太中銀線GSM－R系統(tǒng)淺析及對(duì)提高直放站運(yùn)行質(zhì)量探討

焦來(lái)發(fā)

太中銀線于2011年1月1日正式通車，整條線路摒棄了區(qū)間通話柱通信方式，采用GSM－R無(wú)線單網(wǎng)覆蓋方式，增強(qiáng)了鐵路行車的安全性，提高了鐵路的運(yùn)輸效率。太中銀線很多路段處于地形復(fù)雜的山區(qū)，還有長(zhǎng)達(dá)22km的呂梁山隧道，因此采用基站、直放站、泄漏電纜來(lái)保證GSM－R網(wǎng)絡(luò)對(duì)太中銀線的全覆蓋。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

太中銀線GSM－R系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，沿線設(shè)備包括基站 （BTS）、天饋系統(tǒng)、直放站、泄漏電纜，以及供電設(shè)備、信號(hào)傳輸通道、監(jiān)控監(jiān)測(cè)等附屬設(shè)備，如圖1所示。

圖1 GSM－R網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖

1．1 基站系統(tǒng)

GSM－R網(wǎng)絡(luò)中的基站 （BTS）是指在鐵路沿線通過(guò)移動(dòng)交換中心，與GSM－R手持終端之間進(jìn)行信息傳遞的無(wú)線電收發(fā)信電臺(tái)?；究梢詫⒁苿?dòng)終端發(fā)送的無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)換為有線信號(hào)進(jìn)行傳送，也可以將有線信號(hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)終端設(shè)備中。基站在GSM－R系統(tǒng)中的位置連接如圖2所示。

圖2 BTS在GSM－R系統(tǒng)中的位置連接示意圖

基站設(shè)備每三個(gè)BTS形成一個(gè)基站環(huán)，有效提高了基站運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。單板主要有雙工單元 （DDPU）、雙密度收發(fā)信單元 （DTRU）、定時(shí)／傳輸管理單元 （DTMU）、并柜信號(hào)轉(zhuǎn)接板 （DSCU）、信號(hào)轉(zhuǎn)接板 （DCCU）等。BTS3012只支持直流－48V輸入供電，交流220V、直流24V電源輸入都需要經(jīng)過(guò)高頻開(kāi)關(guān)電源柜轉(zhuǎn)換為直流－48V后使用。

圖3 光纖直放站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1．2 直放站系統(tǒng)

GSM－R光纖直放站是GSM－R無(wú)線信號(hào)中繼系統(tǒng)，主要解決GSM－R網(wǎng)絡(luò)無(wú)線信號(hào)盲區(qū)和弱信號(hào)區(qū)的覆蓋。

光纖直放站是一種介于基站 （BTS）與移動(dòng)終端之間的信號(hào)中繼轉(zhuǎn)發(fā)器，屬于同頻放大設(shè)備，核心是一個(gè)射頻信號(hào)功率增強(qiáng)器，利用光纖傳輸，結(jié)合天饋系統(tǒng)、泄漏電纜等設(shè)備，在沿線山區(qū)進(jìn)行GSM－R信號(hào)覆蓋。其基本功能是把基站的無(wú)線信號(hào)延伸到基站覆蓋不到的弱場(chǎng)區(qū)，如：隧道內(nèi)、地下室、山區(qū)等，是GSM－R系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鐵路 “小容量、大覆蓋”目標(biāo)的必要手段之一。

直放站設(shè)備主要由近端機(jī)、遠(yuǎn)端機(jī)及傳輸光纖等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

光纖直放站采用光波分復(fù)用的方式，用單根光纖對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行傳送，太中銀線每個(gè)直放站近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)之間使用兩根光纖進(jìn)行連接，形成主備保護(hù)通道，增強(qiáng)了直放站的穩(wěn)定性。光纖直放站將基站發(fā)送的下行射頻信號(hào)耦合到光纖直放站近端機(jī)中，近端機(jī)將接收到的射頻信號(hào)通過(guò)電／光轉(zhuǎn)換等一系列處理轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸?shù)焦饫w直放站遠(yuǎn)端機(jī)中。遠(yuǎn)端機(jī)通過(guò)光／電轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，并用下行功率放大器對(duì)發(fā)射的射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，最后通過(guò)天饋線或者泄漏電纜將信號(hào)覆蓋到鐵路沿線。光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)通過(guò)天線接收沿線移動(dòng)終端發(fā)出的無(wú)線信號(hào)，經(jīng)上行低噪聲放大器將接收到的信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后通過(guò)電／光轉(zhuǎn)換將信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳輸?shù)浇藱C(jī)中；近端機(jī)將接收到的光信號(hào)通過(guò)光／電轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，并用上行低噪聲放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，最后傳送到所屬基站中。

