越南国铁无线列调工程无漏缆弱场中继链路实现方案

创新者：张艳玲 王 强 房 丽 杨奋华 武俊文

越南国铁无线列调工程无漏缆弱场中继链路实现方案

创新者：张艳玲 王 强 房 丽 杨奋华 武俊文

本文针对越南国铁无线列调工程弱场中继链路实现方案的问题，提出了一种基于无漏缆的无线中继方案，并对弱场区的确定，铁路无线列调最小保护场强覆盖的要求，目前对无线列调场强的测试方法，以及越南国铁的几种无线列调的弱场补偿方式进行了探讨。

铁路无线列调系统是保证铁路行车指挥的重要通信系统，主要包含地面无线系统和列车车载移动系统。

越南国铁无线列调系统工程从河内到胡志明市，共涉及27个隧道及相当数量的无线场强覆盖弱场区段，如何确定无线列调的通信方式，选择适当的无漏缆中继链路模式，将直接影响到整体工程设计方案及工程投资的确定。

下面将从几个方面进行讨论。

铁路无线列调系统弱场区的确定

近几年我国铁路主干线的无线列调450M系统的改造已基本完成，并且已经开通了GSM-R数字通信系统，并且随着几次全路大的提速改造工程的完成，全路列车时速大幅度的提高，并且电气化改造的步伐加快，铁路临近地区电磁干扰及突变地形（新修建的建筑物）增多。随着大批高铁线路的开通，高铁时速达到200～350km，铁路运能加大、线路里程大幅增加。但是随着列车速度的增加及铁路线周边的变化，新的干扰及新的业务要求也在增加，即：列车的速度快了，外界干扰多了，通话的质量要求高了，通信的功能及业务要求增多了。

由于上述原因，为保证铁路行车安全，我们对铁路无线列调的场强覆盖和抗干扰的要求比过去要求更严了。

目前，铁路系统每年均要对各主要铁路干线的无线列调系统的场强覆盖进行测试，并根据铁路实际需要（包括提速的需要），确定了如下技术标准。

无线列调系统的基地（车站）电台场强覆盖范围

无线列调系统的基地（车站）电台场强覆盖范围一般不小于两相邻电台之间距离的二分之一（个别提速区段还要求全区间覆盖），在地形复杂地段应保持场强连续覆盖。

无线接收机最小接收电平

在满足噪声比的标准下（无线传输信道接收机音平输出端的信号噪声比，话音传输应不小于20dB），场强覆盖地点和时间概率不小于95％，地形复杂和电气化区段不小于90％。

450MHz无线列调系统：非电气化区段为0dBμ，电气化区段为10dBμ。

为保证无线列调通信的畅通，即使在非电气化的区段，接收机的保护场强值一般都按照10dBμ来掌握。

通过场强测试工作检查无线列调的场强覆盖情况

铁路无线列调场强测试的目的就是定期检查各条铁路线的无线列调的场强覆盖情况，对于不符合要求的区段，及时找出发生的原因，并制定出改造弱场区段的方案。并采取加装无线中继器、提高天线、移动天线位置、改变天线角度、适当提高发射功率等措施，以保证可靠的通信。

图1 越南国铁线路图

例如：铁路无线列调必须保证车站台与行驶在区间的机车台之间连续可通，场强覆盖要求是一条带状区域或面状（如枢纽站），另外，机车天线受高度所限，不能架得太高，一般为4.5～5m，所以造成车站与机车之间的传播通路必然要受到沿线周围地形地物的严重影响，再加上机车高速运动，使得有些地方机车移动数米，接收场强就会出现20～30dB的大幅度快速衰落，形成一个非平稳的随机过程。所以移动通信场强的这种起伏衰落是与车辆运行速度及周围地形地物的特征密切相关的，是一个随机过程，所以场强测试必须是连续不间断的，场强的表达也只能用科学的概率统计方法进行。

