通信系统中传输系统的分析与比较（1）

  一． 城市轨道交通通信系统对传输系统的要求
    1． 城市轨道交通通信系统的定位
    城市轨道交通中的通信系统，主要是为城市轨道交通的行车指挥，日常工作的交流而服务的一个系统，属于专用通信的范畴。城市轨道交通的通信系统的服务对象是：与轨道交通相关的工作人员以及列车行车指挥。其服务的内容主要有：传输话音信息，与行车指挥相关的各种命令，保障没线车站运转的监视信号。从这个角度上看，城市轨道交通的通信系统也是一个集话音通信，数据通信以及视频通信于一体的一个通信系统。
    话音通信是城市轨道交通通信系统中主要业务，就上海地铁一号线PDH传输系统的情况来看，其传送的内容百分之九十以上的业务都是话音信息。从这个意义上讲，上海地铁一号线的传输系统的功能主要是完成话音信号的传送任务，对数据和视频业务的支持能力不足，这也是PDH传输系统的一个重要特征。数据通信业务量对话音通信来说是一个比较小的业务，主要的业务有广播系统，监视系统，FAS，SCADA等系统的控制信息传输。其传送方式主要是采用基带传送方式，即不经过调制解调器，直接将数字信号送入PDH传输系统的一个通道（信道），通过PDH的信道，将基带信号传送到接收方。由于PDH本身是数字传输系统，其通道内传送的是数字信号，所以可以具有这种传输能力。
    视频通信是城市轨道交通中的一个重要业务。但是视频通信不同于其他信源情况，其特点是传输带宽要求非常高。目前常用的视频传输方式主要有两种：即模拟视频传输和数字视频传输。如果采用数字视频传输，由于数字视频信号数据量大（在一定分辨率，动态连续图像的条件下），其占用的信道带宽也是十分巨大的。城市轨道交通中的视频信号的传送，必将会从模拟走向数字化。这样就对传输系统提出了更高的要求，要求传输系统能支持数字视频的传输，要求具有更高的带宽和更高的服务质量。
  从目前上海地铁一号线的通信系统来看，其传输系统实际是由三部分组成：一部分是主要用于话音信号以及控制信号的传输的PDH传输系统，该系统对数字视频传输的能力较差。二是用于模拟视频传输的光纤传输系统。三是模拟话音传输的铜线传输系统，主要负责广播话音的传输。
    2． 城市轨道交通通信系统中的主要业务
    专用的城市轨道交通通信系统所传输的内容主要有：话音，数据和视频。从业务的类别来分，主要有：公用电话业务，专用电话业务，专用电话业务（调度电话），有线广播业务，视频监视业务，FAS，DACS，检售票业务等等。 
    3． 城市轨道交通通信系统对传输系统的要求
    地铁一号线的传输系统目前实际使用的峰值容量（在不考虑视频信号的数字传输的前提下）约为45Mbps左右。也就是说PDH的三次群完全可以满足地铁一号线的通信业务量要求。假设视频信号需要数字传输，再假设控制中心同时需要16幅视频信号，按分辨率600*800计算，灰度等级为256级，第秒钟传输30幅图像的质量要求。则每路视频信号在无压缩的条件下，要求带宽是600*800*8*30bps=115，200，000bps。根据目前的技术水平，按MP3的技术规范，对视频信号进行压缩，压缩比一般可以超过20：1，因此，每路视频信的实际要求的带宽一般在2~4Mbps。如果按照每路4Mbps计算，则16路共需要64Mbps。再加上原有的45Mbps的话音和控制信号的数据业务，不过1000Mbps左右。
    随着城市轨道交通业务的发展，可能会提供基于Internet的应用，再假设各车让之间采用45M的带宽进行连接（其实在目前还没有必要，一方面是没有如此高速的应用，如果实现的话，则可以将城市轨道交通中的有关视频业务都可以纳入到这一应用中：其次是每个地铁车站不可能象上海市公共基础设施那样，成为为一个区域居民服务的互联网业务接入点，主要的服务对象仍是地铁内部的员工）。照这样计算，155Mbps的带宽是可以满足未来城市轨道交通作为专用通信网应用的要求的。
    二． 上海地铁一号线PDH改造中的主要考虑的问题及评估原则
    目前，上海地铁一号线的PDH传输系统由于是从德国引进的设备，存在着零部件不足、运营和维护困难等诸多的问题，上海地铁运营公司提出改造一号线的PDH传输系统。我认为，在上海地铁一号线PDH传输系统改造的过程中，应当着重考虑以下原则： 
    1． 一号线PDH传输系统改造方案应当与以后的新线建设和北延传输系统延伸设计相一致，这样可以减少运维的困难，也便于整个地铁通信网组成一个统一网络；
    2． 调度系统是上海地铁一号线改造过程中必须考虑的一个重要问题，因为调度系统是专用通信系统，它对地铁的运行起着相当程度的保障作用；
    3． 与市话兼容，城市轨道交通系统内部的通信系统，国内其他系统相兼容；
    4． 提供较大的传输容量，适合视频信号的数字传输要求；
    5． 国产化要求，以提高运行和维护的方便性；
    6． 充分考虑到保护一号线通信系统的原有投资；
    7． 性能价格比好；
    8． 要注意到所选技术的先进性；
    9． 适用于不同的改造投资方案
    综合所述：主要的评判标准是先进性，有针对性，经济合理，运维简便，保护原投资，适用于各种投资情况，上述原则也是新线建设中所要考虑的主要指标。
    三． 现有各种传输技术及其理论比较
    针对现有的适用于城市轨道交通的传输技术主要有以下四种：SDH传输技术、ATM传输技、OTN传输技术、接入网技术。
    (一)、 SDH的技术性能及其特点
    1、 SDH的产生
    由于PDH(准同步传输系统)的一些固有的不足，人们开始考虑采用同步字传输系统。PDH的主要问题如下。 PDH只有地区性的数字信号速率和帧结构标准，没有世界性标准，不同地区的标准如表所示：

