光纖直放站+時(shí)延模塊技術(shù)在大型鐵路編組站中的應(yīng)用研究

王振海

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處,西安 710043)

光纖直放站+時(shí)延模塊技術(shù)在大型鐵路編組站中的應(yīng)用研究

王振海

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處,西安 710043)

利用GSM-R實(shí)現(xiàn)調(diào)車業(yè)務(wù)，有利于克服傳統(tǒng)400 MHz無(wú)線通信的諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)話音、調(diào)車指令同時(shí)傳輸，調(diào)車作業(yè)單無(wú)紙化傳送，滿足編組站綜合自動(dòng)化的需要，提高勞動(dòng)效率，保證安全生產(chǎn)。針對(duì)新豐鎮(zhèn)編組站地區(qū)特殊的線路情況，提出采用光纖直放站+時(shí)延模塊技術(shù)對(duì)編組站進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)覆蓋。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、模擬測(cè)試等手段，有效解決新豐鎮(zhèn)編組站和鄭西客運(yùn)專線間的頻率干擾、多徑干擾問(wèn)題。

鐵路編組站；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；光纖直放站；時(shí)延模塊

隨著鐵路大型編組站綜合自動(dòng)化程度的不斷提高,在編組站地區(qū)迫切需要GSM-R系統(tǒng)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,為其提供移動(dòng)通信服務(wù),提高編組站運(yùn)輸生產(chǎn)效率,推動(dòng)鐵路通信技術(shù)的發(fā)展。新豐鎮(zhèn)首次將GSM-R技術(shù)應(yīng)用于編組站［1],其帶寬僅4 M,用傳統(tǒng)宏基站覆蓋方式面臨眾多難題,增加了頻率干擾,嚴(yán)重危及行車安全［2]。因此,對(duì)大型編組站GSM-R無(wú)線覆蓋方案進(jìn)行研究,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 新豐鎮(zhèn)地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

新豐鎮(zhèn)編組站北接包西線,南接西康線、寧西線,隴海線橫貫東西,北鄰鄭西客運(yùn)專線,與鄭西客運(yùn)專線的最小間距小于500 m。

新豐鎮(zhèn)編組站由三級(jí)七場(chǎng)組成,分別為上行/下行到達(dá)場(chǎng)、上行/下行調(diào)車場(chǎng)、上行/下行出發(fā)場(chǎng)和交換場(chǎng)。整個(gè)編組站東西長(zhǎng)約11 km,南北寬約800 m［3]。

新豐鎮(zhèn)編組站直放站和鄭西客運(yùn)專線基站位置如圖1所示。鄭西客運(yùn)專線和新豐鎮(zhèn)編組站無(wú)線通信均采用GSM-R系統(tǒng),經(jīng)頻率規(guī)劃,鄭西客運(yùn)專線1至6號(hào)基站的使用頻點(diǎn)分別為1014/1018、1001/1003、 1007/1009/1011、1005/1013、1002/1018和1000/ 1010。新豐鎮(zhèn)編組站基站的使用頻點(diǎn)為999、1015和1017。新豐鎮(zhèn)編組站的直放站也從1至6進(jìn)行編號(hào)。

圖1 新豐鎮(zhèn)編組站直放站和鄭西客運(yùn)專線基站位置示意

為避免新豐鎮(zhèn)編組站GSM-R系統(tǒng)與鄭西客運(yùn)專線GSM-R系統(tǒng)相互干擾,場(chǎng)強(qiáng)覆蓋需達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)。

新豐鎮(zhèn)編組站場(chǎng)強(qiáng)覆蓋最小可用接收電平:機(jī)車車頂天線處達(dá)到-92 dBm(滿足95%時(shí)間地點(diǎn)覆蓋概率),并應(yīng)保證作業(yè)人員手持臺(tái)使用的覆蓋要求［4]。鄭西客運(yùn)專線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋最小可用接收電平:機(jī)車車頂天線處達(dá)到-92 dBm(滿足95%時(shí)間地點(diǎn)覆蓋概率)［5]。