场强测试数据曲线的最后分析

根据铁路系统对无线列调系统场强覆盖的要求，对所测数据进行分析处理，计算出站间的上、下行覆盖范围，合格率及弱场区间，区分的标准采用10 dBμ为界限（场强覆盖地点和时间概率一般按不小于90％）掌握。

为确保车机联控顺利进行，在车站上、下行各3km范围内，场强必须连续覆盖并确保可靠通信。在距车站3km至区间二分之一处的场强覆盖区内，允许存在一处不超过300m的弱场区，若两站之间存在两处小于300m的弱场区，该两处弱场区应在不同的半区间内，且两处应相隔1km以上的距离。

确定弱场区

根据上述分析，确定需要采取措施补偿的弱场区。

越南国铁无线列调工程弱场区的补偿方式

越南国铁无线列调工程的设计规划前期，对场强测试中发现的不满足无线列调通信的弱场区，可以根据弱场区的距离、地形地貌情况，采取加装无线中继器、提高天线、移动天线位置、改变基站（站台）定向天线的角度、适当提高发射功率及降低站台的接收门限等措施，以保证无线列调的可靠通信。

明区间、简单地形的短距离弱场补偿

在大的明区间由于站间距大（超过15km以上），半区间的距离达到7.5km以上，如果因为按照通常的天线架设高度、采用出厂的发射功率（5W），有时场强覆盖达不到要求，有一段弱场区（铁路附近无高大的障碍、无大的弯道），并且这个弱场曲线是逐渐衰减的，需要补偿的距离在1～2km时，可采用以下方式解决：

提高天线高度、安装定向高增益天线、换装低损耗射频电缆、适当提高发射功率及降低站台的接收门限等措施。

长大路堑、大型涵洞、隧道区段及地形多变的山区弱场补偿

在城市中心（有很多高大建筑物）、长大路堑、大型涵洞、隧道区段及地形多变的山区，采用上面的方法解决不了弱场的补偿，需要采用中继器的方式解决弱场的问题。

目前，共有漏缆中继器弱场补偿和无漏泄电缆中继补偿两种方案，而越南工程由于资金、技术、自然条件、施工难度等因素，已经基本确定采用无漏泄电缆中继放大方案。

两个无漏缆中继的子系统

铁路无漏泄电缆弱场区无线通信系统分两个有关联的子系统：明区间弱场区无线通信系统和隧道内无漏泄电缆无线通信系统。

明区间弱场中继器系统

明区间弱场中继器系统主要由首台、尾台、链路（无线或有线）、定向天线和一些抗干扰防护设备组成。

无线链路一般采用150MHz（或400M低段）频段的频率（列调为450MHz），并采用定向天线，链路距离一般在300～2000m左右。

图2 采用有线链路的明区间弱场中继系统示意图

图3 采用无线链路的明区间弱场中继系统示意图

图4 铁路隧道内无漏泄电缆弱场中继器系统示意图

隧道内无漏泄电缆弱场中继器系统

隧道内无漏泄电缆弱场中继器系统由隧道口中继器、隧道内中继器、功率分配器、平板天线（0dB全向）、射频电缆等组成。

洞口中继器与洞内中继器之间可以采用供电的220V电源线做为中频信号传输的载体；每一个洞内中继器最多可以通过功分器带5个玻璃钢平板天线（用射频电缆连接），但平板天线之间的最大距离一般不超过250m。

