铁路专用通信站场改造方案.docx
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铁路专用通信站场改造方案
铁路专用通信站场改造方案
摘要
本论文是根据本人在校所学知识的一次综合运用,结合自己实际,对所干工作内容的实际情况,把原有铁路专用通信存在的一系列问题加以解决,将现有铁路专用通信的的一次更新换代,把模拟设备更新成数字的设备,使通信更信息化、数字化、逻辑化等,从而是铁路设备更稳定更可靠。
第一章对原有铁路专用通信存在的一系列问题加以说明和刨析并说明铁路专用数字通信的优点、特点。
第二、三章说明数字调度通信基础知识,四至九章章FH98数字调度系统组网和介绍、实施办法。
本论文在编写过程中力求做到内容真实可靠,知识全面,由浅入深、通俗易懂,注重基础概念和理论。
铁路行车指挥调度通信系统是铁路运输的神经中枢,直接为运输生产一线提供通信服务。
为保证列车畅通无阻,安全高速,铁路专用通信系统必须为铁路运输提供迅速准确可靠的通信服务。
关键词:
模拟设备;数字化;FH98数字调度系统
目录
第一章概述5
1.1传统模拟通信设备主要存在的问题5
1.2数字调度通信设备的优点5
1.3FH98铁路数字专用通信系统的特点6
第二章数字调度通信基础知识8
2.1话音数字化过程8
2.2数字时分多路通信8
2.3关于2B+D8
2.4关于数字交换8
第三章传统模拟方式铁路专用通信简介9
3.1调度业务9
3.2站间通信业务9
3.3站场通信业务10
3.4区间通信业务10
第四章FH98数字调度系统组网15
4.1组网简介15
4.2业务构成16
4.3枢纽主系统可以完成的业务有16
4.4车站分系统可以完成的业务有16
4.5关于2M数字环17
4.6系统的安全性考虑18
第五章FH98系统硬件介绍错误!
未定义书签。
5.1主系统面板介绍错误!
未定义书签。
5.2主系统电源开关顺序21
5.3分系统面板介绍22
5.4分系统开关电源顺序23
5.5板件介绍23
第六章系统背板和配线26
6.1主系统背板和配线26
6.2分系统背板和配线28
6.3板子热备份的背板设置30
6.4各种接口板配线模块的运用30
6.52M同轴电缆的连接说明31
第七章前台及应急分机29
7.1前台介绍29
7.226.B+D盒介绍30
7.3应急分机31
第八章结论38
9.1结论39
参考文献40
致谢41
附录43
第一章概述
在上世纪九十年代末,铁路专用通信大多仍采用七、八十年代模拟通信技术,随着铁路运输系统的加速运转和通信数字化,铁路专用通信技术已明显落后于时代发展,在此形式下,铁路专用通信必须实现数字化。
从1997年开始,开始有厂家根据区段通信数字化的要求,研制开发了“铁路数字专用通信系统”。
目前,新建铁路全部采用数字调度设备,原有的模拟专用通信设备也正在改造之中。
目前使用的数调产品有:
中软网络技术股份有限公司生产的CTT2000L/M专用数字通信系统、北京佳讯飞鸿电气有限责任公司生产的FH98Ⅱ铁路数字专用通信系统、济南铁路天龙高新技术开发有限公司生产的ZST-48铁路数字专用通信系统。
1998年发布的《铁路专用通信技术体制》,确定了“车站通信设备一体化”、“专用通信数字化、综合化、智能化、宽带化”的发展方向。
1.1传统模拟通信设备主要存在的问题
1.1.1设备大量采用分立电子元件,体积大、功能简单、维修工作量大、故障率高。
1.1.2设备分散、线路复杂,不便于集中维护。
1.1.3传输大量采用电缆模拟传输,线路利用率低、消耗大量有色金属且维护困难。
1.1.4长途传输线路杂音大,效果差。
1.2数字调度通信设备的优点
1.2.1相对于传统模拟通信设备,数调设备集成度高,体积小,功能强,维护量小,故障率低。
