重載列車LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備閃紅淺析

張淑炳

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

國能朔黃鐵路LTE-R 無線寬帶移動通信網(wǎng)絡(luò)，承載重載列車編組開行的機車同步操控、可控列尾、列調(diào)通信、調(diào)度命令和無線車次號校核等行車信息業(yè)務(wù)，對保障按計劃完成運量發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備設(shè)置了嚴(yán)格的安全運行監(jiān)測機制，當(dāng)車載設(shè)備無法正常工作時，設(shè)備顯示屏將發(fā)出閃紅預(yù)警，此時機車司機須按照預(yù)定的行車規(guī)范進行相應(yīng)的安全操作，以確保行車安全。閃紅預(yù)警在日常設(shè)備維護工作中簡稱為無線重聯(lián)車載設(shè)備閃紅。

1 LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備介紹

LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備（圖1）由無線重聯(lián)LTE 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DTE-L）和機車同步操控設(shè)備（OCE）組成，其中DTE-L是機車無線重聯(lián)系統(tǒng)的一部分，為機車同步操控設(shè)備（OCE）提供空口數(shù)據(jù)傳輸通道[1]?？湛跀?shù)據(jù)主要包括編解組信息、主車向從車發(fā)送的控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、從車向主車反饋的狀態(tài)信息、無線重聯(lián)設(shè)備和可控列尾設(shè)備的數(shù)據(jù)交互信息等。機車同步操控設(shè)備依據(jù)交互的空口數(shù)據(jù)完成列車同步操控。

圖1 無線重聯(lián)車載設(shè)備信息交互

2 LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備閃紅機制

2.1 無線重聯(lián)LTE 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備主要功能

無線重聯(lián)LTE 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DTE-L）由電源單元、接口單元、控制單元、通信單元、1.8 G 天線、1.8 G 饋線、CIR 通信數(shù)據(jù)線等組成。其主要功能如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)接入與鑒權(quán)。LTE 網(wǎng)絡(luò)采用鑒權(quán)機制控制移動用戶的接入，只有用戶名和密碼符合要求的用戶才能正常接入。DTE-L 通過OCE 串口從OCE 獲取機車號信息和AB 節(jié)信息，然后轉(zhuǎn)換成登網(wǎng)所需要的用戶名，用戶名采用10 位數(shù)字編碼，前8 位為機車號，后兩位為A、B 節(jié)信息。登網(wǎng)所需的密碼采用SIM 卡的IMSI 號碼。

（2）設(shè)備IP 地址查詢（尋址）。DTE-L 根據(jù)其他設(shè)備用戶名查詢其IP 地址信息。設(shè)備用戶名均為10 位。

（3）查詢LTE 信號強度、連接狀態(tài)、附著狀態(tài)。DTE-L 間隔2 s 循環(huán)查詢LTE 信號強度、連接狀態(tài)、附著狀態(tài)，同時LTE 模塊還會返回小區(qū)信息LAC 和CI 等位置信息。

（4）無線重聯(lián)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。無線重聯(lián)設(shè)備編組成功后，主從車的LTE 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備通過LTE-R 網(wǎng)絡(luò)間隔200 ms 發(fā)送數(shù)據(jù)交互信息，A 網(wǎng)設(shè)備向A 網(wǎng)設(shè)備發(fā)送，B 網(wǎng)設(shè)備向B 網(wǎng)設(shè)備發(fā)送，A、B 網(wǎng)設(shè)備不進行交叉發(fā)送。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過狀態(tài)串口和網(wǎng)口在DTE-L 和OCE 之間進行傳送。

2.2 LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備閃紅

DTE-L 通過RS422 串口和M12 以太網(wǎng)口與機車同步操控設(shè)備（OCE）進行通信。每臺機車A 節(jié)和B 節(jié)分別設(shè)置一套OCE和DTE-L，A 節(jié)、B 節(jié)設(shè)備同時工作。無線重聯(lián)設(shè)備編組成功后，主從車之間會周期性（200 ms）發(fā)送數(shù)據(jù)交互信息，A 網(wǎng)設(shè)備向A 網(wǎng)設(shè)備發(fā)送，B 網(wǎng)設(shè)備向B 網(wǎng)設(shè)備發(fā)送，A、B 網(wǎng)設(shè)備不進行交叉發(fā)送。當(dāng)主從車20 s 內(nèi)無法完成數(shù)據(jù)交互信息，則發(fā)生閃紅預(yù)警[2]。

