太中银线GSM－R系统浅析及对提高直放站运行质量探讨

焦来发

太中银线于2011年1月1日正式通车，整条线路摒弃了区间通话柱通信方式，采用GSM－R无线单网覆盖方式，增强了铁路行车的安全性，提高了铁路的运输效率。太中银线很多路段处于地形复杂的山区，还有长达22km的吕梁山隧道，因此采用基站、直放站、泄漏电缆来保证GSM－R网络对太中银线的全覆盖。

1 系统结构

太中银线GSM－R系统采用模块化设计，沿线设备包括基站 （BTS）、天馈系统、直放站、泄漏电缆，以及供电设备、信号传输通道、监控监测等附属设备，如图1所示。

图1 GSM－R网络系统示意图

1．1 基站系统

GSM－R网络中的基站 （BTS）是指在铁路沿线通过移动交换中心，与GSM－R手持终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站可以将移动终端发送的无线信号转换为有线信号进行传送，也可以将有线信号转换为无线信号发送到移动终端设备中。基站在GSM－R系统中的位置连接如图2所示。

图2 BTS在GSM－R系统中的位置连接示意图

基站设备每三个BTS形成一个基站环，有效提高了基站运行的安全与稳定。单板主要有双工单元 （DDPU）、双密度收发信单元 （DTRU）、定时／传输管理单元 （DTMU）、并柜信号转接板 （DSCU）、信号转接板 （DCCU）等。BTS3012只支持直流－48V输入供电，交流220V、直流24V电源输入都需要经过高频开关电源柜转换为直流－48V后使用。

图3 光纤直放站系统结构图

1．2 直放站系统

GSM－R光纤直放站是GSM－R无线信号中继系统，主要解决GSM－R网络无线信号盲区和弱信号区的覆盖。

光纤直放站是一种介于基站 （BTS）与移动终端之间的信号中继转发器，属于同频放大设备，核心是一个射频信号功率增强器，利用光纤传输，结合天馈系统、泄漏电缆等设备，在沿线山区进行GSM－R信号覆盖。其基本功能是把基站的无线信号延伸到基站覆盖不到的弱场区，如：隧道内、地下室、山区等，是GSM－R系统实现铁路 “小容量、大覆盖”目标的必要手段之一。

直放站设备主要由近端机、远端机及传输光纤等组成。其系统结构图如图3所示。

光纤直放站采用光波分复用的方式，用单根光纤对射频信号进行传送，太中银线每个直放站近端机和远端机之间使用两根光纤进行连接，形成主备保护通道，增强了直放站的稳定性。光纤直放站将基站发送的下行射频信号耦合到光纤直放站近端机中，近端机将接收到的射频信号通过电／光转换等一系列处理转换为光信号，通过光纤传输到光纤直放站远端机中。远端机通过光／电转换器将信号转换为射频信号，并用下行功率放大器对发射的射频信号进行功率放大，最后通过天馈线或者泄漏电缆将信号覆盖到铁路沿线。光纤直放站远端机通过天线接收沿线移动终端发出的无线信号，经上行低噪声放大器将接收到的信号进行功率放大，然后通过电／光转换将信号转换为光信号传输到近端机中；近端机将接收到的光信号通过光／电转换为射频信号，并用上行低噪声放大器对信号进行功率放大，最后传送到所属基站中。

1．3 天馈系统

天馈系统主要由天线和馈线组成，主要是对来自基站、直放站等发信机的射频信号进行传输、发射；同时，又对移动终端所发射的信号进行接收，并将其传送到基站、光纤直放站远端机，形成基站到GSM－R移动终端的上、下行链路。

太中银铁路线方向性单一，主要采用板状定向天线。馈线用于基站、直放站远端机与天线的连接，以及基站、直放站远端机与泄漏电缆的连接。它可以将基站、直放站远端机发送的高频电流传输到天线，也可以将天线接收到的信号传输到基站、直放站远端机中。

1．4 漏缆

漏缆用于天线信号覆盖不到的长大隧道内，通常挂于隧道侧壁上。

2 直放站故障分析

2．1 故障统计

针对吕梁通信管内的直放站故障发生率居高不下，抽取了2013年度全年直放站故障情况，并做分析对比总结，提出了典型故障的处理方法。

吕梁通信2013年全年发生通信设备障碍共计127件，其中直放站故障49件，占全年故障数的38．58%。直放站故障有5大类：主从监控告警障碍、光功告警障碍、下行功放告警障碍、光路告警障碍、驻波告警障碍。

直放站故障发生率较高的时间段八月 （12件）、九月 （6件）、十二月 （8件），属于天气炎热和寒冷的时期，可以看出三个月合计发生26件故障，占全年直放站故障49件的53．06%，可以看出恶劣天气尤其是炎热天气对室外直放站的运用质量状况有一定程度的影响，相对其他月份故障件数上升。

1．主从监控告警障碍。主从监控告警故障全年发生合计36件，占直放站故障总数的73．47%，其中，由供电变电箱跳闸或无输出导致的4件，占11．11%；由电源空开掉闸导致的17件，占47．22%；由直放站UPS工作不正常 （逆变不正常或市电模式不正常）导致的10件，占27．78%；由直放站电源模块功能不良及连接线中断导致的2件，占5．56%；由直放站蓄电池连接腐蚀老化或电压不足导致的3件，占8．33%。可以看出，电源空开掉闸、UPS故障占主从监控告警故障总数的四分之三，故需在这两方面进行重点整治预防，提高直放站的运用质量。