1.2.2集调度通信、区间通信、站场通信、站间通信于一身,设备集中,有利于集中监控。
1.2.3采用数字传输和交换方式,线路复杂性低。
1.2.4话音效果好,减轻设备使用者听觉疲劳。
1.2.5数调设备设有维护终端,可以随时监控设备运用情况,将故障消灭在萌芽状态。
1.3FH98铁路数字专用通信系统的特点
本手册专门介绍FH98铁路数字调度系统,现在对其特点做一简单说明。
1.3.1技术先进
1、基于数字传输通道设计,采用先进的数字时分交换技术。
2、采用数字共线方式设计时,系统在一个数字环上可以接入多达27种调度业务或其他专用通信业务,充分利用2M数字中继资源。
3、系统采用DSP数字信号处理技术实现全双工通信并有效进行回波抑制,具有AGC自动增益控制、线路条件自适应等功能,能够适应大噪声环境使用。
4、系统前台(操作台)和后台(主机)分离设置,操作台可远离主机放置,两者之间采用2B+D接口,实现一对线上的话音与数据同传,优化了工作和维护环境。
1.3.2设计灵活
1、系统分为“枢纽主系统”(位于分局所在地的大站通信枢纽)和“车站分系统”(位于沿线各车站),两系统分开设计,各有专用性,具有不同的交换容量,满足相应功能要求。
2、具有丰富的接口(如:
磁石、共总、共分、环路、音频、无线、2B+D、2M数字中继等)可根本性替代分局及车站以下的所有专用通信设备(如调度总机/分机、电话集中机、区转机等)。
3、模拟接口板设计为六合一接口板,将选号、环路、磁石、二/四线音频四种接口集成在同一块接口板上,减少接口板种类,利于系统维护。
1.3.3维护管理功能强大
1、以现代通信技术与计算机技术作为平台,不但可以实现目前专用通信的所有基本业务,而且还可以实现集中监控、远程维护、故障诊断等功能。
使维护检修工作由过去的预防修模式转变为现代的状态修方式。
2、系统支持等级维护方式,不同等级的维护人员可根据权限高低操作维护台,方便维护人员的管理。
3、枢纽住系统和任意车站分系统均可配接维护台,适应分段维护的体制。
1.3.4安全可靠
1、系统具有数字环自愈功能。
在总体结构中,采用环状的数字通道。
保证数字环的任何一处断开都不会影响系统的正常运行,增加了系统的安全可靠性。
2、系统具备数字和模拟同时接入的能力,使数字和模拟方式互为备份。
使原来的模拟线路得到充分利用,同时也给系统提供了安全保障。
3、整个系统采用双机双网热备份结构,关键接口板可多比一备份,从而减少备用板数量,实现故障时手动或自动远程切换。
4、系统在设计上采取了多级防雷和防强电干扰措施,以更好地适应雷雨地区和铁路电气化区段的设备安全运用。
5、电源板设计为负荷分担,实时热备份方式。
第二章数字调度通信基础知识
相对于传统模拟调度通信,数字调度通信的主要技术区别是采用数字传输和交换技术。
下面对相关知识作一简单介绍。
2.1话音数字化过程
话音数字化采用脉冲编码调制(简称PCM)技术,将模拟话音信号变为PCM信号,须经过抽样、量化、编码三个步骤:
2.1.1抽样:
抽样就是每隔一定的时间抽取一个模拟信号的瞬间电压值,这个电压值被称为抽样值,即PAM信号,需要注意的是抽样速度应大于等于2倍最高音频,一般话音采用的抽样速率为8kHz/s。
2.1.2量化:
所谓量化是将上面所说的抽样值分级取整。
具体的说,就是用有
限的二进制码位表示一个抽样值,把幅度变成有限个量,这需要事先规定若干个信号幅度等级(称为量化级),每个抽样信号与量化级进行比较,将抽样值采取四舍五入的方法,归并到与其最接近的某个量化级中。
量化可分为均匀量化与非均匀量化。
采用均匀量化时,对幅度大的信号和幅度小的信号采用相同的量化级,在这种情况下,小信号在量化过程中引起的误差大于大信号在量化过程中引起的误差,当大信号的信噪比达到话音信号要求时,小信号的信噪比却不一定能达到要求。
