丁 珣

(中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司 北京 100043)

1 引言

作為列控信息的傳輸平臺(tái)，基于行車安全性考慮，GSM-R網(wǎng)絡(luò)的性能要求很高，合理的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，是提升系統(tǒng)性能的關(guān)鍵[1]。從我國(guó)高速鐵路建設(shè)之初，就開(kāi)始采用模擬光纖直放站系統(tǒng)作為弱場(chǎng)信號(hào)補(bǔ)強(qiáng)的關(guān)鍵設(shè)備，但采用該設(shè)備時(shí)會(huì)有上行質(zhì)量和多徑干擾等方面的限制[2]，為解決該問(wèn)題，結(jié)合鐵路無(wú)線通信的發(fā)展趨勢(shì)，提出了采用數(shù)字光纖直放站延伸GSM-R基站覆蓋的方法，經(jīng)過(guò)理論分析，認(rèn)為數(shù)字光纖直放站具有上行噪聲抑制和多徑延時(shí)調(diào)整等功能[3－4]，后行業(yè)主管部門發(fā)布了數(shù)字光纖直放站的有關(guān)技術(shù)要求以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)啟了數(shù)字光纖直放站應(yīng)用的序幕。數(shù)字光纖直放站除實(shí)現(xiàn)弱場(chǎng)補(bǔ)強(qiáng)的功能外，同時(shí)還可具備動(dòng)環(huán)監(jiān)控和漏纜監(jiān)測(cè)等功能[5]，可以使用環(huán)形、星形、鏈形等組網(wǎng)方式[6]。不同隧道長(zhǎng)度下適用的數(shù)字光纖直放站組網(wǎng)方式不同[7]，并應(yīng)根據(jù)鏈路預(yù)算論證隧道口直放站的覆蓋距離[8]。目前數(shù)字光纖直放站已逐步在既有線GSM-R改造中和新建高速鐵路中應(yīng)用[9]，經(jīng)工程試驗(yàn)論證了通過(guò)對(duì)中頻信號(hào)數(shù)字化處理，解決了模擬直放站因光纖長(zhǎng)度變化而產(chǎn)生的損耗不一致的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了各遠(yuǎn)端機(jī)信號(hào)增益一致[10]。數(shù)字光纖直放站覆蓋區(qū)段有關(guān)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)滿足規(guī)范要求[11]。有關(guān)研究總結(jié)了有關(guān)數(shù)字光纖直放站運(yùn)用時(shí)應(yīng)注意的若干問(wèn)題[12]和參數(shù)調(diào)整方法[13]。為更全面地分析數(shù)字光纖直放站的重要特性和應(yīng)用注意事項(xiàng)，本文對(duì)京沈客專京冀段聯(lián)調(diào)聯(lián)試經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行充分總結(jié)，以期后續(xù)工程提供數(shù)字光纖直放站調(diào)試指導(dǎo)。

2 特性分析

以京沈客專京冀段MY-XLXX09基站為例，通過(guò)分析在電路域列控?cái)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)長(zhǎng)呼呼叫時(shí)該基站小區(qū)內(nèi)的所有測(cè)量報(bào)告，見(jiàn)表1，得出數(shù)字光纖直放站的特性表現(xiàn)驗(yàn)證情況。

表1 MY-XLXX09基站測(cè)量報(bào)告

2.1 上行底噪抑制

數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整上行鏈路底噪抑制門限，減小遠(yuǎn)端機(jī)上行底噪疊加；作為選頻直放站，可以在上行鏈路濾除非工作頻點(diǎn)信號(hào)，以降低上行底噪。遠(yuǎn)端機(jī)具備對(duì)每個(gè)上行載頻信號(hào)檢測(cè)能力，沒(méi)有信號(hào)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉上行信道，屏蔽上行底噪傳輸和累加。

從表1可以看出，在MY-XLXX09小區(qū)內(nèi)，只在75號(hào)測(cè)量報(bào)告中上行質(zhì)量為2級(jí)，其余測(cè)量報(bào)告中上行質(zhì)量均為0級(jí)，整體上行質(zhì)量良好。

