淺談異頻中繼在鐵路無線通信弱場區及隧道盲區的應用

　
　　一、引言
　　
　　在大鄭線新立屯至通遼西區間增建第二線工程中,有相鄰的甲、乙、丙三個站,由于增建二線,乙站拆除,甲乙兩站相距12.2km,乙丙兩站相距13.4km,甲站出站1km處上下行線各有一座長約500m的隧道,此1km內有較大曲線和路塹。因乙站車站臺拆除,致使甲、丙兩站間的無線列調電話通信出現弱、盲區,目前解決明區間弱場的方式主要有布放中繼臺及布放光纖直放站兩種,前者造價較低,但由于空間波不易控制,后者需要鋪設光纖,適合站間距離長,同時造價相對較大,為解決弱、盲區通信問題,針對本工程實際情況,設計中明區間采用異頻中繼,隧道內采用無漏纜隧道中繼器及特制平板天線的方案,設備選用華通時空通信技術有限公司的產品。現將工程有關情況簡介如下。
　　
　　二、系統組成
　　
　　本無線列調系統為450MHZ-C制式,弱場異頻中繼頻率為150MHZ。
　　(一)明區間弱場中繼設備
　　明區間弱場中繼設備由WJJ-11型首臺中繼器和WJJ-12型尾臺中繼器組成,首臺設在丙車站,尾臺設在弱場區邊緣的原乙站,通過首尾中繼器的中繼及無線轉發功能,實現車站臺與弱場區機車臺的通信。車站呼叫機車:站臺將呼叫機車的114.8HZ信令調制到F1發射(F1為457.7MHZ),首臺收F1解調出114.8HZ再調制到F2發射(F2為151.7MHZ。),尾臺收F2解調出114.8HZ再調制到F1發射,車臺收F1解調出114.8HZ后顯示被呼叫并發415HZ回鈴信號,經相應操作,雙方通話。機車呼叫車站:為上述反向流程,呼叫車站信令為123HZ。
　　(二)隧道內盲區中繼設備
　　WJS系列中繼器是解決無漏纜隧道內通信的專用設備,它由WJS-1型洞口中繼器、WJS-2型洞內中繼器、平板天線、連接洞內中繼器和平板天線的功分器、SYV-50-9射頻電纜和連接兩中繼器的中頻隔離器、YZW2X4.0控制電纜組成。其中控制電纜內既傳輸中繼器所需的220V交流電源又傳輸含有呼控信令的中頻455KHZ,兩者通過中頻隔離器分開。隧道較短時洞內可不設中繼器,較長時可設2臺以上中繼器,1臺中繼器可帶多達5個平板天線。洞口中繼器設在洞口中繼房內,洞內中繼器設在隧道內適當地點的避車洞內,平板天線貼裝在洞壁上部,控制電纜、射頻電纜及功分器等設在洞壁上。其通信過程如下,車站呼叫機車:站臺將呼叫機車的114.8HZ信令調制到F1發射,洞口中繼器收F1后解調出含有114.8HZ信令的中頻455KHZ,中頻經控制電纜傳至洞內各中繼器再調制到F1經射頻電纜及功分器傳至平板天線發射,機車收F1解調出114.8HZ后顯示被呼叫并發415HZ回鈴信號,經相應操作,雙方通話。機車呼叫車站:為上述反向流程,呼叫車站信令為123HZ。車站經首尾中繼器與隧道內機車的通信與上述類似

三、設備配置
　　
　　由于乙站拆除,在乙站新設WJJ-12型尾臺中繼器一套,丙站除原車站臺外另設WJJ-11型首臺中繼器,甲站原車站臺不變;上行線隧道的甲站側洞口設WJS-1型中繼器一套,負責甲站車站臺與上行線隧道內機車臺的通信中繼。因隧道較短,隧道內未設洞內中繼器,僅設平板天線3個、功分器2個,同時設相應的射頻電纜及中繼電纜;下行線隧道洞內設備與下行線隧道類似,下行側洞口設WJS-1型中繼器一套,乙站設尾臺中繼器一套,丙站設首臺中繼器一套,下行線隧道內機車臺經洞口中繼器、拆除乙站新設的尾臺中繼器、丙站首臺中繼器與丙站車站臺間的通信。
　　
　　四、頻率選定和場強計算
　　
　　根據TB/T3052-2002規定,450MHZ頻段C制式頻率選457.700MHZ,異頻中繼頻率選151.700MHZ。450MHZ頻段機車臺接收機輸入電平中值設計值取28dBμV(其中,電臺最小可用電平10dBμV,起伏量11.5dBμV,儲備量6.5dBμV)。因無線列調的場強計算范圍內地球曲率的影響并不顯著,故用平面大地公式近似計算。
　　1.450MHZ:接收點入口電平:V入=P1-L1+G1-L0-F+G2-L2。式中:P1為發射功率5W(144dBμV);L1為發射饋線損耗6dBμV;G1為發射天線增益13dBμV;L0為自由空間傳輸衰減;F為衰減修正因子;G2為接收天線增益0dBμV;L2為接收饋線損耗3dBμV。
　　自由空間傳輸衰減:L0=22+20lgd+20lgf。式中:d為收、發天線間距離(km);f為載頻頻率(MHZ);L0=22+20lg13.4+20lg450=97.6dBμV。
　　平面大地傳播時衰減修正因子:F=22+20lgh1.h2.f/d=22+20lg25X4.8X
　　450/13400=34.1dBμV。
　　機車距車站13.4km時:V入=144-6+13-97.6-34.1+0-3=16.3dBμ。V不滿足28dBμV的要求,但可以達到中繼器的工作開門電平。
　　2.隧道內平板天線發射電平:(洞內中繼器輸出電平144dBμV[5W],射頻電纜衰耗0.05dB/m,平板天線間距160m,增益1dBμV,功分器主路衰耗3dB,支路衰耗3-25dB可調。)最遠處天線發射電平:P=144-0.05×540-3×2+1=112dBμV,由遠至近調整功分器支路衰耗為12dB、24dB,則天線發射電平為112dBμV。因隧道內電波傳播受列車、洞壁構造、隧道截面及曲線等因素影響很大,工程中應據實測場強調整天線間距、功分器支路衰耗及中繼器輸出電平,使場強滿足要求。
　　
　　五、設備安裝
　　
　　丙站新建運轉室,車站臺及首臺中繼器設在的25米鐵塔上,天線塔設10Ω防雷地線,電臺所需交流電源由通信機械室接引;拆除乙站利用原20米鐵塔,尾臺中繼器設在無人值守的中繼房內,電源采用太陽能供電。隧道口的洞口中繼器設在無人值守的區間中繼房內,電源采用太陽能供電。區間中繼房應特別注意高頻避雷器、系統工作地線及天線塔防雷地線的良好設置,以確保設備安全運行。隧道內射頻電纜掛設在洞壁上部的掛鉤上,平板天線及功分器設在洞壁頂部。平板天線間的距離160m左右,施工時根據隧道內場強實測情況進行調整。功分器主路衰耗3dB,支路衰耗3-25dB可調,愈靠近中繼器的支路衰耗愈大,使各天線的輸出電平基本一致。
　　
　　六、小結
　　
　　解決山區隧道等無線弱場是綜合性的工程,需要鐵路相關部門和生產廠家的共同努力。采用新技術的新型弱場覆蓋設備降低了投資,提高山區隧道等弱場區的通信質量。對于已經投入使用的設備應有改善措施解決存在的問題,挖掘系統潛力,滿足鐵路快速發展的需要。