創(chuàng)新者：張艷玲 王 強(qiáng) 房 麗 楊?yuàn)^華 武俊文

越南國鐵無線列調(diào)工程無漏纜弱場中繼鏈路實(shí)現(xiàn)方案

創(chuàng)新者：張艷玲 王 強(qiáng) 房 麗 楊?yuàn)^華 武俊文

本文針對越南國鐵無線列調(diào)工程弱場中繼鏈路實(shí)現(xiàn)方案的問題，提出了一種基于無漏纜的無線中繼方案，并對弱場區(qū)的確定，鐵路無線列調(diào)最小保護(hù)場強(qiáng)覆蓋的要求，目前對無線列調(diào)場強(qiáng)的測試方法，以及越南國鐵的幾種無線列調(diào)的弱場補(bǔ)償方式進(jìn)行了探討。

鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)是保證鐵路行車指揮的重要通信系統(tǒng)，主要包含地面無線系統(tǒng)和列車車載移動(dòng)系統(tǒng)。

越南國鐵無線列調(diào)系統(tǒng)工程從河內(nèi)到胡志明市，共涉及27個(gè)隧道及相當(dāng)數(shù)量的無線場強(qiáng)覆蓋弱場區(qū)段，如何確定無線列調(diào)的通信方式，選擇適當(dāng)?shù)臒o漏纜中繼鏈路模式，將直接影響到整體工程設(shè)計(jì)方案及工程投資的確定。

下面將從幾個(gè)方面進(jìn)行討論。

鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)弱場區(qū)的確定

近幾年我國鐵路主干線的無線列調(diào)450M系統(tǒng)的改造已基本完成，并且已經(jīng)開通了GSM-R數(shù)字通信系統(tǒng)，并且隨著幾次全路大的提速改造工程的完成，全路列車時(shí)速大幅度的提高，并且電氣化改造的步伐加快，鐵路臨近地區(qū)電磁干擾及突變地形（新修建的建筑物）增多。隨著大批高鐵線路的開通，高鐵時(shí)速達(dá)到200～350km，鐵路運(yùn)能加大、線路里程大幅增加。但是隨著列車速度的增加及鐵路線周邊的變化，新的干擾及新的業(yè)務(wù)要求也在增加，即：列車的速度快了，外界干擾多了，通話的質(zhì)量要求高了，通信的功能及業(yè)務(wù)要求增多了。

由于上述原因，為保證鐵路行車安全，我們對鐵路無線列調(diào)的場強(qiáng)覆蓋和抗干擾的要求比過去要求更嚴(yán)了。

目前，鐵路系統(tǒng)每年均要對各主要鐵路干線的無線列調(diào)系統(tǒng)的場強(qiáng)覆蓋進(jìn)行測試，并根據(jù)鐵路實(shí)際需要（包括提速的需要），確定了如下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

無線列調(diào)系統(tǒng)的基地（車站）電臺(tái)場強(qiáng)覆蓋范圍

無線列調(diào)系統(tǒng)的基地（車站）電臺(tái)場強(qiáng)覆蓋范圍一般不小于兩相鄰電臺(tái)之間距離的二分之一（個(gè)別提速區(qū)段還要求全區(qū)間覆蓋），在地形復(fù)雜地段應(yīng)保持場強(qiáng)連續(xù)覆蓋。

無線接收機(jī)最小接收電平

在滿足噪聲比的標(biāo)準(zhǔn)下（無線傳輸信道接收機(jī)音平輸出端的信號(hào)噪聲比，話音傳輸應(yīng)不小于20dB），場強(qiáng)覆蓋地點(diǎn)和時(shí)間概率不小于95％，地形復(fù)雜和電氣化區(qū)段不小于90％。

450MHz無線列調(diào)系統(tǒng)：非電氣化區(qū)段為0dBμ，電氣化區(qū)段為10dBμ。

為保證無線列調(diào)通信的暢通，即使在非電氣化的區(qū)段，接收機(jī)的保護(hù)場強(qiáng)值一般都按照10dBμ來掌握。

通過場強(qiáng)測試工作檢查無線列調(diào)的場強(qiáng)覆蓋情況

鐵路無線列調(diào)場強(qiáng)測試的目的就是定期檢查各條鐵路線的無線列調(diào)的場強(qiáng)覆蓋情況，對于不符合要求的區(qū)段，及時(shí)找出發(fā)生的原因，并制定出改造弱場區(qū)段的方案。并采取加裝無線中繼器、提高天線、移動(dòng)天線位置、改變天線角度、適當(dāng)提高發(fā)射功率等措施，以保證可靠的通信。

