漏纜監測系統在GSM—R中的應用

劉淑榮

摘 要：漏纜是GSM-R系統中信號覆蓋的一種主要方式，漏纜狀態的異常直接影響到鐵路的行車安全，本文設計的漏纜監測系統可以有效的檢測漏纜的工作狀態，節省鐵路通信線路的運維成本，為鐵路行車安全的發展起到了積極的推動作用。文中首先介紹了漏纜監測系統的組成及工作原理，其次闡述了系統設計中的關鍵參數選取和主要技術指標，最后講述了該監測系統在GSM-R的應用及不足。

關鍵詞：漏纜監測系統；漏纜監測單元；GSM-R

中圖分類號： F530.33 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）19-154-2

0 引言

為保證鐵路的行車安全，鐵路要求全線無線信號無縫覆蓋。我國鐵路多分布在山區、丘陵地帶，無線通信信號弱場覆蓋多采用泄漏同軸電纜（簡稱漏纜）方式，漏纜線路的安全及電氣性能的穩定，對無線通信系統的可靠覆蓋起到至關重要的作用。因漏纜線路故障導致的無線通信信號質量下降及中斷的事件屢有發生，嚴重影響鐵路列車的運行安全。為解決漏纜線路異常引起的無線通信信號異常，本文設計的漏纜監測系統，具有漏纜線路實時監測、故障信息主動上報等功能，為通信線路維護單位及時修復漏纜故障保證無線通信系統的可靠運行提供了有利保障。

1 漏纜監測系統組成與工作原理

漏纜監測系統由網管中心、通信網絡、漏纜監測單元及漏纜組成。網管中心輪詢漏纜監測單元的采樣數據、接收漏纜監測單元的報警信息，判斷漏纜的工作狀態；通信網絡負責傳輸網管中心與漏纜監測單元之間的通信數據；漏纜監測單元具有自檢測、發射信號檢測和接收信號檢測功能，2臺漏纜監測單元可以檢測一段漏纜的工作狀態，系統框圖如圖1所示。

漏纜監測單元主要由發射模塊和接收模塊組成，發射模塊是信號發生器，用來發射一定頻率的射頻信號，接收模塊是信號接收器，用來檢測接收到的射頻信號。被檢測的漏纜兩端分別連接2臺漏纜監測單元的發射模塊和接收模塊，信號在漏纜傳輸中存在一定的傳輸損耗。網管中心通過輪詢方式獲取2臺漏纜監測單元的發射信號和接收信號，計算漏纜的實際傳輸損耗。同時，網管中心根據維護人員配置的漏纜特性參數計算漏纜的理論傳輸損耗。通過實際傳輸損耗和理論傳輸損耗的差值判斷漏纜是處于正常狀態、破損狀態還是嚴重破損狀態。

2 漏纜監測單元的設計

2.1 漏纜監測單元組成

漏纜監測單元由電源模塊、射頻模塊、MCU、GPRS模塊及耦合器等組成。為保證漏纜監測單元可以正常檢測漏纜工作狀態，漏監測單元具有自檢測功能，可以檢測電源掉電、電源故障、發射模塊故障和接收模塊故障，并主動上報漏纜監測中心。

電源采用具有掉電檢測和故障檢測功能的電源模塊，通過電源檢測管腳輸出電平高低反映電源的工作狀態；射頻模塊包括發射模塊和接收模塊，發射模塊由一個信號發生電路組成，接收模塊由一個信號檢測電路組成；MCU通過RS-485與射頻模塊通信，獲取發射功率電平和接收功率電平，通過RS-232與GPRS模塊通信，GPRS模塊通過短信方式與網管中心進行數據通信，各部分連接示意圖如圖2所示。

2.2 檢測頻率選擇及軟件實現

漏纜監測單元的頻率選擇基于兩點考慮，首先，為實現多段檢測，同一漏纜監測單元的收發模塊采用不同的頻率，兩臺漏纜監測單元的收發模塊采用相同的工作頻率；其次，為避免射頻信號的干擾影響C網、G網設備的正常工作，同時體現GSM-R頻段的特性，需要漏纜監測單元的檢測頻率靠近GSM-R頻段；根據對漏纜的實際測試，800MHz左右的特性與GSM-R頻率的特性基本一致，700MHz以下的特性與GSM-R頻段特性對于故障的表現出現不一致，頻率相差越大，特性相差越大。805-885MHz和935-960MHz之間的頻率被C網和G網所占用，故本文設計的漏纜監測單元選用了748MHz和763MHz作為發射模塊和接收模塊的工作頻率。