2．直放站光功率告警故障。全年发生1件，占直放站故障总数的2．04%，主要由光板连接线不良或性能损坏导致，现场更换光板后恢复正常。

3．直放站下行功放告警故障。全年发生3件，占直放站故障总数的6．12%，主要由直放站工作的外部温度过高导致工作不正常。室外直放站机柜本身在露天下容易造成季节性的故障，在加强维护的同时，可以更换适合于室外艰苦环境的设备机柜或者加装隔热层。

4．直放站光路告警故障。全年发生7件，占直放站故障总数的14．29%，主要由尾纤质量不好或者鼠害，导致光传输中断。一是选择更优质的尾纤，二是针对隧道内暗环境下，老鼠频繁咬断黄色尾纤，可以考虑更换尾纤的颜色，如黑色；对隧道内的尾纤全部加防护，如缠绕管和波纹管等。

5．驻波告警。全年发生2件，占直放站故障总数的4．08%，主要是电桥性能不良导致，一般更换电桥后皆可恢复。

2．2 常见障碍处理

对常见的11类故障发生的原因及处理方法进行总结。

1．近端机收无光告警。原因：远端机光模块出现故障，或光路出现断路。处理方法：①现场观察远端机光模块告警指示灯，检查远端机光模块输出功率，判断是否光模块本身出现故障；②从近端机光模块光纤接口测试光功率，判断回路是否出现断路。

2．近端机发无光告警。原因：近端机光模块出现故障。处理方法：现场观察近端机模块告警指示灯，更换近端机模块。

3．远端机收无光告警。原因：近端机光模块出现故障。处理方法：①现场观察近端机光模块告警指示灯，检查近端机光模块输出光功率，判断是否光模块本身出现故障；②从远端机光模块光纤接口测试光功率，判断回路是否出现断路。

4．远端机发无光告警。原因：远端机光模块出现故障。处理方法：①现场观察远端机光模块告警指示灯，更换远端机模块；②如果远端机光模块坏了，现场覆盖区没有下行信号，此时通常会出现下行功率告警。

5．远端机下行功放告警。原因：①下行功放出现故障；②DC／DC48V／26V电源出现问题。处理方法：①检查DC／DC 48V／26V电源输出电压；②更换下行功放。

6．远端机下行功放功率告警。原因：①下行欠功率告警，远端机光模块出现问题，功放前级连线出现断路，功放本身问题；②下行过功率告警，功放输入功率过高超出门限，功放本身出现问题。处理方法：①测试远端机光模块输入功率和RFOUT，判断远端机光模块好坏；②测试功放RFIN电平值，判断功放及前级连线的好坏；③检查功放门限设定值与功放实际输出电平比较。

7．远端机下行驻波告警。原因：①远端机输出口接触不良；②远端机输出口到天线／漏缆接口接触不良或漏水；③天线馈源进水。处理方法：①检查远端机RFOUT到天线／漏缆接口；②测试远端机RFOUT到天线驻波比。

8．远端机上行低噪放告警。原因：①远端机低噪放出现故障；②DC／DC 48V／12V电源出现问题。处理方法：①检查DC／DC 48V／12V电源输出电源；②更换低噪放。

9．远端机断电告警。原因：设备电源断开。处理方法：现场检查设备供电电源。

10．近端机／远端机门禁告警。原因：设备门打开或没关好。处理方法：现场观察设备状态灵活处理。

11．近端机／远端机温度告警。原因：设备温度过高 （机房环境温度导致，设备内部温度导致）。处理方法：现场检查设备内部温度及设备内部电路工作是否异常。

3 改进建议

3．1 降低直放站主从监控告警故障

造成直放站主从监控告警主要有瞬时电流致电源空开跳闸，和直放站不间断电源蓄电池功能不正常。若降低这二方面的故障率，就能大大的降低全年直放站的故障发生率。

针对瞬时电流大致电源空开跳闸问题，根据现场故障处理经验积累，将直放站空开更换，目的是加大空开电流门限，提高瞬时电流的承受能力，前提是不烧坏通信设备，比如将额定电流20A的空开换成30A，经过现场观察试验，运用状态良好。

针对UPS故障问题多发，结合太中银线物理环境，大部分发生在天气炎热的时期，尤其是在中午期间，对线路直放站箱加装挡板，从底座开始，固定地板，在直放站外围加外罩，一是有利于散热，二是以反光色为主，将热量反射出去，最大限度的降低炎热天气下直放站运行环境温度，关键是固定底座和使用散热封闭的材料，做好外界封闭，保障散热系统正常。

3．2 降低直放站光路告警故障

造成直放站光路告警的原因主要由尾纤质量不好或者鼠害，出现光路告警的直放站大多数处于隧道中，尤其是在20km的大通道中，直放站处于湿潮的环境，且存在鼠害影响。

针对出现尾纤及法兰质量不好情况，可以进一步加大质量卡控验收，使用质量过硬的尾纤和法兰设备，同时提高日常计表检修质量，保障直放站正常运用。

针对出现鼠害导致光路告警的情况，可以对进出机柜内直放站的尾纤加装波纹套管；将黄色尾纤换为暗色，降低对老鼠的刺激；或对隧道内的尾纤全部更换为防鼠害的专用尾纤，解决尾纤鼠害问题，减少直放站故障，提高直放站运用质量。

4 总结

太中银线吕梁通信管内设备含5个机械室、34个基站、4个中继站、115个直放站、90多公里隧道漏缆，其他新建线路都采用了光纤直放站及相应的天馈系统，直放站发挥了越来越重要的作用。为了改善现场直放站管理情况，保障通信设备正常运行，针对太中银线所使用的GSM－R沿线设备障碍情况进行统计，通过数据对比和原因解析，总结直放站故障处理的方法和手段，有效遏制障碍的发生，提高直放站运用质量。

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