陳宏達

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

金融海嘯蔓延全球的今天，新建鐵路成為我國拉動內需的重要手段，作為鐵路建設的重要內容之一，GSM-R網絡建設也取得了重大進展。GSM-R移動通信系統(tǒng)的建設離不開光纖直放站，現行技術規(guī)范要求室外光纖直放站的標稱輸出功率最小為1 W，國內工程中，往往“一刀切”，統(tǒng)一采用5 W及以上的較大功率直放站。下面針對工程實例，結合國外小功率直放站的應用經驗，探討在我國鐵路GSM-R移動通信系統(tǒng)中采用小功率光纖直放站的可行性。

表1 Ⅲ型電纜電氣性能

1 理論分析

實際工程中，GSM-R移動通信系統(tǒng)場強覆蓋盲區(qū)一般出現在丘陵和路塹地段、隧道區(qū)段（包括短隧道、長大隧道、隧道群等）、長大區(qū)間（包括長大橋梁、泄洪區(qū)等）、城區(qū)以及大型站房、地下通道、調度所等處。以上各種弱場地段除長大隧道、長大區(qū)間外，多數為短段，一般只有幾百米甚至幾十米，采用“光纖直放站+漏泄電纜或天線”的方法不需傳輸系統(tǒng)，施工方便，投資少。

（1）采用漏纜時的場強預測

根據鐵道部《鐵路通信漏泄同軸電纜》（TB/T3201-2008）的規(guī)定，GSM-R移動通信系統(tǒng)所采用的Ⅲ型電纜電氣性能如表1所示。

現行技術規(guī)范《GSM-R數字移動通信網設備技術規(guī)范第五部分：中繼傳輸系統(tǒng)（V1.0）》要求室外光纖直放站的標稱輸出功率為1、2、5、10、20 W（容差±2 dB范圍內）。目前，我國GSM-R移動通信系統(tǒng)多采用1-5/8 in漏纜，下面計算直放站輸出功率為20 W、移動臺語音單元及數據單元最大輸出功率均按8 W考慮情況下的傳輸距離，如表2、3所示。

續(xù)表

表2 直放站（輸出功率20 W）上下行鏈路預算表（1-5/8 in 漏纜覆蓋）

按照上面的計算方法可以得出使用1-5/8 in漏纜時，直放站在不同輸出功率情況下的傳輸距離，如表3所示。

表3 直放站傳輸距離表（1-5/8 in漏纜覆蓋）

通過以上計算可以看出,采用“光纖直放站+漏泄電纜”的方法進行弱場補盲時,即使直放站采用較小的輸出功率,其覆蓋距離也比較遠。由于已經考慮了功分器損耗,當直放站輸出向兩邊覆蓋時,其覆蓋距離增加一倍,完全可以滿足現有工程中多數弱場的覆蓋。

（2）采用天線時的場強預測

下面計算采用“光纖直放站+天線”的方法進行弱場補盲時，在直放站輸出功率為20 W、移動臺語音單元及數據單元最大輸出功率均按8 W考慮情況下的設計允許路徑損耗值，如表4所示。

按照上面的計算方法可以得出直放站在不同輸出功率情況下的設計允許路徑損耗值,然后采用Okumura-Hata模型,根據上述計算結果預測直放站天線高度分別為10、20、30 m,移動臺天線高度為4 m的情況下，直放站的覆蓋距離，如表5所示。

表4 直放站（輸出功率20 W）上下行鏈路預算表（天線覆蓋）

表5 直放站傳輸距離表（天線覆蓋）

通過以上近似計算可以得出,采用“光纖直放站+天線”的方法進行弱場補盲時,當移動臺數據單元、語音單元均按8 W考慮的情況下，即使直放站輸出功率為23 dBm，單天線最短也可覆蓋290多米。由于已經考慮了功分器損耗, 當直放站采用雙定向天線向兩邊覆蓋時,其覆蓋距離增加一倍，加之鐵路走向呈平直線狀，兩側建筑、樹木等遮擋物也與之有一定距離，實際的覆蓋距離會更遠。

從以上近似計算中還可以看出，當直放站輸出功率大于37 dBm時，其覆蓋范圍不再隨輸出功率而增大，說明此時覆蓋距離受移動臺輸出功率限制，因此，可以認為直放站輸出功率（每載波）的有效取值最大為37 dBm。值得提出的是，計算中并沒有考慮直放站的上行噪聲，如考慮此因素，直放站輸出功率（每載波）的有效取值最大應為33 dBm左右。高于此值，理論上說，不會再有更好的覆蓋效果，上行噪聲的問題在采用漏纜時的場強預測計算中也同樣存在。

綜上所述，直放站采用較小輸出功率時的天線覆蓋范圍完全可以滿足現有工程中多數弱場的覆蓋。

2 實例分析

（1）設計實例分析

某客運專線，鐵路兩側地形為城區(qū)，沿線區(qū)間地形為郊區(qū)和農村，共設隧道3座，GSM-R移動通信系統(tǒng)基站子系統(tǒng)采用普通單網覆蓋方式，其直放站布置的相對位置如表6所示。

