無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)實際應(yīng)用中無線通信解決方案研究

王 朋

(卡斯柯信號有限公司，上海 200071)

1 概述

隨著無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）在調(diào)車站的廣泛推廣，其STP 系統(tǒng)自身的高效性和安全性越來越被鐵路運輸部門所認可。STP 系統(tǒng)通過車地?zé)o線通信的方式，來防護調(diào)車作業(yè)的安全，具備防護調(diào)車機越過停車點、防護調(diào)車機運行速度超過當(dāng)前線路限速、無線傳送作業(yè)單等功能。STP 系統(tǒng)的運行取決于車地間無線網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路是否正常，當(dāng)站場內(nèi)存在高建筑物、隧道、遠距離傳輸?shù)拳h(huán)境時，會造成無線通信中斷或者信號強度減弱，影響STP 系統(tǒng)的正常運行。本文給出3 種無線通信解決方案。

2 無線通信解決方案

2.1 雙電臺中繼系統(tǒng)

雙電臺中繼系統(tǒng)適用于站場條件相對空曠無遮擋，距離較遠信號強度不夠且地面機柜到中繼柜位置無法用光纖聯(lián)通的情況。該系統(tǒng)主要由雙電臺中繼柜和切頻無源應(yīng)答器組成，系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 雙電臺中繼系統(tǒng)原理圖Fig.1 Principle diagram of dual radio relay system

地面天線和中繼柜中電臺1 使用的頻點保持一致，定義頻點為fA，電臺2 使用的頻點定義為fB，電臺1 和電臺2 通過串口或者網(wǎng)線的連接方式進行數(shù)據(jù)交換，切頻無源應(yīng)答器須安裝在2 個頻點都能覆蓋的區(qū)域內(nèi)，且信號良好。

當(dāng)調(diào)車機處于位置1 區(qū)域內(nèi)時，使用頻點fA與地面系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互；當(dāng)調(diào)車機處于位置2 區(qū)域內(nèi)時，機車壓過地面切頻應(yīng)答器后，由頻點fA切換到頻點fB；當(dāng)調(diào)車機處于位置3 區(qū)域內(nèi)時，機車使用頻點fB與電臺2 進行數(shù)據(jù)交互，而電臺2 和電臺1 之間通過串口或者網(wǎng)線方式進行通信數(shù)據(jù)的交換。之后電臺1 再和STP 地面系統(tǒng)進行通信數(shù)據(jù)的交換，從而解決地面電臺信號覆蓋不了機車位置3 區(qū)域范圍的問題。

2.2 單電臺中繼系統(tǒng)

單電臺中繼系統(tǒng)方案適用于站場存在短隧道、建筑遮擋等環(huán)境，單電臺中繼系統(tǒng)由安裝位置分離的兩個中繼柜組成，兩個中繼柜分別放置在遮擋物（隧道、建筑遮擋等）合適位置的兩側(cè)，每個中繼柜內(nèi)各裝一個電臺，中繼柜間通過光纖聯(lián)通。單電臺中繼系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 單電臺中繼系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic diagram of single radio relay system

地面天線和單電臺中繼柜1 中的電臺1 使用的頻點一致，定義頻點為fA，單電臺中繼柜2 中的電臺2 使用的頻點定義為fB，單電臺中繼柜1 和2 通過光纖連接方式進行數(shù)據(jù)交換，切頻無源應(yīng)答器須安裝在兩個頻點都能覆蓋的區(qū)域內(nèi)，且信號良好。

當(dāng)調(diào)車機處于位置1 區(qū)域內(nèi)時，使用頻點fA與地面系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互；當(dāng)調(diào)車機處于位置2 區(qū)域內(nèi)時，機車壓過地面切頻應(yīng)答器后，由頻點fA切換到頻點fB；當(dāng)調(diào)車機處于位置3 區(qū)域內(nèi)時，機車使用頻點fB與電臺2 進行通信數(shù)據(jù)的交換，電臺2 通過光纖通道與電臺1 進行通信數(shù)據(jù)的交換。之后電臺1 再與STP 地面系統(tǒng)進行通信數(shù)據(jù)的交換，從而解決因遮擋物遮擋的區(qū)域范圍地面信號覆蓋不到的問題。

