浅谈榆横铁路专用线平面调车信号盲区治理措施的研究与应用

宁小丽 孙林峰 刘榆欣 谢迎春

摘要：本文介绍了铁路平面调车作业中存在通信弱场区的问题，针对榆横铁路的具体问题提出了解决方案。

关键词：平面调车;弱场;中继器

一、概述

铁路调车作业中，随着铁路的发展，当站场内存在高建筑物、隧道、电力接触网、远距离传输等环境时，会造成无线通信中断或者信号强度减弱，影响正常的调车作业。榆横铁路专用线内孟家壕车站、化工南车站、哈达汗车站由于受到调车点与车站距离或周边环境等因素的影响，致使车站调车作业径路存在信号盲区，造成机车控制器、区长台与调车长、连接员间断性通信不畅，导致铁路调车作业在信号较弱区域内存在安全隐患，且容易导致故障停车，影响正常的调车作业，甚至导致人身和调车安全事故的发生。

目前，由于没有专门针对铁路领域在隧道/平原信号较弱区段的调车作业的数字中继设备。解决的途径只有在现有数字中继技术基础上加以改进，并加入调车信令模块使之更加适合铁路调车作业。

二、榆横铁路平面调车信号盲区现状及原因分析

榆横铁路是陕北能源化工基地榆横煤化工业园区和榆横矿区经济、环保、便捷的运输大动脉，线路位于榆林市榆阳区、横山区境内，东自包西铁路闫庄则站引出，向西贯通榆横煤化工业园区，跨越榆靖高速公路至榆阳区转水庙，规划正线全长51.103公里，设孟家壕、化工南、液化厂、转水庙、哈达汗、小纪汗等站场，其中孟家壕、化工南、哈达汗车站是主要装卸作业车站，调车作业频繁。目前，榆横铁路专用线采用的是ZTD-D数字平面无线调车灯显设备，在使用中发现孟家壕、化工南和哈达汗车站常出现信号中断、通信不畅及噪声干扰，影响正常的调车作业，严重时出现调车冲突事件。为彻底解决该问题，我们在组织专业人员深入现场，了解设备状况、使用、维护及车站作业环境，测试各作业区域信号强度，并经多次测试分析后发现，孟家壕车站是因周边建筑物遮挡信号覆盖不全，化工南车站是因周边建有电厂受热噪声影响信号，哈达汗车站是因调车作业地点距离车站过远造成信号覆盖不全。

三、解决方案

（一）方案

为解决榆横铁路孟家壕站、化工南站、哈达汗站因其他干扰，导致车站在调车作业行进中，出现调车人员和机车、车站间通信不畅，调车手持台呼叫机车呼不上，出现信号盲区，影响调车作业，存在安全隐患的问题，经过测试分析，我们拟采用增加ZTF-DZJT-Ⅰ型数字固定式中继器的办法来解决，方案实施（图1）如下。在车站通信铁塔或信号楼顶安装一根全向天线，覆盖整个站场;对于信号覆盖不到敷设射频漏缆或定向天线。

在信号较弱区域架设全向天线，采用定向天线或射频漏缆，通过同频中继扩展无线覆盖范围;解决机车进入信号较弱区域调车人员和司机间语音呼叫不上、调车指令无法正常传输的问题，同时确保区长台能呼叫到远端作业机车。

（二）方案原理

ZTF-DZJT-Ⅰ型数字固定式中继器是根据TBT 2834-2016、TBT 3441-2016规定及根据铁路现场作业要求，基于数字车载台而研制的一种覆盖全站式中继器，无人值守可以自动实现通话与调车指令的中转功能。

设立数字固定式中继设备同频中继收发同频，收发不同时隙，这样就能保证原来平面调车直通情况下的中继转发，利用中继发射功率高、外设天线性能好的特点过大直通的覆盖范围。

（三）方案实施

购置设备，施工安装并综合考虑设备使用的效果，安全性、可靠性进行改造试验，根据改造结果在现场使用的效果再次进行升级改进，对中继器CPU主板和调车信令板之间的接口板进行技术升級，它们之间的数字语音进行无缝对接，避免在调车过程中出现信令传输的错误，影响调车作业的正常进行。

对同频中继器的功率通过数字综合测试仪R8000B进行现场调试，已达到收信、发信之间不会产生自激、干扰，优选功率5～8W;对同频中继器接收灵敏度优选：0.3 uV（误码率5% BER）。

工程实施阶段是在信号有盲区的车站信号楼安装一台同频中继器，在车站信号楼的最高层架设两个全向高增益（10dB）天线完成车站调车信号盲区的完全覆盖，达到收发指令或通话无死角。

架设完成后无论是机车控制器、区长台、还是终端调车手持台在隧道两端以及隧道内都能相互通话和指令操作。

安装选址前必须进行前期的信号功率、信号场强的测试（如中继器安装前的测试）;主台位置选好后，进行馈线（FB-50-9）的铺设：行车运转室（信号楼）电缆通过通信室铺设电缆至室外楼顶，楼顶安装天线支架、天线及避雷器。两根天线错开位置，不能安放在一起，以防相互干扰。（见下图2）。

