淺談異頻中繼在鐵路無線通信弱場區(qū)及隧道盲區(qū)的應用

　
　　一、引言
　　
　　在大鄭線新立屯至通遼西區(qū)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(nèi)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(diào)電話通信出現(xiàn)弱、盲區(qū),目前解決明區(qū)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(qū)通信問題,針對本工程實際情況,設計中明區(qū)間采用異頻中繼,隧道內(nèi)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(chǎn)品。現(xiàn)將工程有關情況簡介如下。
　　
　　二、系統(tǒng)組成
　　
　　本無線列調(diào)系統(tǒng)為450MHZ-C制式,弱場異頻中繼頻率為150MHZ。
　　(一)明區(qū)間弱場中繼設備
　　明區(qū)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(qū)邊緣的原乙站,通過首尾中繼器的中繼及無線轉(zhuǎn)發(fā)功能,實現(xiàn)車站臺與弱場區(qū)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(diào)制到F1發(fā)射(F1為457.7MHZ),首臺收F1解調(diào)出114.8HZ再調(diào)制到F2發(fā)射(F2為151.7MHZ。),尾臺收F2解調(diào)出114.8HZ再調(diào)制到F1發(fā)射,車臺收F1解調(diào)出114.8HZ后顯示被呼叫并發(fā)415HZ回鈴信號,經(jīng)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(nèi)盲區(qū)中繼設備
　　WJS系列中繼器是解決無漏纜隧道內(nèi)通信的專用設備,它由WJS-1型洞口中繼器、WJS-2型洞內(nèi)中繼器、平板天線、連接洞內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi),洞內(nèi)中繼器設在隧道內(nèi)適當?shù)攸c的避車洞內(nèi),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(diào)制到F1發(fā)射,洞口中繼器收F1后解調(diào)出含有114.8HZ信令的中頻455KHZ,中頻經(jīng)控制電纜傳至洞內(nèi)各中繼器再調(diào)制到F1經(jīng)射頻電纜及功分器傳至平板天線發(fā)射,機車收F1解調(diào)出114.8HZ后顯示被呼叫并發(fā)415HZ回鈴信號,經(jīng)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(jīng)首尾中繼器與隧道內(nèi)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(cè)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(nèi)機車臺的通信中繼。因隧道較短,隧道內(nèi)未設洞內(nèi)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(nèi)設備與下行線隧道類似,下行側(cè)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(nèi)機車臺經(jīng)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(jù)TB/T3052-2002規(guī)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(diào)的場強計算范圍內(nèi)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(fā)射功率5W(144dBμV);L1為發(fā)射饋線損耗6dBμV;G1為發(fā)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(fā)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(nèi)平板天線發(fā)射電平:(洞內(nèi)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(diào)。)最遠處天線發(fā)射電平:P=144-0.05×540-3×2+1=112dBμV,由遠至近調(diào)整功分器支路衰耗為12dB、24dB,則天線發(fā)射電平為112dBμV。因隧道內(nèi)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(jù)實測場強調(diào)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(zhuǎn)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(nèi),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(qū)間中繼房內(nèi),電源采用太陽能供電。區(qū)間中繼房應特別注意高頻避雷器、系統(tǒng)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(nèi)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(jù)隧道內(nèi)場強實測情況進行調(diào)整。功分器主路衰耗3dB,支路衰耗3-25dB可調(diào),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(jié)
　　
　　解決山區(qū)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(chǎn)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(qū)隧道等弱場區(qū)的通信質(zhì)量。對于已經(jīng)投入使用的設備應有改善措施解決存在的問題,挖掘系統(tǒng)潛力,滿足鐵路快速發(fā)展的需要。