地鐵無線直放站系統(tǒng)的技術(shù)研究

李石鳳

(南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，江蘇 南京210031)

地鐵無線為地鐵固定的調(diào)度人員和移動的列車司機(jī)、車站站務(wù)、維修人員提供群組通信，保證列車的正常運(yùn)行，是地鐵通信的關(guān)鍵設(shè)備。 地鐵無線的場強(qiáng)通過基站和直放站覆蓋調(diào)度大廳或車輛段空曠區(qū)域和長大區(qū)間，基站無法滿足場強(qiáng)需求，需增加中繼放大設(shè)備即直放站。 通常區(qū)間超過1500m，即需增加直放站。

一、 系統(tǒng)概述

直放站根據(jù)位置通常分為近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)，近端機(jī)一般安裝機(jī)房，遠(yuǎn)端機(jī)在區(qū)間或其他空曠區(qū)域。 目前地鐵使用的直放站品牌有AXCELL 和安德魯?shù)取?南京地鐵S8 使用的是AXCELL 直放站。

直放站的維護(hù)保養(yǎng)和故障處理是地鐵運(yùn)營的重要工作。直放站的維保包括常規(guī)的清潔保養(yǎng)、標(biāo)簽核對、線纜緊固、備用線路測試、老化部件替換及功能驗證、故障處理等。 設(shè)備維保需要豐富的設(shè)備技術(shù)積累和典型故障處理經(jīng)驗，下面從這兩方面來研究說明。

二、 技術(shù)積累

設(shè)備知識的積累主要有兩大來源，首先是設(shè)備技術(shù)文本的消化和吸收；其次是實踐即新線跟蹤研究等。 以下是S8號直放站設(shè)備基礎(chǔ)知識和建設(shè)期的安裝總結(jié)介紹。

(一)設(shè)備基礎(chǔ)

直放站的軟硬件知識是設(shè)備維保的基礎(chǔ)：近端機(jī)由光收發(fā)模塊、1 分6 分路器、6 合1 合路器、雙工濾波器、主控板、冗余電源板等組成；遠(yuǎn)端機(jī)由光收發(fā)模塊、主控板、冗余電源、射頻部件組成。 需關(guān)注光收發(fā)模塊的參數(shù)：發(fā)射功率為5dBm 左右，接收功率不低于- 5dBm；光的下行波長為1310nm，上行波長為1550nm ；獨(dú)立發(fā)光，即一塊光模塊對應(yīng)一臺遠(yuǎn)端機(jī)。

AXCELL 直放站的管理軟件為RMC，可配置直放站、進(jìn)行光路補(bǔ)償、監(jiān)測板件、提示告警等。 近端機(jī)的網(wǎng)絡(luò)口接入傳輸組干網(wǎng)，通過以太網(wǎng)把各站點(diǎn)與中心網(wǎng)管設(shè)備連通。RMC 軟件支持串口、網(wǎng)口SSH 協(xié)議(端口22)、網(wǎng)口Telnet協(xié)議(端口23)；連通后，RMC 自動識別可用的端口，手動設(shè)置即可登錄直放站。 除RMC 軟件，可使用通用的軟件如hyper terminal、Putty 軟件管理直放站。

(二)設(shè)備安裝

直放站的遠(yuǎn)端機(jī)安裝于區(qū)間或空曠地帶。 根據(jù)區(qū)間端機(jī)數(shù)量，直放站的模式可描述為1 拖2 、1 拖4、1 拖6 等，近端機(jī)配置幾個光模塊即對應(yīng)幾個遠(yuǎn)端機(jī)。 近端機(jī)通過30dBm 的耦合器與基站相聯(lián)，取耦合口的射頻信號；近端機(jī)與遠(yuǎn)端機(jī)通過區(qū)間的8 芯光纜相聯(lián)；遠(yuǎn)端機(jī)通過二功分器與區(qū)間漏纜相聯(lián)，輻射場強(qiáng)至區(qū)間。 直放站漏纜與相連基站漏纜的末端需增加終端負(fù)載，吸收多余的信號，避免同頻干擾。

遠(yuǎn)端機(jī)的區(qū)間位置，由區(qū)間長度決定，滿足光纖總傳輸損耗不大于6dBm，正常是上下行區(qū)間各一臺遠(yuǎn)端機(jī)。 1 拖2模式的遠(yuǎn)端機(jī)位于區(qū)間中間點(diǎn)；1 拖4 模式的遠(yuǎn)端機(jī)位于相鄰兩區(qū)間的1/3 處，如A、B、C 站點(diǎn)，B 直放站為1 拖4 模式，B 的遠(yuǎn)端機(jī)必位以B 為起點(diǎn)的BA 區(qū)間和BC 區(qū)間的1/3 處。