无漏泄电缆中继补偿方案不同通信方式的配合

以下我们将以无漏泄电缆中继补偿方案为例，并结合不同的通信方式的运用（同频单工、异频单工、异频双工）、不同的弱场区情况（指地形）详细地进行论述。

弱场中继系统的上下行通道模式的确定

上下行通道模式需要结合无线列调的整体来考虑。

上行的定义：移动台向车站方向传送的无线信号称上行方向。

下行的定义：由车站向移动台方向传送的无线信号称下行方向。

主要分上下行均对f4放大的同频单工单频点双向系统，及上行放大f4下行放大f2的异频双向放大系统。

上下行均对f4放大的同频单工单频点双向系统

在平原地区，由于地形条件比较好，并且考虑到快速联控、降低系统造价、等问题，铁路无线列调系统有时会采用同频单工的组网方式，例：中国铁路的京山、津埔、京秦等线路。

在这种同频单工的系统中，有时会由于城市建筑物的影响、郊区路堑的影响、强地磁干扰区的影响等因素，造成在场强测试及分析中，会发现存在影响正常无线列调车机联控的弱场区段，对于这种弱场的补偿，由于上下行的工作频率均为f4，就要求在根据场强测试这一段弱场区的上行场强曲线图和下行场强曲线图，确定在需要进行弱场补偿的区段，哪一个方向需要补偿。

单方向弱场补偿（下行或上行）

双方向弱场补偿（下行和上行）

注意：在以下例案中B制式系统也可采用同频双向弱场放大系统。

在整条铁路线上B制式设计方案的明区间弱场也有采用上下行均对f4放大的同频单工单频点双向系统（或某一个方向的放大中继系统），这主要是运行区段全部是平原地区，并且无线列调的车机联控操作一般采用的是同频单工通信，例：京广线北段、京九线北段、广深线等，均是B制式设备，但按照同频单工方式进行车机联控通信，并且弱场的补偿也按照同频（指上下行均按照同频方式）方式进行。

上行放大f4下行放大f2的异频双向放大系统

为保证向无线列调系统可提供对上下行方向的无线信号分别进行放大，须建立双向的弱场中继系统。

异频半双工双向弱场补偿（下行或上行）

单工中继系统方式：中继器设备同时只能完成发射或接收中的一种。

这种半双工的双向弱场补偿方式，适用于C制式的机车台（移动台）的异频通信；但是在B制式无线列调系统中的大三角通信时（双工），这种中继方式将影响正常的大三角的异频双工通信。

真正双工的双方向弱场补偿（下行和上行）

双工中继系统方式：中继器设备可同时完成发射或接收中的任一种方向的放大工作。

这种真双工的双向弱场补偿方式，同时可适用于C和B制式的机车台（移动台）的异频通信的要求。

越南无线列调工程应采用的两种弱场中继方式

图5 两端区段是平原加小丘陵的地形采用的弱场中继器系统示意图

在越南无线列调工程中，可以根据隧道和地形的分布情况，共可规划出两个方案、两种弱场中继方式（明区间的首尾台方式和隧道中继器方式）。

图6 中间区段是多隧道区加小丘陵区段地形采用的弱场中继器系统示意图

方案一

将整条线路划分为三个区段，两种情况：

两端的区段是平原加小丘陵的地形

将两端是平原加小丘陵的地形区段规定为同频单工工作区段，明区间、北段中的5个短小隧道及路堑弱场区采用上下行均对f4放大的同频单工单频点双向的弱场中继系统。

中间的区段是多隧道区加小丘陵区段地形

将中间是多隧道区加小丘陵区段的地形区段规定为异频工作区段，多隧道区加小丘陵区段采用上下行分别对f4及f2放大的异频双工（真双工）双向的弱场中继系统。

方案二

将整条铁路线路全部划分为一个异频工作区段，所有移动台（机车电台、便携台）或固定台（车站台）均必须优先使用异频工作方式，并且不管是平原的明区间，还是多隧道区加小丘陵等区段的弱场区，均采用上下行分别对f4及f2放大的异频双工（真双工）双向的弱场中继系统。

两种方案的比较

方案一：弱场中继系统总造价便宜，但需全线有三个大区段的优先呼叫方式需加以规定。

方案二：弱场中继系统总造价相对提高，但全线呼叫优先方式统一。

结束语

本文提出了铁路无线列调系统的场强覆盖的要求及测试方法，并对越南国铁无线列调系统工程的弱场的补偿方案进行讨论，最终确定越南国铁无线列调工程的应采用的两种弱场中继系统的设计方案，设计及业主方可根据投资情况及铁路无线列调业务需求情况，最后进行选择，以满足工程的需要及今后系统开通后的铁路无线列调系统的正常运用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.23.013