1．3 天饋系統(tǒng)

天饋系統(tǒng)主要由天線和饋線組成，主要是對(duì)來(lái)自基站、直放站等發(fā)信機(jī)的射頻信號(hào)進(jìn)行傳輸、發(fā)射；同時(shí)，又對(duì)移動(dòng)終端所發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行接收，并將其傳送到基站、光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)，形成基站到GSM－R移動(dòng)終端的上、下行鏈路。

太中銀鐵路線方向性單一，主要采用板狀定向天線。饋線用于基站、直放站遠(yuǎn)端機(jī)與天線的連接，以及基站、直放站遠(yuǎn)端機(jī)與泄漏電纜的連接。它可以將基站、直放站遠(yuǎn)端機(jī)發(fā)送的高頻電流傳輸?shù)教炀€，也可以將天線接收到的信號(hào)傳輸?shù)交?、直放站遠(yuǎn)端機(jī)中。

1．4 漏纜

漏纜用于天線信號(hào)覆蓋不到的長(zhǎng)大隧道內(nèi)，通常掛于隧道側(cè)壁上。

2 直放站故障分析

2．1 故障統(tǒng)計(jì)

針對(duì)呂梁通信管內(nèi)的直放站故障發(fā)生率居高不下，抽取了2013年度全年直放站故障情況，并做分析對(duì)比總結(jié)，提出了典型故障的處理方法。

呂梁通信2013年全年發(fā)生通信設(shè)備障礙共計(jì)127件，其中直放站故障49件，占全年故障數(shù)的38．58%。直放站故障有5大類：主從監(jiān)控告警障礙、光功告警障礙、下行功放告警障礙、光路告警障礙、駐波告警障礙。

直放站故障發(fā)生率較高的時(shí)間段八月 （12件）、九月 （6件）、十二月 （8件），屬于天氣炎熱和寒冷的時(shí)期，可以看出三個(gè)月合計(jì)發(fā)生26件故障，占全年直放站故障49件的53．06%，可以看出惡劣天氣尤其是炎熱天氣對(duì)室外直放站的運(yùn)用質(zhì)量狀況有一定程度的影響，相對(duì)其他月份故障件數(shù)上升。

1．主從監(jiān)控告警障礙。主從監(jiān)控告警故障全年發(fā)生合計(jì)36件，占直放站故障總數(shù)的73．47%，其中，由供電變電箱跳閘或無(wú)輸出導(dǎo)致的4件，占11．11%；由電源空開(kāi)掉閘導(dǎo)致的17件，占47．22%；由直放站UPS工作不正常 （逆變不正?；蚴须娔Ｊ讲徽＃?dǎo)致的10件，占27．78%；由直放站電源模塊功能不良及連接線中斷導(dǎo)致的2件，占5．56%；由直放站蓄電池連接腐蝕老化或電壓不足導(dǎo)致的3件，占8．33%?？梢钥闯?，電源空開(kāi)掉閘、UPS故障占主從監(jiān)控告警故障總數(shù)的四分之三，故需在這兩方面進(jìn)行重點(diǎn)整治預(yù)防，提高直放站的運(yùn)用質(zhì)量。

2．直放站光功率告警故障。全年發(fā)生1件，占直放站故障總數(shù)的2．04%，主要由光板連接線不良或性能損壞導(dǎo)致，現(xiàn)場(chǎng)更換光板后恢復(fù)正常。

3．直放站下行功放告警故障。全年發(fā)生3件，占直放站故障總數(shù)的6．12%，主要由直放站工作的外部溫度過(guò)高導(dǎo)致工作不正常。室外直放站機(jī)柜本身在露天下容易造成季節(jié)性的故障，在加強(qiáng)維護(hù)的同時(shí)，可以更換適合于室外艱苦環(huán)境的設(shè)備機(jī)柜或者加裝隔熱層。

4．直放站光路告警故障。全年發(fā)生7件，占直放站故障總數(shù)的14．29%，主要由尾纖質(zhì)量不好或者鼠害，導(dǎo)致光傳輸中斷。一是選擇更優(yōu)質(zhì)的尾纖，二是針對(duì)隧道內(nèi)暗環(huán)境下，老鼠頻繁咬斷黃色尾纖，可以考慮更換尾纖的顏色，如黑色；對(duì)隧道內(nèi)的尾纖全部加防護(hù)，如纏繞管和波紋管等。