2.2 多徑干擾抑制

來(lái)自同一信源的信號(hào)，經(jīng)過(guò)不同的傳播路徑，如折射、反射、衍射等，到達(dá)接收機(jī)時(shí)信號(hào)的時(shí)間、幅度都不同。若不同路徑信號(hào)之間同時(shí)達(dá)到載干比小于12 dB，且時(shí)延差大于15 μs時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生多徑干擾。

數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)通過(guò)采取手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種方式，保持各遠(yuǎn)端機(jī)的系統(tǒng)時(shí)延一致，從而抑制多徑干擾。但數(shù)字光纖直放站信號(hào)轉(zhuǎn)換處理會(huì)引入延時(shí)，因此在設(shè)置系統(tǒng)時(shí)延時(shí)，應(yīng)綜合考慮各遠(yuǎn)端機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換處理時(shí)延的差異性。

從表1可看出在MY-XLXX09小區(qū)TA值為54或55，無(wú)TA跳變，且只有少數(shù)測(cè)量報(bào)告中下行質(zhì)量為1級(jí)或2級(jí)，其余均為0級(jí)，整體下行質(zhì)量良好。

2.3 自動(dòng)功率控制

GSM-R網(wǎng)絡(luò)采用交織覆蓋時(shí)，數(shù)字光纖直放站近、遠(yuǎn)端機(jī)應(yīng)設(shè)置主路和從路，分別接入兩個(gè)施主基站信源。遠(yuǎn)端機(jī)具有主從信源自動(dòng)功率控制功能，即當(dāng)檢測(cè)到主信號(hào)丟失時(shí)，自動(dòng)控制從信號(hào)抬高功率；當(dāng)主信號(hào)恢復(fù)后，從信號(hào)自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的發(fā)射功率；主信號(hào)功率調(diào)整后，從信號(hào)輸出功率自動(dòng)跟隨調(diào)整，保持主從信號(hào)功率差不變。

如圖1所示，紅色圈出部分為兩個(gè)數(shù)字光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)覆蓋區(qū)域，主路信號(hào)(棕色)與從路信號(hào)(粉色)功率差為6 dB左右。

圖1 數(shù)字光纖直放站主從信號(hào)電平

聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，在測(cè)試半數(shù)站覆蓋時(shí)，關(guān)閉了圖1中圈出的遠(yuǎn)端機(jī)的主路來(lái)源基站，只有從路信號(hào)，如圖2所示，可看出從路信號(hào)功率自動(dòng)抬升至原來(lái)主路信號(hào)的功率強(qiáng)度，從而驗(yàn)證了主從信源自動(dòng)功率控制功能。

3 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 施主基站射頻輸出處理

若施主基站射頻分兩路，一路直接覆蓋，另一路通過(guò)數(shù)字光纖直放站放大信號(hào)后再覆蓋，通過(guò)直放站放大后的信號(hào)時(shí)延變大，兩路信號(hào)之間會(huì)出現(xiàn)時(shí)間色散干擾。為避免基站與直放站重疊覆蓋區(qū)域的多徑干擾，應(yīng)采用遠(yuǎn)端機(jī)替代施主基站射頻發(fā)射，即基站射頻輸出通過(guò)耦合器后一端連接近端機(jī)輸入，一端連接負(fù)載。

3.2 單小區(qū)覆蓋范圍

由于數(shù)字光纖直放站的多徑干擾抑制功能和上行底噪抑制等特性，能提高覆蓋區(qū)域的載干比，從而遠(yuǎn)端機(jī)單站覆蓋距離可以達(dá)到1.5 km左右。當(dāng)設(shè)計(jì)速度為350 km/h時(shí)，聯(lián)調(diào)聯(lián)試試驗(yàn)速度將達(dá)到385 km/h。為滿足電路域列控?cái)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)中的傳輸無(wú)差錯(cuò)時(shí)間TREC＞20 s(95%)的要求，單個(gè)基站的最小覆蓋范圍L應(yīng)滿足以下要求:

由此可知，當(dāng)采用基站加數(shù)字光纖直放站覆蓋時(shí)，每個(gè)基站需至少連接2個(gè)數(shù)字光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)才能滿足指標(biāo)要求。

