铁路光纤直放站系统详解

李鲁杰

【摘要】本文主要对铁路无线列调中的光纤直放站系统进行了详细分析，重点对光纤直放站覆盖系统的基本原理和构成、特点、网络拓扑结构、网管系统等方面做了细致的描述。通过分析，了解到光纤直放站系统具有中继距离远、信号质量高、抗干扰能力强、稳定性好和投资低等优点，是解决无线列调中的长大区间、长隧道等弱场强区域的优选方案，并已在高铁、客专、普铁和既有线改造施工中广泛应用。

【关键词】铁路 光纤 直放站 无线

【中图分类号】TN92 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0236-01

光纤直放站中继系统是一种广泛应用与解决铁路无线通信弱场区问题的系统，它利用光纤作为中继媒介，具有传输距离远、信号质量高、稳定性好、投资低等优点，光纤直放站系统可以适应铁路现有无线调度通信的单双工系统、四频组和独立同步等制式及GSM-R系统，不改变运行中原有的系统功能及设备，提供全透明传输。光纤直放站可以解决铁路的长大区间、长隧道等弱场区的无线覆盖。

一、基本原理和构成

光纤直放站的作用类似于在弱场区建起了一座基站BTS，从信号接口电平看，光纤直放站拉近了车站台和移动台。

光纤直放站主要由两部分组成：近端机和远端机。近端机的主要作用是从基站BTS（车站台）拾取信号，同时也把远端机中继过来的信号传送给基站。远端机的主要作用是保证弱场区的场强覆盖，把BTS下来的信号（下行信号）进行功率放大，同时把移动台来的信号（上行信号）上传给基站，它是光纤直放站覆盖系统的主要设备。

近端机和远端机之间靠光纤连接，采用光纤波分复用技术，每台远端机只需要一条光纤和近端机连接，下行使用1310nm波长的光窗口，上行使用1550nm波长的光窗口。提供光调制解调功能设备称为光端机，光端机提供上行和下行两个透明的射频传输通道，Rfin信号调制到光发射器；光接收器把调制在光上的信号还原为Rfout。经过光调制解调后，输出的底部噪声电平比较高，为了保证信号的信噪比，输入的射频信号电平应大于50dBm。

二、主要功能特点

1、适应铁路现有无线列调单双工系统、CTC、DMIS、四频组和独立同步等制式，不改变运行中原有无线列调功能及设备，提供全透明传输。

2、传输距离远，最远可达50公里。没有信号隔离度要求，因此可以满功率辐射，提高覆盖范围。隧道内可达3km，空间覆盖距离可达10km。同时可以采用双向覆盖，与单向覆盖比较，覆盖范围几乎增加一倍。

3、性价比高，与漏缆中继器、互控台对比，单位公里设备数量减少三分之二左右，大大节约了运营成本。

4、抗干扰能力强，采用光信号传输，不受其他无线信号干扰。信号稳定，采用光作为信号中继媒体，消除了气候、地理等因素对信号传输的影响。

5、消除了收发隔离限制，使设备增益提高，可以达到110dB，从而使输出功率提高，增加覆盖范围。

三、光纤直放站网络拓扑结构

一台近端机可以带多台远端机，可以采用单根光纤连接，也可以采用多根光纤连接。单根光纤连接的方式称为总线形连接；多根光纤连接的方式称为星形连接；

1、总线形连接

近端机所有远端机都挂接在一根光缆上，通过光耦合器对光信号进行分配和混合。它有如下特点：（1）用一根光纤可以连接2～6台设备，线路成本低。（2）近端设备简单，成本低。（3）配置远端机的数量和到近端机的距离有关，即距离越长数量越少；反之越多。（4）适用于既有线改造。

2、星形连接

每台远端机都用一根光缆与近端机连接，近端机有多个光端口，每个光端口只能连接一台远端机。光缆进入近端机和远端机之前，先要进入光交接箱，然后引出需要的光跳线到直放站。近端机一般有4个光端口，如果需要增加，可以采用光端口扩展设备进行层叠。它有如下特点：（1）每台远端机覆盖相互独立，不会因为其中一台设备出现问题而使其后面的链路中断。（2）信号质量好，近/远端机独立连接，引入噪声和干扰小。（3）点对点的光传输方式，因此传输距离远，最远可以到50公里。4）远端机的数量几乎没有限制，适合大长隧道和大区间。

四、网管系统的特点及拓朴图

光纤直放站网管系统负责管理近端机、远端机的性能，故障报警，以及配置管理，漏缆监测状态显示等，主要包括远端监测、配置管理、主动告警和日志管理等。

网管系统的特点有：（1）近端机负责和远端机的数据通信；（2）远端机的监控数据通过光纤传到近端机；（3）近端机把各远端机的数据打包，然后送到车站有线端口，和监控中心联系。图中方式已在武广高速铁路等线路上应用。

五、工程应用

（1）延长放大器

延长放大器主要用于补偿主干漏缆的信号损耗，双向放大上、下行链路信号，提高话音质量，有效扩展和填补移动通信覆盖盲区，扩大覆盖范围。

特点是充分与450M光纤直放站网管系统兼容。提供完善的监控解决方案，既可以选择集中监控，远程查询方式，也可选择单机远程监控方式。本地监控功能：通过便携电脑可进行设备增益设置和设备状态及参数查询，以及监控主板软件的更新下载。集中与远程监控：较大型和大型系统用户可选择集中监控、远程查询方式；小型系统，为降低成本，用户可选择单机远程监控方式。适用于地下建筑、隧道、机场等较大区域的信号分布。

对于大长隧道，采用光纤直放站进行信号补盲时，在直放站的末级，覆盖距离不足3公里的情况下，可以加入延长放大器进行信号补盲，以便节约投资成本，灵活组网。

（2）微型直放站

微型直放站主要用于光纤直放站加天线覆盖时由于地形或建筑物的遮挡造成的弱场区而设计的，有效地填补了车站信号覆盖的盲区，扩大覆盖范围。主要特点：无线收发，正向：467～469MHz，反向457～459MHz；输出功率1W，覆盖范围lkm以内；适合室外安装，体积小；设备增益60dB，收发天线隔离要求不高；特别适合单个短隧道和路堑。能提供完善的监控解决方案，既可以选择集中监控，远程查询方式，也可选择单机远程监控方式。本地监控功能：通过便携电脑可进行设备增益设置和设备状态及参数查询，以及监控主板软件的更新下载。以上这种方式的工程应用在西延铁路扩能改造过程中应用较多。

现在，我国几乎所有铁路线路都在使用无线列调，其中以光纤直放站系统为主，建立了调度员、车站值班员和机车司机之间的互联通信，在保证列车正点运行、降低机车能耗、提高通过能力、通告险情、防止事故、救援抢险等各方面都具有重要的作用。