5．駐波告警。全年發(fā)生2件，占直放站故障總數(shù)的4．08%，主要是電橋性能不良導(dǎo)致，一般更換電橋后皆可恢復(fù)。

2．2 常見(jiàn)障礙處理

對(duì)常見(jiàn)的11類故障發(fā)生的原因及處理方法進(jìn)行總結(jié)。

1．近端機(jī)收無(wú)光告警。原因：遠(yuǎn)端機(jī)光模塊出現(xiàn)故障，或光路出現(xiàn)斷路。處理方法：①現(xiàn)場(chǎng)觀察遠(yuǎn)端機(jī)光模塊告警指示燈，檢查遠(yuǎn)端機(jī)光模塊輸出功率，判斷是否光模塊本身出現(xiàn)故障；②從近端機(jī)光模塊光纖接口測(cè)試光功率，判斷回路是否出現(xiàn)斷路。

2．近端機(jī)發(fā)無(wú)光告警。原因：近端機(jī)光模塊出現(xiàn)故障。處理方法：現(xiàn)場(chǎng)觀察近端機(jī)模塊告警指示燈，更換近端機(jī)模塊。

3．遠(yuǎn)端機(jī)收無(wú)光告警。原因：近端機(jī)光模塊出現(xiàn)故障。處理方法：①現(xiàn)場(chǎng)觀察近端機(jī)光模塊告警指示燈，檢查近端機(jī)光模塊輸出光功率，判斷是否光模塊本身出現(xiàn)故障；②從遠(yuǎn)端機(jī)光模塊光纖接口測(cè)試光功率，判斷回路是否出現(xiàn)斷路。

4．遠(yuǎn)端機(jī)發(fā)無(wú)光告警。原因：遠(yuǎn)端機(jī)光模塊出現(xiàn)故障。處理方法：①現(xiàn)場(chǎng)觀察遠(yuǎn)端機(jī)光模塊告警指示燈，更換遠(yuǎn)端機(jī)模塊；②如果遠(yuǎn)端機(jī)光模塊壞了，現(xiàn)場(chǎng)覆蓋區(qū)沒(méi)有下行信號(hào)，此時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)下行功率告警。

5．遠(yuǎn)端機(jī)下行功放告警。原因：①下行功放出現(xiàn)故障；②DC／DC48V／26V電源出現(xiàn)問(wèn)題。處理方法：①檢查DC／DC 48V／26V電源輸出電壓；②更換下行功放。

6．遠(yuǎn)端機(jī)下行功放功率告警。原因：①下行欠功率告警，遠(yuǎn)端機(jī)光模塊出現(xiàn)問(wèn)題，功放前級(jí)連線出現(xiàn)斷路，功放本身問(wèn)題；②下行過(guò)功率告警，功放輸入功率過(guò)高超出門限，功放本身出現(xiàn)問(wèn)題。處理方法：①測(cè)試遠(yuǎn)端機(jī)光模塊輸入功率和RFOUT，判斷遠(yuǎn)端機(jī)光模塊好壞；②測(cè)試功放RFIN電平值，判斷功放及前級(jí)連線的好壞；③檢查功放門限設(shè)定值與功放實(shí)際輸出電平比較。

7．遠(yuǎn)端機(jī)下行駐波告警。原因：①遠(yuǎn)端機(jī)輸出口接觸不良；②遠(yuǎn)端機(jī)輸出口到天線／漏纜接口接觸不良或漏水；③天線饋源進(jìn)水。處理方法：①檢查遠(yuǎn)端機(jī)RFOUT到天線／漏纜接口；②測(cè)試遠(yuǎn)端機(jī)RFOUT到天線駐波比。

8．遠(yuǎn)端機(jī)上行低噪放告警。原因：①遠(yuǎn)端機(jī)低噪放出現(xiàn)故障；②DC／DC 48V／12V電源出現(xiàn)問(wèn)題。處理方法：①檢查DC／DC 48V／12V電源輸出電源；②更換低噪放。

9．遠(yuǎn)端機(jī)斷電告警。原因：設(shè)備電源斷開(kāi)。處理方法：現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備供電電源。