3 LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備閃紅無線側(cè)原因分析

當(dāng)主從車20 s 內(nèi)無法完成數(shù)據(jù)交互信息，LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備發(fā)生閃紅預(yù)警。由其設(shè)備組成及工作機制可以分析得出閃紅的主要原因來源于無線重聯(lián)車載設(shè)備和LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)兩方面?；贚TE-R 無線網(wǎng)絡(luò)維護經(jīng)驗，本文重點對LTE-R無線網(wǎng)絡(luò)，即無線側(cè)原因進行分析。

3.1 LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障

LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，即通常意義上的基站主設(shè)備，發(fā)生故障后將導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)中斷，無法為重聯(lián)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互提供通信承載。

基站主設(shè)備包括基帶處理單元和射頻拉遠(yuǎn)單元設(shè)備，完成無線信號發(fā)射和接收。

基帶處理單元主要功能：①提供與傳輸設(shè)備、射頻模塊、USBa 設(shè)備、外部時鐘源、LMT 或M2000 連接的外部接口，實現(xiàn)信號傳輸、基站軟件自動升級、接收時鐘以及基帶處理單元在LMT 或M2000 上維護的功能；②集中管理整個基站系統(tǒng)，完成上下行數(shù)據(jù)的處理、信令處理、資源管理和操作維護的功能。

射頻拉遠(yuǎn)單元主要功能：①接收基帶處理單元發(fā)送的下行基帶數(shù)據(jù)，并向基帶處理單元發(fā)送上行基帶數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與基帶處理單元的通信；②通過天饋接收射頻信號，將接收信號下變頻至中頻信號，并進行放大處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D 轉(zhuǎn)換）。發(fā)射通道完成下行信號濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A 轉(zhuǎn)換）、射頻信號上變頻至發(fā)射頻段。

基帶處理單元設(shè)備作為基站控制單元，其連接2～3 個射頻拉遠(yuǎn)單元，當(dāng)基帶處理單元故障后期連接的射頻拉遠(yuǎn)單元站點將全部無法提供正常的業(yè)務(wù)承載服務(wù)，影響面較大。射頻拉遠(yuǎn)單元設(shè)備主要完成無線射頻信號的發(fā)射與接收，當(dāng)其故障故障后，僅該射頻拉遠(yuǎn)單元設(shè)備覆蓋范圍內(nèi)無法提供正常的業(yè)務(wù)承載服務(wù)，影響范圍相對較小。

基站主設(shè)備故障主要有：①基帶處理單元單板不可用故障；②GPS 失鎖故障；③射頻拉遠(yuǎn)單元不可用故障；④射頻拉遠(yuǎn)單元發(fā)射功率受限故障；⑤CPRI 光功率收發(fā)異常故障。

3.2 LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)天饋系統(tǒng)故障

漏纜是一種專門用于泄漏通信的高頻電纜，電纜外導(dǎo)體不是全屏蔽的，開有泄漏槽或疏編織，因此在泄漏電纜內(nèi)部傳輸?shù)囊徊糠中盘柧屯ㄟ^泄漏槽或稀疏編織的孔泄漏到電纜附近外部空間，提供給移動的接收機，達(dá)到將無線電信號送入封閉空間的目的；同樣外部移動信號也可以通過泄漏槽或稀松編織的孔穿過電纜外層導(dǎo)體進入泄漏電纜內(nèi)部，加上必要的設(shè)備，可以與基臺組成泄漏通信系統(tǒng)，以滿足沿泄漏電纜在一定范圍內(nèi)的移動通信[3]。國能朔黃線山西境內(nèi)地形復(fù)雜，隧道個數(shù)多距離長，因此漏纜系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。漏纜覆蓋可有效保證隧道內(nèi)及隧道間連接部的場強需求。

漏纜系統(tǒng)主要包括跳線、電橋、避雷器、直流阻斷器、漏纜等器件。由于其應(yīng)用廣泛、器件眾多、組網(wǎng)復(fù)雜，漏纜系統(tǒng)故障也是影響閃紅的主要因素。