因此,人们把小信号的量化级做得小一些,大信号的量化级做的大一些,使得当大信号的信噪比达到要求时,小信号的信噪比也能同样达到要求,这样的量化方法就是非均匀量化。
我国数字通信采用近似A律特性曲线的A律十三折线编码方法,此种方法可以比较容易的用二进制实现。
下图即是A律十三折线的示意图。
由于图形比较小,图中X坐标靠近原点的地方未能标注出来,它们分别是:
-1/8、-1/16、-1/32、-1/64、0、1/64、1/32、1/16、1/8。
这种方法之所以被称为十三折线,是因为从图中第一象限和第三象限的折线正好为十三折。
编码:
所谓编码就是用二进制脉冲表示已两化的抽样值脉冲。
我国采用A律十三折线编码方法,这种编码方法为8位编码,它由三部分组成:
1、极性码A0:
样值脉冲有正、负之分,A0=1代表正脉冲;A0=0代表负脉冲。
2、段落码A1A2A3:
A律十三折线的单方向为8段,用A1A2A3来区分各段。
3、段内码A4A5A6A7:
A律十三折线的每段均匀分成16个量化级,用A4A5A6A7来表示。
对每个抽样值的8位编码可表示如下
极性码(一位)
段落码(三位)
段内码(四位)
A0
A1A2A3
A4A5A6A7
2.2数字时分多路通信
1、复用通信:
一条物理线路同时传递多个信道信息。
2、复用通信分类:
频分复用:
每个信道占用一个频率段。
(例如载波通信)
时分复用:
同一线路按时间不同轮流分配给多个通路使用。
3、PCM一次群(PCM30/32)的桢结构:
PCM30/32利用时分复用可同时传送32路信息。
PCM编码的抽样频率为8kHz,即每隔125微秒抽样一次,PCM30/32的桢结构将这个125微秒的时间分成32个时隙,每个时隙占用的时间为125/32=3.9微秒,在每个3.9微秒的时间内传送8位二进制码,称为8个比特(bit)。
即在125微秒的时间内传送32个8比特,称为一帧。
每一帧中的32个时隙分别用TS0~TS31表示。
其中TS0为帧同步时隙,帧同步时隙的作用是使接受端确认发送端的发送顺序,使收发同步。
TS16为信令时隙,它的作用是装载一些话路标志信息,例如一方呼叫另一方过程中的问答信息。
所以每一帧中可传输32路信息,但实际中除同步时隙和信令时隙外只可以传送30路话路信息。
PCM30/32码率为32Ts*8bit/Ts*8k/s=2048kb/s=2.048Mb/s,即俗称的2M。
4、二线传输和四线传输:
二线传输:
一个物理通道可以两个方向传送信号。
四线传输:
一个通道只能传一个方向信息(这有利于在传输途中对信号进行整理和放大)。
数字2M的传送相当于四线电路,收发是分开的。
每个2M是由收发两条线组成的。
2.3关于2B+D
2B+D是一种数字通信方式,B代表64k话音通道,D代表16k的信令通道,
一个2B+D为两个64k话音通道和一个16k信令通道。
2.4关于数字交换
数字交换是将数字化的话音信号通过数字交换网进行交换,话音信息的交换其实就是时隙信息的交换,具体的说就是将PCM信号中某一时隙的话音脉冲编码信息在时间位置上搬到另一个时隙中实现时隙间信息的交换。
采用数字交换技术可以使交换设备的体积大大减小,故障率极低,并且便于实现共线会议通话方式。
第三章传统模拟方式铁路专用通信简介
以上简图中只画了两个简单的车站及两个简单的调度线路作为示意,以说明铁路一般的通信形式,实际铁路通信状况是很复杂的,这里不做更深入的探讨。
下面对最常见的铁路专用通信业务做一个简单介绍。
3.1调度业务
如:
列调、货调、电调等。
传统的调度业务采用共线方式通信,以音频信号进行选叫,一般分为YD类和DC类。
在车站可接入车站集中机或小电话。
所谓共线方式是指同一调度台下设的多个调度分机都利用一个两线或四线话路通信。