三、 故障分析

直放站故障為三類：鏈路故障、硬件故障、軟件故障，鏈路故障最多。

(一)鏈路故障

直放站相關(guān)的線纜有光纖、電源線、射頻線，其中光纖和電源線故障率高。 光纖故障多為接頭或尾纖損壞；電源線路故障多發(fā)生于建設(shè)期和運(yùn)營初期，是施工問題導(dǎo)致的。

1.光纖線路故障

直放站的近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)通過8 芯光纜連接，光模塊的光纖接頭是較為特殊的SC/APC，APC：8 度傾斜角接觸面，常用的都是UPC：弧形接觸面。 光路故障主要是線纜破皮或接頭不匹配。

光路外皮破損導(dǎo)致光路的接收功率偏低，當(dāng)?shù)陀?5dBm時，系統(tǒng)會提示告警，確定是光路問題。 光路是通過近端機(jī)尾纖-8 芯光纜的ODF-遠(yuǎn)端機(jī)熔纖盒-遠(yuǎn)端機(jī)尾纖，分段排查：首先查看近端機(jī)尾纖和接頭未發(fā)現(xiàn)異常，紅光筆打光測試，也未發(fā)現(xiàn)近端機(jī)尾纖有漏光現(xiàn)象；接著通過OTDR 儀測試8 芯光纜，未有大的衰減點(diǎn)；最后檢查區(qū)間遠(yuǎn)端機(jī)尾纖，發(fā)現(xiàn)尾纖外皮有破損，故尾纖在施工需好防護(hù)。

光路配線架的接頭不匹配，會產(chǎn)生告警。 如運(yùn)營初期，網(wǎng)管提示車輛段近端機(jī)合路器、分路器通信中斷告警，查看誤碼率，近端機(jī)光模塊誤碼率2.95%，合路器誤碼率為10.05%，分路器誤碼率為10.10%。 測試檢查發(fā)現(xiàn)直放站的尾纖接頭是FC/APC，配線架成端的是FC/UPC，兩種接頭不匹配，導(dǎo)致光路的誤碼偏大。 整改重熔ODF 側(cè)8 芯光纜由FC/UPC 更換為FC/APC，查看誤碼率發(fā)現(xiàn)近端機(jī)光模塊誤碼率0.12%，合路器誤碼率為0.00%，分路器誤碼率為0.01%，網(wǎng)管告警消失。

2.電源線路故障

交流屏兩路電源切換后，部分站點(diǎn)直放站對應(yīng)的交流屏空開(含有漏電保護(hù))會跳斷，直放站的對應(yīng)本機(jī)柜空開(不含漏保)未斷。 比較典型的是化工園站點(diǎn)電源兩路市電切換時，直放站對應(yīng)的交流屏空開跳斷，導(dǎo)致近端機(jī)和區(qū)間遠(yuǎn)端機(jī)斷電。 多次排查測量，發(fā)現(xiàn)交流屏接入直放站機(jī)柜PDU 的火線和零線的接法與其他站點(diǎn)PDU 的接法相反。

PDU 的火線和零線接反，導(dǎo)致遠(yuǎn)端機(jī)電源防雷器的火線(L)和零線(N)接反，壓差正常；當(dāng)兩路市電切換時，零線N的電壓短時間大波動，導(dǎo)致交流屏的漏?？臻_跳斷。 調(diào)整PDU 的火線和零線的接線后，市電切換時交流屏空開未跳斷。 為避免擴(kuò)大故障影響范圍，近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)的取電在交流屏側(cè)分開。

借鑒此故障，直放站電源線路需關(guān)注兩點(diǎn)：第一，直放站既有機(jī)房設(shè)備近端機(jī)也有區(qū)間設(shè)備遠(yuǎn)端機(jī)，特別是高架站點(diǎn)，遠(yuǎn)端機(jī)裸露在室外。 避免區(qū)間設(shè)備遭雷擊或短路時，影響機(jī)房內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行，室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備交流屏側(cè)的空開必須分開。 第二，直放站的空開需采用3 聯(lián)式空開，不建議用2 聯(lián)式的，遠(yuǎn)端機(jī)電源線本地和機(jī)房端都接有防雷器，防雷器有火線、零線、地線，采用3 線電源線。

(二)軟件類故障

軟件類故障比較常見的是無法登錄設(shè)備和設(shè)置方面的故障。

運(yùn)營兩年后，多個站點(diǎn)出現(xiàn)RMC 無法登錄站點(diǎn)直放站的故障，區(qū)間場強(qiáng)為-70dBm 左右，終端測試通話正常。 斷電重啟近端機(jī)或遠(yuǎn)端機(jī)，故障可恢復(fù)，RMC 可登錄。 此類故障多是主控板長時間運(yùn)行，數(shù)據(jù)有堵塞現(xiàn)象，為避免此類故障，季度保養(yǎng)時，定期重啟，此后此類故障出現(xiàn)的很少。

