無(wú)線調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中無(wú)線通信解決方案研究

王 朋

(卡斯柯信號(hào)有限公司，上海 200071)

1 概述

隨著無(wú)線調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）在調(diào)車站的廣泛推廣，其STP 系統(tǒng)自身的高效性和安全性越來(lái)越被鐵路運(yùn)輸部門所認(rèn)可。STP 系統(tǒng)通過(guò)車地?zé)o線通信的方式，來(lái)防護(hù)調(diào)車作業(yè)的安全，具備防護(hù)調(diào)車機(jī)越過(guò)停車點(diǎn)、防護(hù)調(diào)車機(jī)運(yùn)行速度超過(guò)當(dāng)前線路限速、無(wú)線傳送作業(yè)單等功能。STP 系統(tǒng)的運(yùn)行取決于車地間無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路是否正常，當(dāng)站場(chǎng)內(nèi)存在高建筑物、隧道、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拳h(huán)境時(shí)，會(huì)造成無(wú)線通信中斷或者信號(hào)強(qiáng)度減弱，影響STP 系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文給出3 種無(wú)線通信解決方案。

2 無(wú)線通信解決方案

2.1 雙電臺(tái)中繼系統(tǒng)

雙電臺(tái)中繼系統(tǒng)適用于站場(chǎng)條件相對(duì)空曠無(wú)遮擋，距離較遠(yuǎn)信號(hào)強(qiáng)度不夠且地面機(jī)柜到中繼柜位置無(wú)法用光纖聯(lián)通的情況。該系統(tǒng)主要由雙電臺(tái)中繼柜和切頻無(wú)源應(yīng)答器組成，系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 雙電臺(tái)中繼系統(tǒng)原理圖Fig.1 Principle diagram of dual radio relay system

地面天線和中繼柜中電臺(tái)1 使用的頻點(diǎn)保持一致，定義頻點(diǎn)為fA，電臺(tái)2 使用的頻點(diǎn)定義為fB，電臺(tái)1 和電臺(tái)2 通過(guò)串口或者網(wǎng)線的連接方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，切頻無(wú)源應(yīng)答器須安裝在2 個(gè)頻點(diǎn)都能覆蓋的區(qū)域內(nèi)，且信號(hào)良好。

當(dāng)調(diào)車機(jī)處于位置1 區(qū)域內(nèi)時(shí)，使用頻點(diǎn)fA與地面系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；當(dāng)調(diào)車機(jī)處于位置2 區(qū)域內(nèi)時(shí)，機(jī)車壓過(guò)地面切頻應(yīng)答器后，由頻點(diǎn)fA切換到頻點(diǎn)fB；當(dāng)調(diào)車機(jī)處于位置3 區(qū)域內(nèi)時(shí)，機(jī)車使用頻點(diǎn)fB與電臺(tái)2 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而電臺(tái)2 和電臺(tái)1 之間通過(guò)串口或者網(wǎng)線方式進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的交換。之后電臺(tái)1 再和STP 地面系統(tǒng)進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的交換，從而解決地面電臺(tái)信號(hào)覆蓋不了機(jī)車位置3 區(qū)域范圍的問(wèn)題。

2.2 單電臺(tái)中繼系統(tǒng)

單電臺(tái)中繼系統(tǒng)方案適用于站場(chǎng)存在短隧道、建筑遮擋等環(huán)境，單電臺(tái)中繼系統(tǒng)由安裝位置分離的兩個(gè)中繼柜組成，兩個(gè)中繼柜分別放置在遮擋物（隧道、建筑遮擋等）合適位置的兩側(cè)，每個(gè)中繼柜內(nèi)各裝一個(gè)電臺(tái)，中繼柜間通過(guò)光纖聯(lián)通。單電臺(tái)中繼系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 單電臺(tái)中繼系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic diagram of single radio relay system

地面天線和單電臺(tái)中繼柜1 中的電臺(tái)1 使用的頻點(diǎn)一致，定義頻點(diǎn)為fA，單電臺(tái)中繼柜2 中的電臺(tái)2 使用的頻點(diǎn)定義為fB，單電臺(tái)中繼柜1 和2 通過(guò)光纖連接方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，切頻無(wú)源應(yīng)答器須安裝在兩個(gè)頻點(diǎn)都能覆蓋的區(qū)域內(nèi)，且信號(hào)良好。

當(dāng)調(diào)車機(jī)處于位置1 區(qū)域內(nèi)時(shí)，使用頻點(diǎn)fA與地面系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；當(dāng)調(diào)車機(jī)處于位置2 區(qū)域內(nèi)時(shí)，機(jī)車壓過(guò)地面切頻應(yīng)答器后，由頻點(diǎn)fA切換到頻點(diǎn)fB；當(dāng)調(diào)車機(jī)處于位置3 區(qū)域內(nèi)時(shí)，機(jī)車使用頻點(diǎn)fB與電臺(tái)2 進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的交換，電臺(tái)2 通過(guò)光纖通道與電臺(tái)1 進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的交換。之后電臺(tái)1 再與STP 地面系統(tǒng)進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的交換，從而解決因遮擋物遮擋的區(qū)域范圍地面信號(hào)覆蓋不到的問(wèn)題。

