，停车场车库内根据具体情况设置RRU设备及室内天线信号覆盖。

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INTERNALUSEONLY典型的专用无线系统（1）TETRA专用无线系统TETRA专用无线系统是基于数字时分多址技术的无线集群移动通信系统，可在统一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务等业务，不仅提供多群组的调度功能，还可提供短数据信息服务、分组数据服务以及数字化的全双工移动电话服务。（2）Tetra系统的特点TETRA在系统设计上采用了多种技术来保障系统的指挥调度功能，具有可靠性高和抗毁性强等特点。为达到要靠性和抗毁性的目的，主要的技术包括：①虚拟网②直通工作方式③互连特性④业务特性多样性（3）TETRA系统的组网TETRA系统通常由数字交换机、基站、调度台和网管系统等设备构成。TETRA系统可组成数字集群公用网，也可组成数字集群专网。在具体实现上，TETRA系统可以是单区制网，也可以是多区制网。（4）TETRA系统的安全TETRA数字集群系统采用数字话音编码、数字传输和交换技术，实现系统功能和安全保密功能一体化设计，具有鉴权、空中接口加密和端到端加密等3种安全功能，配置、使用灵活，具有较好的安全保密性。电话系统3

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INTERNALUSEONLY调度电话系统

城市轨道交通中的专用电话系统包括调度、站内、站间和轨旁（区间）电话子系统。

城市轨道交通调度电话系统包括调度总机、调度台和调度分机，并通过城市轨道交通专用传输系统或通信电缆相连接组成调度电话网，为调度人员（如行车调度、电力调度、维修调度、环境调度）提供调度通信服务，具有专用单键直通电话，以及单呼、组呼、全呼、会议、紧急呼叫、强拆、强插等专用功能。

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INTERNALUSEONLY调度电话系统的基本功能1）指挥、调度功能2）交换功能3）中继组网功能4）显示、终端功能5）维护、测试功能6）特殊功能调度电话系统的组网

（1）组网

1）单机无级调度网组网

2）双机调度网组网

3）二级调度网组网

（2）调度总机、分机的设置

调度总机即调度台，城市轨道交通调度电话子系统的调度台设在控制中心的调度大厅内，调度分机设在各车站与各职能部门所在地。

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INTERNALUSEONLY公务电话系统

公务电话系统即常规的公众电话，目的是实现轨道交通内部人员间的公务电话通信。公务通信系统采用专网设置方式：交换机通常设在控制中心，下设各车站远端模块、车辆段远端模块、停车场远端模块。公务通信系统设轨道交通专用公务通信网，由公务电话、市内电话、区间电话等组成。

视频监控系统4

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INTERNALUSEONLY轨道交通闭路电视监控系统功能

（1）车站/段视频监视系统的功能

1）车站值班员监视功能

2）采用统一的协议与接口实现与车

站ISCS系统的互联

3）字符叠加功能

4）视频分配功能

5）录像功能

6）回放及检索功能

7）司机监视功能

8）视频终端监视功能

9）周界告警功能

10）系统联动功能

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INTERNALUSEONLY

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INTERNALUSEONLY车站模拟视频监控系统的组成模拟视频监控系统和组网

（1）模拟视频监控系统的组成

在模拟视频监控系统中，控制中心和各车站（含车辆段）CCTV的组网方式均采用模拟方式。最主要的设备为视频网络控制设备（视频服务器）和视频矩阵设备。摄像头与监视器之间传输的是模拟视频信号，图像的分配、切换和分割等均由硬件设备（视频分配器、视频矩阵和图像分割设备等）来完成。（2）车站（车辆段）模拟视频监控系统设备与组网车站模拟视频监控系统设备包括：摄像、传输、控制和显示。（3）中央模拟视频监控系统设备与组网控制中心视频监控系统设备包括：控制部分、传输部分和显示部分。中央模拟视频监控系统的组成数字网络视频监控系统

（1）网络视频监控系统的组成

网络视频监控系统是以计算机通信、视频压缩与处理技术为核心的新型监控系统。

（2）车站（车辆段）网络视频监控系统的组成

车站（车辆段）网络视频监控系统的组成主要包括：视频编码器组+模拟摄像机和/或网络摄像机、网络视频服务器、车站ISCS终端、视频终端、控制键盘、视频工作站、视频存储设备、以太网交换机以及车站ISCS的接口设备。