圖1 越南國鐵線路圖

例如：鐵路無線列調(diào)必須保證車站臺(tái)與行駛在區(qū)間的機(jī)車臺(tái)之間連續(xù)可通，場強(qiáng)覆蓋要求是一條帶狀區(qū)域或面狀（如樞紐站），另外，機(jī)車天線受高度所限，不能架得太高，一般為4.5～5m，所以造成車站與機(jī)車之間的傳播通路必然要受到沿線周圍地形地物的嚴(yán)重影響，再加上機(jī)車高速運(yùn)動(dòng)，使得有些地方機(jī)車移動(dòng)數(shù)米，接收場強(qiáng)就會(huì)出現(xiàn)20～30dB的大幅度快速衰落，形成一個(gè)非平穩(wěn)的隨機(jī)過程。所以移動(dòng)通信場強(qiáng)的這種起伏衰落是與車輛運(yùn)行速度及周圍地形地物的特征密切相關(guān)的，是一個(gè)隨機(jī)過程，所以場強(qiáng)測試必須是連續(xù)不間斷的，場強(qiáng)的表達(dá)也只能用科學(xué)的概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行。

場強(qiáng)測試數(shù)據(jù)曲線的最后分析

根據(jù)鐵路系統(tǒng)對無線列調(diào)系統(tǒng)場強(qiáng)覆蓋的要求，對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出站間的上、下行覆蓋范圍，合格率及弱場區(qū)間，區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)采用10 dBμ為界限（場強(qiáng)覆蓋地點(diǎn)和時(shí)間概率一般按不小于90％）掌握。

為確保車機(jī)聯(lián)控順利進(jìn)行，在車站上、下行各3km范圍內(nèi)，場強(qiáng)必須連續(xù)覆蓋并確?？煽客ㄐ?。在距車站3km至區(qū)間二分之一處的場強(qiáng)覆蓋區(qū)內(nèi)，允許存在一處不超過300m的弱場區(qū)，若兩站之間存在兩處小于300m的弱場區(qū)，該兩處弱場區(qū)應(yīng)在不同的半?yún)^(qū)間內(nèi)，且兩處應(yīng)相隔1km以上的距離。

確定弱場區(qū)

根據(jù)上述分析，確定需要采取措施補(bǔ)償?shù)娜鯃鰠^(qū)。

越南國鐵無線列調(diào)工程弱場區(qū)的補(bǔ)償方式

越南國鐵無線列調(diào)工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃前期，對場強(qiáng)測試中發(fā)現(xiàn)的不滿足無線列調(diào)通信的弱場區(qū)，可以根據(jù)弱場區(qū)的距離、地形地貌情況，采取加裝無線中繼器、提高天線、移動(dòng)天線位置、改變基站（站臺(tái)）定向天線的角度、適當(dāng)提高發(fā)射功率及降低站臺(tái)的接收門限等措施，以保證無線列調(diào)的可靠通信。

明區(qū)間、簡單地形的短距離弱場補(bǔ)償

在大的明區(qū)間由于站間距大（超過15km以上），半?yún)^(qū)間的距離達(dá)到7.5km以上，如果因?yàn)榘凑胀ǔ５奶炀€架設(shè)高度、采用出廠的發(fā)射功率（5W），有時(shí)場強(qiáng)覆蓋達(dá)不到要求，有一段弱場區(qū)（鐵路附近無高大的障礙、無大的彎道），并且這個(gè)弱場曲線是逐漸衰減的，需要補(bǔ)償?shù)木嚯x在1～2km時(shí)，可采用以下方式解決：

提高天線高度、安裝定向高增益天線、換裝低損耗射頻電纜、適當(dāng)提高發(fā)射功率及降低站臺(tái)的接收門限等措施。

長大路塹、大型涵洞、隧道區(qū)段及地形多變的山區(qū)弱場補(bǔ)償

在城市中心（有很多高大建筑物）、長大路塹、大型涵洞、隧道區(qū)段及地形多變的山區(qū)，采用上面的方法解決不了弱場的補(bǔ)償，需要采用中繼器的方式解決弱場的問題。

目前，共有漏纜中繼器弱場補(bǔ)償和無漏泄電纜中繼補(bǔ)償兩種方案，而越南工程由于資金、技術(shù)、自然條件、施工難度等因素，已經(jīng)基本確定采用無漏泄電纜中繼放大方案。