线路的传输可采用实回线、载波、PCM等方式,在一些重要节点设有调度分配器,调度分配器的作用有实现多方向线路间互相通信并保证线路阻抗的匹配、提高话音电平以克服线路衰耗、实现二/四线的转换等。
YD类调度总机采用500、605、730、910、1100、1330、1650、1995、2420
九个频率,呼叫分机时采用双频组合方式,其中500、605为全呼,即呼叫该共
线上的所有调度分机,其他的7个频率组合可实现42个呼叫组合,即同一线路上最多可以有42个被叫分机。
调度分机呼叫调度员时,只需要摘机直接呼叫调度员即可,调度员始终处于定位受话状态。
有些调度线路上还有“哑巴调度分机”,即它可以同调度员通话,但不能被调度员选叫。
DC类调度总机同样采用定位受话方式,调度台呼叫调度分机的方式采用双频多码方式,它有固定的两个频率1300和2100,分别代表1和0,每次呼叫发6个码,共可以有64中组合方式,DC类总机只用其中的前42种组合方式,即0-41。
3.2站间通信业务
车站与车站间通信电话,一般采用磁石方式对接。
站间通信一般只用于邻站通信,即一个车站只和自己的上行站和下行站通信。
站间电话也成为闭塞电话。
3.3站场通信业务
小站一般在车站运转室有一个电话集中机,这个电话集中机接入包括调度业务、区间业务、站间业务、及站场业务。
站场通信业务一般包括道口电话、扳道电话、货物、外勤、广播等业务。
大站可能安装多台集中机,如上行场、下行场、驼峰、站调等,这些集中机往往除了以上所说的业务外,各集中机间也有业务联系。
3.4区间通信业务
在车站之间的区间大约每隔1.5公里就有一个通话柱,其作用是在区间发生紧急情况时,相关人员能迅速通过电话与相关单位联系。
区间通话柱一般可以呼叫列调、磁石事故线、电调、上下行车站、出环路拨打自动电话及区间内通话柱间相互呼叫。
区间通话柱内的自动电话与设在上行站的区间电话转接机相连,以实现上面所说的除磁石事故线以外的其它功能。
第四章FH98数字调度系统组网
4.1组网简介
系统分为三大部分:
枢纽主系统、车站分系统、数字环(传输网)
枢纽主系统一般位于各个铁路局或指挥调度中心,配有计算机维护终端,对整个组网系统进行监控,主系统接入各种调度台。
车站分系统一般位于铁路局所管辖的各个车站,完成与各调度台的业务和站场通信业务、站间通信业务。
数字环将枢纽主系统与车站分系统连接起来,一个数字环即是一个2M通道环。
主系统与主系统之间也可以用2M进行连接,以实现跨系统的业务联系。
系统同时保留了模拟传输接入方式,在未完全开通数调的地方或一些比较特殊的场合接入。
4.2业务构成
FH98数字调度系统可以实现各类调度业务、站间业务、站场业务、区间电话接入业务及给其它通信业务提供四线、二线音频通道。
实际上主系统和分系统性质都属于专用交换机。
枢纽主系统通过串口线与维护台相连接,维护台的作用是为系统配置数据、
监视系统告警及运行状态,对主系统及分系统进行控制。
4.3枢纽主系统可以完成的业务有
1、用2B+D接入各种调度台,可以通过数字方式和传统模拟方式呼叫下方分机。
2、调度台可以呼叫从主系统直接接出的数字调度分机,这些分机可以是共电、磁石、共分等分机。
系统以信令方式通过连接主系统与各分系统的2M环呼叫下方值班台或分机。
当采用模拟方式呼叫时,主系统侧要接入二线或四线实回线。
在枢纽主系统也可提供共电、磁石、选号等多种接口,以满足各种业务需要。
4.4车站分系统可以完成的业务有
以2B+D方式接入的站内值班台呼叫站内分机:
如集中楼呼叫道口、扳道等,与传统方式不同的是,所有站内分机都要接入分系统。
站内值班台叫站内值班台:
如站调与集中楼互相呼叫;上行场与下行场互相呼叫。
值班台或数字分机以数字方式呼叫调度台:
需要知道的是,数字分机可以是共电电话、磁石电话等,这些电话都直接接入分系统。
值班台以模拟方式呼叫调度台,采用这种方式时,要将模拟调度线接入分系统。
区间通话柱:
