漏纜監(jiān)測系統(tǒng)在GSM—R中的應用

劉淑榮

摘 要：漏纜是GSM-R系統(tǒng)中信號覆蓋的一種主要方式，漏纜狀態(tài)的異常直接影響到鐵路的行車安全，本文設計的漏纜監(jiān)測系統(tǒng)可以有效的檢測漏纜的工作狀態(tài)，節(jié)省鐵路通信線路的運維成本，為鐵路行車安全的發(fā)展起到了積極的推動作用。文中首先介紹了漏纜監(jiān)測系統(tǒng)的組成及工作原理，其次闡述了系統(tǒng)設計中的關鍵參數(shù)選取和主要技術指標，最后講述了該監(jiān)測系統(tǒng)在GSM-R的應用及不足。

關鍵詞：漏纜監(jiān)測系統(tǒng)；漏纜監(jiān)測單元；GSM-R

中圖分類號： F530.33 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）19-154-2

0 引言

為保證鐵路的行車安全，鐵路要求全線無線信號無縫覆蓋。我國鐵路多分布在山區(qū)、丘陵地帶，無線通信信號弱場覆蓋多采用泄漏同軸電纜（簡稱漏纜）方式，漏纜線路的安全及電氣性能的穩(wěn)定，對無線通信系統(tǒng)的可靠覆蓋起到至關重要的作用。因漏纜線路故障導致的無線通信信號質(zhì)量下降及中斷的事件屢有發(fā)生，嚴重影響鐵路列車的運行安全。為解決漏纜線路異常引起的無線通信信號異常，本文設計的漏纜監(jiān)測系統(tǒng)，具有漏纜線路實時監(jiān)測、故障信息主動上報等功能，為通信線路維護單位及時修復漏纜故障保證無線通信系統(tǒng)的可靠運行提供了有利保障。

1 漏纜監(jiān)測系統(tǒng)組成與工作原理

漏纜監(jiān)測系統(tǒng)由網(wǎng)管中心、通信網(wǎng)絡、漏纜監(jiān)測單元及漏纜組成。網(wǎng)管中心輪詢漏纜監(jiān)測單元的采樣數(shù)據(jù)、接收漏纜監(jiān)測單元的報警信息，判斷漏纜的工作狀態(tài)；通信網(wǎng)絡負責傳輸網(wǎng)管中心與漏纜監(jiān)測單元之間的通信數(shù)據(jù)；漏纜監(jiān)測單元具有自檢測、發(fā)射信號檢測和接收信號檢測功能，2臺漏纜監(jiān)測單元可以檢測一段漏纜的工作狀態(tài)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

漏纜監(jiān)測單元主要由發(fā)射模塊和接收模塊組成，發(fā)射模塊是信號發(fā)生器，用來發(fā)射一定頻率的射頻信號，接收模塊是信號接收器，用來檢測接收到的射頻信號。被檢測的漏纜兩端分別連接2臺漏纜監(jiān)測單元的發(fā)射模塊和接收模塊，信號在漏纜傳輸中存在一定的傳輸損耗。網(wǎng)管中心通過輪詢方式獲取2臺漏纜監(jiān)測單元的發(fā)射信號和接收信號，計算漏纜的實際傳輸損耗。同時，網(wǎng)管中心根據(jù)維護人員配置的漏纜特性參數(shù)計算漏纜的理論傳輸損耗。通過實際傳輸損耗和理論傳輸損耗的差值判斷漏纜是處于正常狀態(tài)、破損狀態(tài)還是嚴重破損狀態(tài)。

2 漏纜監(jiān)測單元的設計

2.1 漏纜監(jiān)測單元組成

漏纜監(jiān)測單元由電源模塊、射頻模塊、MCU、GPRS模塊及耦合器等組成。為保證漏纜監(jiān)測單元可以正常檢測漏纜工作狀態(tài)，漏監(jiān)測單元具有自檢測功能，可以檢測電源掉電、電源故障、發(fā)射模塊故障和接收模塊故障，并主動上報漏纜監(jiān)測中心。

電源采用具有掉電檢測和故障檢測功能的電源模塊，通過電源檢測管腳輸出電平高低反映電源的工作狀態(tài)；射頻模塊包括發(fā)射模塊和接收模塊，發(fā)射模塊由一個信號發(fā)生電路組成，接收模塊由一個信號檢測電路組成；MCU通過RS-485與射頻模塊通信，獲取發(fā)射功率電平和接收功率電平，通過RS-232與GPRS模塊通信，GPRS模塊通過短信方式與網(wǎng)管中心進行數(shù)據(jù)通信，各部分連接示意圖如圖2所示。

2.2 檢測頻率選擇及軟件實現(xiàn)

漏纜監(jiān)測單元的頻率選擇基于兩點考慮，首先，為實現(xiàn)多段檢測，同一漏纜監(jiān)測單元的收發(fā)模塊采用不同的頻率，兩臺漏纜監(jiān)測單元的收發(fā)模塊采用相同的工作頻率；其次，為避免射頻信號的干擾影響C網(wǎng)、G網(wǎng)設備的正常工作，同時體現(xiàn)GSM-R頻段的特性，需要漏纜監(jiān)測單元的檢測頻率靠近GSM-R頻段；根據(jù)對漏纜的實際測試，800MHz左右的特性與GSM-R頻率的特性基本一致，700MHz以下的特性與GSM-R頻段特性對于故障的表現(xiàn)出現(xiàn)不一致，頻率相差越大，特性相差越大。805-885MHz和935-960MHz之間的頻率被C網(wǎng)和G網(wǎng)所占用，故本文設計的漏纜監(jiān)測單元選用了748MHz和763MHz作為發(fā)射模塊和接收模塊的工作頻率。