盲区站场采用全向高增益天线进行无线覆盖。同频中继器安装完成后机车控制器、区长台、还是平调手持台在站场两端以及信号盲区内都能相互通话和进行指令操作。

设备安装完成后，对孟家壕站、化工南站及哈达汗站的调车过程中，信号功率、信号强度的测试。测试理想，信号能完全覆盖站场调车的需求，达到现场调车作业信号场强的要求。

该设备具有较强抗干扰性，电路设计及PCB板充分考虑系统的电磁兼容（EMC）;采用电池组供电;调车指令控制装置选择了SSI（Synchronous  Serial  Interface）1MB/S通信速率，对调车作业的高实时通信要求很合适;预留与调车系统连接接口以便将来调单传输使用。

同频中继原理备注说明：

同频中继（Single Frequency Repeater， 以下简称SFR）是基于欧洲电信标准协会（ETSI）颁布的DMR（Digital Mobile Radio）标准的一个扩展。因此，在介绍SFR工作原理之前，有必要先说明DMR的工作机制。

DMR标准采用的基于12.5Khz信道带宽的时分复用的工作机制（TDMA），提供工作两个时隙。

DMR电台工作在直通模式时，它只使用两个时隙之一，另外一个时隙空闲。

DMR电台工作在标准中继模式时（区别于SFR模式），它需要和中继台配合，只使用两个时隙之一;另外一个时隙可以被其他的电台使用。这样一个12.5Khz的信道可以同时支持两路通话。需要注意的是标准中继模式下，中继台处于全双工工作状态，两个时隙各自独立工作，互不影响。为了保证时隙正确使用，电台需要和中继台做时隙同步，电台根据中继台下行信号进行时隙对齐。由于中继台需同时收发信号，收发频率必须不同;而且为了共用天馈，保证收发隔离度，受双工器限制收发频率还必须满足一定的频率间隔要求 （推荐VHF波段为5Mhz以上，UHF波段为10Mhz以上）。

与标准中继模式不同，SFR模式利用了DMR时分复用的特点。在SFR模式下，中继台将一个时隙接收到的电台信号在另外一个时隙进行转发。此时电台实际上是工作在直通模式。中继台根据电台发射的信号进行时隙同步，然后在另外时隙转发信号。这样不会产生时隙使用冲突。由于中继台接收和发射分别使用不同的时隙，不存在同时收发的情况，可以仅使用一个频点完成信号中继转发。这也是同频中继名字的由来。因此，同频中继可以直接使用直通频点工作。

另外，电台工作在直通模式下，它既可以接收其他电台的直通信号，也可以接收同频中继转发的信号。电台根据接收到的信号强度自动判断使用最好的信号。当中继台设备出现故障无法工作时，电台自动工作在直通模式下，不需要用户做任何特殊操作。

同频中继台硬件原理框图如下：

频综单元为同频中继提供统一的时钟，为发射和接收链路本振;改单元参考本振为高温恒温晶振，也可以采用外置参考频率源;时钟单元也可以根据外部卫星1pps信号调整频率源，从机制上保证了本系统时钟的稳定性和准确性。

基带单元完成信号的DMR协议编解码及同频中继的控制逻辑，是本机核心部分之一。

发射链路包含中频模块、变频模块、小信号链路、功放模块;基带信号经调制使载波携带信息，然后经变频单元上变频到需要的频率、经多级放大到需要的功率发射出去;射频链路必須具备ALC功能，在大动态范围内功率可设置，经温度补偿单元及算法在极端温度电压情况下功率都满足规定要求;另外对于发射口的异常驻波情况，自动保护，提高系统的可靠性。

接收链路将来自天线的射频微弱型号经滤波、低噪声放大及选频网络、下变频电路变成中频信号，然后在中频上调理后再二次变频，调理后由ADC采用数字化;经数字滤波等逻辑运算后进行解调，然后送给基带单元完成DMR协议解码。

逻辑控制模块负责整机各功能单元的协同控制及应用层业务，是中继台的控制中心。

电源模块将输入的电源转换为本机需要的各种电源，分别供给各功能模块。

接口单元为本机对外的输入输出接口，主要包含配置口、网络数据口、时钟同步口、GPIO控制口等等。

天馈系统上由于同频中继台收发同步，时间上是错开的，并且收发同频，所以需要一个时分双工器来代替通常使用的频分双工器。

四、结束语

增设中继器施工安装完毕后，经过3个月的测试调试，我们对信号强度进行了重新测试对比，孟家壕车站中继器未安装前的数据为：100米测试效果75%、800米测试效果45%;中继器安装后100米测试效果90%、800米测试效果75%。化工南站中继器未安装前的数据为：100米测试效果70%、800米测试效果35%;中继器安装后100米测试效果98%、800米测试效果80%。哈达汗站中继器未安装前的数据为：100米测试效果65%、800米测试效果55%;中继器安装后100米测试效果95%、800米测试效果80%。通过以上数据分析安装中继器后，信号强度增加35%左右，改善了信号不良的问题。经过5个月的使用，榆横铁路专用线孟家壕、化工南、哈达汗车站目前在调车作业过程中，信号不良、中断等问题明显得到解决，为调车作业提供了安全保障。

作者单位：宁小丽    孙林峰    刘榆欣    谢迎春    陕西榆横铁路有限责任公司

参  考  文  献

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