无线调车机车信号和监控系统实际应用中无线通信解决方案研究

王 朋

(卡斯柯信号有限公司，上海 200071)

1 概述

随着无线调车机车信号和监控系统（STP）在调车站的广泛推广，其STP 系统自身的高效性和安全性越来越被铁路运输部门所认可。STP 系统通过车地无线通信的方式，来防护调车作业的安全，具备防护调车机越过停车点、防护调车机运行速度超过当前线路限速、无线传送作业单等功能。STP 系统的运行取决于车地间无线网络的通信链路是否正常，当站场内存在高建筑物、隧道、远距离传输等环境时，会造成无线通信中断或者信号强度减弱，影响STP 系统的正常运行。本文给出3 种无线通信解决方案。

2 无线通信解决方案

2.1 双电台中继系统

双电台中继系统适用于站场条件相对空旷无遮挡，距离较远信号强度不够且地面机柜到中继柜位置无法用光纤联通的情况。该系统主要由双电台中继柜和切频无源应答器组成，系统原理如图1 所示。

图1 双电台中继系统原理图Fig.1 Principle diagram of dual radio relay system

地面天线和中继柜中电台1 使用的频点保持一致，定义频点为fA，电台2 使用的频点定义为fB，电台1 和电台2 通过串口或者网线的连接方式进行数据交换，切频无源应答器须安装在2 个频点都能覆盖的区域内，且信号良好。

当调车机处于位置1 区域内时，使用频点fA与地面系统进行数据交互；当调车机处于位置2 区域内时，机车压过地面切频应答器后，由频点fA切换到频点fB；当调车机处于位置3 区域内时，机车使用频点fB与电台2 进行数据交互，而电台2 和电台1 之间通过串口或者网线方式进行通信数据的交换。之后电台1 再和STP 地面系统进行通信数据的交换，从而解决地面电台信号覆盖不了机车位置3 区域范围的问题。

2.2 单电台中继系统

单电台中继系统方案适用于站场存在短隧道、建筑遮挡等环境，单电台中继系统由安装位置分离的两个中继柜组成，两个中继柜分别放置在遮挡物（隧道、建筑遮挡等）合适位置的两侧，每个中继柜内各装一个电台，中继柜间通过光纤联通。单电台中继系统原理如图2 所示。

图2 单电台中继系统原理图Fig.2 Schematic diagram of single radio relay system

地面天线和单电台中继柜1 中的电台1 使用的频点一致，定义频点为fA，单电台中继柜2 中的电台2 使用的频点定义为fB，单电台中继柜1 和2 通过光纤连接方式进行数据交换，切频无源应答器须安装在两个频点都能覆盖的区域内，且信号良好。

当调车机处于位置1 区域内时，使用频点fA与地面系统进行数据交互；当调车机处于位置2 区域内时，机车压过地面切频应答器后，由频点fA切换到频点fB；当调车机处于位置3 区域内时，机车使用频点fB与电台2 进行通信数据的交换，电台2 通过光纤通道与电台1 进行通信数据的交换。之后电台1 再与STP 地面系统进行通信数据的交换，从而解决因遮挡物遮挡的区域范围地面信号覆盖不到的问题。

2.3 无线移频中继系统

无线移频中继系统方案无需加装应答器和光缆，特别适应在铁路沿线的隧道、山区、林区等环境，且区域相对封闭，地理情况复杂，由于地势的特殊性，存在大量信号的弱区、甚至盲区。而这些区域采用传统的覆盖方式，运营商将面临着投资大、建设周期长等问题，必须采用特殊手段覆盖该类区域。本系统采用移频技术，将铁路400 M 信号移频到中频200 M 频段，充分利用中频频率波长长，空间衰落小，绕射能力强的特点，增强信号传输的能力。

本系统设备由主机和分机组成，可以灵活与基站配套使用，信道个数可根据需要选择，具有热备份功能提高设备的可靠性。可进行一对多配置（即一拖多），覆盖效率高，效果明显。

本系统由主机（近端机）和分机（远端机）组成。下行方向：主机可以从基站耦合信号，经变频和放大处理，调制到230 M 中频由定向天线发射出去。分机可以有一台到多台，分别实现一对一或者一对多的系统分布方式。分机从空中接收230 M 中频信号，经滤波、变频和放大处理后通过业务天线实现对目标区域的覆盖。上行方向：分机接收来自机车电台的信号，经变频、放大滤波处理，经230 M 定向天线发回近端主机。主机在接收到空中的230 M 后，经滤波、放大和变频处理，还原成机车电台信号，送回基站，完成整个通信的链路连接。无线移频中继系统原理如图3 所示。

图3 无线移频中继系统原理图Fig.3 Principle diagram of wireless frequency shifting relay system

其中，隧道自身封闭狭长的特性可引起无线信号在接收点快速起伏的现象，因此很难保证隧道内无线通信信号的通信质量。若采用一般的定向天线进行覆盖，其信号的传播方向与隧道的延伸方向一致，在隧道中使用定向天线覆盖并不能很好的解决隧道中接收点快速起伏的问题。根据山区铁路隧道的场景特点及覆盖难点，可采用无线移频中继系统+泄漏电缆的组网方式完成覆盖；泄漏电缆具有特殊的信号泄漏功能，其本身既是信号传输介质又有能量转换功能，其结构与普通的同轴电缆基本一致，可以很好地在隧道中解决无线信号的覆盖问题。泄漏电缆分为辐射型与耦合型，辐射型在耦合损耗及性能方面均优于耦合型，地铁覆盖中多选用辐射型泄漏电缆；应选用经频段优化、耦合损耗小、可靠度高的泄漏电缆。

3 总结

针对特定的站场条件，合理选择无线通信解决方案，可以有效地满足STP 系统正常工作的要求。文中提出的3 种方案，可以很好地解决存在的信号弱或者无信号问题，并且已经在实际的项目实施中得到应用，为STP 系统的正常运行提供可靠的保障。