漏纜報警門限的選取需要充分考慮各類線纜材質(zhì)的正常損耗，在漏纜出現(xiàn)異常時及時告警，同時不會因為門限設置過低而產(chǎn)生誤告警，本文的漏纜監(jiān)測系統(tǒng)報警的下門限為6dB，上門限為12dB。

網(wǎng)管中心采用網(wǎng)絡拓撲圖的方式，在配置界面中，可以配置漏纜的傳輸損耗（單位：dB/100m）、漏纜長度（單位：m）、漏纜的附加損耗（即接頭、天饋線損耗等），通過輪詢漏纜監(jiān)測單元獲取連接漏纜的兩臺漏纜監(jiān)測單元的發(fā)射功能電平和接收功率電平，使用以下公式計算漏纜的理論損耗和實際損耗，進行漏纜報警判斷。

理論損耗=傳輸損耗*電纜長度/100+附加損耗

實際損耗=發(fā)射功率電平-接收功率電平

在漏纜檢測單元沒有產(chǎn)生電源報警、發(fā)射模塊故障報警和接收模塊故障報警的前提下，當實際損耗-理論損耗<=下門限時，判斷為漏纜工作狀態(tài)正常；當下門限<實際損耗-理論損耗<=上門限時，判斷為漏纜發(fā)生了一般故障；當實際損耗-理論損耗>=上門限時，漏纜發(fā)生了嚴重故障。

2.3 主要技術指標

檢測靈敏度：≤-85dBm；

檢測信號發(fā)射功率：-30dBm2dB；

漏纜最小監(jiān)測長度：≤200m；

漏纜最大監(jiān)測長度：≥2000m；

測量誤差：≤1dB；

對GSM-R信號插入損耗：≤0.5dB；

特性阻抗：50Ω；

監(jiān)測方式：GSM-R短信或RS-232；

監(jiān)測協(xié)議：《GSM-R數(shù)字移動通信網(wǎng)設備技術規(guī)范第六部分：中繼傳輸設備統(tǒng)一監(jiān)控管理系統(tǒng)》；

電源：AC220V30%；功耗：≤20W；

工作溫度：-40℃～+55℃；

相對濕度：95%（30℃）；

振動：10Hz～30Hz，0.75mm；30Hz～55Hz，0.25mm；

振動方向：正常工作方向；

外形結(jié)構(gòu)：一體化鋁壓鑄機殼，滿足IP65防護等級。

3 漏纜監(jiān)測單元在GSM-R中的應用

GSM-R系統(tǒng)中的無線信號覆蓋主要使用GSM-R直放站和漏泄同軸電纜，傳統(tǒng)的GSM-R直放站只能監(jiān)控設備本身的工作狀態(tài)，無法檢測漏纜的工作狀態(tài)，通過在GSM-R直放站中內(nèi)嵌漏纜檢測模塊實現(xiàn)無線信號覆蓋和漏纜檢測功能。在隧道兩端的漏纜，使用內(nèi)嵌漏纜檢測模塊的直放站不經(jīng)濟，使用上述的漏纜監(jiān)測單元。

GSM-R網(wǎng)絡日常運營維護中，漏纜、天饋線等無源部件的故障占整個基站子系統(tǒng)故障的50%以上，漏纜監(jiān)測系統(tǒng)能及時發(fā)現(xiàn)漏纜故障并上報監(jiān)控中心，為鐵路無線通信系統(tǒng)可靠運行及高鐵行車安全提供了可靠保障，從技術手段上實現(xiàn)了漏纜工作狀態(tài)的檢測，為鐵路信號系統(tǒng)的維護提供便利。

4 不足方面的分析

本文設計的漏纜監(jiān)測系統(tǒng)雖然可以有效檢測漏纜的工作狀態(tài)，但也存在一定的不足：

①很難檢測到短隧道的漏纜，因短隧道大多只有一個電源配電間（或設備間），很難解決此類漏纜監(jiān)控單元的供電問題。

②不能進行故障定位。

對于供電問題，目前仍未有好的解決辦法；針對故障定位問題，可以通過檢測發(fā)射和接收信號，計算漏纜的回波損耗值，精確定位漏纜的故障點。

5 結(jié)束語

漏纜監(jiān)測系統(tǒng)將線路巡檢人員從繁重的巡檢工作解放出來。本文設計的漏纜監(jiān)測系統(tǒng)廣泛應用于GSM-R系統(tǒng)中監(jiān)測漏纜的工作狀態(tài)，漏纜監(jiān)測系統(tǒng)的通信采用的是短信通信方式，受限于短信的發(fā)送字節(jié)數(shù)限制，通信數(shù)據(jù)量較大時被分成多條短信進行發(fā)送，影響通信速度，同時存在丟短信的風險。后續(xù)的系統(tǒng)設計中，考慮增加以太網(wǎng)通信方式，根據(jù)漏纜監(jiān)測單元的安裝位置，零活選擇通信方式，對于網(wǎng)絡布線容易的地區(qū)或漏纜易損的地區(qū)采用以太網(wǎng)通信方式，提高通信效率；對于網(wǎng)絡布線較困難的地區(qū)采用短信通信方式，節(jié)約布線成本。

參 考 文 獻

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