基于LTE 网络的机车重联闪红问题分析

2022-03-21梁建东

设备管理与维修 2022年4期

梁建东

（国家能源集团朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

2014 年9 月，国能朔黄铁路LTE 宽带无线移动通信系统正式投入使用，为重载机车无线重联提供通信平台。基站天馈系统故障后，将严重影响LTE 网络无线信号传播，出现弱覆盖问题，导致重载机车重联闪红事件发生。本文基于长期的LTE 网络维护优化工作，对基站天馈系统故障导致机车重联闪红问题进行分析，并给出具体的防范措施。

1 LTE 基站

国能朔黄铁路LTE 基站主设备由BBU 和RRU 组成，完成无线信号的发射和接收。铁路沿线部署BBU+RRU 分布式基站，采用星型组网方式，一个BBU 设备带3 个RRU 设备，BBU 设备与RRU 设备通过光纤连接，且设置主备2 路光通道。

1.1 BBU 功能

BBU 提供与传输设备、RRU 设备、GPS 星卡、M2000 连接的外部接口，实现信号传输、基站软件自动升级、接收时钟以及BBU 在M2000 上维护的功能。BBU 集中管理整个基站系统，完成配置管理、设备管理、性能监视、信令处理、无线资源管理、主备切换等OM 功能。

1.2 RRU 功能

RRU 与BBU 通过光纤收发数据，实现与BBU 的通信。RRU通过天馈系统接收射频信号，将上行信号下变频至中频信号，并进行放大和模数转换处理。RRU 发射通道完成下行信号滤波、数模转换、射频信号上变频至发射频段，通过天馈系统发射出去。RRU 提供射频通道接收信号和发射信号复用功能，可将上行信号和下行信号共用一个天线，并对上、下行信号提供滤波功能。

2 天馈系统

天馈系统是指天线或漏缆向周围空间辐射电磁波的系统。天馈系统主要包括天线（漏缆）和馈线系统两大类，馈线系统包括馈线、电桥、避雷器、接头、接地线、直流阻断器等。

2.1 天线

国能朔黄铁路LTE 系统定向天线安装在铁塔、电杆、抱杆上，提供铁路沿线隧道外无线信号覆盖。天线对无线场强覆盖的影响除本身电气特性外，方位角、下倾角工程参数的设置对无线场强覆盖的影响较大。天线方位角表示无线信号的覆盖方向，而天线下倾角表示无线信号的覆盖距离，下倾角越大，同等场强条件下覆盖距离越近，下倾角越小，同等场强条件下覆盖距离越远。

2.2 漏缆

漏缆应用于隧道内及隧道间短距离覆盖，在原平分公司管内广泛应用。漏缆主要由内导体、绝缘介质、带槽孔外导体和电缆护套等构成。内导体采用光滑铜管或轧纹螺旋铜管，外导体采用簿铜皮，其上开制八字形槽孔。漏缆对无线场强覆盖的影响除本身电气特性外，漏缆物理损伤、进水、受潮对无线场强覆盖的影响较大。

2.3 馈线

馈线是在发射设备和天线之间传输信号的导线。均匀的特性阻抗和高回损是馈线最重要的传输特征，包括标准型馈线，低损耗型馈线，超柔型馈线。馈线对无线场强覆盖的影响除本身电气特性外，馈线接头制作不良、松动、进水、受潮对无线场强覆盖的影响较大。

2.4 电桥

电桥是同频段的合分路器，主要用于基站不同载频的合路。其输入端口以及输出端端口之间的隔离度均大于20 dB。国能朔黄铁路应用于A 网载频（1785～1790 MHz）上5 M 和B 网载频（1790～1795 MHz）下5 M 的合路。电桥电气性能稳定，故障发生率低。

2.5 直流阻断器

直流阻断器是一种隔直流器件，在采用漏泄电缆的隧道无线分布系统中，直流阻断器主要应用于漏泄电缆上。从结构上来讲，直流阻断器可以看作是一种耐高压的电容器，其工作原理是阻断直流通路，同时不影响高频无线信号的传输。漏缆进入有源设备需接直流阻断器，保护RRU 设备。在电气化铁路上，对于漏缆内外导体产生的感应电流，直流阻断器可以保护RRU 设备和人。

3 机车重联闪红问题分析处理

3.1 直流阻断器故障

当隧道内漏缆感应电压过大时，直流阻断器作为一种保护器件，容易被击穿烧毁。当直流阻断器发生烧毁故障，依据其工作原理，高频无线信号将无法进行传播，造成上、下行无线信号传播中断，出现弱覆盖问题，导致重载机车在该小区出现重联闪红告警。

司机反馈在K149—K150 区间发生重联闪红事件，结合网优分析，发现轨道车从原平南向西柏坡方向行驶时，A、B 网在1493-RU 小区与1505-RU 小区间切换时闪红，电平值陡降为-141 dBm。

