樊智偉

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

近年來，隨著中國鐵道事業(yè)的迅速發(fā)展、鐵路行業(yè)功能的拓展和延伸，單純的專網(wǎng)接入已不能滿足鐵路行業(yè)對行車質(zhì)量及服務(wù)質(zhì)量的要求。在鐵路原有的專網(wǎng)接入模式下，探索專網(wǎng)與公網(wǎng)融合，甚至多網(wǎng)融合，才能順應(yīng)科技發(fā)展的潮流，優(yōu)化頂層設(shè)計，進一步創(chuàng)新改進鐵路運行模式，提升服務(wù)質(zhì)量。

1 4G LTE 無線通信技術(shù)在鐵路的運用

目前，4G LTE 無線通信技術(shù)已在鐵路行業(yè)廣泛運用。具體運用方式為：LTE 核心網(wǎng)EPC 及LTE 接入網(wǎng)E-UTRAN 內(nèi)部通過X2 接口、S1 接口互聯(lián)，提供網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)平臺支撐，同時接入鐵路數(shù)字調(diào)度主、分系統(tǒng)及CIR 一體化電臺、列尾排風、無線重連、語音及視頻監(jiān)控等車載設(shè)備，實現(xiàn)車站、機車、調(diào)度三方高效聯(lián)控。

與傳統(tǒng)2G、3G 網(wǎng)絡(luò)相比，LTE 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加趨于扁平設(shè)計，不僅增加了組網(wǎng)的靈活性，而且降低了組網(wǎng)成本，同時在極大程度上減少了用戶數(shù)據(jù)和控制信令的傳輸時延。LTE 網(wǎng)絡(luò)之所以能夠高效、精準地進行信號覆蓋，除了獨具優(yōu)勢的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和高新集成的分組核心功能之外，還得益于UMTS 框架下，UE 用戶設(shè)備終端無線天饋系統(tǒng)強大的功能性和穩(wěn)定性。而天線和漏纜（天饋系統(tǒng)）作為UE 用戶信號輸出的終端節(jié)點，其性能好壞、傳輸穩(wěn)定與否，直接從底層設(shè)計角度影響LTE 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的整體效果。

2 單一漏纜傳輸方式的討論

2.1 鐵路無線通信特點

漏纜在最初的實際運用和推廣中，在軍事、城市、鐵路等多種領(lǐng)域均有嘗試。但在城市運用中，受城市布局密集性、信號接收發(fā)散性、建筑高低錯亂分布等因素的制約，漏纜傳輸一般不適用于城市使用，尤其在信號發(fā)射及接收方面，漏纜的無線信號定向發(fā)射功能并不適用360°圓弧形覆蓋場景。不論是4G 還是5G 無線技術(shù)，均是利用天線來達到信號全覆蓋的需求。

在鐵路運輸系統(tǒng)中，線長、點多、面廣是其固有的行業(yè)特質(zhì)。而漏纜的無線信號定向輻射功能，正適用于鐵路專用線特有的雙線形、長距離、既定線路及定向往返的特定運輸模式。部分專用線鐵路現(xiàn)在采用的就是基于LTE 網(wǎng)絡(luò)漏纜傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)機車聯(lián)控、同步操作、行車調(diào)度、列車調(diào)度等專業(yè)性較強的功能。

2.2 泄漏電纜的概念及功能

漏纜是漏泄同軸電纜的簡稱，通常也稱為泄漏電纜或漏泄同軸電纜，是一種專門用于泄漏通信無線信號的高頻電纜，其本身既具有傳輸信號功能，又具有無線發(fā)射功能。其信號輻射方式是通過控制外導體開口，將受控的電磁波能量沿既定方向均勻地進行輻射及接收，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的功能。漏纜具體構(gòu)成及傳輸方式，相關(guān)文獻資料已描述很多，不再贅述。

