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(wú)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(wú)線信號(hào)盲區(qū)和弱信號(hào)區(qū)的覆蓋問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。GSM-R無(wú)線信號(hào)在傳輸過(guò)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(lái)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(wú)線信號(hào)不能完全覆蓋整個(gè)區(qū)間，造成無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)的盲區(qū)，給鐵路運(yùn)輸安全帶來(lái)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(wú)線信號(hào)。

2 GSM-R光纖直放站的優(yōu)點(diǎn)

作為實(shí)現(xiàn)無(wú)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(kāi)，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(lái)后現(xiàn)更換為基站，替換下來(lái)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(wú)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(wú)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(jiàn)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(cè)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(guò)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(cè)、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(guò)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(guò)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(chǎng)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(jiàn)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(kāi)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(lái)自近端機(jī)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(guò)射頻電纜傳送給遠(yuǎn)端機(jī)，信號(hào)通過(guò)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(guò)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(wú)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(cè)、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(guò)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(zhǎng)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(guó)無(wú)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(jiǎn)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.

GSM-R；fiberoptic repeater；principle of work；construction

TN 929.11

A

1000-8136(2010)32-0132-02