漏纜報警門限的選取需要充分考慮各類線纜材質的正常損耗，在漏纜出現異常時及時告警，同時不會因為門限設置過低而產生誤告警，本文的漏纜監測系統報警的下門限為6dB，上門限為12dB。

網管中心采用網絡拓撲圖的方式，在配置界面中，可以配置漏纜的傳輸損耗（單位：dB/100m）、漏纜長度（單位：m）、漏纜的附加損耗（即接頭、天饋線損耗等），通過輪詢漏纜監測單元獲取連接漏纜的兩臺漏纜監測單元的發射功能電平和接收功率電平，使用以下公式計算漏纜的理論損耗和實際損耗，進行漏纜報警判斷。

理論損耗=傳輸損耗*電纜長度/100+附加損耗

實際損耗=發射功率電平-接收功率電平

在漏纜檢測單元沒有產生電源報警、發射模塊故障報警和接收模塊故障報警的前提下，當實際損耗-理論損耗<=下門限時，判斷為漏纜工作狀態正常；當下門限<實際損耗-理論損耗<=上門限時，判斷為漏纜發生了一般故障；當實際損耗-理論損耗>=上門限時，漏纜發生了嚴重故障。

2.3 主要技術指標

檢測靈敏度：≤-85dBm；

檢測信號發射功率：-30dBm2dB；

漏纜最小監測長度：≤200m；

漏纜最大監測長度：≥2000m；

測量誤差：≤1dB；

對GSM-R信號插入損耗：≤0.5dB；

特性阻抗：50Ω；

監測方式：GSM-R短信或RS-232；

監測協議：《GSM-R數字移動通信網設備技術規范第六部分：中繼傳輸設備統一監控管理系統》；

電源：AC220V30%；功耗：≤20W；

工作溫度：-40℃～+55℃；

相對濕度：95%（30℃）；

振動：10Hz～30Hz，0.75mm；30Hz～55Hz，0.25mm；

振動方向：正常工作方向；

外形結構：一體化鋁壓鑄機殼，滿足IP65防護等級。

3 漏纜監測單元在GSM-R中的應用

GSM-R系統中的無線信號覆蓋主要使用GSM-R直放站和漏泄同軸電纜，傳統的GSM-R直放站只能監控設備本身的工作狀態，無法檢測漏纜的工作狀態，通過在GSM-R直放站中內嵌漏纜檢測模塊實現無線信號覆蓋和漏纜檢測功能。在隧道兩端的漏纜，使用內嵌漏纜檢測模塊的直放站不經濟，使用上述的漏纜監測單元。

GSM-R網絡日常運營維護中，漏纜、天饋線等無源部件的故障占整個基站子系統故障的50%以上，漏纜監測系統能及時發現漏纜故障并上報監控中心，為鐵路無線通信系統可靠運行及高鐵行車安全提供了可靠保障，從技術手段上實現了漏纜工作狀態的檢測，為鐵路信號系統的維護提供便利。

4 不足方面的分析

本文設計的漏纜監測系統雖然可以有效檢測漏纜的工作狀態，但也存在一定的不足：

①很難檢測到短隧道的漏纜，因短隧道大多只有一個電源配電間（或設備間），很難解決此類漏纜監控單元的供電問題。

②不能進行故障定位。

對于供電問題，目前仍未有好的解決辦法；針對故障定位問題，可以通過檢測發射和接收信號，計算漏纜的回波損耗值，精確定位漏纜的故障點。

5 結束語

漏纜監測系統將線路巡檢人員從繁重的巡檢工作解放出來。本文設計的漏纜監測系統廣泛應用于GSM-R系統中監測漏纜的工作狀態，漏纜監測系統的通信采用的是短信通信方式，受限于短信的發送字節數限制，通信數據量較大時被分成多條短信進行發送，影響通信速度，同時存在丟短信的風險。后續的系統設計中，考慮增加以太網通信方式，根據漏纜監測單元的安裝位置，零活選擇通信方式，對于網絡布線容易的地區或漏纜易損的地區采用以太網通信方式，提高通信效率；對于網絡布線較困難的地區采用短信通信方式，節約布線成本。

參 考 文 獻

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