2.3 單一漏纜傳輸方式優(yōu)缺點

單一漏纜傳輸方式的優(yōu)點：在山區(qū)、彎道尤其是隧道等特殊地段，受地形遮擋原因，僅利用外置天線無法達到信號全覆蓋的效果。LTE 網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋質(zhì)量的穩(wěn)定是列車安全運行的首要前提。鐵路線的特定運輸模式，決定了列車主、從同步運行必須有相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋強度，而漏纜正解決了此問題。將漏纜架設(shè)在線路兩端，隨特殊線路地形進行對應(yīng)敷設(shè)，尤其在隧道內(nèi)，將漏纜敷設(shè)在隧道內(nèi)壁進行網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，既解決了地形遮擋問題，又確保了網(wǎng)絡(luò)信號的定向、穩(wěn)定傳輸。

單一漏纜傳輸方式的缺點：對于一般普速鐵路而言，鐵路運輸距離較長，要想實現(xiàn)LTE 網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，需要雙線平行敷設(shè)與線路等長的漏纜，但在實際運用中，一方面受漏纜敷設(shè)的材料成本與人力成本的限制；另一方面，考慮到漏纜電氣元件及接點過多，故障、障礙率發(fā)生頻次較高的問題。在空曠、長距離直線型地段，不建議天饋系統(tǒng)采用敷設(shè)漏纜的方式進行網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，而推薦以天線來代替漏纜進行LTE 網(wǎng)絡(luò)信號定向覆蓋。

2.4 漏纜與天線的組合覆蓋建議

漏纜與天線都屬于LTE 天饋系統(tǒng)終端節(jié)點設(shè)備，均具有定向輻射網(wǎng)絡(luò)信號的功能。根據(jù)鐵路線路架設(shè)特點及既定運輸模式要求，結(jié)合上述單一漏纜傳輸優(yōu)缺點，按照“網(wǎng)絡(luò)精準覆蓋、信號穩(wěn)定傳輸”的安全行車原則，建議采取天線與漏纜相結(jié)合的信號覆蓋方式，針對列車運行中的不同地形地貌及現(xiàn)場環(huán)境，搭建相對應(yīng)的漏纜與天線相組合的LTE 天饋系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋場景，既節(jié)約了成本，又增強了信號覆蓋的穩(wěn)定性，一舉兩得。

3 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式及公網(wǎng)并入實例分析

3.1 朔黃鐵路隧道內(nèi)現(xiàn)有專網(wǎng)運行模式

以朔黃鐵路雙線電氣化重載鐵路為例，其原有運輸模式為：LTE 網(wǎng)絡(luò)A、B 網(wǎng)雙網(wǎng)覆蓋，列車主、從同步運行，A 網(wǎng)數(shù)據(jù)流向走華為10 G 通道傳輸，B 網(wǎng)數(shù)據(jù)流向走華為2.5 G 通道傳輸。以鐵路特定行車組織方式下，RU 單基站隧道漏纜覆蓋場景（不含外置天線）為例：A、B 網(wǎng)雙網(wǎng)合路后的鐵路無線網(wǎng)絡(luò)信號傳輸方向分為上下兩行別及對應(yīng)大小公里，共4 個方向，即：上行大公里方向，上行小公里方向，下行大公里方向，下行小公里方向。

隧道內(nèi)列車運行LTE 天饋系統(tǒng)常規(guī)的無線覆蓋場景為：傳輸設(shè)備通過以太網(wǎng)接口板與BBU UMPT 主控板相連通信，A、B網(wǎng)BBU（基帶處理單元）通過LBBP 板（基帶處理板）光通道，下掛對應(yīng)網(wǎng)元的A、B 網(wǎng)RRU（射頻拉遠單元）。A、B 網(wǎng)RRU 射頻口發(fā)出的信號，經(jīng)過3DB 電橋合路后，通過1/2 饋線、7/8 饋纜將各電氣接點進行連接，最終通過漏纜或天線將網(wǎng)絡(luò)信號進行輸出。

RRU 射頻口電氣接電的連接方式，以A 網(wǎng)RRU 出線側(cè)為例，連接方式為：雙網(wǎng)的RRU 射頻口—合路器—室內(nèi)避雷器—室外避雷器—直流阻斷器—天線側(cè)（漏纜或天線），B 網(wǎng)RRU 同理。朔黃鐵路專網(wǎng)LTE 天饋系統(tǒng)（隧道內(nèi)）連接方式見表1。