以A 网为例，终端自1493-RU（PCI=88）小区向1505-RU（PCI=89）小区切换过程，切换前最后时刻占用PCI=88 小区时测量到邻区PCI=89 小区RSRP=94.75 dBm，而切换后最开始时刻占用PCI=89 小区，此时PCI=89 小区RSRP=-70 dBm。PCI=89 小区切换前后RSRP 值抖升了近25 dBm。

根据现网同频邻区双发射天线配置指示参数配置情况，终端在切换过程中，邻区的RSRP 的测量仅对邻小区端口0 进行。在故障点位置，1505-RU 小区神池南方向0 端口所发射的信号场强较1 端口所发射的信号场强弱，故出现上述问题。

作业人员现场排查1505-RU 小区神池南方向0 端口所对应的漏缆及相关连接后，发现故障点发生在1505-RU 基站下行侧神池方向漏缆接头27 m 处（1 处），直流阻断器部分损坏故障，驻波仪测试值为1.99。作业人员更换直流阻断器，驻波测试合格后恢复现场，后续网优测试，A、B 网在1493-RU 小区与1505-RU 小区间切换正常。

3.2 天线下倾角改变

当天线受外力、人为调整等因素影响时，天线方位角、下倾角发生变化后，其对应的无线场强覆盖方向、覆盖距离也将相应的发生变化，出现无线信号覆盖异常，导致重载机车在该区段出现重联闪红告警。

K549—K552 区间发生多次重联B 网闪红事件，调取与上述重联机车闪红相近时段其他机车信令跟踪数据，信令分析机车运行正常，未发生明显网络异常事件。结合网优数据分析，K549—K552 区间由5492-RU（PCI=312）、5528-BUA（PCI=313）主覆盖，该区间RSRP、切换及上下行速率正常。

近一步分析可能存在原因，在网优测试数据中发现，在该区间网优测试终端测量到5421-RU（PCI=310）小区越区信号，且该小区信号场强较该区间主用的PCI=312 小区场强强近3 dB。

虽然网优测试终端未进行自PCI=312 向PCI=310 的切换，即未占用到（PCI=310）小区越区信号，但考虑重联机车天线的差异性及信号波动，不排除5421-RU（PCI=310）小区小概率越区至K549—K552 区间导致重联机车B 网闪红。

作业人员利用天窗点对5421-RU（PCI=310）小区B 网黄骅港方向天线下倾角进行了现场核实，经核实其下倾角改变为3°。现场调整为6°后，在K549—K552 区间测试，5421-RU（PCI=310）小区信号较调整前降低10 dBm 以上，达到控制其覆盖的效果。后续对该区间进行轨道车网优测试，从测试结果看K549—K552 区间B 网切换正常，未出现异常事件，重载机车未发生B 网闪红告警。

3.3 漏缆接头进水腐蚀

漏缆接头进水腐蚀，严重影响高频信号在天馈系统的传播，造成上、下行无线信号传播受阻，出现弱覆盖问题，导致重载机车在该小区出现重联闪红告警。机车司机反馈在K63—K66 区间重联A、B 网出现闪红问题。后续轨道车网优测试，发现0629-RU 至0642-RU 区间B 网出现切换抖升现象，初步判断重联闪红与该现象有关。

K63 至K66 区间由0629-RU 和0642-RU 基站覆盖，其中0642-RU 神池南方向为双漏缆加尾巴天线场景，0629-RU 黄骅港方向为铁塔站天线覆盖场景。轨道车上行方向测试时，在0629-RU 至0642-RU 区间B 网测试终端占用0629-RU（PCI=250）小区向0642-RU（PCI=251）小区切换时，切换前后抖升近20 dBm。造成抖升的主要原因为0642-RU（PCI=251）B 网神池南方向0 口、1 口场强差较大。

同车A 网终端在该区域未发生切换抖升问题。从测试数据分析，A 网在629-RU（PCI=50）小区向0642-RU（PCI=51）小区切换后，A 网终端测量到的0642-RU（PCI=51）小区未出现明显尖峰（尾巴天线信号），从而推断该切换发生在尾巴天线至隧道口区域，而非尾巴天线覆盖区域（图1）。

图1 基站测试数据

造成此现象的可能原因为B 网0 口、1 口场强差较大的障碍发生在尾巴天线至隧道口漏缆区域，由于A、B 网小区共漏缆系统及尾巴天线，此区域A 网也存在0 口、1 口场强差较大问题。在此基础上，A 网终端上行方向移动时，未在尾巴天线覆盖区域有效测量0642-RU（PCI=51）小区，没有进行切换，随轨道车继续行驶，通过尾巴天线位置到达0 口、1 口场强正常区域后，完成正常切换接续。需排查0642-RU 基站神池南方向漏缆及尾巴天线，重点排查尾巴天线至隧道口漏缆区域。

经作业人员对0642-RU 基站隧道口至尾巴天线段天馈进行现场检查发现，漏缆与跳线连接处神池南方向存在高驻波，驻波值为3.7。经现场开剥接头处理，发现该接头有进水腐蚀现象。后对该接头进行重新制作，驻波测试值为1.17，测试合格。后续网优测试，A、B 网在0629-RU 至0642-RU 小区间切换正常，该区段未发生重载机车重联闪红告警。