GSM-R宽带光纤直放站浅析

潘锋利

（中铁一局集团电务工程有限公司，陕西 西安 710054）

GSM-R宽带光纤直放站浅析

潘锋利

（中铁一局集团电务工程有限公司，陕西 西安 710054）

介绍了GSM-R光纤直放站用途和特点，阐述了其系统构成以及近端机、远端机、光纤直放站工作方式，从主机、天线、接地、防雷等方面分析了直放站施工时的注意事项。

GSM-R；光纤直放站；工作原理；施工

1 概述

GSM-R光纤直放站是GSM-R无线信号中继系统，主要是为解决GSM-R移动通信网络中的无线信号盲区和弱信号区的覆盖问题而设计的。GSM-R无线信号在传输过程中受地形条件、建筑物阻挡等因数的影响，不可避免地存在信号盲区和信号弱区，给铁路通信的工作带来极大的不便。信号弱区和信号盲区这类地区的地形往往比较复杂，有山区、隧道、丘陵、大区间等，无线信号不能完全覆盖整个区间，造成无线场强的盲区，给铁路运输安全带来了隐患，严重时甚至导致事故。这类地带往往是一个较封闭的区域，但在其边缘有较强的无线信号。

2 GSM-R光纤直放站的优点

作为实现无线信号覆盖的方式之一，直放站与基站相比较，主要体现在以下几个方面的优点。

2.1 同等覆盖面积时，使用直放站投资较低

在平原地区室外一个全向基站可以有10 km覆盖半径；一个全向直放站可以有4 km覆盖半径；就覆盖面积而言，6个直放站约相当于一个基站。6个直放站的设备价约为一个基站的80%。但考虑到机房租用和装修、交直流电源、空调、传输系统和电路租金等费用，6个直放站的费用只相当于一个基站的50%，甚至更低。

2.2 覆盖灵活

一个基站基本上是圆形覆盖，多个直放站可以组织成多种覆盖形式。如“一”字型排开，可以覆盖十几至几十千米的路段。也可以组织成“L”型、“N”型和“M”型覆盖，特别适合于山区组网。

2.3 设备更换方便

在组网初期，由于用户较少，投资效益较差，可以用一部分直放站代替基站。用户发展起来后现更换为基站，替换下来的直放站再进一步放置在更边缘的地区，这样一步步地滚动发展。

2.4 安装方便

由于不需要土建和传输电路的施工，建网迅速。所以，直放站作为扫除信号盲区，实现无缝覆盖的有效措施之一，以其价格低廉、施工快捷、覆盖效果良好等优点，在无线通信网络中得到了广泛应用。

3 工作原理

3.1 近端机工作原理

近端机由射频单元（RFU）、光端元（OEU）、控制单元（MCU）、电源单元（PWR）和网管单元（OMU）等几部分组成，具体见图1。

图1 GSM-R宽带光纤直放站近端机构成框图

近端机可以接插4个OEU（扩展型近端机可以插10个OEU）；具有漏缆检测系统和动力监控系统接口及辅助报警接口。

控制总线分为RS485和RS232，外部总线通过光端机和远端机连接，也可以和远端机处的漏缆监测、动力环境监控及其他设备连接，形成一个广域485网。网管可以通过RS232、以太网，或GPRS数据接口对近端机进行实时监控。

3.2 远端机工作原理

远端机通过通信光纤与近端机连接，把近端机送入的光信号还原成RF信号，并将此信号进行放大后将信号覆盖到弱场区。

它主要由射频部分、光电信号转换部分、电源部分、监控部分等4个部分组成，具体构成直放站远端机原理见图2。

下行链路可以由单功放组成，也可以采用主、备功放热备份的方式，利用射频单刀双掷开关选择工作功放。采用功放热备份的方式，可以从一定程度上提高系统的可靠性。

电源部分可以由一个电源模块组成，也可以由两个电源模块并联组成，实现电源热备份的功能，主备电源同时正常工作时，分别承担一半系统的功耗，可适当提高电源寿命；当其中一只电源模块出现故障时，由另一只电源模块工作。这种电源热备份的设计方式大大提高了系统的可靠性。

