浅谈光纤直放站在山区铁路中的应用

2011-05-08吴培军

铁路通信信号工程技术 2011年1期

关键词：漏缆直放站光纤

吴培军

（中铁三局电务工程有限公司，山西晋中 030600）

铁路运营线路作为全国经济运行的大动脉，不仅要运行于城镇和平原地区，还要经常穿越大山、丘陵、森林等众多地形复杂地段，这些特殊地形限制了车站电台电磁波的传播和无线信号的覆盖，形成弱场强区，严重影响了无线列车调度通信。

现阶段我国近1/3的铁路在山区，因此解决山区无线列车调度信号覆盖问题显得尤为重要。采用光纤直放站是一种行之有效的解决方案。

1 概述

1.1 光纤直放站的工作原理

光纤直放站的工作原理，如图1所示。下行方向：无线信号从车站电台中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转变为光信号，从光近端机输入至光纤，再至光远端机，光远端机把光信号转为电信号，进入射频（RF）单元进行放大，信号经过放大后送入天线发射，覆盖目标区域。上行方向链路的工作原理与下行方向相同。

1.2 光纤直放站的系统组成

主要有以下几个部分组成：光近端机、光纤、光远端机（覆盖单元）。光近端机和光远端机都包括RF单元和光单元。

1.3 利用光纤直放站在山区铁路的无线信号覆盖方式

光纤直放站通过光纤传输信号，无需考虑安装地点能否接收到信号，只要光纤可以敷设到的位置，均可设置直放站，不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，且光纤传输损耗很小，每公里只有0.2～0.35 dB，此时再连接覆盖天线或漏泄电缆对盲区进行覆盖，能最大范围地覆盖盲区，减少投资，具体覆盖方式如图2所示。

（1）光纤直放站连接覆盖天线

光纤直放站连接覆盖天线，主要覆盖车站部分和两山体之间，覆盖天线可根据覆盖范围选择全向或定向天线。

从基站至直放站，再至覆盖天线的各种损耗都比较小，再加上直放站设备和覆盖天线的损耗增益，通过调节输出功率等，可覆盖20 km甚至更远的覆盖范围。在山区铁路两基站间一般不会超过20 km，只有几公里甚至几百米、几十米，所以采用“光纤直放站+覆盖天线”完全满足铁路在两山体之间的覆盖要求。

（2）光纤直放站连接漏泄电缆

光纤直放站连接漏泄电缆主要覆盖隧道部分。

在每个工程中，由于移动终端的最小输出电平和基站接收灵敏度不同，连接直放站的漏缆长度不同。漏缆主要用来覆盖隧道，其损耗值为αs=α×L+Lc，其中Lc为漏缆的耦合损耗值，L为漏缆长度，α为该漏缆的衰减常数，α×L为传输衰减。

当然，在考虑系统允许的最大衰耗值时，还需要考虑馈线、跳线及接头、耦合器、功分器等的插损和耦合损耗的波动裕量（一般为5 dB）、车体屏蔽（一般为10 dB）、人体影响（一般为5 dB），以上损耗统称为余量预留，用M表示。

计算漏缆的最大覆盖距离：系统损耗为αmax=αs+M=α×L+Lc+M，则L=(αmax-Lc-M)/α，此L值即为漏泄同轴电缆的最大覆盖距离。

（3）光纤直放站+漏泄电缆+覆盖天线

在山区铁路中，可根据实际地形地势进行漏缆电缆和覆盖天线的搭配使用，在经过一定长度漏缆的信号衰减后，连接覆盖天线对非隧道区域进行信号覆盖，最大程度地覆盖盲区，减少投资。山区铁路两山体之间的距离较短，采用此种方式完全满足覆盖要求。

2 山区铁路的无线信号覆盖方案

以襄渝线的一段铁路线——巴山至局界（西安局和成都局交界）段为例，简单介绍利用光纤直放站的无线信号覆盖。

2.1 地形状况

本段铁路复线全长约290 km，含14个车站，其中桥梁247座，长约45.8 km，含隧道164座，长约116 km。本段铁路位于群山之间，濒临河流，经常穿越山体；车站位于乡镇边缘，站间相距约12 km，区间经常是桥隧相连，更有甚者隧道连接桥梁，紧接着又是隧道，或隧道间只有几十米。

2.2 襄渝线增建二线无线系统施工主要内容

（1）各车站设无线基站（含车站电台、光近端机），通过车站电台用RF同轴电缆引至车站全向天线，无线信号覆盖车站及信号楼至区间第一个隧道间，若隧道口信号较弱，可利用区间直放站在隧道口设天线覆盖。

（2）区间设光纤直放站、漏泄电缆、定向天线和光缆，光远端机通过光纤接收来自光近端机的信号，无线信号放大后送入定向天线、漏泄电缆，定向天线覆盖定向侧的无线信号。漏泄电缆覆盖漏缆敷设区的铁路沿线。