新豐鎮(zhèn)編組站GSM-R系統(tǒng)的同頻C/I≥12 dB,鄰頻C/I≥-6 dB［6]；鄭西客運(yùn)專線GSM-R系統(tǒng)正常工作時(shí)同頻C/I＞25 dB,鄰頻C/I＞7 dB,降級(jí)工作時(shí)同頻C/I＞15 dB,鄰頻C/I＞-3 dB［7]。

2 新豐鎮(zhèn)編組站基站子系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋方案

由于新豐鎮(zhèn)編組站與鄭西客運(yùn)專線存在鄰頻,采用兩處基站直接進(jìn)行覆蓋會(huì)干擾鄭西客運(yùn)專線的GSM-R系統(tǒng),無(wú)法滿足上述系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。本方案采用新設(shè)1處基站(不用基站天線進(jìn)行覆蓋),1處光纖直放站近端機(jī)(與基站同址),多處光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī),利用多處直放站天線進(jìn)行覆蓋。同時(shí)每處光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)均設(shè)時(shí)延模塊,時(shí)延模塊將收到的信號(hào)先進(jìn)行存儲(chǔ),延時(shí)一定的時(shí)間,再取出進(jìn)行發(fā)送,由此可以將近遠(yuǎn)端機(jī)間光纜長(zhǎng)度不同引起的時(shí)間延時(shí)調(diào)整至同一數(shù)值。時(shí)延模塊的最大時(shí)延為100 μs,時(shí)延精度為0.5 μs［8]。經(jīng)多次GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、參數(shù)調(diào)整(直放站位置、天線高度、天線方向角等)和模擬測(cè)試,最終確定在新豐鎮(zhèn)編組站設(shè)置6處光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī),每處直放站天線架設(shè)在15 m高的鐵塔上,采用前后功率比為28 dB、半功率角為90°的定向天線,機(jī)械下傾角為5°,天線掛高13 m,直放站輸出功率29 dBm。將編組站基站信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋控制在編組站范圍內(nèi)。新豐鎮(zhèn)編組站內(nèi)測(cè)試結(jié)果如圖2所示,經(jīng)分析得出以下結(jié)論。

(1)新豐鎮(zhèn)編組站全部區(qū)域滿足地面手持臺(tái)接收天線處最小可用接收電平≥-92 dBm的設(shè)計(jì)要求。

(2)新豐鎮(zhèn)編組站全部區(qū)域滿足同頻C/I≥12 dB,鄰頻C/I≥-6 dB的要求。

圖2 新豐鎮(zhèn)編組站信號(hào)和鄭西客運(yùn)專線信號(hào)在編組站內(nèi)的對(duì)比［9]

在鄭西客運(yùn)專線上測(cè)試結(jié)果如圖3所示,新豐鎮(zhèn)編組站對(duì)鄭西客運(yùn)專線干擾分析如下。

圖3 新豐鎮(zhèn)編組站信號(hào)和鄭西客運(yùn)專線基站鄰頻信號(hào)在鄭西客運(yùn)專線的對(duì)比［9]

鄭西客運(yùn)專線新臨潼附近與新豐鎮(zhèn)編組站GSMR光纖直放站有鄰頻關(guān)系的基站是5號(hào)基站,該基站TCH為1018,與最近的新豐鎮(zhèn)編組站六場(chǎng)直放站距離為3.3 km。在鄭西客運(yùn)專線測(cè)試時(shí),新豐鎮(zhèn)編組站直放站信號(hào)在鄭西客運(yùn)專線接收電平值比鄭西客運(yùn)專線當(dāng)前服務(wù)小區(qū)電平值低12～22 dB。