（3）控制中心网络视频监控系统的组成

控制中心网络视频监控系统用于选择性地浏览或存储全线任何监控点的图像，或选择回放全线任何监控点的图像。

中心网络视频监控系统的组成主要包括：网络视频服务器、网管服务器、网管终端、ISCS大屏、视频终端、控制键盘、视频工作站、视频存储设备、以太网交换机等。

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INTERNALUSEONLY数字高清视频监控系统

目前数字高清CCTV系统主要有两大类：（1）IP数字高清视频监视系统，以国际HDTV标准，支持720P、1080i、1080P分辨率，画幅16：9，采用H.264帧间压缩方式，实时全帧率。（2）以广播行业标准演进而来的HDTV非压缩监控系统，主要采用HD-SDI（1.485Gbit/s）高清视频信号作为高清摄像机、高清光端机、高清矩阵、高清显示设备互连的标准。广播系统5

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INTERNALUSEONLY系统功能

广播系统的功能可分为中心广播功能、车站广播功能、站台广播功能、车辆段广播功能、预存广播信息功能、网管功能、自动音量调节功能、音频检测功能、远程控制功能、预示音功能、广播编组及设定功能、一键取消功能和监听功能等。

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INTERNALUSEONLY系统组成

广播系统采用模块化设计、总线式结构，根据应用范围和控制级别的不同，广播系统可分为车站级广播设备（含车辆段）和中心级广播设备（不包括列车广播设备）。系统设备与运行控制方式广播系统设备主要分为控制设备、输入设备和输出设备3部分。车载广播车载广播包括控制机柜（与车载对讲合设）、控制设备、扬声器、功放器、广播电缆及接口等。由专用无线系统提供通道，完成语音信号的传输及控制功能的实现。乘客信息系统6

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INTERNALUSEONLY乘客信息系统的功能

乘客信息系统（PassengerInformationSystem,PIS）的主要目的是将列车的到发信息在指定的时间将指定信息显示（发布）给乘客。其主要功能如下：（1）导乘和服务功能（2）系统集中网管功能（3）预置报警功能（4）紧急疏散功能（5）车载监视功能（6）多媒体信息发布（7）实时信息显示（8）多语言支持（9）网络传输（10）时钟同步（11）播放功能多样性（12）网络管理及网络安全功能乘客信息系统的构成（1）乘客信息系统按控制功能层次乘客信息系统按控制功能划分为4个层次：信息源、中心播出控制层、车站车载播出控制层和车站车载播出显示终端设备。（2）乘客信息系统的结构乘客信息系统通常由4部分组成：中心子系统、车站子系统、网络子系统和车载子系统。中心子系统、车站子系统通过网络子系统进行连接。乘客信息系统组成图

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INTERNALUSEONLY乘客信息系统的设备

乘客信息系统的主要设备包括：车载服务器、车载控制播放器、LED/LCD显示控制器和显示设备终端（包括LED屏和LCD屏）等。乘客信息系统显示优先级乘客信息系统主要目的是是方便乘客出行，在此基础上给乘客提供更多的信息服务等。在乘客信息系统中应考虑信息显示的优先级。高优先级信息的优先显示，相同的优先级按先后顺序显示。紧急灾难信息的优先级最高，然后依次是列车服务信息、乘客导向信息、站务信息、公共信息和商业信息。值得注意的是，高优先级的信息可以中断低优先级信息的播出，低优先级的信息不能中断高优先级信息的播出。当高优先级信息被触发时，低优先级信息被中断停止播出，如果发生紧急信息，自动进入紧急信息播出状态，其他信息播放终止，系统以醒目的方式提示乘客紧急疏散，直到警告解除。时钟系统7

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INTERNALUSEONLY时钟系统的构成

系统采用控制中心与车站/车辆段/停车场两级组网方式。由中心一级母钟、车站/车辆段/停车场母钟（二级母钟）、时间显示单元（子钟）及传输通道、接口设备、电源和时钟系统网管设备组成。时钟系统组成图时钟系统的设备及运行

时钟系统的设备主要由中央级设备和车站级设备组成。

中央级设备主要是一级母钟系统，包括一级母钟和GPS接收单元。

车站级设备主要是二级母钟系统，包括二级母钟、一级母钟信号同步模块、子钟驱动模块和信号输出模块等。二级母钟同步一级母钟时间，再驱动子钟运行。

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INTERNALUSEONLY时钟系统的控制模式

（1）中央控制运行模式时钟系统正常状况的控制模式，一级母钟正常接收GPS信号，传送标准时间给二级母钟及其他需要时间信号的设备。当一级母钟不能正常接收GPS信号，可通过自身高稳晶振工作提供时间信号给二级母钟等终端用户，以满足地铁运营的要求。此时各设备所接收的信号仍然来自于一级母钟，只是时间信号并不是来自GPS，而是来自于一级母钟的晶振。（2）车站降级控制模式当一级母钟不正常接收GPS信号且一级母钟故障不能向二级母钟传送时间信号时使用车站降级控制模式。此时二级母钟自身高稳晶振工作提供子钟时间信号，但不给其他系统提供时间信号，当二级母钟故障时，子钟自行工作，继续向乘客提供时间显示。（3）时间同步技术时间同步技术主要有：

