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摘 要：光通话柱通信系统是一种应用于铁路接入网，车站与区间之间的光通信解决方案，系统采用宽带无源光网络（Epon）技术，解决了传统电缆通话柱采用对称电缆连接，存在通话质量差，易受天气、环境、强电干扰影响等诸多问题，而且满足区间宽带传输、视频监控的要求，满足动态图像传输和数据通信的最佳解决方案。
关键词：光纤 区间 通话柱 无源光网络
中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）38-01-01
随着铁路通信业务的不断发展，铁路干线通信、区段通信、数据通信等均采用了光缆数字通信设备，相比之下铁路区间通信相对薄弱，仍在使用多年前敷埋的电缆接入方式，以实回线的连接方式构成區间通话柱与车站间的通信，由于传输介质的原因，既有的区间通信系统存在带宽窄、抗干扰能力差等缺点。现有的以铜缆为传输媒质、基于xDSL技术为基础的宽带接入建设模式将不能满足未来开展视频等高速率带宽业务的需求，所以，建设铁路区间光通话柱通信系统是增强铁路处理突发危机事件的综合指挥能力，提高紧急救援反应速度和协调水平，为铁路运输生产安全提供有力保障，适应铁路跨越式发展的需要。
1 研制方法
目前区间通信以传统时分PCM为基础的电话交换网络，其核心设备为程控交换机，此研究从话路改造入手，交换机控制部分保持不变，区间到车站部分通过基于IP的光网络传输，在车站内将VOIP语音数据转换成时分的PCM数据，再送入既有的铁路自动网。我们依据IEEE Std 802.3ah-2004以太网接入标准&EPON-MAC标准，结合VOIP技术进行开发，以实现区间到车站语音通信，同时将宽带业务延伸到区间。将光引入区间通话柱，替换原来的电缆，用PON光网络技术做承载网，承载语音、视频、动图等业务。
2 技术特点
区间光通信系统采用EPON技术、VOIP技术实现。
EPON技术为该研究的核心技术，EPON 采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。
3 系统研制
光通话柱系统由区间光通信车站设备、区间光通信终端设备、VOIP语音网关、区间光通信便携电话机、磁石电话转换器、便携电池、分光器、ODN光分配网、通话柱等组成。
3.1区间光通信车站设备
区间光通信车站设备提供与核心多种业务网络相连（PSTN、IP）的接口；将车站的多种业务数据综合后通过PON网络传输到用户端；将从PON网络传输来的数据处理后分发到核心的各种业务网络中去， 区间光通信车站设备全面遵循IEEE802.3ah 标准，具有清晰简洁的二级网络结构，提供高速的数据和IP综合业务，具有可管理、易操作、易维护等特点。考虑到通用性和扩展性，设计车站设备时，采用1U标准机箱，4个Combo 光电混合GE接口，4个下行PON口，双电源冗余，1个带外网管端口和1个Console 端口。
3.2 VOIP语音网关
VOIP语音网关能够将模拟电话、PBX、传真机以及POS机连接到核心网，本课题中语音网关主要实现将区间IP语音转化成PCM时分语音，将光通话柱通信系统内电话与铁路自动电话网和数调网互连。VOIP语音网关，市场上有成熟的产品，本课题选用上海讯时公司的MX8产品，
3.3区间光通信终端设备
区间光通信终端设备提供与用户端的多种业务设备相连（交换机，PBX，PC，电话）的接口；将多种业务数据处理综合后通过PON网络传输到局端；将从PON网络传输来的数据处理后分发到相应的用户端业务设备，设备全面遵循IEEE802标准，提供高速的数据和IP综合业务，具有高性价比，可运营、可管理、易维护等特点。区间光通信终端设备采用超小型盒体，提供数据接入端口和电话接口。
3.4区间光通信便携电话机
专门开发的区间光通信便携电话机具备普通电话功能，配有可充电锂电池，为区间设备工作供电；设有磁石式电话又称手摇电话机，为使磁石电话能够在区间光通话柱上继续使用，本课题组研发了磁石电话转换器，该设备负责将磁石信号转换成FXS模拟电话信号。
3.5 终端工作电源
终端工作电源主要为区间设备供电，平时区间设备处于待机状态，需要使用区间设备通话或接入以太网时，通过电源接口为区间设备提供电源。终端工作电源从华聚新能公司定制，型号为DQ-Q9，容量为5AH。
3.6 ODN 光分配网络
ODN是基于PON设备的光缆网络。其作用是为区间通信光车站设备和区间光通信终端设备之间提供光传输通道。
光通话柱通信系统光网络部分由区间光通信车站设备、区间光通信终端设备和ODN（光分配网络）三部分组成，ODN系统设计中的关键问题是区间光通信车站设备、光分配节点和区间光通信终端设备的设置位置，以及ODN各段的光缆选择，设计ODN网络架构之前，要充分考虑目标区域的光缆路由情况。
