异频中继在铁路无线通信弱场区及隧道盲区的应用

异频中继在铁路无线通信弱场区及隧道盲区的应用

　
　　一、引言
　　
　　在大郑线新立屯至通辽西区间增建第二线工程中,有相邻的甲、乙、丙三个站,由于增建二线,乙站拆除,甲乙两站相距12.2km,乙丙两站相距13.4km,甲站出站1km处上下行线各有一座长约500m的隧道,此1km内有较大曲线和路堑。因乙站车站台拆除,致使甲、丙两站间的无线列调电话通信出现弱、盲区,目前解决明区间弱场的方式主要有布放中继台及布放光纤直放站两种,前者造价较低,但由于空间波不易控制,后者需要铺设光纤,适合站间距离长,同时造价相对较大,为解决弱、盲区通信问题,针对本工程实际情况,设计中明区间采用异频中继,隧道内采用无漏缆隧道中继器及特制平板天线的方案,设备选用华通时空通信技术有限公司的产品。现将工程有关情况简介如下。
　　
　　二、系统组成
　　
　　本无线列调系统为450MHZ-C制式,弱场异频中继频率为150MHZ。
　　(一)明区间弱场中继设备
　　明区间弱场中继设备由WJJ-11型首台中继器和WJJ-12型尾台中继器组成,首台设在丙车站,尾台设在弱场区边缘的原乙站,通过首尾中继器的中继及无线转发功能,实现车站台与弱场区机车台的通信。车站呼叫机车:站台将呼叫机车的114.8HZ信令调制到F1发射(F1为457.7MHZ),首台收F1解调出114.8HZ再调制到F2发射(F2为151.7MHZ。),尾台收F2解调出114.8HZ再调制到F1发射,车台收F1解调出114.8HZ后显示被呼叫并发415HZ回铃信号,经相应操作,双方通话。机车呼叫车站:为上述反向流程,呼叫车站信令为123HZ。
　　(二)隧道内盲区中继设备
　　WJS系列中继器是解决无漏缆隧道内通信的专用设备,它由WJS-1型洞口中继器、WJS-2型洞内中继器、平板天线、连接洞内中继器和平板天线的功分器、SYV-50-9射频电缆和连接两中继器的中频隔离器、YZW2X4.0控制电缆组成。其中控制电缆内既传输中继器所需的220V交流电源又传输含有呼控信令的中频455KHZ,两者通过中频隔离器分开。隧道较短时洞内可不设中继器,较长时可设2台以上中继器,1台中继器可带多达5个平板天线。洞口中继器设在洞口中继房内,洞内中继器设在隧道内适当地点的避车洞内,平板天线贴装在洞壁上部,控制电缆、射频电缆及功分器等设在洞壁上。其通信过程如下,车站呼叫机车:站台将呼叫机车的114.8HZ信令调制到F1发射,洞口中继器收F1后解调出含有114.8HZ信令的中频455KHZ,中频经控制电缆传至洞内各中继器再调制到F1经射频电缆及功分器传至平板天线发射,机车收F1解调出114.8HZ后显示被呼叫并发415HZ回铃信号,经相应操作,双方通话。机车呼叫车站:为上述反向流程,呼叫车站信令为123HZ。车站经首尾中继器与隧道内机车的通信与上述类似

三、设备配置
　　
　　由于乙站拆除,在乙站新设WJJ-12型尾台中继器一套,丙站除原车站台外另设WJJ-11型首台中继器,甲站原车站台不变;上行线隧道的甲站侧洞口设WJS-1型中继器一套,负责甲站车站台与上行线隧道内机车台的通信中继。因隧道较短,隧道内未设洞内中继器,仅设平板天线3个、功分器2个,同时设相应的射频电缆及中继电缆;下行线隧道洞内设备与下行线隧道类似,下行侧洞口设WJS-1型中继器一套,乙站设尾台中继器一套,丙站设首台中继器一套,下行线隧道内机车台经洞口中继器、拆除乙站新设的尾台中继器、丙站首台中继器与丙站车站台间的通信。
　　
　　四、频率选定和场强计算
　　
　　根据TB/T3052-2002规定,450MHZ频段C制式频率选457.700MHZ,异频中继频率选151.700MHZ。450MHZ频段机车台接收机输入电平中值设计值取28dBμV(其中,电台最小可用电平10dBμV,起伏量11.5dBμV,储备量6.5dBμV)。因无线列调的场强计算范围内地球曲率的影响并不显著,故用平面大地公式近似计算。
　　1.450MHZ:接收点入口电平:V入=P1-L1+G1-L0-F+G2-L2。式中:P1为发射功率5W(144dBμV);L1为发射馈线损耗6dBμV;G1为发射天线增益13dBμV;L0为自由空间传输衰减;F为衰减修正因子;G2为接收天线增益0dBμV;L2为接收馈线损耗3dBμV。
　　自由空间传输衰减:L0=22+20lgd+20lgf。式中:d为收、发天线间距离(km);f为载频频率(MHZ);L0=22+20lg13.4+20lg450=97.6dBμV。
　　平面大地传播时衰减修正因子:F=22+20lgh1.h2.f/d=22+20lg25X4.8X
　　450/13400=34.1dBμV。
　　机车距车站13.4km时:V入=144-6+13-97.6-34.1+0-3=16.3dBμ。V不满足28dBμV的要求,但可以达到中继器的工作开门电平。
　　2.隧道内平板天线发射电平:(洞内中继器输出电平144dBμV[5W],射频电缆衰耗0.05dB/m,平板天线间距160m,增益1dBμV,功分器主路衰耗3dB,支路衰耗3-25dB可调。)最远处天线发射电平:P=144-0.05×540-3×2+1=112dBμV,由远至近调整功分器支路衰耗为12dB、24dB,则天线发射电平为112dBμV。因隧道内电波传播受列车、洞壁构造、隧道截面及曲线等因素影响很大,工程中应据实测场强调整天线间距、功分器支路衰耗及中继器输出电平,使场强满足要求。
　　
　　五、设备安装
　　
　　丙站新建运转室,车站台及首台中继器设在的25米铁塔上,天线塔设10Ω防雷地线,电台所需交流电源由通信机械室接引;拆除乙站利用原20米铁塔,尾台中继器设在无人值守的中继房内,电源采用太阳能供电。隧道口的洞口中继器设在无人值守的区间中继房内,电源采用太阳能供电。区间中继房应特别注意高频避雷器、系统工作地线及天线塔防雷地线的良好设置,以确保设备安全运行。隧道内射频电缆挂设在洞壁上部的挂钩上,平板天线及功分器设在洞壁顶部。平板天线间的距离160m左右,施工时根据隧道内场强实测情况进行调整。功分器主路衰耗3dB,支路衰耗3-25dB可调,愈靠近中继器的支路衰耗愈大,使各天线的输出电平基本一致。
　　
　　六、小结
　　
　　解决山区隧道等无线弱场是综合性的工程,需要铁路相关部门和生产厂家的共同努力。采用新技术的新型弱场覆盖设备降低了投资,提高山区隧道等弱场区的通信质量。对于已经投入使用的设备应有改善措施解决存在的问题,挖掘系统潜力,满足铁路快速发展的需要。