當(dāng)客運(yùn)專線4號(hào)基站正常工作時(shí),客運(yùn)專線4號(hào)基站覆蓋范圍內(nèi)信號(hào)接收電平比編組站直放站信號(hào)電平高12～22 dB,滿足鄭西客運(yùn)專線鄰頻C/I≥7 dB的要求。當(dāng)客運(yùn)專線4號(hào)基站因某種原因失效,導(dǎo)致該基站附近的客運(yùn)專線沿線由與之相鄰的3號(hào)和5號(hào)基站覆蓋時(shí),有以下3種情況:

(1)由3號(hào)基站覆蓋的3號(hào)基站與4號(hào)基站之間單側(cè)沿線客運(yùn)專線信號(hào)接收電平仍比編組站直放站信號(hào)高12～22 dB,滿足鄭西客運(yùn)專線鄰頻C/I≥7 dB的要求；

(2)由5號(hào)基站覆蓋的本基站兩側(cè)客運(yùn)專線信號(hào)接收電平比編組站直放站信號(hào)高大于12 dB,滿足鄭西客運(yùn)專線鄰頻C/I≥7 dB要求；

(3)由5號(hào)基站覆蓋的4號(hào)基站根部東側(cè)1 km沿線,此處正好位于編組站六場(chǎng)直放站(6號(hào))背面,客運(yùn)專線信號(hào)接收電平比編組站直放站信號(hào)高2～4 dB,滿足鄭西客運(yùn)專線降級(jí)工作時(shí)鄰頻C/I≥-3 dB的要求。

3 新豐鎮(zhèn)編組站GSM-R系統(tǒng)時(shí)間色散分析

時(shí)間色散主要指由同一信號(hào)經(jīng)過(guò)不同傳輸路徑(傳輸時(shí)間)先后到達(dá)接收端會(huì)造成碼間干擾［10]。GSM-R采用均衡技術(shù)來(lái)克服時(shí)間色散［11]。GSM-R規(guī)范要求均衡器應(yīng)能處理的時(shí)延高達(dá)15 μs［12]。時(shí)間差大于15 μs的多徑信號(hào)認(rèn)為是主信號(hào)的同頻干擾信號(hào),此時(shí)若主信號(hào)與多徑信號(hào)電平差不大于12 dB(考慮3 dB的富余量)［13],則存在時(shí)間色散。無(wú)線電波在空氣中的傳播速度為300 m/μs,在光纖中傳播的速度為200 m/μs［14]。

新豐鎮(zhèn)編組站軌道密度大,地形復(fù)雜,實(shí)際選取的由光纖直放站近端機(jī)至遠(yuǎn)端機(jī)的光纜經(jīng)路如圖1所示。信號(hào)由直放站近端機(jī)至各直放站遠(yuǎn)端機(jī)的傳輸時(shí)延計(jì)算如表1所示。

表1 信號(hào)在光纜和時(shí)延模塊中的傳輸時(shí)間

假設(shè)終端在位于5號(hào)光纖直放站附近,此時(shí)終端至2、3、4、5、6號(hào)直放站的距離如圖4所示。

圖4 新豐鎮(zhèn)編組站終端和直放站相對(duì)位置示意（單位：m)

由終端發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過(guò)不同傳輸路徑到達(dá)基站的傳輸時(shí)延計(jì)算如表2所示。

表2 信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑的傳輸時(shí)延

由表2可以看出,各條傳輸路徑相對(duì)于L5的信號(hào)時(shí)延均小于15 μs,滿足GSM-R規(guī)范要求,不會(huì)產(chǎn)生時(shí)間色散。新豐鎮(zhèn)編組站每個(gè)直放站的覆蓋半徑約1 000 m,當(dāng)兩條路徑的距離差值大于L1-L5=4 100 m時(shí),已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出直放站的覆蓋距離時(shí),在覆蓋距離內(nèi)兩路信號(hào)電平差遠(yuǎn)大于12 dB,也不會(huì)產(chǎn)生時(shí)間色散［15]。

綜上所述,新豐鎮(zhèn)編組站在我國(guó)首次采用光纖直放站+時(shí)延模塊并配合使用高前后比的90°定向天線進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)覆蓋,可以有效解決新豐鎮(zhèn)編組站和鄭西客運(yùn)專線的頻率干擾問(wèn)題,理論上可以滿足新豐鎮(zhèn)編組站調(diào)車作業(yè)對(duì)無(wú)線通信的要求。

參考文獻(xiàn)：

［1] 李生才.新豐鎮(zhèn)編組站改擴(kuò)建設(shè)計(jì)特點(diǎn)與技術(shù)創(chuàng)新［J].中國(guó)鐵路,2010(5):44-48.