漏纜系統(tǒng)出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響漏纜無線射頻信號的傳播，出現(xiàn)如信號場強傳播中斷、信號傳輸衰減過大等現(xiàn)象，導(dǎo)致漏纜無線覆蓋場強出現(xiàn)弱覆蓋、信號場強抖變、覆蓋空洞等問題，產(chǎn)生LTE 業(yè)務(wù)應(yīng)用終端脫網(wǎng)、切換失敗、上下行吞吐率降低等異常應(yīng)用事件。漏纜系統(tǒng)故障主要有：漏纜物理損傷，漏纜受外力擠壓造成破損、折斷、彎曲半徑超限等導(dǎo)致的高駐波、高信號傳輸損耗。跳線、電橋、避雷器、直流阻斷器等主要器件發(fā)生損壞或性能下降導(dǎo)致的高駐波、高信號傳輸損耗。漏纜、漏纜連接頭等處進水導(dǎo)致的高駐波、高信號傳輸損耗。附屬的尾巴天線故障。

4 無線側(cè)故障處理策略

4.1 LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障處置策略

LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障處置應(yīng)堅持預(yù)防為主的策略，避免故障發(fā)生或盡量減小故障影響范圍和時間。

4.1.1 充分利用LTE-R 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能

通過LTE-R 網(wǎng)絡(luò)U2000 網(wǎng)管進行定期無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、運行性能分析及告警分析，將設(shè)備故障修方式提升為設(shè)備狀態(tài)修，在設(shè)備運行性能惡化前進行維護干預(yù)，減少故障發(fā)生率。

4.1.2 日常維護工作精細(xì)化

在機房衛(wèi)生、防塵、設(shè)備外觀檢查等工作的基礎(chǔ)上提升日常維護工作的精細(xì)化程度。①基帶處理單元站點進行GPS 系統(tǒng)駐波比測試、電壓測試，排查GPS 失鎖隱患；②基帶處理單元單板及射頻拉遠(yuǎn)單元定期進行備件倒換，對倒換下來的單板進行本地性能測試，規(guī)避單板不可用風(fēng)險；③定期完成CPRI 光功率測試，當(dāng)光功率接近故障閾值時，現(xiàn)場用光功率計進行收光測量，并利用OTDR 進行光線路特性指標(biāo)測試?；鶐幚韱卧獋?cè)LBBP 板的光模塊如果性能下降，也會造成收光功率、發(fā)光功率衰減過大，需要進行更換。

4.2 LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)天饋系統(tǒng)故障處置策略

（1）天線外觀核查。天線外觀核查應(yīng)重點關(guān)注天線是否存在受損現(xiàn)象，同時現(xiàn)場進行天線工程參數(shù)（方位角、下傾角）測量，對存在偏差的問題進行及時整改。當(dāng)發(fā)生惡劣氣象事件如暴雨、大風(fēng)時應(yīng)在第一時間對所涉及的天線進行工程參數(shù)加測，避免其發(fā)生異常。

（2）漏纜外觀核查。漏纜外觀核查應(yīng)沿漏纜布放路徑進行徒步觀察，重點排查漏纜外觀是否受損、漏纜接頭防水是否牢固。

（3）駐波比測試。定期進行天饋系統(tǒng)駐波比測試。駐波比檢測，U2000 網(wǎng)管查詢，也可以通行現(xiàn)場應(yīng)用SITEMASTER 等測試儀表進行測量。一般情況下，應(yīng)先進行U2000 網(wǎng)管查詢，對全網(wǎng)駐波比進行普篩，以工作測試效率。對普篩發(fā)現(xiàn)了駐波比接近告警閾值的站點，再進行現(xiàn)場測試，對故障點進行定位，快速確認(rèn)故障點位置，并進行整改。

（4）利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測試進行故障輔助排查。天饋系統(tǒng)故障的直接表現(xiàn)為故障點LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋異常，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測試作為LTE-R 無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的主要檢測手段，可以快速有效的發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋異常[4]。因此在日常維護中應(yīng)充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測試的作用，及時進行故障輔助排查，從而有效處置天饋系統(tǒng)故障。

5 結(jié)語

LTE-R 無線重聯(lián)車載設(shè)備作為重載無線重聯(lián)系統(tǒng)的重要組成部分，主要承擔(dān)機車同步操控業(yè)務(wù)，其運行狀態(tài)異常（閃紅）直接影響重載機車的運行。通過分析無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障、無線網(wǎng)絡(luò)天饋系統(tǒng)故障等導(dǎo)致閃紅的主要原因，提出了相應(yīng)處置策略，為線重聯(lián)車載設(shè)備閃紅的故障處理提供參考。