淺談由于直流阻斷器故障導致弱覆蓋問題處理

李新強

（朔黃鐵路發展有限責任公司原平分公司 山西 原平 034100）

1 引言

2014年9 月，朔黃鐵路LTE-R寬帶無線移動通信系統正式投入使用，為機車無線重聯、可控列尾、無線列調通信、調度命令、車次號校核等核心業務提供通信平臺。LTE-R網絡的優質運行是兩萬噸機車開行的安全保障，而良好無線場強覆蓋是保障LTE-R系統優質運行的前提。

2 漏纜覆蓋在原平分公司管段內的應用

朔黃鐵路原平分公司所轄線路穿行于恒山、云中山山脈和太行山系，線路高挖深填、橋隧相連，為更好地解決LTE網絡覆蓋問題，漏纜覆蓋作為解決隧道內及隧道間短距離覆蓋的主要手段，在原平分公司管段內得到了廣泛的應用。漏纜覆蓋主要集中在神池南至北大牛，南灣至古月區間。直流阻斷器作為漏纜覆蓋場景中保證主設備及人員安全的安全器材，在原平分公司也得到大量使用。直流阻斷器故障后，將嚴重影響LTE-R系統無線信號傳播，出現弱覆蓋問題。本文基于長期的LTE-R無線網絡維護優化工作，對直流阻斷器故障導致弱覆蓋問題處理進行簡單分析。

3 直流阻斷器的概念及作用

直流阻斷器（DC-biock），顧名思義是一種隔直流器件，在采用漏泄電纜的隧道分布系統中，直流阻斷器主要用于漏泄電纜上，從結構上來講可以看作是一種耐高壓的電容器。其工作原理就是阻斷直流通路，同時不影響高頻無線信號的傳輸。從結構上說，直流阻斷器主要有3種：第1種是內導體阻斷，而外導體連通；第2種是外導體阻斷，內導體連通；第3種是內外導體同時阻斷。朔黃鐵路原平分公司使用的是第3種內外導體同時阻斷的直流阻斷器。

4 直流阻斷器在漏纜覆蓋場景中的作用

在采用漏泄電纜的隧道無線分布的LTE-R系統中，由于泄漏電纜距離高壓動力接觸網的距離較近，泄漏電纜的內外導體上都會存在一定強度的感應電壓，而且感應電壓的大小與泄漏電纜的長度與高壓動力網電流成正比。一般來講，內導體的感應電壓主要對主設備的安全造成威脅，同時，外導體上的感應電壓會對維護人員的人身安全造成威脅。在工程上，一般采取外導體接地來降低這種人身風險，同時，對于泄漏電纜加裝內外導體的直流阻斷器，以進一步保證主設備及人員的安全。原平分公司管段內漏纜覆蓋場景廣泛使用了直流阻斷器，以保證主設備及人員的安全。

5 直流阻斷器故障損壞的原因及對漏纜無線信號傳輸的影響

如果漏泄電纜距離高壓動力接觸網距離較近，漏泄電纜內外導體上都會存在一定強度的縱向感應電動勢，當感應電壓過大時，直流阻斷器作為一種保護器材，將被擊穿燒毀。直流阻斷器損壞狀態、正常狀態見圖1、圖2，直流阻斷器燒毀故障后，依據其工作原理，高頻無線信號將無法進行傳播，造成無線信號傳播中斷，出現弱覆蓋問題[1]。

圖1 直流阻斷器損壞圖

圖2 直流阻斷器正常圖

6 直流阻斷器故障的排查方法

直流阻斷器故障可以通過日常LTE網絡優化測試進行排查。

LTE網絡優化測試中信號強度（RSRP）是重要的測試指標。作為隧道內漏纜覆蓋場景，正常覆蓋模型為兩小區的信號強度呈線性衰減，即當測試終端在兩小區覆蓋內移動時，RSRP值自RRU-0站點位置起向遠離RRU-0站點方向平滑衰減，直至切換至另一小區RRU-1后，RSRP值呈平滑遞增并在到達RRU-1站點位置時RSRP達到最大峰值。RSRP變化與RRU站點位置關系見圖3。

圖3 RSRP變化與RRU站點位置關系圖

而當漏纜的某一位置的直流阻斷器故障后，無線信號無法進行傳播，將造成RSRP值阧降，出現明顯的弱覆蓋[2]。

問題區域K018+720至K019+699區間，軌道車下行方向行駛時B網RSRP變化明顯出現異常，見圖4。在終端占用K019+669小區信號時RSRP雖呈線性衰減，但在切換前電平已降至-90 dbm以下，切換時電平阧降至-141 dbm，切換至K018+720小區后電平阧升至-70 dbm。

圖4 RSRP變化異常圖

我們將此過程的軌跡圖進行放大分析，如圖5。終端自K019+699向K018+720移動時，在黃色虛線區域占用K019+699 RSRP已經明顯降低（-90 dbm以下），在紅色區域降低至-141 dbm，切換至K018+720后在粉色虛線區域RSRP明顯大幅提升（-85 dbm以上）。這種現象與正常情況下的漏纜覆蓋模型存在明顯的偏差。

圖5 問題點軌跡放大圖

造成此現象的主要原因為在紅色區域由于漏纜原因導致K018+720站點RRU發射信號未能有效地（或是直接阻斷不能進行信號泄露）向K019+699方向傳播，即在黃色虛線區域K018+720站點信號僅為空間雜散信號而不是通過漏纜泄露的正常信號。反觀K019+699站點向K018+720方向的信號，由于黃色虛線區域已經距離K019+699較遠，RRU發射的信號在強度上不足以對其進行有效覆蓋，故RSRP降低至-90 dbm以下。

7 直流阻斷器故障點的位置判斷方法

由于隧道內GPS無法鎖定衛星，不能提供正常的位置信息。我們只能通過軌道車車速與經過RRU站點及電平阧降點（直流阻斷器故障點）的時間差進行估算。此種算法雖存在一定的誤差，但基本位置定位是可以參考的[3-4]。

RRU站點的判斷：由于漏纜信號呈線性平滑衰減，即當電平值最強時（峰值）認為是RRU站點位置。估算示意見圖6。

圖6 直流阻斷器故障點的位置估算示意圖

故障點與RRU站點距離=車速×RRU站點至電平故障點的時間差

舉例說明：假設相關數值如下：車速=60km/h；機車到達RRU站點時間為8:10:25；機車到達故障點時間為8:10:58。

計算如下：時間差=8:10:58-8:10:25=33 s；車速（換算為m/s）=60 km/h×1000/3600=16.67 m/s；故障點與RRU站點距離=車速×時間差=33 s×16.67 m/s=550 m。

7 結論

及時對直流阻斷器故障的排查定位處理，將有效地保障朔黃LTE-R系統的優質運行，以期更好地完成無線場強覆蓋的日常維護工作。通過日常軌道車網絡優化測試，重點對漏纜覆蓋區域的信號強度（RSRP）進行分析，可以快捷有效地排查直流阻斷器故障導致的弱覆蓋問題，并通過計算車速、時間段及RRU等的相對位置來定位直流阻斷器故障點[5]。