表1 朔黃鐵路專網(wǎng)LTE 天饋系統(tǒng)（隧道內(nèi)）連接方式

3.2 朔黃鐵路現(xiàn)有公網(wǎng)并接方式

隨著無線通信技術(shù)發(fā)展，尤其在無線信號異頻、鄰頻合路方面的不斷突破，鐵路應(yīng)急指揮接入及機車呼叫聯(lián)控的質(zhì)量需求進一步提高，專網(wǎng)并接公網(wǎng)合路輸出的鐵路運行模式已日趨明顯。

LTE 專網(wǎng)與公網(wǎng)合路并行，是保持原有專網(wǎng)室外饋線連接方式不變，僅改變室內(nèi)RRU 射頻端口合路方式，將不同頻段（射頻）信號進行二次合路，達到公網(wǎng)與專網(wǎng)信號融合發(fā)射的效果。以A、B 網(wǎng)0 口與專網(wǎng)合路為例：A 網(wǎng)0 口信號與公網(wǎng)合路后，輸出信號再次與B 網(wǎng)0 口信號合路，二次合路后，即可在上、下行雙方向輸出公網(wǎng)與專網(wǎng)合路信號。

簡而言之，就是在RU 射頻信號輸出端口處，公網(wǎng)（C 網(wǎng)）0口與A 網(wǎng)0 口進行合路后的信號再與B 網(wǎng)0 口進行二次合路并輸出，公網(wǎng)（C 網(wǎng)）1 口、A 網(wǎng)1 口與B 網(wǎng)1 口依照同方法也進行二次合路輸出，即可達到上下行、大小公里共四方向的合路信號覆蓋。

4 鄰頻、異頻信號合路及干擾的探討

以朔黃鐵路專網(wǎng)與公網(wǎng)并行為例，不同頻段的無線信號合路（異頻合路），存在相互干擾，進而影響無線信號傳輸質(zhì)量及穩(wěn)定性。而在鄰頻系統(tǒng)合路中，這種互相產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象更加明顯。只有克服不同頻段間干擾，實現(xiàn)多網(wǎng)并行、頻譜高效利用，才能保證無線信號穩(wěn)定傳輸。

朔黃鐵路專網(wǎng)與電信的TDD LTE 信號合路，是在朔黃既有頻段基礎(chǔ)之內(nèi)，隧道內(nèi)使用電信LTE 1.8 G 頻段與既有頻段進行合路，隧道外使用電信LTE 2.1 G 頻段與既有頻段進行合路。朔黃鐵路雙線電氣化重載鐵路雙網(wǎng)并行頻率指標對比見表2。

表2 雙網(wǎng)并行頻率指標對比

頻段相鄰，如果同時部署、合路輸出，就可能產(chǎn)生鄰頻干擾。對于鄰頻系統(tǒng)，可采用鄰頻合路技術(shù)，實現(xiàn)最小隔離帶寬鄰頻合路。

在異頻合路時，不需考慮鄰頻合路所涉及的明顯干擾及影響，采用3 db 電橋或5 MHz 隔離帶寬合路器進行合路并行即可。

5 專網(wǎng)與公網(wǎng)等多網(wǎng)融合并行的展望

在2G、3G 網(wǎng)絡(luò)時代，網(wǎng)絡(luò)制式較少，載波帶寬小，在分配頻率資源時，充分考慮到了相鄰頻率間的干擾問題，在設(shè)計運營商不同制式時，通常在運用頻率間設(shè)置一定的頻率隔離，將干擾降低到最小。隨著4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字信號逐步代替模擬信號，窄帶與寬帶數(shù)字技術(shù)相互融合的趨勢日趨明顯。LTE 單載波最高可配置20 MHz，使得移動通信頻率資源嚴重緊缺的矛盾變得日益突出。

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，要切實實現(xiàn)頻譜的高效利用，降低輻射與干擾的影響，在信號合路后，依然保持穩(wěn)定及安全的傳輸速率。未來，尋求頻譜利用最優(yōu)解，提高無線信號合路的有效性和安全性并降低風險性是未來需要深入探討和研究的方向。