分系统可以具备区间电话转接机功能,完成区间电话的转接呼叫,如列调、上行、下行、出环路拨自动号等。
站间直通电话:
一般是上下行车站间的通话业务,也可以实现不相邻的车站间的业务。
4.5关于2M数字环
主系统通过2M数字环与各车站分系统相连,实现主系统与分系统、分系统与分系统的通信,每个数字环中各系统的关系为串联。
枢纽主系统的下行E1口经过数字传输通道连接到车站分系统1的上行E1口,车站分系统1的下行E1口同样经过数字传输通道连接到车站分系统2的上行E1口上,如此串接到车站分系统n的上行E1口,其下行E1口经过另外一条数字传输通道直接连接到枢纽主系统的上行E1数字接口上。
这样,这n个车站分系统与枢纽主系统一起就构成了一个数字通道环路,即“数字环”。
主系统与主系统之间也可以用2M相连,实现主系统之间的业务交换。
在2M环的32个时隙中,TS0和TS16被佳讯公司当做升级备用时隙,TS28、TS29、TS30为系统内部通信时隙,实现信令交换(佳讯公司企业内定信令系统)、系统同步、告警通道等功能。
在实际配置数据时只有27个时隙可用于具体通信业务。
调度业务在数字环中采用共线方式,即同一调度业务在同一数字环中用一个时隙。
相邻站间的闭塞业务在整个数字环中占用相同的两个时隙,一般闭塞业务不会跨越分系统,所以各分系统间的闭塞业务不会产生时隙的重合;站间业务其实只需要一个时隙,之所以要占用两个时隙,是因为在2M数字环某处中断时,这个站间业务可由备用时隙迂回。
分系统内部通信业务不占用2M数字环时隙资源,在系统内部完成交换。
在通道运行方面,正常工作时,系统首选下行数字通道路由进行通信,当下行数字通道故障时,自动切换到上行迂回通道,上行迂回通道再发生故障,系统自动倒换到模拟调度实回线,但在实际运用中很少用模拟实回线作为数字调度业务的备用。
主系统可接入多个数字环,各数字环间可实现通信,一个调度台也可以和多个数字环有业务。
4.6系统的安全性考虑
2M数字环自愈:
2M通道成环的作用是在通路某处中断时,通信业务走
迂回通路,在处理通路故障时不影响正常通信业务。
断电直通功能:
当某一分系统出现较重大故障而导致系统断电时,该分
系统会将其上、下行2M直接相连,而不会因为自身故障原因影响其他分系统业务。
双机双网热备份:
关键部件为双板热备,即当某板故障时,在极短的时
间内自动倒为备用,以不影响用户的正常使用。
4、应急分机:
当值班台故障时,值班员可通过预设的共电电话代替值班台。
第五章FH98系列硬件介绍
扩展接口层
主控层
标准接口层
数字层
主系统分四个机框,从上至下依次为数字层、标准接口层、主控层、扩展接口层。
数字层可实现2M数字环的接入。
最多可接入12块主数字板,每块主数字板可接入一个数字环,每个数字环最多可接入50个车站分系统。
数字层板位编号从左至右为33~44。
数字层有两块电源板,为本层提供电源,互为热备。
主控层可完成主系统各种业务的话路交换。
分A、B两个平面,每个平面包括四块板子:
电源板、音源板、会议板、主主控板。
两个平面是互为热备份的关系,当一个平面发生故障时,可自动倒换到另一个平面工作。
主控层左侧的两块电源板为标准接口层和扩展接口层提供电源,互为热备。
标准接口层和扩展接口层的功能是一样的,每层有15个槽位,每个槽位均可插入U口板(接前台)、接口板、共电板、选号板。
可接入各种终端语音设备,其中接口板又可插入四线音频、二线音频、共分、磁石等小板。
标准接口层从左至右的编号为1~15,扩展接口层从左至右的编号为17~31。
主系统的业务较少时,扩展接口层可以不安装。
系统最下方为电源引入空气开关。
5.1主系统电源开关顺序
在某些情况下,需对主系统电源进行开关,主系统开电源的顺序为:
1、系统下方的48V电源空气开关;
2、数字层电源,先开一个电源板,再开另一个电源板,等待各数字板工作正常后,进行下一步操作;
