GSM-R寬帶光纖直放站淺析

潘鋒利

（中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710054）

GSM-R寬帶光纖直放站淺析

潘鋒利

（中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710054）

介紹了GSM-R光纖直放站用途和特點(diǎn)，闡述了其系統(tǒng)構(gòu)成以及近端機(jī)、遠(yuǎn)端機(jī)、光纖直放站工作方式，從主機(jī)、天線、接地、防雷等方面分析了直放站施工時(shí)的注意事項(xiàng)。

GSM-R；光纖直放站；工作原理；施工

1 概述

GSM-R光纖直放站是GSM-R無線信號(hào)中繼系統(tǒng)，主要是為解決GSM-R移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的無線信號(hào)盲區(qū)和弱信號(hào)區(qū)的覆蓋問題而設(shè)計(jì)的。GSM-R無線信號(hào)在傳輸過程中受地形條件、建筑物阻擋等因數(shù)的影響，不可避免地存在信號(hào)盲區(qū)和信號(hào)弱區(qū)，給鐵路通信的工作帶來極大的不便。信號(hào)弱區(qū)和信號(hào)盲區(qū)這類地區(qū)的地形往往比較復(fù)雜，有山區(qū)、隧道、丘陵、大區(qū)間等，無線信號(hào)不能完全覆蓋整個(gè)區(qū)間，造成無線場強(qiáng)的盲區(qū)，給鐵路運(yùn)輸安全帶來了隱患，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致事故。這類地帶往往是一個(gè)較封閉的區(qū)域，但在其邊緣有較強(qiáng)的無線信號(hào)。

2 GSM-R光纖直放站的優(yōu)點(diǎn)

作為實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)覆蓋的方式之一，直放站與基站相比較，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

2.1 同等覆蓋面積時(shí)，使用直放站投資較低

在平原地區(qū)室外一個(gè)全向基站可以有10 km覆蓋半徑；一個(gè)全向直放站可以有4 km覆蓋半徑；就覆蓋面積而言，6個(gè)直放站約相當(dāng)于一個(gè)基站。6個(gè)直放站的設(shè)備價(jià)約為一個(gè)基站的80%。但考慮到機(jī)房租用和裝修、交直流電源、空調(diào)、傳輸系統(tǒng)和電路租金等費(fèi)用，6個(gè)直放站的費(fèi)用只相當(dāng)于一個(gè)基站的50%，甚至更低。

2.2 覆蓋靈活

一個(gè)基站基本上是圓形覆蓋，多個(gè)直放站可以組織成多種覆蓋形式。如“一”字型排開，可以覆蓋十幾至幾十千米的路段。也可以組織成“L”型、“N”型和“M”型覆蓋，特別適合于山區(qū)組網(wǎng)。

2.3 設(shè)備更換方便

在組網(wǎng)初期，由于用戶較少，投資效益較差，可以用一部分直放站代替基站。用戶發(fā)展起來后現(xiàn)更換為基站，替換下來的直放站再進(jìn)一步放置在更邊緣的地區(qū)，這樣一步步地滾動(dòng)發(fā)展。

2.4 安裝方便

由于不需要土建和傳輸電路的施工，建網(wǎng)迅速。所以，直放站作為掃除信號(hào)盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋的有效措施之一，以其價(jià)格低廉、施工快捷、覆蓋效果良好等優(yōu)點(diǎn)，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用。

3 工作原理

3.1 近端機(jī)工作原理

近端機(jī)由射頻單元（RFU）、光端元（OEU）、控制單元（MCU）、電源單元（PWR）和網(wǎng)管單元（OMU）等幾部分組成，具體見圖1。

圖1 GSM-R寬帶光纖直放站近端機(jī)構(gòu)成框圖

近端機(jī)可以接插4個(gè)OEU（擴(kuò)展型近端機(jī)可以插10個(gè)OEU）；具有漏纜檢測系統(tǒng)和動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)接口及輔助報(bào)警接口。

控制總線分為RS485和RS232，外部總線通過光端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)連接，也可以和遠(yuǎn)端機(jī)處的漏纜監(jiān)測、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控及其他設(shè)備連接，形成一個(gè)廣域485網(wǎng)。網(wǎng)管可以通過RS232、以太網(wǎng)，或GPRS數(shù)據(jù)接口對(duì)近端機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 遠(yuǎn)端機(jī)工作原理

遠(yuǎn)端機(jī)通過通信光纖與近端機(jī)連接，把近端機(jī)送入的光信號(hào)還原成RF信號(hào)，并將此信號(hào)進(jìn)行放大后將信號(hào)覆蓋到弱場區(qū)。

它主要由射頻部分、光電信號(hào)轉(zhuǎn)換部分、電源部分、監(jiān)控部分等4個(gè)部分組成，具體構(gòu)成直放站遠(yuǎn)端機(jī)原理見圖2。

下行鏈路可以由單功放組成，也可以采用主、備功放熱備份的方式，利用射頻單刀雙擲開關(guān)選擇工作功放。采用功放熱備份的方式，可以從一定程度上提高系統(tǒng)的可靠性。

電源部分可以由一個(gè)電源模塊組成，也可以由兩個(gè)電源模塊并聯(lián)組成，實(shí)現(xiàn)電源熱備份的功能，主備電源同時(shí)正常工作時(shí)，分別承擔(dān)一半系統(tǒng)的功耗，可適當(dāng)提高電源壽命；當(dāng)其中一只電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，由另一只電源模塊工作。這種電源熱備份的設(shè)計(jì)方式大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.3 直放站系統(tǒng)工作方式