3.3 直放站系统工作方式

图2 直放站远端机原理框图

GSM-R光纤直放站采用宽带或选频放大的工作方式。在基站端耦合基站的下行信号输入近端机，近端机将射频信号进行电/光转换后经光缆传输至远端机，远端机接收来自近端机的信号，经过光/电转换后输入下行放大组件，信号进入功率放大器进行下行信号放大，然后经双工器输出至重发天线，覆盖所需的空间，达到转发信号覆盖盲区的目的；重发天线接收到移动台的上行信号后通过射频电缆传送给远端机，信号通过远端机上行组件，双工器、低噪声放大器后，由光端机进行电/光转换，然后通过光纤传输至近端机，近端机将信号进行光/电转换后耦合至基站，以此建立信号盲区或弱信号区的上行通信链路，保证信号盲区或弱信号区能够正常通话。

图3 光纤直放站系统工作原理图

4 直放站施工

4.1 主机安装

直放站主机的安装位置应无强电、强磁和强腐蚀性设备的干扰和影响，要保证主机便于调测、维护和散热。在条件允许的情况下应尽量安装在室内。对于室外安装的主机，需有防水、防晒和防破坏的措施。对于室内安装的主机，室内温度、湿度不能超过主机正常工作温度和湿度的范围。主机机架的安装位置应符合设计方案的要求，并应保证机架底部距离地面1.2 m。连到主机的电源线不能和其他电缆捆扎在一起，主机输入交流电必须火线、零线相对应，不能反接。所有与设备相连的电缆要求接触良好，不能有松动的现象。馈线连接处驻波比必须小于1.3。馈线需要弯曲时，要求弯曲角保持圆滑。

4.2 天线安装

天线的各类支撑件应结实牢固，铁杆要垂直，横杆要水平，所有铁件材料都应做防氧化处理。天线必须牢固地安装在其支撑件上，高度和位置应符合设计方案的规定。天线与跳线的接头应接触良好并做防水处理。连接天线的跳线要求有10～15 cm直出。覆盖天线和施主天线的指向和俯仰角应符合设计方案的要求。施主天线的指向可以在设计方案的基础上进行微调。覆盖天线的指向偏差方位角不大于5°，下倾角不大于1°。

4.3 接地、防雷措施

室外馈线必须接地，主机设备接地、馈线接地都应使用接地件和截面积为16 mm2的接地线，并且接地点应在近直放站一端。馈线的接地线要求顺着馈线下行的方向进行接地，不允许向上走线。为了减少馈线的接地线电感，接地线的弯曲角度应大于90°，曲率半径大于130 mm。天线支撑件等室外设施都应接地，并且接地电阻小于4 Ω。

抱杆避雷针的直径为12～14 mm，长度60～80 cm，电气性能良好，且接地良好。室外天线都应在避雷针的45°保护角之内。

5 总结

直放站在整个移动通信网络中只是一种补充，与基站等主设备相比，其技术含量不高。直放站在网络中应用性能的好坏及对整个网络的影响，更多地是依靠工程技术人员在设计、安装、调试等各个环节中的把握。因此，了解一下直放站的原理和应用对于充分利用直放站的性能、提高网络质量是十分必要的。

[1] 高健.直放站的原理与应用[J].中国无线电.2005,7（3）:30-23.

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[4] 向志华.GSM-R光纤直放站应用简要分析[J].铁道工程学报2007.2007,2:78-83

GSM-R Broadband Fiber Optic Repeater

Pan Fengli

This article introduces the usages and characteristics of GSM-R fiber optic repeater，and expounds the system structure and proximal machine，remote machine,fiber optic repeater works.The host，antenna，grounding，lightning protection are analyzed in terms of standing straight put matters needing attention during the construction.

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TN 929.11

A

1000-8136(2010)32-0132-02