鐵路光纖直放站系統詳解

李魯杰

【摘要】本文主要對鐵路無線列調中的光纖直放站系統進行了詳細分析，重點對光纖直放站覆蓋系統的基本原理和構成、特點、網絡拓撲結構、網管系統等方面做了細致的描述。通過分析，了解到光纖直放站系統具有中繼距離遠、信號質量高、抗干擾能力強、穩定性好和投資低等優點，是解決無線列調中的長大區間、長隧道等弱場強區域的優選方案，并已在高鐵、客專、普鐵和既有線改造施工中廣泛應用。

【關鍵詞】鐵路 光纖 直放站 無線

【中圖分類號】TN92 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0236-01

光纖直放站中繼系統是一種廣泛應用與解決鐵路無線通信弱場區問題的系統，它利用光纖作為中繼媒介，具有傳輸距離遠、信號質量高、穩定性好、投資低等優點，光纖直放站系統可以適應鐵路現有無線調度通信的單雙工系統、四頻組和獨立同步等制式及GSM-R系統，不改變運行中原有的系統功能及設備，提供全透明傳輸。光纖直放站可以解決鐵路的長大區間、長隧道等弱場區的無線覆蓋。

一、基本原理和構成

光纖直放站的作用類似于在弱場區建起了一座基站BTS，從信號接口電平看，光纖直放站拉近了車站臺和移動臺。

光纖直放站主要由兩部分組成：近端機和遠端機。近端機的主要作用是從基站BTS（車站臺）拾取信號，同時也把遠端機中繼過來的信號傳送給基站。遠端機的主要作用是保證弱場區的場強覆蓋，把BTS下來的信號（下行信號）進行功率放大，同時把移動臺來的信號（上行信號）上傳給基站，它是光纖直放站覆蓋系統的主要設備。

近端機和遠端機之間靠光纖連接，采用光纖波分復用技術，每臺遠端機只需要一條光纖和近端機連接，下行使用1310nm波長的光窗口，上行使用1550nm波長的光窗口。提供光調制解調功能設備稱為光端機，光端機提供上行和下行兩個透明的射頻傳輸通道，Rfin信號調制到光發射器；光接收器把調制在光上的信號還原為Rfout。經過光調制解調后，輸出的底部噪聲電平比較高，為了保證信號的信噪比，輸入的射頻信號電平應大于50dBm。

二、主要功能特點

1、適應鐵路現有無線列調單雙工系統、CTC、DMIS、四頻組和獨立同步等制式，不改變運行中原有無線列調功能及設備，提供全透明傳輸。

2、傳輸距離遠，最遠可達50公里。沒有信號隔離度要求，因此可以滿功率輻射，提高覆蓋范圍。隧道內可達3km，空間覆蓋距離可達10km。同時可以采用雙向覆蓋，與單向覆蓋比較，覆蓋范圍幾乎增加一倍。

3、性價比高，與漏纜中繼器、互控臺對比，單位公里設備數量減少三分之二左右，大大節約了運營成本。

4、抗干擾能力強，采用光信號傳輸，不受其他無線信號干擾。信號穩定，采用光作為信號中繼媒體，消除了氣候、地理等因素對信號傳輸的影響。

5、消除了收發隔離限制，使設備增益提高，可以達到110dB，從而使輸出功率提高，增加覆蓋范圍。

三、光纖直放站網絡拓撲結構

一臺近端機可以帶多臺遠端機，可以采用單根光纖連接，也可以采用多根光纖連接。單根光纖連接的方式稱為總線形連接；多根光纖連接的方式稱為星形連接；

1、總線形連接

近端機所有遠端機都掛接在一根光纜上，通過光耦合器對光信號進行分配和混合。它有如下特點：（1）用一根光纖可以連接2～6臺設備，線路成本低。（2）近端設備簡單，成本低。（3）配置遠端機的數量和到近端機的距離有關，即距離越長數量越少；反之越多。（4）適用于既有線改造。

2、星形連接

每臺遠端機都用一根光纜與近端機連接，近端機有多個光端口，每個光端口只能連接一臺遠端機。光纜進入近端機和遠端機之前，先要進入光交接箱，然后引出需要的光跳線到直放站。近端機一般有4個光端口，如果需要增加，可以采用光端口擴展設備進行層疊。它有如下特點：（1）每臺遠端機覆蓋相互獨立，不會因為其中一臺設備出現問題而使其后面的鏈路中斷。（2）信號質量好，近/遠端機獨立連接，引入噪聲和干擾小。（3）點對點的光傳輸方式，因此傳輸距離遠，最遠可以到50公里。4）遠端機的數量幾乎沒有限制，適合大長隧道和大區間。

四、網管系統的特點及拓樸圖

光纖直放站網管系統負責管理近端機、遠端機的性能，故障報警，以及配置管理，漏纜監測狀態顯示等，主要包括遠端監測、配置管理、主動告警和日志管理等。

網管系統的特點有：（1）近端機負責和遠端機的數據通信；（2）遠端機的監控數據通過光纖傳到近端機；（3）近端機把各遠端機的數據打包，然后送到車站有線端口，和監控中心聯系。圖中方式已在武廣高速鐵路等線路上應用。

五、工程應用

（1）延長放大器

延長放大器主要用于補償主干漏纜的信號損耗，雙向放大上、下行鏈路信號，提高話音質量，有效擴展和填補移動通信覆蓋盲區，擴大覆蓋范圍。

特點是充分與450M光纖直放站網管系統兼容。提供完善的監控解決方案，既可以選擇集中監控，遠程查詢方式，也可選擇單機遠程監控方式。本地監控功能：通過便攜電腦可進行設備增益設置和設備狀態及參數查詢，以及監控主板軟件的更新下載。集中與遠程監控：較大型和大型系統用戶可選擇集中監控、遠程查詢方式；小型系統，為降低成本，用戶可選擇單機遠程監控方式。適用于地下建筑、隧道、機場等較大區域的信號分布。

對于大長隧道，采用光纖直放站進行信號補盲時，在直放站的末級，覆蓋距離不足3公里的情況下，可以加入延長放大器進行信號補盲，以便節約投資成本，靈活組網。

（2）微型直放站

微型直放站主要用于光纖直放站加天線覆蓋時由于地形或建筑物的遮擋造成的弱場區而設計的，有效地填補了車站信號覆蓋的盲區，擴大覆蓋范圍。主要特點：無線收發，正向：467～469MHz，反向457～459MHz；輸出功率1W，覆蓋范圍lkm以內；適合室外安裝，體積小；設備增益60dB，收發天線隔離要求不高；特別適合單個短隧道和路塹。能提供完善的監控解決方案，既可以選擇集中監控，遠程查詢方式，也可選擇單機遠程監控方式。本地監控功能：通過便攜電腦可進行設備增益設置和設備狀態及參數查詢，以及監控主板軟件的更新下載。以上這種方式的工程應用在西延鐵路擴能改造過程中應用較多。

現在，我國幾乎所有鐵路線路都在使用無線列調，其中以光纖直放站系統為主，建立了調度員、車站值班員和機車司機之間的互聯通信，在保證列車正點運行、降低機車能耗、提高通過能力、通告險情、防止事故、救援搶險等各方面都具有重要的作用。