2.3 無(wú)線移頻中繼系統(tǒng)

無(wú)線移頻中繼系統(tǒng)方案無(wú)需加裝應(yīng)答器和光纜，特別適應(yīng)在鐵路沿線的隧道、山區(qū)、林區(qū)等環(huán)境，且區(qū)域相對(duì)封閉，地理情況復(fù)雜，由于地勢(shì)的特殊性，存在大量信號(hào)的弱區(qū)、甚至盲區(qū)。而這些區(qū)域采用傳統(tǒng)的覆蓋方式，運(yùn)營(yíng)商將面臨著投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，必須采用特殊手段覆蓋該類區(qū)域。本系統(tǒng)采用移頻技術(shù)，將鐵路400 M 信號(hào)移頻到中頻200 M 頻段，充分利用中頻頻率波長(zhǎng)長(zhǎng)，空間衰落小，繞射能力強(qiáng)的特點(diǎn)，增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)哪芰Α?/p>

本系統(tǒng)設(shè)備由主機(jī)和分機(jī)組成，可以靈活與基站配套使用，信道個(gè)數(shù)可根據(jù)需要選擇，具有熱備份功能提高設(shè)備的可靠性?？蛇M(jìn)行一對(duì)多配置（即一拖多），覆蓋效率高，效果明顯。

本系統(tǒng)由主機(jī)（近端機(jī)）和分機(jī)（遠(yuǎn)端機(jī)）組成。下行方向：主機(jī)可以從基站耦合信號(hào)，經(jīng)變頻和放大處理，調(diào)制到230 M 中頻由定向天線發(fā)射出去。分機(jī)可以有一臺(tái)到多臺(tái)，分別實(shí)現(xiàn)一對(duì)一或者一對(duì)多的系統(tǒng)分布方式。分機(jī)從空中接收230 M 中頻信號(hào)，經(jīng)濾波、變頻和放大處理后通過(guò)業(yè)務(wù)天線實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋。上行方向：分機(jī)接收來(lái)自機(jī)車電臺(tái)的信號(hào)，經(jīng)變頻、放大濾波處理，經(jīng)230 M 定向天線發(fā)回近端主機(jī)。主機(jī)在接收到空中的230 M 后，經(jīng)濾波、放大和變頻處理，還原成機(jī)車電臺(tái)信號(hào)，送回基站，完成整個(gè)通信的鏈路連接。無(wú)線移頻中繼系統(tǒng)原理如圖3 所示。

圖3 無(wú)線移頻中繼系統(tǒng)原理圖Fig.3 Principle diagram of wireless frequency shifting relay system

其中，隧道自身封閉狹長(zhǎng)的特性可引起無(wú)線信號(hào)在接收點(diǎn)快速起伏的現(xiàn)象，因此很難保證隧道內(nèi)無(wú)線通信信號(hào)的通信質(zhì)量。若采用一般的定向天線進(jìn)行覆蓋，其信號(hào)的傳播方向與隧道的延伸方向一致，在隧道中使用定向天線覆蓋并不能很好的解決隧道中接收點(diǎn)快速起伏的問(wèn)題。根據(jù)山區(qū)鐵路隧道的場(chǎng)景特點(diǎn)及覆蓋難點(diǎn)，可采用無(wú)線移頻中繼系統(tǒng)+泄漏電纜的組網(wǎng)方式完成覆蓋；泄漏電纜具有特殊的信號(hào)泄漏功能，其本身既是信號(hào)傳輸介質(zhì)又有能量轉(zhuǎn)換功能，其結(jié)構(gòu)與普通的同軸電纜基本一致，可以很好地在隧道中解決無(wú)線信號(hào)的覆蓋問(wèn)題。泄漏電纜分為輻射型與耦合型，輻射型在耦合損耗及性能方面均優(yōu)于耦合型，地鐵覆蓋中多選用輻射型泄漏電纜；應(yīng)選用經(jīng)頻段優(yōu)化、耦合損耗小、可靠度高的泄漏電纜。

3 總結(jié)

針對(duì)特定的站場(chǎng)條件，合理選擇無(wú)線通信解決方案，可以有效地滿足STP 系統(tǒng)正常工作的要求。文中提出的3 種方案，可以很好地解決存在的信號(hào)弱或者無(wú)信號(hào)問(wèn)題，并且已經(jīng)在實(shí)際的項(xiàng)目實(shí)施中得到應(yīng)用，為STP 系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供可靠的保障。