3.3 自動(dòng)載波跟蹤

模擬光纖直放站為寬帶直放站，無(wú)窄帶濾波器，對(duì)非工作頻點(diǎn)無(wú)抑制，而數(shù)字光纖直放站為選頻直放站，非工作頻點(diǎn)抑制好，當(dāng)基站改變載波頻率時(shí)，數(shù)字光纖直放站能夠在5 min內(nèi)自動(dòng)跟蹤載波變化并設(shè)置工作頻率。但當(dāng)GSM-R話務(wù)量不多時(shí)，由于GSM-R基站關(guān)閉了跳頻功能，TCH載波有可能處于不發(fā)射狀態(tài)，從而未能觸發(fā)數(shù)字光纖直放站對(duì)TCH載頻頻率的自動(dòng)跟蹤以及設(shè)置，因此當(dāng)在話務(wù)量增加且占用基站TCH載頻信道時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)字光纖直放站未能正確觸發(fā)選頻設(shè)置而不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行承載情況，從而導(dǎo)致通話異常。為保證業(yè)務(wù)的正常傳輸，建議在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中采用數(shù)字光纖直放站時(shí)，關(guān)閉數(shù)字光纖直放站的自動(dòng)載波跟蹤功能，并且在調(diào)試和維護(hù)過(guò)程中，根據(jù)基站載頻頻率設(shè)置情況及時(shí)手動(dòng)調(diào)整直放站頻率。

4 安裝及調(diào)試注意事項(xiàng)

數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)復(fù)雜度高，維護(hù)難度較高。設(shè)備安裝完成且加電后，要檢查設(shè)備供電是否正常，主要部件的指示燈是否亮起，上電后若設(shè)備不工作可用萬(wàn)用表測(cè)試電源的輸入和直流輸出電壓是否正常，以此判斷是供電問(wèn)題還是電源模塊問(wèn)題。要查看設(shè)備中頻板上的工作指示燈和光路同步指示燈，確定近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)是否正常連通。系統(tǒng)調(diào)試時(shí)應(yīng)用調(diào)試軟件和直放站進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，確保連接正確，模塊工作正常，參數(shù)設(shè)置正確。

下面對(duì)比較典型的近端機(jī)與遠(yuǎn)端機(jī)連接錯(cuò)誤的情況進(jìn)行分析，如圖3所示，XJCXLS-SYX02基站和XJCXLS-SYX03基站所帶遠(yuǎn)端機(jī)存在三類問(wèn)題:部分遠(yuǎn)端機(jī)主信號(hào)與從信號(hào)來(lái)源接反；部分遠(yuǎn)端機(jī)未連接從信號(hào)；部分遠(yuǎn)端機(jī)無(wú)信號(hào)。

圖3 數(shù)字光纖直放站連接錯(cuò)誤典型案例

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，對(duì)該區(qū)域內(nèi)所有數(shù)字光纖直放站近端機(jī)、遠(yuǎn)端機(jī)的主從通道連接進(jìn)行排查，確認(rèn)主從關(guān)系后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整跳線或倒換尾纖等，使該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)正常覆蓋，如圖4所示。

圖4 整改數(shù)字光纖直放站連接錯(cuò)誤后覆蓋

5 結(jié)論

(1)數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)具有上行底噪抑制、多徑干擾抑制和自動(dòng)功率控制功能。

(2)數(shù)字光纖直放站設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使用遠(yuǎn)端機(jī)替代施主基站射頻發(fā)射，避免多徑干擾。

(3)當(dāng)采用基站加數(shù)字光纖直放站覆蓋時(shí)，每個(gè)基站需至少連接2個(gè)數(shù)字光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)才能滿足傳輸無(wú)差錯(cuò)時(shí)間指標(biāo)要求。

(4)在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中采用數(shù)字光纖直放站時(shí)，應(yīng)關(guān)閉數(shù)字光纖直放站的自動(dòng)載波跟蹤功能，并且在調(diào)試和維護(hù)過(guò)程中，根據(jù)基站載頻頻率設(shè)置情況及時(shí)手動(dòng)調(diào)整直放站頻率。

(5)數(shù)字光纖直放站設(shè)備安裝時(shí)應(yīng)著重注意主從通道連接是否正確。