依据区间光通信车站设备发光及区间光通信终端设备收光灵敏度，每2公里设置1个通话柱，可分光12级，距离可达到20公里左右； 每1.5公里设置1个通话柱，可分光13级，距离可达到20公里左右；每500米设置1个通话柱，可分光15级，距离可达到7-8公里左右。
3.7 分光器
分光器是一种无源器件，分光器从一条光纤中接收光信号，并将光信号同等或不等分配给另外几条光纤。分光器由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。分光器带有一个上行光接口，若干下行光接口。
4 系统软件规划与设置
Internet上的每台主机（Host）都有一个唯一的IP地址。IP协议就是使用这个地址在主机之间传递信息，这是Internet 能够运行的基础。IP地址的长度为32位，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0～255，段与段之间用句点隔开。IP地址有两部分组成，一部分为网络地址，另一部分为主机地址。IP地址分为A、B、C、D、E5类。常用的是B和C两类，光通话柱通信系统采用C类私有地址。
5 创新点
5.1将EPON光通信引入区间
现有通话柱都采用敷埋电缆连接，传输能力有限，将光缆直接引到通话柱，采用EPON技术，利用一根单模单纤光缆多次跳接，既提高了通话柱业务承载能力，又比传统的点到点光缆连接节约了纤芯资源。
5.2 VOIP技术
目前现有通话柱采用电路交换方式，光通话柱采用分组交换技术，将模拟声音讯号（Voice）数字化，以数据封包（Data Packet）的型式在 IP 数据网络 （IP Network）上做实时传递，分组交换提高了链路使用率。VOIP设备较传统TDM交换设备，成本大幅降低。
5.3传输带宽高
光通话柱通信系统能够提供100M以太网传输能力，其传输带宽远远大于电缆传输，能够适应多路高清视频传输。
6 结论
光通话柱通信系统采用EPON（宽带无源光网络）和VOIP技术，具有组网简单、结构灵活，接口丰富且扩展性好、管理维护方便等特点。适用于铁路车站通信传输组网，尤其是距离车站相对较远的有宽带综合通信要求的工作点。将区间光通信系统引入区间，以光纤取代电缆，使区间光通话柱的能力得以提高。区间光通信系统不仅具有应急呼叫、区间通话功能和磁石电话接口，还可为动态图像传输、数据传输等业务提供通道，可直接连接应急通信指挥系统和抢险救援音频、视频及计算机通信系统。是铁路专用通信朝着全光缆化、数字化、宽带化发展的必然趋势。
7 参考文献
（1）《铁路区间电话通话柱技术要求和试验方法》TB/T 2355-2005
（2）《铁路区间光通信接入技术条件》TB/T3204-2008
（3）《铁路运输区间光通信系统技术体制》[2003] 455号
关键词：光纤 区间 通话柱 无源光网络
中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）38-01-01
随着铁路通信业务的不断发展，铁路干线通信、区段通信、数据通信等均采用了光缆数字通信设备，相比之下铁路区间通信相对薄弱，仍在使用多年前敷埋的电缆接入方式，以实回线的连接方式构成區间通话柱与车站间的通信，由于传输介质的原因，既有的区间通信系统存在带宽窄、抗干扰能力差等缺点。现有的以铜缆为传输媒质、基于xDSL技术为基础的宽带接入建设模式将不能满足未来开展视频等高速率带宽业务的需求，所以，建设铁路区间光通话柱通信系统是增强铁路处理突发危机事件的综合指挥能力，提高紧急救援反应速度和协调水平，为铁路运输生产安全提供有力保障，适应铁路跨越式发展的需要。
1 研制方法
目前区间通信以传统时分PCM为基础的电话交换网络，其核心设备为程控交换机，此研究从话路改造入手，交换机控制部分保持不变，区间到车站部分通过基于IP的光网络传输，在车站内将VOIP语音数据转换成时分的PCM数据，再送入既有的铁路自动网。我们依据IEEE Std 802.3ah-2004以太网接入标准&EPON-MAC标准，结合VOIP技术进行开发，以实现区间到车站语音通信，同时将宽带业务延伸到区间。将光引入区间通话柱，替换原来的电缆，用PON光网络技术做承载网，承载语音、视频、动图等业务。
2 技术特点
区间光通信系统采用EPON技术、VOIP技术实现。
EPON技术为该研究的核心技术，EPON 采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。
3 系统研制
光通话柱系统由区间光通信车站设备、区间光通信终端设备、VOIP语音网关、区间光通信便携电话机、磁石电话转换器、便携电池、分光器、ODN光分配网、通话柱等组成。
3.1区间光通信车站设备
区间光通信车站设备提供与核心多种业务网络相连（PSTN、IP）的接口；将车站的多种业务数据综合后通过PON网络传输到用户端；将从PON网络传输来的数据处理后分发到核心的各种业务网络中去， 区间光通信车站设备全面遵循IEEE802.3ah 标准，具有清晰简洁的二级网络结构，提供高速的数据和IP综合业务，具有可管理、易操作、易维护等特点。考虑到通用性和扩展性，设计车站设备时，采用1U标准机箱，4个Combo 光电混合GE接口，4个下行PON口，双电源冗余，1个带外网管端口和1个Console 端口。
