鐵路光纖直放站系統(tǒng)詳解

李魯杰

【摘要】本文主要對鐵路無線列調(diào)中的光纖直放站系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，重點(diǎn)對光纖直放站覆蓋系統(tǒng)的基本原理和構(gòu)成、特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)管系統(tǒng)等方面做了細(xì)致的描述。通過分析，了解到光纖直放站系統(tǒng)具有中繼距離遠(yuǎn)、信號質(zhì)量高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好和投資低等優(yōu)點(diǎn)，是解決無線列調(diào)中的長大區(qū)間、長隧道等弱場強(qiáng)區(qū)域的優(yōu)選方案，并已在高鐵、客專、普鐵和既有線改造施工中廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】鐵路 光纖 直放站 無線

【中圖分類號】TN92 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0236-01

光纖直放站中繼系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用與解決鐵路無線通信弱場區(qū)問題的系統(tǒng)，它利用光纖作為中繼媒介，具有傳輸距離遠(yuǎn)、信號質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、投資低等優(yōu)點(diǎn)，光纖直放站系統(tǒng)可以適應(yīng)鐵路現(xiàn)有無線調(diào)度通信的單雙工系統(tǒng)、四頻組和獨(dú)立同步等制式及GSM-R系統(tǒng)，不改變運(yùn)行中原有的系統(tǒng)功能及設(shè)備，提供全透明傳輸。光纖直放站可以解決鐵路的長大區(qū)間、長隧道等弱場區(qū)的無線覆蓋。

一、基本原理和構(gòu)成

光纖直放站的作用類似于在弱場區(qū)建起了一座基站BTS，從信號接口電平看，光纖直放站拉近了車站臺和移動臺。

光纖直放站主要由兩部分組成：近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)。近端機(jī)的主要作用是從基站BTS（車站臺）拾取信號，同時也把遠(yuǎn)端機(jī)中繼過來的信號傳送給基站。遠(yuǎn)端機(jī)的主要作用是保證弱場區(qū)的場強(qiáng)覆蓋，把BTS下來的信號（下行信號）進(jìn)行功率放大，同時把移動臺來的信號（上行信號）上傳給基站，它是光纖直放站覆蓋系統(tǒng)的主要設(shè)備。

近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)之間靠光纖連接，采用光纖波分復(fù)用技術(shù)，每臺遠(yuǎn)端機(jī)只需要一條光纖和近端機(jī)連接，下行使用1310nm波長的光窗口，上行使用1550nm波長的光窗口。提供光調(diào)制解調(diào)功能設(shè)備稱為光端機(jī)，光端機(jī)提供上行和下行兩個透明的射頻傳輸通道，Rfin信號調(diào)制到光發(fā)射器；光接收器把調(diào)制在光上的信號還原為Rfout。經(jīng)過光調(diào)制解調(diào)后，輸出的底部噪聲電平比較高，為了保證信號的信噪比，輸入的射頻信號電平應(yīng)大于50dBm。

二、主要功能特點(diǎn)

1、適應(yīng)鐵路現(xiàn)有無線列調(diào)單雙工系統(tǒng)、CTC、DMIS、四頻組和獨(dú)立同步等制式，不改變運(yùn)行中原有無線列調(diào)功能及設(shè)備，提供全透明傳輸。

2、傳輸距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)50公里。沒有信號隔離度要求，因此可以滿功率輻射，提高覆蓋范圍。隧道內(nèi)可達(dá)3km，空間覆蓋距離可達(dá)10km。同時可以采用雙向覆蓋，與單向覆蓋比較，覆蓋范圍幾乎增加一倍。

3、性價比高，與漏纜中繼器、互控臺對比，單位公里設(shè)備數(shù)量減少三分之二左右，大大節(jié)約了運(yùn)營成本。

4、抗干擾能力強(qiáng)，采用光信號傳輸，不受其他無線信號干擾。信號穩(wěn)定，采用光作為信號中繼媒體，消除了氣候、地理等因素對信號傳輸?shù)挠绊憽?/p>

5、消除了收發(fā)隔離限制，使設(shè)備增益提高，可以達(dá)到110dB，從而使輸出功率提高，增加覆蓋范圍。

三、光纖直放站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一臺近端機(jī)可以帶多臺遠(yuǎn)端機(jī)，可以采用單根光纖連接，也可以采用多根光纖連接。單根光纖連接的方式稱為總線形連接；多根光纖連接的方式稱為星形連接；

1、總線形連接

近端機(jī)所有遠(yuǎn)端機(jī)都掛接在一根光纜上，通過光耦合器對光信號進(jìn)行分配和混合。它有如下特點(diǎn)：（1）用一根光纖可以連接2～6臺設(shè)備，線路成本低。（2）近端設(shè)備簡單，成本低。（3）配置遠(yuǎn)端機(jī)的數(shù)量和到近端機(jī)的距離有關(guān)，即距離越長數(shù)量越少；反之越多。（4）適用于既有線改造。