圖2 直放站遠(yuǎn)端機(jī)原理框圖

GSM-R光纖直放站采用寬帶或選頻放大的工作方式。在基站端耦合基站的下行信號(hào)輸入近端機(jī)，近端機(jī)將射頻信號(hào)進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換后經(jīng)光纜傳輸至遠(yuǎn)端機(jī)，遠(yuǎn)端機(jī)接收來自近端機(jī)的信號(hào)，經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換后輸入下行放大組件，信號(hào)進(jìn)入功率放大器進(jìn)行下行信號(hào)放大，然后經(jīng)雙工器輸出至重發(fā)天線，覆蓋所需的空間，達(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)覆蓋盲區(qū)的目的；重發(fā)天線接收到移動(dòng)臺(tái)的上行信號(hào)后通過射頻電纜傳送給遠(yuǎn)端機(jī)，信號(hào)通過遠(yuǎn)端機(jī)上行組件，雙工器、低噪聲放大器后，由光端機(jī)進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換，然后通過光纖傳輸至近端機(jī)，近端機(jī)將信號(hào)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換后耦合至基站，以此建立信號(hào)盲區(qū)或弱信號(hào)區(qū)的上行通信鏈路，保證信號(hào)盲區(qū)或弱信號(hào)區(qū)能夠正常通話。

圖3 光纖直放站系統(tǒng)工作原理圖

4 直放站施工

4.1 主機(jī)安裝

直放站主機(jī)的安裝位置應(yīng)無強(qiáng)電、強(qiáng)磁和強(qiáng)腐蝕性設(shè)備的干擾和影響，要保證主機(jī)便于調(diào)測、維護(hù)和散熱。在條件允許的情況下應(yīng)盡量安裝在室內(nèi)。對(duì)于室外安裝的主機(jī)，需有防水、防曬和防破壞的措施。對(duì)于室內(nèi)安裝的主機(jī)，室內(nèi)溫度、濕度不能超過主機(jī)正常工作溫度和濕度的范圍。主機(jī)機(jī)架的安裝位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)方案的要求，并應(yīng)保證機(jī)架底部距離地面1.2 m。連到主機(jī)的電源線不能和其他電纜捆扎在一起，主機(jī)輸入交流電必須火線、零線相對(duì)應(yīng)，不能反接。所有與設(shè)備相連的電纜要求接觸良好，不能有松動(dòng)的現(xiàn)象。饋線連接處駐波比必須小于1.3。饋線需要彎曲時(shí)，要求彎曲角保持圓滑。

4.2 天線安裝

天線的各類支撐件應(yīng)結(jié)實(shí)牢固，鐵桿要垂直，橫桿要水平，所有鐵件材料都應(yīng)做防氧化處理。天線必須牢固地安裝在其支撐件上，高度和位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)方案的規(guī)定。天線與跳線的接頭應(yīng)接觸良好并做防水處理。連接天線的跳線要求有10～15 cm直出。覆蓋天線和施主天線的指向和俯仰角應(yīng)符合設(shè)計(jì)方案的要求。施主天線的指向可以在設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)。覆蓋天線的指向偏差方位角不大于5°，下傾角不大于1°。

4.3 接地、防雷措施

室外饋線必須接地，主機(jī)設(shè)備接地、饋線接地都應(yīng)使用接地件和截面積為16 mm2的接地線，并且接地點(diǎn)應(yīng)在近直放站一端。饋線的接地線要求順著饋線下行的方向進(jìn)行接地，不允許向上走線。為了減少饋線的接地線電感，接地線的彎曲角度應(yīng)大于90°，曲率半徑大于130 mm。天線支撐件等室外設(shè)施都應(yīng)接地，并且接地電阻小于4 Ω。

抱桿避雷針的直徑為12～14 mm，長度60～80 cm，電氣性能良好，且接地良好。室外天線都應(yīng)在避雷針的45°保護(hù)角之內(nèi)。

5 總結(jié)

直放站在整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中只是一種補(bǔ)充，與基站等主設(shè)備相比，其技術(shù)含量不高。直放站在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用性能的好壞及對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響，更多地是依靠工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)中的把握。因此，了解一下直放站的原理和應(yīng)用對(duì)于充分利用直放站的性能、提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是十分必要的。

[1] 高健.直放站的原理與應(yīng)用[J].中國無線電.2005,7（3）:30-23.

[2] 白偉軍.光纖直放站的設(shè)計(jì)與施工 [J].鐵道通信信號(hào).2007,43（4）:47-48.

[3] 蔣政民.光纖直放站的應(yīng)用與維護(hù) [J].鐵道通信信號(hào).2006,42（10）:51-52.

[4] 向志華.GSM-R光纖直放站應(yīng)用簡要分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào)2007.2007,2:78-83

GSM-R Broadband Fiber Optic Repeater

Pan Fengli

This article introduces the usages and characteristics of GSM-R fiber optic repeater，and expounds the system structure and proximal machine，remote machine,fiber optic repeater works.The host，antenna，grounding，lightning protection are analyzed in terms of standing straight put matters needing attention during the construction.

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TN 929.11

A

1000-8136(2010)32-0132-02