通信漏泄电缆及天馈线问题分析和监测方法的研究

2017-03-09孟德智

中国新通信 2017年2期

孟德智

【摘要】铁路通信系统运行质量与铁路运输组织及运行安全密切相关，采用漏泄同轴电缆（漏缆）则是解决铁路隧道、路堑等无线电磁波传播受限区段通信网络覆盖的主要方法，是保证车地数据交互的重要行车设备。漏泄电缆、天馈线系统的性能对铁路GSM-R移动通信网络的安全运行有着很重要的影响，因此非常有必要对漏泄电缆、天馈线系统进行全面的在线监测。本文主要研究、介绍两种漏缆的监测方式，重点介绍漏缆故障定位监测系统。检测数据通过隧洞内的短光纤传至邻近基站（机房）内的控制单元FSU，再经传输网络传至监控中心。相信成功应用漏缆在线故障定位技术，对铁路通信的未来发展具有很重要的实际意义。

【关键词】铁路无线通信漏泄电缆天馈线故障定位

一、背景介绍

泄漏电缆、天馈线系统的性能对铁路GSM-R移动通信网络的安全运行有很重要的影响，但是对泄漏电缆及天馈线系统的检测，一直没有得到全面、完整地解决，因此非常有必要对泄漏电缆、天馈线系统进行全面在线监测。

从系统设计、运行维护、工程实现等层面做了深入的调研，漏缆、天馈线等无源部件的故障占整个射频无线系统问题50%以上，接头、跳线、天线等问题占无源部件问题80%以上，随着GSM-R系统运行开通，由于设备质量问题或工程安装问题，部分漏缆所连接的接头、跳线、天线将开始进入故障多发期。但由于维护的实际困难，例如长大隧道、维修天窗时间、被动式巡检方式等因素的限制，故障很难被及时发现处理。

二、故障原因

因材料、外力、安装等问题，使漏缆及天馈线的传输特性发生了改变，随之产生故障。例如：

（一）人为弯折过度，电缆的弯折小于最小弯曲半径，射频特性变坏。

（二）接头根部受力过度，此类故障一般在施工完毕后较长时间（几个月甚至一年）后才会显现出来，射频传输性能才会逐渐变差。

（三）踩踏、磕压，射频特性变坏。

（四）防水未做好，接头进水、雾腐蚀，此类故障一般在施工完毕后较长时间（几个月甚至1年）后才会显现出来，射频传输性能才会逐渐变差。

（五）工程安装过程中，没有按安装规范操作，未做到如下要求：

精心清理中心导体上的粘合剂、正确修整和扩展外导体、除去泡沫介质中的金属芯片、正确紧固接头、确保合适的探针深度，此类故障一般在施工完毕后立刻或较长时间（几个月甚至一年）后才会显现出来，射频传输性能会逐渐变差。

综上所述，漏缆及天馈线系统存在着各种隐患，迫切需要切实有效的在线监测系统来对漏泄电缆、天馈线系统进行实时在线监测，保障铁路通信和行车的安全。

三、漏缆及天馈线故障定位监测系统原理

3.1在漏缆双端测试原理

发射机发射检测信号（功率P），进入被检测漏缆端口A，接收机在被检测漏缆另一端端口B接收该检测信号（功率 P′），△P（漏缆损耗） = P - P′，检测整段的△P（漏缆损耗），当△P发生异常时，判定有故障；其中P或P′的检测数据，需要通过漏缆传输至同一端，进行比较计算。

在某频率下，同轴电缆的传输衰减系数α是一个稳定参数，传输损耗Ls表示射频信号通过泄漏电缆时的衰减值，Ls=α×d式中：α-电缆传输衰减系数（dB/km）；d-电缆长度（km），对漏缆两端信号电平进行测量，可以得到漏泄电缆的信号传输实际损耗值Ls，传输损耗变化量：ΔLs= Ls- Ls，如果实际测试值Ls比理论值Ls大过一定范围，则可以判断出泄漏电缆出现故障。因此通过对传输损耗变化量的分析，可以准确显示漏缆的工作状态是否正常。

双端式漏缆监测测试简易、成本低，但不能做到漏缆故障定位，监测系统不能独立于被监测的漏缆而工作，当漏缆有大损坏时无法检测到数据。

3.2在漏缆单端测试原理

漏缆故障的原理和功能是：发出近似通信频率的检测信号，由被测漏缆的近端开始扫描测试，一直扫描测试至漏缆最远端，测试漏缆及所接的接头、跳线、调相头、避雷器、直流阻隔器、天线等整个漏缆链路每个位置的回波损耗和驻波值（每个位置的物理射频特性值），并显示出该不良点所在的具体位置。本文选择此原理进行研究。

四、漏缆及天馈线故障定位监测系统实现方案简述

为了不影响GSM-R设备正常工作，故障定位设备检测频率应在GSM-R频段外，但需靠近GSM-R频段，才能体现GSM-R频段的特性；根据现场对漏缆的实际测试，800MHz左右的特性与GSM-R频段（900MHz左右）的特性基本一致，700MHz以下的特性与GSM-R频段特性对于故障的特性已开始不一致了，频率相差越大，特性也相差越大；因此，选用700MHz ～ 1100MHz，并且在GSM-R频段之外的频段来进行漏缆及天馈线测试。

漏缆及天馈线故障定位监测系统主要由漏缆检测单元、信号接入器、FSU（现场控制单元）、监控中心、数据传输链路等部分组成。

漏缆故障定位检测单元主要功能是产生故障定位信号、信号处理和通信部分，故障定位信号插入器将故障定位监测单元产生的故障定位信号，送进漏缆链路中，并将检测到的故障信号送回定位监测单元，进行信号处理，计算出故障发生点的回波损耗和故障发生的位置，并进行存储或转发。

漏缆检测单元检测两段漏缆链路每个位置的回波损耗和驻波值，检测数据通过隧洞内的短光纤传至邻近基站（机房）内的控制单元FSU，再经传输网络传至监控中心。

根据网管中心提供的漏缆及天馈线的在线故障定位监测数据，就可以及时发现前文中描述的各类漏缆及天馈线故障，并且明确故障发生的确切位置，给及时排障提供保障。

五、结束语

经过调查分析和实际维护工作的要求，故障定位的方式可以提高维护效率，并及时排除故障隐患，保障铁路通信和行车的安全。漏缆故障定位监测系统更加能够适应今后的铁路通信施工及运行维护工作。