IETF（InternetEngineeringTaskForce，互联网工程任务组）的网络时间协议（NTP，NetworkTimeProtocol）是最早在IP网中采用的分组网同步标准，实现Internet上用户与时间服务器的同步。

IEEE1588V2协议即精确时间同步协议（PTP,PrecisionClockSynchronizationandControlSystemProtocol），在IP网中高精度地传输同步时钟信息，不外加辅助硬件可达到几十微秒至几微秒的同步精度。

同步以太网：在高精度时钟的同步下，以太网的物理层按位（bit）或字节（Byte）输出连续的以太网帧，网络节点可从以太网物理链路的比特流中提取时钟。同步以太网在物理层可以做到精确的时钟同步，但不能做到时间同步，仍需与PTP协议结合才能提供精确的时间同步。消防无线系统8

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INTERNALUSEONLY消防无线系统消防无线系统是以车站、停车场、区间等遇到意外如火灾等，需要社会消防介入抢救时使用，保证地下消防人员与消防指挥中心与消防员间的无线通信系统。消防无线系统须覆盖站厅、站台、出入口通道、隧道区间，实现地下全线、地下车站之间、车站与地面之间的通信。系统为常规模拟专用信道系统，采用符合消防局要求的同频单工对讲通话方式，地面链路信号通过集中引人的方式引入地下。地下信号通过安装在隧道洞口的隧道天线和站厅的室内天线进行覆盖。需要特别指出的是，消防无线信号须覆盖至车站外一定的距离，以确保站外消防指挥畅通。（1）设备及线路在地铁控制中心设置与消防中心联系的链路台，工作方式为异频单工；各车站设置单频点（地下消防专用）的基站台，隧道内使用的隧道天线是专门为上海地铁订制的350MHz的小型端射天线、室内天线采用标准消防频段的半波振子天线。中心链路台与各站基站台之间采用音频电缆传输话音和亚音频控制信号。（2）系统功能消防无线系统的主要功能是满足消防作战要求的通话，即地面消防指挥员和地下消防战斗员之间的通话。低压配电与照明系统9

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INTERNALUSEONLY

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INTERNALUSEONLY通信电源系统的主要设备（1）交流配电屏：交流配电屏主要负责高频开关电源和UPS的两路交流市电的引入与切换；同时还负责交流UPS负载的配电。（2）直流高频开关电源：由整流模块、监控模块、直流配电单元等组成。通信设备多数采用直流供电，直流供电系统输入为交流市电；输出为标称值为-48V的稳压直流，其调整范围为-43.2~-54V。直流高频开关电源的交流电源由交流配电屏引入，输出可靠的-48V直流电源至相关的通信设备。（3）交流不间断电源（UPS）：在正常供电时，不间断电源设备能起到稳频稳压作用，并向负载供电，同时给蓄电池充电；当停电时，不间断电源设备则通过配备的一组蓄电池经逆变器向负载供电。（4）蓄电池组：将电能转换成化学能储存起来，在外电消失时为用电设备提供后备供电。（5）电源集中监控：对交流不间断电源（UPS）、交流输出配电单元、交流电源切换屏、-48V直流高频开关电源等的工作状态，以及蓄电池组的充放电情况、蓄电池组单节电池状态的监测和管理。（6）区间隧道工作照明由设在站台两端隧道入口处区间隧道工作照明配电箱配出。电源系统工作原理图

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INTERNALUSEONLY城市轨道交通通信电源系统配电根据现场情况通常采用两种方式一种是由弱电综合UPS电源供电，通信专业配置高频开关电源、交流配电盘等，综合UPS电源输出两路交流电源给通信系统，一路给交流配电盘，负责给通信220V耗电设备供电；另外一路给高频开关电源，负责给通信-48V耗电设备供电。外供交流电源停电时，综合UPS应为通信各子系统提供不小于4h的备用电源。此方式电源系统构成如图8-15所示。另一种方式是由通信专业独自提供UPS设备，通信电源系统由UPS电源（含蓄电池）、交流配电屏（具备两路交流切换）、高频开关电源（含蓄电池）、交流配电盘等设备组成。通信系统交流电源由低压配电专业提供两路三相五线制交流电源，引至通信交流配电屏，交流配电屏可实现两路输入电源自动切换，并为UPS和高频开关电源输入供电，预留检修及备用交流分路。弱