兩個(gè)無漏纜中繼的子系統(tǒng)

鐵路無漏泄電纜弱場區(qū)無線通信系統(tǒng)分兩個(gè)有關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)：明區(qū)間弱場區(qū)無線通信系統(tǒng)和隧道內(nèi)無漏泄電纜無線通信系統(tǒng)。

明區(qū)間弱場中繼器系統(tǒng)

明區(qū)間弱場中繼器系統(tǒng)主要由首臺(tái)、尾臺(tái)、鏈路（無線或有線）、定向天線和一些抗干擾防護(hù)設(shè)備組成。

無線鏈路一般采用150MHz（或400M低段）頻段的頻率（列調(diào)為450MHz），并采用定向天線，鏈路距離一般在300～2000m左右。

圖2 采用有線鏈路的明區(qū)間弱場中繼系統(tǒng)示意圖

圖3 采用無線鏈路的明區(qū)間弱場中繼系統(tǒng)示意圖

圖4 鐵路隧道內(nèi)無漏泄電纜弱場中繼器系統(tǒng)示意圖

隧道內(nèi)無漏泄電纜弱場中繼器系統(tǒng)

隧道內(nèi)無漏泄電纜弱場中繼器系統(tǒng)由隧道口中繼器、隧道內(nèi)中繼器、功率分配器、平板天線（0dB全向）、射頻電纜等組成。

洞口中繼器與洞內(nèi)中繼器之間可以采用供電的220V電源線做為中頻信號(hào)傳輸?shù)妮d體；每一個(gè)洞內(nèi)中繼器最多可以通過功分器帶5個(gè)玻璃鋼平板天線（用射頻電纜連接），但平板天線之間的最大距離一般不超過250m。

無漏泄電纜中繼補(bǔ)償方案不同通信方式的配合

以下我們將以無漏泄電纜中繼補(bǔ)償方案為例，并結(jié)合不同的通信方式的運(yùn)用（同頻單工、異頻單工、異頻雙工）、不同的弱場區(qū)情況（指地形）詳細(xì)地進(jìn)行論述。

弱場中繼系統(tǒng)的上下行通道模式的確定

上下行通道模式需要結(jié)合無線列調(diào)的整體來考慮。

上行的定義：移動(dòng)臺(tái)向車站方向傳送的無線信號(hào)稱上行方向。

下行的定義：由車站向移動(dòng)臺(tái)方向傳送的無線信號(hào)稱下行方向。

主要分上下行均對f4放大的同頻單工單頻點(diǎn)雙向系統(tǒng)，及上行放大f4下行放大f2的異頻雙向放大系統(tǒng)。

上下行均對f4放大的同頻單工單頻點(diǎn)雙向系統(tǒng)

在平原地區(qū)，由于地形條件比較好，并且考慮到快速聯(lián)控、降低系統(tǒng)造價(jià)、等問題，鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)有時(shí)會(huì)采用同頻單工的組網(wǎng)方式，例：中國鐵路的京山、津埔、京秦等線路。

在這種同頻單工的系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)由于城市建筑物的影響、郊區(qū)路塹的影響、強(qiáng)地磁干擾區(qū)的影響等因素，造成在場強(qiáng)測試及分析中，會(huì)發(fā)現(xiàn)存在影響正常無線列調(diào)車機(jī)聯(lián)控的弱場區(qū)段，對于這種弱場的補(bǔ)償，由于上下行的工作頻率均為f4，就要求在根據(jù)場強(qiáng)測試這一段弱場區(qū)的上行場強(qiáng)曲線圖和下行場強(qiáng)曲線圖，確定在需要進(jìn)行弱場補(bǔ)償?shù)膮^(qū)段，哪一個(gè)方向需要補(bǔ)償。

單方向弱場補(bǔ)償（下行或上行）

雙方向弱場補(bǔ)償（下行和上行）

注意：在以下例案中B制式系統(tǒng)也可采用同頻雙向弱場放大系統(tǒng)。

在整條鐵路線上B制式設(shè)計(jì)方案的明區(qū)間弱場也有采用上下行均對f4放大的同頻單工單頻點(diǎn)雙向系統(tǒng)（或某一個(gè)方向的放大中繼系統(tǒng)），這主要是運(yùn)行區(qū)段全部是平原地區(qū)，并且無線列調(diào)的車機(jī)聯(lián)控操作一般采用的是同頻單工通信，例：京廣線北段、京九線北段、廣深線等，均是B制式設(shè)備，但按照同頻單工方式進(jìn)行車機(jī)聯(lián)控通信，并且弱場的補(bǔ)償也按照同頻（指上下行均按照同頻方式）方式進(jìn)行。