    从表中可以看到：三者互不兼容，造成国际互通的困难。其次是没有世界性的标准光接口，各厂家生产的专用光接口无法在光路上互通，只有光电转成标准的电接口（G.703接口）才能互通；PDH的复用结构复杂，缺乏灵活性；传统的准同步系统的网络运行管理和维护，主要靠人工的数字交叉连接和业务测试，在复用信号帧结构中不需要安排很多用于网络OAM的比特。
    同步光网络的概念最初由Bellcore研究所提出来 即SONET,CCITT于88年接受SONET的概念，且命名为SDH。SDH的主要特点是：同步复用，标准光接口，强大网管能力。
    SDH使1.5Mb/s和2Mb/s两大数字体系在STM-1上获得统一； ADM分插复用器省去了全套背靠背用设备，使网络结构简化，上下业务十分容易 利用同步分插功能，还可以实现自愈环型网，提高网络可靠性和安全性；SDH帧结构安排了大量的开销比特（约为信号的5%）使网络的OAM能力大大强；标准光接口：使光接口成为开放型产品，满足多厂家产品的环境要求。 不需要经过电接口，直接经光接口通过中间节点，省去了大量电路单元和跳线光缆，使运行操作任务及备件种类数量减少，运营成本下降20-30%；SDH与现有网络兼容，能接纳各种新的电信业务信号，如FDDI的，城域网的分布式排列双总线(DQDB),ATM的信元等；具有强大的组网能力和网络自愈能力。
    当然SDH也有其不足之处,首先SDH的频带利用率不如传统的PDH；同时技术上和功能的复杂性也大大增加了。
    2、SDH的帧结构
    SDH的帧结构如图1所示。从左上角第一个信号开始，从左到右，从上到下，按顺序传送，每秒8000帧，则 STM-1的速率为 ： 9*270*8*8000=19440b*8000=155.520Mb
   （1）段开销(SOH)
    为保证信息正常灵活传送所附加的字节用于：网络运行、管理和维护。 8*9*8*8000=4.608Mb/s，每秒72字节(576bit)
   （2）信息净负荷(PAYLOAD)
   （3）管理单元指针(AUPTR)，其数值指示净负荷区所处的位置

    (二) ATM
    ATM是为宽带业务综合数字网而特制开发的技术。在以ATM为基础的网络上，信元的复用与交换处理方式和所传送的信息类型（数据、视频等）无关，而且它的统计复用的方式利用带宽。因此，带宽的利用率很高。ATM还是目前唯一有质量保证（QOS）的网络技术，这使它特别适合于处理多媒体信息。

通信系统中传输系统的分析与比较（2）