光纤直放站+时延模块技术在大型铁路编组站中的应用研究

王振海

(中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处,西安 710043)

光纤直放站+时延模块技术在大型铁路编组站中的应用研究

王振海

(中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处,西安 710043)

利用GSM-R实现调车业务，有利于克服传统400 MHz无线通信的诸多缺点，实现话音、调车指令同时传输，调车作业单无纸化传送，满足编组站综合自动化的需要，提高劳动效率，保证安全生产。针对新丰镇编组站地区特殊的线路情况，提出采用光纤直放站+时延模块技术对编组站进行场强覆盖。通过无线网络规划、模拟测试等手段，有效解决新丰镇编组站和郑西客运专线间的频率干扰、多径干扰问题。

铁路编组站；无线网络规划；光纤直放站；时延模块

随着铁路大型编组站综合自动化程度的不断提高,在编组站地区迫切需要GSM-R系统与综合自动化系统有机结合,为其提供移动通信服务,提高编组站运输生产效率,推动铁路通信技术的发展。新丰镇首次将GSM-R技术应用于编组站［1],其带宽仅4 M,用传统宏基站覆盖方式面临众多难题,增加了频率干扰,严重危及行车安全［2]。因此,对大型编组站GSM-R无线覆盖方案进行研究,具有重要的现实意义。

1 新丰镇地区GSM-R网络现状

新丰镇编组站北接包西线,南接西康线、宁西线,陇海线横贯东西,北邻郑西客运专线,与郑西客运专线的最小间距小于500 m。

新丰镇编组站由三级七场组成,分别为上行/下行到达场、上行/下行调车场、上行/下行出发场和交换场。整个编组站东西长约11 km,南北宽约800 m［3]。

新丰镇编组站直放站和郑西客运专线基站位置如图1所示。郑西客运专线和新丰镇编组站无线通信均采用GSM-R系统,经频率规划,郑西客运专线1至6号基站的使用频点分别为1014/1018、1001/1003、 1007/1009/1011、1005/1013、1002/1018和1000/ 1010。新丰镇编组站基站的使用频点为999、1015和1017。新丰镇编组站的直放站也从1至6进行编号。

图1 新丰镇编组站直放站和郑西客运专线基站位置示意

为避免新丰镇编组站GSM-R系统与郑西客运专线GSM-R系统相互干扰,场强覆盖需达到以下标准。

新丰镇编组站场强覆盖最小可用接收电平:机车车顶天线处达到-92 dBm(满足95%时间地点覆盖概率),并应保证作业人员手持台使用的覆盖要求［4]。郑西客运专线场强覆盖最小可用接收电平:机车车顶天线处达到-92 dBm(满足95%时间地点覆盖概率)［5]。

新丰镇编组站GSM-R系统的同频C/I≥12 dB,邻频C/I≥-6 dB［6]；郑西客运专线GSM-R系统正常工作时同频C/I＞25 dB,邻频C/I＞7 dB,降级工作时同频C/I＞15 dB,邻频C/I＞-3 dB［7]。

2 新丰镇编组站基站子系统场强覆盖方案

由于新丰镇编组站与郑西客运专线存在邻频,采用两处基站直接进行覆盖会干扰郑西客运专线的GSM-R系统,无法满足上述系统标准。本方案采用新设1处基站(不用基站天线进行覆盖),1处光纤直放站近端机(与基站同址),多处光纤直放站远端机,利用多处直放站天线进行覆盖。同时每处光纤直放站远端机均设时延模块,时延模块将收到的信号先进行存储,延时一定的时间,再取出进行发送,由此可以将近远端机间光缆长度不同引起的时间延时调整至同一数值。时延模块的最大时延为100 μs,时延精度为0.5 μs［8]。经多次GSM-R无线网络规划、现场踏勘、参数调整(直放站位置、天线高度、天线方向角等)和模拟测试,最终确定在新丰镇编组站设置6处光纤直放站远端机,每处直放站天线架设在15 m高的铁塔上,采用前后功率比为28 dB、半功率角为90°的定向天线,机械下倾角为5°,天线挂高13 m,直放站输出功率29 dBm。将编组站基站信号场强覆盖控制在编组站范围内。新丰镇编组站内测试结果如图2所示,经分析得出以下结论。

(1)新丰镇编组站全部区域满足地面手持台接收天线处最小可用接收电平≥-92 dBm的设计要求。

(2)新丰镇编组站全部区域满足同频C/I≥12 dB,邻频C/I≥-6 dB的要求。

图2 新丰镇编组站信号和郑西客运专线信号在编组站内的对比［9]

在郑西客运专线上测试结果如图3所示,新丰镇编组站对郑西客运专线干扰分析如下。

图3 新丰镇编组站信号和郑西客运专线基站邻频信号在郑西客运专线的对比［9]