［2] 羅文.長(zhǎng)春樞紐特殊地段GSM-R無(wú)線覆蓋方案探討［J].中國(guó)鐵路,2011(12):46-48.

［3] 李黎,鄧世勇,漢繼軍.新豐鎮(zhèn)編組站GSM-R方案研究［C]∥鐵路通信、信號(hào)、信息專業(yè)工程設(shè)計(jì)年會(huì)論文集.北京:北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院,2007:77-81.

［4] 吳克非.中國(guó)鐵路GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南［M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2008.

［5] 鄧世勇.新豐鎮(zhèn)編組站GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù),2011(6):25-27.

［6] 胡昌桂.南京鐵路樞紐內(nèi)GSMR系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化解決方案［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(1):102-104.

［7] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2007]92號(hào)鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2007.

［8] 南京泰通科技有限公司.TGZ-R-DG1型GSM-R光電轉(zhuǎn)換時(shí)延單元技術(shù)規(guī)格書(shū).南京:南京泰通科技有限公司,2010.

［9] 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.新豐鎮(zhèn)編組站GSM-R綜合無(wú)線通信系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋及干擾測(cè)試測(cè)試報(bào)告［R].北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,2010.

［10]方嬿.太中銀鐵路隧道區(qū)段弱場(chǎng)補(bǔ)強(qiáng)解決方案研究［D].北京:北京交通大學(xué),2008.

［11]李慶.包西鐵路GSM-R數(shù)字光纖直放站方案研究［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2013(12):105-109.

［12]王海梅,鐘章隊(duì).青藏鐵路GSM-R試驗(yàn)工程隧道覆蓋技術(shù)方案的探［J].中國(guó)鐵路,2004(10):51-54.

［13]韓華.淺談GSM-R頻率規(guī)劃及應(yīng)用方案［C]∥中國(guó)鐵道學(xué)會(huì). GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.太原,2005:34-39.

［14]陳建平,吉榮新.GSM-R光纖直放站應(yīng)用的幾個(gè)問(wèn)題［C]∥中國(guó)鐵道學(xué)會(huì).GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.太原,2005: 127-131.

［15]沈吟.合蚌客運(yùn)專線特殊區(qū)段GSM-R方案研究與探討［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011(8):108-116.

APPlication Research of Fiber OPtic RePeater Plus Delay Module Technology in Large-scale Railway Marshalling Station

WANG Zhen-hai
(Communication and Signaling Department,China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi'an 710043,China)

Using GSM-R technology in railway shunting operation can be useful to overcome many shortcomings in traditional 400 MHz wireless communication,achieve simultaneous transmission of both the speech sound and railway shunting instruction,fulfill paperless transmission of railway shunting work ticket,meet the requirement of comprehensive automation in railway marshaling station,improve work efficiency and ensure the safety in production.This paper,focusing on the special situation of railway lines in the Xinfengzhen marshalling station,proposed that there should be the fiber optic repeater plus delay module technology used for field intensity coverage in this marshaling station.It is proved by practice that the problems of frequency interference and multi-pass interference between the Xinfengzhen marshalling station and the Zhengzhou-Xi'an railway passenger dedicated line can be solved by using wireless network planning,simulation test and other relevant methods.

railway marshalling station；wireless network planning；fiber optic repeater；delay module

U285.2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.030

1004-2954(2014)07-0131-03

2013-12-10；

2013-12-27

王振海(1981―),男,工程師,2008年畢業(yè)于北京交通大學(xué),工學(xué)碩士。