上行放大f4下行放大f2的異頻雙向放大系統(tǒng)

為保證向無線列調(diào)系統(tǒng)可提供對上下行方向的無線信號(hào)分別進(jìn)行放大，須建立雙向的弱場中繼系統(tǒng)。

異頻半雙工雙向弱場補(bǔ)償（下行或上行）

單工中繼系統(tǒng)方式：中繼器設(shè)備同時(shí)只能完成發(fā)射或接收中的一種。

這種半雙工的雙向弱場補(bǔ)償方式，適用于C制式的機(jī)車臺(tái)（移動(dòng)臺(tái)）的異頻通信；但是在B制式無線列調(diào)系統(tǒng)中的大三角通信時(shí)（雙工），這種中繼方式將影響正常的大三角的異頻雙工通信。

真正雙工的雙方向弱場補(bǔ)償（下行和上行）

雙工中繼系統(tǒng)方式：中繼器設(shè)備可同時(shí)完成發(fā)射或接收中的任一種方向的放大工作。

這種真雙工的雙向弱場補(bǔ)償方式，同時(shí)可適用于C和B制式的機(jī)車臺(tái)（移動(dòng)臺(tái)）的異頻通信的要求。

越南無線列調(diào)工程應(yīng)采用的兩種弱場中繼方式

圖5 兩端區(qū)段是平原加小丘陵的地形采用的弱場中繼器系統(tǒng)示意圖

在越南無線列調(diào)工程中，可以根據(jù)隧道和地形的分布情況，共可規(guī)劃出兩個(gè)方案、兩種弱場中繼方式（明區(qū)間的首尾臺(tái)方式和隧道中繼器方式）。

圖6 中間區(qū)段是多隧道區(qū)加小丘陵區(qū)段地形采用的弱場中繼器系統(tǒng)示意圖

方案一

將整條線路劃分為三個(gè)區(qū)段，兩種情況：

兩端的區(qū)段是平原加小丘陵的地形

將兩端是平原加小丘陵的地形區(qū)段規(guī)定為同頻單工工作區(qū)段，明區(qū)間、北段中的5個(gè)短小隧道及路塹弱場區(qū)采用上下行均對f4放大的同頻單工單頻點(diǎn)雙向的弱場中繼系統(tǒng)。

中間的區(qū)段是多隧道區(qū)加小丘陵區(qū)段地形

將中間是多隧道區(qū)加小丘陵區(qū)段的地形區(qū)段規(guī)定為異頻工作區(qū)段，多隧道區(qū)加小丘陵區(qū)段采用上下行分別對f4及f2放大的異頻雙工（真雙工）雙向的弱場中繼系統(tǒng)。

方案二

將整條鐵路線路全部劃分為一個(gè)異頻工作區(qū)段，所有移動(dòng)臺(tái)（機(jī)車電臺(tái)、便攜臺(tái)）或固定臺(tái)（車站臺(tái)）均必須優(yōu)先使用異頻工作方式，并且不管是平原的明區(qū)間，還是多隧道區(qū)加小丘陵等區(qū)段的弱場區(qū)，均采用上下行分別對f4及f2放大的異頻雙工（真雙工）雙向的弱場中繼系統(tǒng)。

兩種方案的比較

方案一：弱場中繼系統(tǒng)總造價(jià)便宜，但需全線有三個(gè)大區(qū)段的優(yōu)先呼叫方式需加以規(guī)定。

方案二：弱場中繼系統(tǒng)總造價(jià)相對提高，但全線呼叫優(yōu)先方式統(tǒng)一。

結(jié)束語

本文提出了鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)的場強(qiáng)覆蓋的要求及測試方法，并對越南國鐵無線列調(diào)系統(tǒng)工程的弱場的補(bǔ)償方案進(jìn)行討論，最終確定越南國鐵無線列調(diào)工程的應(yīng)采用的兩種弱場中繼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)及業(yè)主方可根據(jù)投資情況及鐵路無線列調(diào)業(yè)務(wù)需求情況，最后進(jìn)行選擇，以滿足工程的需要及今后系統(tǒng)開通后的鐵路無線列調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.23.013