3、在主控层中为模拟层供电的有铃流电源板,先开一个电源板,再开另一个电源板,等待模拟层各板工作正常后,进行下一步操作;
主控平面电源,先开一个平面,待此平面工作正常后,再开另一个平面。
主系统关电源的顺序与开电源的顺序相反。
5.2分系统面板介绍
扩展层
标准层
分系统从上至下可安装两个机框:
标准层和扩展层。
标准层从左至右的前四个槽位依次插入两块分数字板、两块分主控板,这四个扳子的位置固定的,不能变更。
分数字板和分主控板都是两块板子互为热备份,当一块板子发生故障时,自动切换到另一块板子工作。
分数字板的作用是将本分系统接入数字环,实现与主系统及其他分系统的联系。
分主控的作用是实现分系统业务的话路交换。
标准层右侧有两块电源板,为整个分系统供电,互为热备。
在分主控与电源板之间还有8个槽位,这8个槽位类似于主系统接口层,可接入U口板、共电板、选号板、区间板等,从左至右编号为1~8。
扩展层有15个槽位,功能与标准层1~8槽位功能完全一样,从左至右编号为9~23。
在分系统业务较少时,扩展层可不安装。
5.3分系统开关电源顺序
先开系统空气开关,再开电源板总开关,最后开铃流开关,先开一个电源板,再开另一个电源板。
关电源的顺序相反。
5.4板件介绍
1、主数字板:
前面说过,主系统每个数字板可接入一个数字环,每个数字环最多可接入50个车站分系统,每个主系统最多可接入12个数字环。
在正常情况下,主数字板通过第二个2M口(即所谓下行2M)与数字环通信,当主数字下行2M故障时,改由上行2M通信。
当下方2M某处中断时,主数字上下行方向可同时工作。
2、分数字板:
每个分系统标准配置为2块分数字板,互为热备份,作用是将本系统接入数字环,与数调通信网建立联系。
它还担负为分系统提供各种音源的任务。
分数字板有两种:
一种是2E1数字板,可以接入一个数字环;另一种是4E1数字板,可以接入两个数字环,一般用在跨局业务的连接点,以实现一个车站分系统同时与两个主系统通信。
4E1数字板不常用,在以后的数据配置中也不做介绍。
3、电源板:
分有铃流电源板和无铃流电源板两种,有铃流电源板将48V电源转换为+5V、-5V及铃流电源,为模拟接口模块供电;无铃流电源板将48V电源转换成+5V、-5V电源,为数字板及主控供电。
4、音源、会议、主主控:
这三块板子是整个主系统的核心,实现交换、会议、提供各种音源信号功能。
音源板可提供各种音源信号,如450Hz拨号音等。
会议板可进行多方会议通话方式的话音交换,主系统侧最多可接入48个调度前台,调度通话为多方会议通话方式,即在同一调度回线中任意一方讲话时,所有其他用户在摘机状态均可收听,在主系统中以这样的方式通话的情况是极多的,所以在枢纽主系统中设置会议板以满足大量的调度台会议方式通话要求。
主主控对外与数字板联系,对内与各种接口板件联系,并完成对各板件工作的控制与检测。
5、分主控:
分系统的控制核心,能完成交换、会议、控制、检测等功能。
6、U口板:
主系统与分系统的U口板可以混用,在主系统侧,它可接入调度台,在分系统侧,可接入车站的各种前台,功能类似传统的车站集中机。
U口板分为U口-2、U口-3等,U口-2可以接入两个调度台或车站前台,U口-3可以接入三个调度台货车站前台。
U口-2与U口-3的区别是,U口-2备有录音口,可在系统直接引出录音线,便于集中录音。
7、用户板:
也称共电板,一般标为用户板-6,本板可外接6路共电电话分机,这些共电分机可以是调度分机,也可以是车站前台分机。
8、接口板:
也称接口母板,板上有6个子槽位,在这些槽位中可以插入共分子板、共电子板(不常用)、磁石子板、二线音频子板、四线音频子板、
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