GSM-R寬帶光纖直放站淺析

潘鋒利

（中鐵一局集團電務工程有限公司，陜西 西安 710054）

GSM-R寬帶光纖直放站淺析

潘鋒利

（中鐵一局集團電務工程有限公司，陜西 西安 710054）

介紹了GSM-R光纖直放站用途和特點，闡述了其系統構成以及近端機、遠端機、光纖直放站工作方式，從主機、天線、接地、防雷等方面分析了直放站施工時的注意事項。

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無線信號中繼系統，主要是為解決GSM-R移動通信網絡中的無線信號盲區和弱信號區的覆蓋問題而設計的。GSM-R無線信號在傳輸過程中受地形條件、建筑物阻擋等因數的影響，不可避免地存在信號盲區和信號弱區，給鐵路通信的工作帶來極大的不便。信號弱區和信號盲區這類地區的地形往往比較復雜，有山區、隧道、丘陵、大區間等，無線信號不能完全覆蓋整個區間，造成無線場強的盲區，給鐵路運輸安全帶來了隱患，嚴重時甚至導致事故。這類地帶往往是一個較封閉的區域，但在其邊緣有較強的無線信號。

2 GSM-R光纖直放站的優點

作為實現無線信號覆蓋的方式之一，直放站與基站相比較，主要體現在以下幾個方面的優點。

2.1 同等覆蓋面積時，使用直放站投資較低

在平原地區室外一個全向基站可以有10 km覆蓋半徑；一個全向直放站可以有4 km覆蓋半徑；就覆蓋面積而言，6個直放站約相當于一個基站。6個直放站的設備價約為一個基站的80%。但考慮到機房租用和裝修、交直流電源、空調、傳輸系統和電路租金等費用，6個直放站的費用只相當于一個基站的50%，甚至更低。

2.2 覆蓋靈活

一個基站基本上是圓形覆蓋，多個直放站可以組織成多種覆蓋形式。如“一”字型排開，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，特別適合于山區組網。

2.3 設備更換方便

在組網初期，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。用戶發展起來后現更換為基站，替換下來的直放站再進一步放置在更邊緣的地區，這樣一步步地滾動發展。

2.4 安裝方便

由于不需要土建和傳輸電路的施工，建網迅速。所以，直放站作為掃除信號盲區，實現無縫覆蓋的有效措施之一，以其價格低廉、施工快捷、覆蓋效果良好等優點，在無線通信網絡中得到了廣泛應用。

3 工作原理

3.1 近端機工作原理

近端機由射頻單元（RFU）、光端元（OEU）、控制單元（MCU）、電源單元（PWR）和網管單元（OMU）等幾部分組成，具體見圖1。

圖1 GSM-R寬帶光纖直放站近端機構成框圖

近端機可以接插4個OEU（擴展型近端機可以插10個OEU）；具有漏纜檢測系統和動力監控系統接口及輔助報警接口。

控制總線分為RS485和RS232，外部總線通過光端機和遠端機連接，也可以和遠端機處的漏纜監測、動力環境監控及其他設備連接，形成一個廣域485網。網管可以通過RS232、以太網，或GPRS數據接口對近端機進行實時監控。

3.2 遠端機工作原理

遠端機通過通信光纖與近端機連接，把近端機送入的光信號還原成RF信號，并將此信號進行放大后將信號覆蓋到弱場區。

它主要由射頻部分、光電信號轉換部分、電源部分、監控部分等4個部分組成，具體構成直放站遠端機原理見圖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關選擇工作功放。采用功放熱備份的方式，可以從一定程度上提高系統的可靠性。

電源部分可以由一個電源模塊組成，也可以由兩個電源模塊并聯組成，實現電源熱備份的功能，主備電源同時正常工作時，分別承擔一半系統的功耗，可適當提高電源壽命；當其中一只電源模塊出現故障時，由另一只電源模塊工作。這種電源熱備份的設計方式大大提高了系統的可靠性。

3.3 直放站系統工作方式

圖2 直放站遠端機原理框圖

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輸入近端機，近端機將射頻信號進行電/光轉換后經光纜傳輸至遠端機，遠端機接收來自近端機的信號，經過光/電轉換后輸入下行放大組件，信號進入功率放大器進行下行信號放大，然后經雙工器輸出至重發天線，覆蓋所需的空間，達到轉發信號覆蓋盲區的目的；重發天線接收到移動臺的上行信號后通過射頻電纜傳送給遠端機，信號通過遠端機上行組件，雙工器、低噪聲放大器后，由光端機進行電/光轉換，然后通過光纖傳輸至近端機，近端機將信號進行光/電轉換后耦合至基站，以此建立信號盲區或弱信號區的上行通信鏈路，保證信號盲區或弱信號區能夠正常通話。

圖3 光纖直放站系統工作原理圖

4 直放站施工

4.1 主機安裝

直放站主機的安裝位置應無強電、強磁和強腐蝕性設備的干擾和影響，要保證主機便于調測、維護和散熱。在條件允許的情況下應盡量安裝在室內。對于室外安裝的主機，需有防水、防曬和防破壞的措施。對于室內安裝的主機，室內溫度、濕度不能超過主機正常工作溫度和濕度的范圍。主機機架的安裝位置應符合設計方案的要求，并應保證機架底部距離地面1.2 m。連到主機的電源線不能和其他電纜捆扎在一起，主機輸入交流電必須火線、零線相對應，不能反接。所有與設備相連的電纜要求接觸良好，不能有松動的現象。饋線連接處駐波比必須小于1.3。饋線需要彎曲時，要求彎曲角保持圓滑。

4.2 天線安裝

天線的各類支撐件應結實牢固，鐵桿要垂直，橫桿要水平，所有鐵件材料都應做防氧化處理。天線必須牢固地安裝在其支撐件上，高度和位置應符合設計方案的規定。天線與跳線的接頭應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符合設計方案的要求。施主天線的指向可以在設計方案的基礎上進行微調。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，主機設備接地、饋線接地都應使用接地件和截面積為16 mm2的接地線，并且接地點應在近直放站一端。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大于90°，曲率半徑大于130 mm。天線支撐件等室外設施都應接地，并且接地電阻小于4 Ω。

抱桿避雷針的直徑為12～14 mm，長度60～80 cm，電氣性能良好，且接地良好。室外天線都應在避雷針的45°保護角之內。

5 總結

直放站在整個移動通信網絡中只是一種補充，與基站等主設備相比，其技術含量不高。直放站在網絡中應用性能的好壞及對整個網絡的影響，更多地是依靠工程技術人員在設計、安裝、調試等各個環節中的把握。因此，了解一下直放站的原理和應用對于充分利用直放站的性能、提高網絡質量是十分必要的。

[1] 高健.直放站的原理與應用[J].中國無線電.2005,7（3）:30-23.

[2] 白偉軍.光纖直放站的設計與施工 [J].鐵道通信信號.2007,43（4）:47-48.

[3] 蔣政民.光纖直放站的應用與維護 [J].鐵道通信信號.2006,42（10）:51-52.

[4] 向志華.GSM-R光纖直放站應用簡要分析[J].鐵道工程學報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