郑西客运专线新临潼附近与新丰镇编组站GSMR光纤直放站有邻频关系的基站是5号基站,该基站TCH为1018,与最近的新丰镇编组站六场直放站距离为3.3 km。在郑西客运专线测试时,新丰镇编组站直放站信号在郑西客运专线接收电平值比郑西客运专线当前服务小区电平值低12～22 dB。

当客运专线4号基站正常工作时,客运专线4号基站覆盖范围内信号接收电平比编组站直放站信号电平高12～22 dB,满足郑西客运专线邻频C/I≥7 dB的要求。当客运专线4号基站因某种原因失效,导致该基站附近的客运专线沿线由与之相邻的3号和5号基站覆盖时,有以下3种情况:

(1)由3号基站覆盖的3号基站与4号基站之间单侧沿线客运专线信号接收电平仍比编组站直放站信号高12～22 dB,满足郑西客运专线邻频C/I≥7 dB的要求；

(2)由5号基站覆盖的本基站两侧客运专线信号接收电平比编组站直放站信号高大于12 dB,满足郑西客运专线邻频C/I≥7 dB要求；

(3)由5号基站覆盖的4号基站根部东侧1 km沿线,此处正好位于编组站六场直放站(6号)背面,客运专线信号接收电平比编组站直放站信号高2～4 dB,满足郑西客运专线降级工作时邻频C/I≥-3 dB的要求。

3 新丰镇编组站GSM-R系统时间色散分析

时间色散主要指由同一信号经过不同传输路径(传输时间)先后到达接收端会造成码间干扰［10]。GSM-R采用均衡技术来克服时间色散［11]。GSM-R规范要求均衡器应能处理的时延高达15 μs［12]。时间差大于15 μs的多径信号认为是主信号的同频干扰信号,此时若主信号与多径信号电平差不大于12 dB(考虑3 dB的富余量)［13],则存在时间色散。无线电波在空气中的传播速度为300 m/μs,在光纤中传播的速度为200 m/μs［14]。

新丰镇编组站轨道密度大,地形复杂,实际选取的由光纤直放站近端机至远端机的光缆经路如图1所示。信号由直放站近端机至各直放站远端机的传输时延计算如表1所示。

表1 信号在光缆和时延模块中的传输时间

假设终端在位于5号光纤直放站附近,此时终端至2、3、4、5、6号直放站的距离如图4所示。

图4 新丰镇编组站终端和直放站相对位置示意（单位：m)

由终端发射的信号经过不同传输路径到达基站的传输时延计算如表2所示。

表2 信号经过不同路径的传输时延

由表2可以看出,各条传输路径相对于L5的信号时延均小于15 μs,满足GSM-R规范要求,不会产生时间色散。新丰镇编组站每个直放站的覆盖半径约1 000 m,当两条路径的距离差值大于L1-L5=4 100 m时,已远远超出直放站的覆盖距离时,在覆盖距离内两路信号电平差远大于12 dB,也不会产生时间色散［15]。

综上所述,新丰镇编组站在我国首次采用光纤直放站+时延模块并配合使用高前后比的90°定向天线进行场强覆盖,可以有效解决新丰镇编组站和郑西客运专线的频率干扰问题,理论上可以满足新丰镇编组站调车作业对无线通信的要求。

参考文献：

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［4] 吴克非.中国铁路GSM-R移动通信系统设计指南［M].北京:中国铁道出版社,2008.

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［9] 中国铁道科学研究院.新丰镇编组站GSM-R综合无线通信系统场强覆盖及干扰测试测试报告［R].北京:中国铁道科学研究院,2010.

［10]方嬿.太中银铁路隧道区段弱场补强解决方案研究［D].北京:北京交通大学,2008.

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APPlication Research of Fiber OPtic RePeater Plus Delay Module Technology in Large-scale Railway Marshalling Station

WANG Zhen-hai
(Communication and Signaling Department,China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Xi'an 710043,China)

Using GSM-R technology in railway shunting operation can be useful to overcome many shortcomings in traditional 400 MHz wireless communication,achieve simultaneous transmission of both the speech sound and railway shunting instruction,fulfill paperless transmission of railway shunting work ticket,meet the requirement of comprehensive automation in railway marshaling station,improve work efficiency and ensure the safety in production.This paper,focusing on the special situation of railway lines in the Xinfengzhen marshalling station,proposed that there should be the fiber optic repeater plus delay module technology used for field intensity coverage in this marshaling station.It is proved by practice that the problems of frequency interference and multi-pass interference between the Xinfengzhen marshalling station and the Zhengzhou-Xi'an railway passenger dedicated line can be solved by using wireless network planning,simulation test and other relevant methods.

railway marshalling station；wireless network planning；fiber optic repeater；delay module

U285.2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.030

1004-2954(2014)07-0131-03

2013-12-10；

2013-12-27

王振海(1981―),男,工程师,2008年毕业于北京交通大学,工学硕士。