設(shè)置方面的故障都發(fā)現(xiàn)于試運(yùn)營期，主要是射頻上下行的設(shè)置。 第一種是功放未打開，如大廠站的遠(yuǎn)端機(jī)，調(diào)度人員反饋大廠至葛塘區(qū)間，司機(jī)與行調(diào)通話時，司機(jī)可聽到行調(diào)的語音，行調(diào)聽不到司機(jī)的聲音。 班組人員測試區(qū)間場強(qiáng)，場強(qiáng)大小都在-68dBm 左右，沒有低于-110dBm 區(qū)域，區(qū)間場強(qiáng)是正常的。 通過RMC 進(jìn)入遠(yuǎn)端機(jī)，查看設(shè)置，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)端機(jī)上行功放的設(shè)置為“OFF”，常規(guī)狀態(tài)應(yīng)是“ON”。 上行功放未打開導(dǎo)致司機(jī)的語音未上傳。 更改為“ON”后，雙向測試通話正常。 第二種鏈路增益設(shè)置不合理導(dǎo)致鏈路飽和告警，如龍池站下行鏈路飽和度到達(dá)預(yù)定級別，打開直放站管理，將下行鏈路衰減增大1dBm，故障恢復(fù)。 由于區(qū)間長短不一，故上下行的增益設(shè)置需根據(jù)區(qū)間有適當(dāng)調(diào)整。

(三)硬件故障

直放站硬件類故障比較常見是光收發(fā)模塊、電源模塊及遠(yuǎn)端機(jī)柜門的告警。

1.光收發(fā)模塊故障

光收發(fā)模塊故障在近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)側(cè)都有可能發(fā)生，近端機(jī)故障處理容易，通過“hard repalce ”這個指令更換即可。遠(yuǎn)端機(jī)側(cè)操作麻煩，如高新開發(fā)區(qū)遠(yuǎn)端機(jī)2 告警，遠(yuǎn)端機(jī) 一般告警—通信出錯(errors in the communication)，RMC 登陸遠(yuǎn)端機(jī)，發(fā)現(xiàn)光纖單元列表里的信息(溫度、接收光功率等)全無；通過RMC 登錄近端機(jī)查詢此遠(yuǎn)端機(jī)的誤碼率達(dá)到17.34%。 手持臺終端測試，高新至信息區(qū)間2/3 處測試場強(qiáng)在-95db 左右，車載臺通話不理想；OTDR 儀測試光路未發(fā)現(xiàn)衰耗大斷點(diǎn)。 故判定遠(yuǎn)端機(jī)的光收發(fā)模塊不正常，夜間請點(diǎn)去區(qū)間更換光模塊，開箱拆換光收發(fā)模塊，重新設(shè)置后告警消失。 遠(yuǎn)端機(jī)的誤碼率也降低至0.2%，RMC 可以登錄遠(yuǎn)端機(jī)，光纖列表的信息也正常顯示。

2.遠(yuǎn)端機(jī)柜門告警

遠(yuǎn)端機(jī)為區(qū)間戶外設(shè)備，防水等級為IP66。 若出現(xiàn)柜門告警，需重視，防止戶外雨水和灰塵進(jìn)入遠(yuǎn)端機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致板件損壞。 車站多個站點(diǎn)出現(xiàn)過柜門告警，告警內(nèi)容為“door is open”，區(qū)間查看，多數(shù)柜體緊閉并上鎖，外形看無異常。 測試發(fā)現(xiàn)兩種可能：一是遠(yuǎn)端機(jī)柜門確實打開，未完全貼合關(guān)好，需重新開關(guān)；二是柜門的檢測彈片有松動，這屬于誤告警類，撥動柜門彈片后再關(guān)閉柜門，故障消失。

3.電源模塊告警

電源模塊告警比較多的是溫度告警和單個電源不工作。夏季位于室外區(qū)間的遠(yuǎn)端機(jī)電源模塊常有溫度過高的告警提示，正常至夜間會消失。 遠(yuǎn)端機(jī)工作的環(huán)境溫度是-25℃～55℃，設(shè)備工作正常，溫度不超過55℃，此告警可以忽略。近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)電源模塊為冗余配置，當(dāng)其中一塊電源有問題時，設(shè)備可正常工作，可等運(yùn)營結(jié)束后更換。 隨著運(yùn)營年限的增加，電源模塊故障越來越多，故在維保時需多申購電源模塊備件。

四、 總結(jié)

直放站維保在地鐵運(yùn)營中是持續(xù)性工作，維保人員擁有專業(yè)知識基礎(chǔ)和豐富的故障經(jīng)驗積累，才能掌握直放站運(yùn)行的特性，及時判斷出故障點(diǎn)及采取相應(yīng)的措施，并針對相關(guān)的特性優(yōu)化檢修措施，修訂檢修規(guī)程。 文章著重梳理直放站施工安裝的注意事項和設(shè)備的硬件基礎(chǔ)，并從鏈路、硬件、軟件三個方面介紹現(xiàn)場發(fā)生的故障、對應(yīng)的排查方法和最終的處理措施，供后續(xù)維保和故障處理借鑒。