（3）区间增加功分器、非漏泄同轴电缆和RF软同轴电缆、终端负载。光纤直放站需要对本光纤直放站的两个方向进行信号覆盖，以及根据线路的特殊情况，如桥隧相连等，需要增加以上器件满足铁路沿线信号覆盖。

2.3 襄渝线利用光纤直放站的信号覆盖

利用光纤直放站进行山区弱场信号覆盖，首先要明确直放站的安装位置：（1）隧道内设置直放站时，出于对施工难度及设备维护的考虑，应尽可能设置在距离隧道口近的大避车洞内；（2）隧道外设置直放站时，应根据设备的需求如设备用地、设备接电、影响行车等条件选取；（3）出于对施工及设备维护等的考虑，在满足信号覆盖的条件下，尽量选择在靠近交通运输便利的位置。

其次，对于隧道的大小，并没有一个严格的界限，根据光纤直放站可连接漏缆最大长度的公式L=(αmax-Lc-M)/α计算，本工程选定漏缆最大长度为1 500 m，这里暂且认定超过3 000 m的隧道为长大隧道。为减少投资和施工难度，采用下列方式设置光纤直放站。

2.3.1 隧道的信号覆盖（隧道长度为L）

（1）当L≤1 500 m，在隧道外设置一处光纤直放站，单方向连接漏缆覆盖隧道，漏缆终端根据需要连接天线或终端负载，如图3所示。

光纤直放站一般设置在隧道出口，但实际施工中，因设备用地等原因，直放站经常设置在距离隧道口几十米的位置，若考虑在此地出现转弯等复杂地形，可能距离更长，达到几百米。假设隧道长度L1，隧道至直放站间长度L2，漏缆覆盖距离为L=L1+L2；此时铁路沿线包括隧道在内的信号覆盖通过漏缆覆盖。

（2）当1 500 m

利用隧道内大避车洞设置光纤直放站，在满足覆盖距离的条件下，应尽可能设置在距离洞口近的大避车洞内。当有一端需要漏缆连接天线继续延长覆盖区域时，光纤直放站设置在距离需要接天线的一端，以减少信号衰减，满足信号覆盖。

（3）当L≥3 000 m时，在隧道内任意位置设置一处直放站均不能满足隧道覆盖，此时根据隧道的长度设置直放站的数量和具体位置，但两直放站间的距离必须小于等于3 000 m，漏缆两端接天线或终端负载，如图5所示。

图5所示设置了两个直放站，RU1向右覆盖1 500 m接终端负载，RU2向左覆盖1 500 m接终端负载，若隧道再长时，按照此种接续方式继续连接（连接漏缆长度不能大于1 500 m）。洞外需要信号的延续覆盖时，接天线延续信号覆盖，否则接终端负载。

2.3.2 桥隧相连或隧道群的信号覆盖

在桥隧相连或隧道群地段，为避免盲区，在隧道间设置光纤直放站，分别向双方向进行信号覆盖：隧道段选用漏缆覆盖；隧道外能架设漏缆采用漏缆架设覆盖；无法架空时，采用非泄露型同轴电缆进行信号延续（桥梁段敷设于桥梁上的电缆槽内），用覆盖天线进行信号覆盖，如图6所示。

特殊地当隧道间无法设置光纤直放站时，可考虑在隧道内设置。

2.3.3 铁路出现转弯的信号覆盖

铁路出现转弯，原信号受山体阻隔而出现盲区，且又无法架设漏缆时，可选择以下两种方案。

方案1，在箭头处设2幅天线，对铁路沿线进行信号覆盖；方案2可选择在转弯处设一双方向天线或全向天线，双方向进行信号覆盖。

根据以上几点施工，完毕后全线测量，既满足了设计要求，又减少了工程造价，且降低了施工难度。

3 山区铁路利用光纤直放站进行无线信号覆盖的优点

3.1 工作稳定，覆盖效果好

光纤直放站通过光纤传输信号，不受地理环境、天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，因此工作稳定，覆盖效果好。

3.2 施工更为灵活

无线直放站通过接收空间传播的无线信号进行放大，从而扩大基站的覆盖范围。根据无线直放站的工作原理，无线直放站需把施主天线安装在可以接收到GSM信号的地方，而且接收信号强度不能小于-80 dBm，所以无线直放站一般只能安装在基站覆盖范围的边缘，并向顺着基站覆盖的方向延伸覆盖。同时，为了防止直放站自激，还需保证施主天线和覆盖天线有足够的隔离度。因此，无线直放站的安装位置和方式受到一定限制。光纤直放站与无线直放站的最大区别在于施主基站信号的传输方式上，光纤直放站是通过光纤进行传输，无需考虑安装地点能否接收到信号、收发隔离问题，选址比较方便；覆盖天线可根据需要采用全向或定向天线。光缆很细，容易铺设。因此，施工的灵活性大。