表6 某線GSM-R移動通信系統(tǒng)直放站布置相對位置表

由表6可知，本案中漏纜覆蓋弱場的最大距離為980 m（490×2），天線覆蓋明區(qū)間弱場的最大距離為幾百米，采用小功率直放站完全可以滿足覆蓋要求。

（2）工程實例分析

目前，我國已有多條鐵路開通GSM-R移動通信系統(tǒng)，如武廣線、大秦線、膠濟線和青藏線等，上述鐵路GSM-R移動通信系統(tǒng)開通直放站實際輸出功率多數為1 W以下。以某線為例,列車運行速度大于280 km/h, GSM-R移動通信系統(tǒng)基站子系統(tǒng)采用單網交織覆蓋方式,我們截取一小段開通后輸出功率較小的“光纖直放站+漏纜覆蓋”的無線場強測試圖，如圖1所示。

圖1所示直放站輸出功率均為0.3 W,考慮到直放站上下行鏈路平衡及隧道內避車洞間距等因素，在滿足交織覆蓋的情況下,直放站的設置間距為1 km。從圖1中可以看出，系統(tǒng)場強值均在-80 dBm以上。

再截取一小段同一工程中，開通后輸出功率較小的“光纖直放站+天線”的無線場強測試圖，如圖2所示。

圖2所示兩處直放站輸出功率均為0.5 W, 天線增益均為15 dBi，天線掛高分別為20、25 m，直放站設置位置均為路塹，要求直放站補盲距離分別約為500、700 m（圖中未表示基站的設置情況）。從圖中可以看出，系統(tǒng)場強值均在-80 dBm以上。

綜上所述，實際工程中，直放站采用較小輸出功率的覆蓋效果多數情況下可以滿足系統(tǒng)需要。

3 結論

在我國GSM-R移動通信系統(tǒng)中，根據實際情況采用室外小功率光纖直放站是可行的，可以滿足國內工程多數弱場的需要。采用小功率直放站有以下幾點好處。

（1）由于標稱輸出功率較小，直放站的功放器件、射頻器件、電源器件等價格便宜，可以大大降低設備成本，同時，設備體積變小，設備外殼成本也隨之降低。

（2）為滿足現行技術標準中直放站工作頻帶內、外互調干擾最大值要求，目前使用的直放站功放器件大多采用“回退”技術，這無疑使功放器件工作在較高功率下，采用小功率直放站可以從整體上降低功放器件功率，減少發(fā)熱量，從而提高設備的可靠性。

（3）小功率直放站可以有效減輕對自由空間的頻率污染，滿足環(huán)保要求。

（4）由于小功率直放站設備重量減輕，設備體積變小，在一定程度上降低了勞動強度，為現場施工帶來方便。

4 存在問題

（1）我國GSM-R移動通信系統(tǒng)中，普遍使用的移動臺語音單元標稱輸出功率為8 W，而數據單元多為2 W，目前只有Segem和Kapsch等少數廠家生產的移動臺數據單元標稱輸出功率為8 W，也就是說如果移動臺數據單元按2 W考慮時，若要保證數據業(yè)務暢通，則直放站的覆蓋范圍會在一定程度上縮小，這一點應該引起注意。

（2）在上下行鏈路平衡的設計思路下, 國內各廠家直放站能否滿足在不同列車運行速度下的設計最小接收電平值要求。

理論計算中，以直放站輸出功率20 W為例,為滿足上下行鏈路平衡，直放站設計最小接收電平按列車運行速度分別為-102、-99、-96 dBm。粗略計算一下，GSM-R移動通信系統(tǒng)頻道間隔為200 kHz，噪聲功率譜密度為-174 dBm/Hz，那么200 kHz帶寬內的噪聲信號功率約為-121 dBm，再考慮12 dBm的信噪比以及95%的時間地點概率，直放站的最小接收電平很難達到理論計算值要求，此時，保證上下行鏈路平衡的唯一辦法就是下調直放站輸出功率，因此，將直放站的標稱輸出功率設置為20 W是否有意義值得深入探討。

5 結束語

國外工程中，小功率直放站有著廣泛的應用，結合具體工程在我國GSM-R移動通信系統(tǒng)中引入小功率直放站，可以提高設備可靠性、降低設備成本、減輕頻率污染、減少施工勞動強度，值得采納并推廣。

[1]鐵建設[2007]92號 鐵路GSM-R數字移動通信系統(tǒng)工程設計暫行規(guī)定[S].

[2] TB/T3201-2008 鐵路通信漏泄同軸電纜[S].

[3]吳克菲．中國鐵路GSM-R移動通信系統(tǒng)設計指南[M].北京：中國鐵道出版社，2008.