2、星形連接

每臺遠(yuǎn)端機(jī)都用一根光纜與近端機(jī)連接，近端機(jī)有多個光端口，每個光端口只能連接一臺遠(yuǎn)端機(jī)。光纜進(jìn)入近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)之前，先要進(jìn)入光交接箱，然后引出需要的光跳線到直放站。近端機(jī)一般有4個光端口，如果需要增加，可以采用光端口擴(kuò)展設(shè)備進(jìn)行層疊。它有如下特點(diǎn)：（1）每臺遠(yuǎn)端機(jī)覆蓋相互獨(dú)立，不會因為其中一臺設(shè)備出現(xiàn)問題而使其后面的鏈路中斷。（2）信號質(zhì)量好，近/遠(yuǎn)端機(jī)獨(dú)立連接，引入噪聲和干擾小。（3）點(diǎn)對點(diǎn)的光傳輸方式，因此傳輸距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可以到50公里。4）遠(yuǎn)端機(jī)的數(shù)量幾乎沒有限制，適合大長隧道和大區(qū)間。

四、網(wǎng)管系統(tǒng)的特點(diǎn)及拓樸圖

光纖直放站網(wǎng)管系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理近端機(jī)、遠(yuǎn)端機(jī)的性能，故障報警，以及配置管理，漏纜監(jiān)測狀態(tài)顯示等，主要包括遠(yuǎn)端監(jiān)測、配置管理、主動告警和日志管理等。

網(wǎng)管系統(tǒng)的特點(diǎn)有：（1）近端機(jī)負(fù)責(zé)和遠(yuǎn)端機(jī)的數(shù)據(jù)通信；（2）遠(yuǎn)端機(jī)的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過光纖傳到近端機(jī)；（3）近端機(jī)把各遠(yuǎn)端機(jī)的數(shù)據(jù)打包，然后送到車站有線端口，和監(jiān)控中心聯(lián)系。圖中方式已在武廣高速鐵路等線路上應(yīng)用。

五、工程應(yīng)用

（1）延長放大器

延長放大器主要用于補(bǔ)償主干漏纜的信號損耗，雙向放大上、下行鏈路信號，提高話音質(zhì)量，有效擴(kuò)展和填補(bǔ)移動通信覆蓋盲區(qū)，擴(kuò)大覆蓋范圍。

特點(diǎn)是充分與450M光纖直放站網(wǎng)管系統(tǒng)兼容。提供完善的監(jiān)控解決方案，既可以選擇集中監(jiān)控，遠(yuǎn)程查詢方式，也可選擇單機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。本地監(jiān)控功能：通過便攜電腦可進(jìn)行設(shè)備增益設(shè)置和設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)查詢，以及監(jiān)控主板軟件的更新下載。集中與遠(yuǎn)程監(jiān)控：較大型和大型系統(tǒng)用戶可選擇集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程查詢方式；小型系統(tǒng)，為降低成本，用戶可選擇單機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。適用于地下建筑、隧道、機(jī)場等較大區(qū)域的信號分布。

對于大長隧道，采用光纖直放站進(jìn)行信號補(bǔ)盲時，在直放站的末級，覆蓋距離不足3公里的情況下，可以加入延長放大器進(jìn)行信號補(bǔ)盲，以便節(jié)約投資成本，靈活組網(wǎng)。

（2）微型直放站

微型直放站主要用于光纖直放站加天線覆蓋時由于地形或建筑物的遮擋造成的弱場區(qū)而設(shè)計的，有效地填補(bǔ)了車站信號覆蓋的盲區(qū)，擴(kuò)大覆蓋范圍。主要特點(diǎn)：無線收發(fā)，正向：467～469MHz，反向457～459MHz；輸出功率1W，覆蓋范圍lkm以內(nèi)；適合室外安裝，體積?。辉O(shè)備增益60dB，收發(fā)天線隔離要求不高；特別適合單個短隧道和路塹。能提供完善的監(jiān)控解決方案，既可以選擇集中監(jiān)控，遠(yuǎn)程查詢方式，也可選擇單機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。本地監(jiān)控功能：通過便攜電腦可進(jìn)行設(shè)備增益設(shè)置和設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)查詢，以及監(jiān)控主板軟件的更新下載。以上這種方式的工程應(yīng)用在西延鐵路擴(kuò)能改造過程中應(yīng)用較多。

現(xiàn)在，我國幾乎所有鐵路線路都在使用無線列調(diào)，其中以光纖直放站系統(tǒng)為主，建立了調(diào)度員、車站值班員和機(jī)車司機(jī)之間的互聯(lián)通信，在保證列車正點(diǎn)運(yùn)行、降低機(jī)車能耗、提高通過能力、通告險情、防止事故、救援搶險等各方面都具有重要的作用。