10．近端機(jī)／遠(yuǎn)端機(jī)門禁告警。原因：設(shè)備門打開(kāi)或沒(méi)關(guān)好。處理方法：現(xiàn)場(chǎng)觀察設(shè)備狀態(tài)靈活處理。

11．近端機(jī)／遠(yuǎn)端機(jī)溫度告警。原因：設(shè)備溫度過(guò)高 （機(jī)房環(huán)境溫度導(dǎo)致，設(shè)備內(nèi)部溫度導(dǎo)致）。處理方法：現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備內(nèi)部溫度及設(shè)備內(nèi)部電路工作是否異常。

3 改進(jìn)建議

3．1 降低直放站主從監(jiān)控告警故障

造成直放站主從監(jiān)控告警主要有瞬時(shí)電流致電源空開(kāi)跳閘，和直放站不間斷電源蓄電池功能不正常。若降低這二方面的故障率，就能大大的降低全年直放站的故障發(fā)生率。

針對(duì)瞬時(shí)電流大致電源空開(kāi)跳閘問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障處理經(jīng)驗(yàn)積累，將直放站空開(kāi)更換，目的是加大空開(kāi)電流門限，提高瞬時(shí)電流的承受能力，前提是不燒壞通信設(shè)備，比如將額定電流20A的空開(kāi)換成30A，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察試驗(yàn)，運(yùn)用狀態(tài)良好。

針對(duì)UPS故障問(wèn)題多發(fā)，結(jié)合太中銀線物理環(huán)境，大部分發(fā)生在天氣炎熱的時(shí)期，尤其是在中午期間，對(duì)線路直放站箱加裝擋板，從底座開(kāi)始，固定地板，在直放站外圍加外罩，一是有利于散熱，二是以反光色為主，將熱量反射出去，最大限度的降低炎熱天氣下直放站運(yùn)行環(huán)境溫度，關(guān)鍵是固定底座和使用散熱封閉的材料，做好外界封閉，保障散熱系統(tǒng)正常。

3．2 降低直放站光路告警故障

造成直放站光路告警的原因主要由尾纖質(zhì)量不好或者鼠害，出現(xiàn)光路告警的直放站大多數(shù)處于隧道中，尤其是在20km的大通道中，直放站處于濕潮的環(huán)境，且存在鼠害影響。

針對(duì)出現(xiàn)尾纖及法蘭質(zhì)量不好情況，可以進(jìn)一步加大質(zhì)量卡控驗(yàn)收，使用質(zhì)量過(guò)硬的尾纖和法蘭設(shè)備，同時(shí)提高日常計(jì)表檢修質(zhì)量，保障直放站正常運(yùn)用。

針對(duì)出現(xiàn)鼠害導(dǎo)致光路告警的情況，可以對(duì)進(jìn)出機(jī)柜內(nèi)直放站的尾纖加裝波紋套管；將黃色尾纖換為暗色，降低對(duì)老鼠的刺激；或?qū)λ淼纼?nèi)的尾纖全部更換為防鼠害的專用尾纖，解決尾纖鼠害問(wèn)題，減少直放站故障，提高直放站運(yùn)用質(zhì)量。

4 總結(jié)

太中銀線呂梁通信管內(nèi)設(shè)備含5個(gè)機(jī)械室、34個(gè)基站、4個(gè)中繼站、115個(gè)直放站、90多公里隧道漏纜，其他新建線路都采用了光纖直放站及相應(yīng)的天饋系統(tǒng)，直放站發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。為了改善現(xiàn)場(chǎng)直放站管理情況，保障通信設(shè)備正常運(yùn)行，針對(duì)太中銀線所使用的GSM－R沿線設(shè)備障礙情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比和原因解析，總結(jié)直放站故障處理的方法和手段，有效遏制障礙的發(fā)生，提高直放站運(yùn)用質(zhì)量。

［1］ 郭海燕．淺談光線直放站在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用［J］．中國(guó)科技縱橫．2011

［2］ 吳偉陵．移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)［M］．北京：北京郵電學(xué)院出版社．2001．

［3］ 李玲姣．光纖直放站在GSM－R系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］．鐵道建筑技術(shù)．2010（S2）．

［4］ 杜軍，賈榮．GSM－R分布式基站在多隧道區(qū)段的應(yīng)用［J］．鐵道通信信號(hào) ．2014（1）：74．

［5］ 陰同 ．長(zhǎng)大隧道GSM－R弱場(chǎng)解決方案［J］．鐵道通信信號(hào) ．2014（4）：84．