3.2 VOIP语音网关
VOIP语音网关能够将模拟电话、PBX、传真机以及POS机连接到核心网，本课题中语音网关主要实现将区间IP语音转化成PCM时分语音，将光通话柱通信系统内电话与铁路自动电话网和数调网互连。VOIP语音网关，市场上有成熟的产品，本课题选用上海讯时公司的MX8产品，
3.3区间光通信终端设备
区间光通信终端设备提供与用户端的多种业务设备相连（交换机，PBX，PC，电话）的接口；将多种业务数据处理综合后通过PON网络传输到局端；将从PON网络传输来的数据处理后分发到相应的用户端业务设备，设备全面遵循IEEE802标准，提供高速的数据和IP综合业务，具有高性价比，可运营、可管理、易维护等特点。区间光通信终端设备采用超小型盒体，提供数据接入端口和电话接口。
3.4区间光通信便携电话机
专门开发的区间光通信便携电话机具备普通电话功能，配有可充电锂电池，为区间设备工作供电；设有磁石式电话又称手摇电话机，为使磁石电话能够在区间光通话柱上继续使用，本课题组研发了磁石电话转换器，该设备负责将磁石信号转换成FXS模拟电话信号。
3.5 终端工作电源
终端工作电源主要为区间设备供电，平时区间设备处于待机状态，需要使用区间设备通话或接入以太网时，通过电源接口为区间设备提供电源。终端工作电源从华聚新能公司定制，型号为DQ-Q9，容量为5AH。
3.6 ODN 光分配网络
ODN是基于PON设备的光缆网络。其作用是为区间通信光车站设备和区间光通信终端设备之间提供光传输通道。
光通话柱通信系统光网络部分由区间光通信车站设备、区间光通信终端设备和ODN（光分配网络）三部分组成，ODN系统设计中的关键问题是区间光通信车站设备、光分配节点和区间光通信终端设备的设置位置，以及ODN各段的光缆选择，设计ODN网络架构之前，要充分考虑目标区域的光缆路由情况。
依据区间光通信车站设备发光及区间光通信终端设备收光灵敏度，每2公里设置1个通话柱，可分光12级，距离可达到20公里左右； 每1.5公里设置1个通话柱，可分光13级，距离可达到20公里左右；每500米设置1个通话柱，可分光15级，距离可达到7-8公里左右。
3.7 分光器
分光器是一种无源器件，分光器从一条光纤中接收光信号，并将光信号同等或不等分配给另外几条光纤。分光器由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。分光器带有一个上行光接口，若干下行光接口。
4 系统软件规划与设置
Internet上的每台主机（Host）都有一个唯一的IP地址。IP协议就是使用这个地址在主机之间传递信息，这是Internet 能够运行的基础。IP地址的长度为32位，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0～255，段与段之间用句点隔开。IP地址有两部分组成，一部分为网络地址，另一部分为主机地址。IP地址分为A、B、C、D、E5类。常用的是B和C两类，光通话柱通信系统采用C类私有地址。
5 创新点
5.1将EPON光通信引入区间
现有通话柱都采用敷埋电缆连接，传输能力有限，将光缆直接引到通话柱，采用EPON技术，利用一根单模单纤光缆多次跳接，既提高了通话柱业务承载能力，又比传统的点到点光缆连接节约了纤芯资源。
5.2 VOIP技术
目前现有通话柱采用电路交换方式，光通话柱采用分组交换技术，将模拟声音讯号（Voice）数字化，以数据封包（Data Packet）的型式在 IP 数据网络 （IP Network）上做实时传递，分组交换提高了链路使用率。VOIP设备较传统TDM交换设备，成本大幅降低。
5.3传输带宽高
光通话柱通信系统能够提供100M以太网传输能力，其传输带宽远远大于电缆传输，能够适应多路高清视频传输。
6 结论
光通话柱通信系统采用EPON（宽带无源光网络）和VOIP技术，具有组网简单、结构灵活，接口丰富且扩展性好、管理维护方便等特点。适用于铁路车站通信传输组网，尤其是距离车站相对较远的有宽带综合通信要求的工作点。将区间光通信系统引入区间，以光纤取代电缆，使区间光通话柱的能力得以提高。区间光通信系统不仅具有应急呼叫、区间通话功能和磁石电话接口，还可为动态图像传输、数据传输等业务提供通道，可直接连接应急通信指挥系统和抢险救援音频、视频及计算机通信系统。是铁路专用通信朝着全光缆化、数字化、宽带化发展的必然趋势。
7 参考文献
（1）《铁路区间电话通话柱技术要求和试验方法》TB/T 2355-2005
（2）《铁路区间光通信接入技术条件》TB/T3204-2008
（3）《铁路运输区间光通信系统技术体制》[2003] 455号