2.3 無線移頻中繼系統(tǒng)

無線移頻中繼系統(tǒng)方案無需加裝應(yīng)答器和光纜，特別適應(yīng)在鐵路沿線的隧道、山區(qū)、林區(qū)等環(huán)境，且區(qū)域相對封閉，地理情況復(fù)雜，由于地勢的特殊性，存在大量信號的弱區(qū)、甚至盲區(qū)。而這些區(qū)域采用傳統(tǒng)的覆蓋方式，運營商將面臨著投資大、建設(shè)周期長等問題，必須采用特殊手段覆蓋該類區(qū)域。本系統(tǒng)采用移頻技術(shù)，將鐵路400 M 信號移頻到中頻200 M 頻段，充分利用中頻頻率波長長，空間衰落小，繞射能力強的特點，增強信號傳輸?shù)哪芰Α?/p>

本系統(tǒng)設(shè)備由主機和分機組成，可以靈活與基站配套使用，信道個數(shù)可根據(jù)需要選擇，具有熱備份功能提高設(shè)備的可靠性?？蛇M行一對多配置（即一拖多），覆蓋效率高，效果明顯。

本系統(tǒng)由主機（近端機）和分機（遠端機）組成。下行方向：主機可以從基站耦合信號，經(jīng)變頻和放大處理，調(diào)制到230 M 中頻由定向天線發(fā)射出去。分機可以有一臺到多臺，分別實現(xiàn)一對一或者一對多的系統(tǒng)分布方式。分機從空中接收230 M 中頻信號，經(jīng)濾波、變頻和放大處理后通過業(yè)務(wù)天線實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的覆蓋。上行方向：分機接收來自機車電臺的信號，經(jīng)變頻、放大濾波處理，經(jīng)230 M 定向天線發(fā)回近端主機。主機在接收到空中的230 M 后，經(jīng)濾波、放大和變頻處理，還原成機車電臺信號，送回基站，完成整個通信的鏈路連接。無線移頻中繼系統(tǒng)原理如圖3 所示。

圖3 無線移頻中繼系統(tǒng)原理圖Fig.3 Principle diagram of wireless frequency shifting relay system

其中，隧道自身封閉狹長的特性可引起無線信號在接收點快速起伏的現(xiàn)象，因此很難保證隧道內(nèi)無線通信信號的通信質(zhì)量。若采用一般的定向天線進行覆蓋，其信號的傳播方向與隧道的延伸方向一致，在隧道中使用定向天線覆蓋并不能很好的解決隧道中接收點快速起伏的問題。根據(jù)山區(qū)鐵路隧道的場景特點及覆蓋難點，可采用無線移頻中繼系統(tǒng)+泄漏電纜的組網(wǎng)方式完成覆蓋；泄漏電纜具有特殊的信號泄漏功能，其本身既是信號傳輸介質(zhì)又有能量轉(zhuǎn)換功能，其結(jié)構(gòu)與普通的同軸電纜基本一致，可以很好地在隧道中解決無線信號的覆蓋問題。泄漏電纜分為輻射型與耦合型，輻射型在耦合損耗及性能方面均優(yōu)于耦合型，地鐵覆蓋中多選用輻射型泄漏電纜；應(yīng)選用經(jīng)頻段優(yōu)化、耦合損耗小、可靠度高的泄漏電纜。

3 總結(jié)

針對特定的站場條件，合理選擇無線通信解決方案，可以有效地滿足STP 系統(tǒng)正常工作的要求。文中提出的3 種方案，可以很好地解決存在的信號弱或者無信號問題，并且已經(jīng)在實際的項目實施中得到應(yīng)用，為STP 系統(tǒng)的正常運行提供可靠的保障。