论铁路通信无线弱场中继系统设备原理及应用

[摘要]讨论无线弱场中继通信系统的工作原理，技术特点，并结合施工经验，对方案实施过程中常见的问题做简要的论述。

[关键词]弱场区 无线弱场中继 同频单工通信 异频单工通信 频点 电波极化 电磁干扰

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0920020－02

在铁路通信系统中，无线列调通信是十分重要的行车指挥通信方式，是保障调度员、车站值班员、机车司机、车长间进行行车通信联络的重要手段，因此必须保证通信的可靠性和畅通性，而在地形复杂的山区、隧道等电波传播困难的地方，因信号场强衰减太大无法进行通信，这一地区我们称为盲区或弱场区，无线弱场中继设备较好的解决了通信盲区问题，能增加场强的覆盖率，改善通话质量，实现车站无线信号的延伸。结合几年来的施工经验，对弱场中继设备的原理和应用以及施工中的相关问题作简单的论述。

一、系统构成

（一）系统设备安装位置

无线列调弱场中继设备由近端机（首台）、远端机（尾台）以及监测器组成，近端机放在车站通信机械室内，靠近无线列调电台旁；远端机（尾台）放置位置安装在地形复杂的隧道、山区（即信号弱场区）；监测器放置在近端机设备附近。

（二）系统构成方式

（三）通信原理

无线中继近/远端机（首/尾台）中继方式可以工作在无线列调C制式同频单工通信和异频单工通信两种通信方式中。其同频单工通信方式如下图（2）：

近端机（首台）控制器控制近端机（首台）转发工作，当它接收到车站台发出的信号f1时，通过近端机（首台）控制器控制，转发中继信号频率f2给远端机（尾台），当远端机（尾台）收到中继信号f2频率时，通过远端机（尾台）控制器控制转发出的近端机（首台）一样的工作频率f1。

远端机（尾台）控制器控制远端机（尾台）的转发工作，当它收到机车电台发出的信号F1时，通过远端机（尾台）控制器，转发出工作频率f2给近端机（首台），当近端机（首台）收到频率f2时，通过近端机（首台）控制器，控制转发出和远端机（尾台）收到的一样的工作频率f1。

异频单工通信方式原理如下图（3）

近端机（首台）控制器控制近端机（首台）转发工作，当它接收到车站台发出的信号f1时，通过近端机（首台）控制器控制，转发中继信号频率f3给远端机（尾台），当远端机（尾台）收到中继信号f3频率时，通过远端机（尾台）控制器控制转发出的近端机（首台）收到的一样的工作频率f1。

远端机（尾台）控制器控制远端机（尾台）的转发工作，当它收到机车电台发出的信号f2时，通过远端机（尾台）控制器，转发出工作频率f4给近端机（首台），当近端机（首台）收到f4时，通过近端机（首台）控制器，控制转发出和远端机（尾台）收到的一样的工作频率f2。

以异频工作方式为例，论述呼叫过程如下：

当车站、调度呼叫机车时，车站台发出f1（467.700MHZ）信号，位于车站台附近的近端机（首台）收到f1信号的同时，近端机（首台）控制器的工作接收批示灯和中继发射指示灯亮，说明近端机（首台）中继信道机同时发射f3中继频率，在盲区或弱场区的远端机（尾台）收到f3中继频率信号的同时，远端机（尾台）控制器的中继接收指示灯和工作发射指示灯亮，说明远端机（尾台）工作信道机，也同时发射f1（467.700 MHZ），此过程就如同车站台搬到远端机（尾台）位置同机车通话一样。

当机车台呼叫车站台时，机车台发出f2（45.7 MHZ），位于盲区或弱场区的远端机（尾台）收到f2信号的同时，远端机（尾台）控制器的工作接收指示灯和中继器发射灯亮，说明远端机（尾台）中继信道机发射f4中继频率，在车站附近的近端（首台）接收器的中继接收指示灯和工作发射批示灯亮，说明近端（首台）工作信道机也同时发射f2（工作频率457.7MHZ），此时就如同将机车台搬到和近端机（首台）位置同车站台通话一样。

（四）监视器的基本功能

使用RS232标准接口与近端机（首台）主机连接。主要对近端机（首台）和远端机（尾台）的交流/蓄电池工作电压、交直流供电状态、天线驻波比、发射功率、接收场强、话音电平等进行监测，完成自动检测，故障定位和报警、存储打印等操作。

（五）信令方式

信令采用FFSK调制的数字编码信号，音频和亚音频呼叫信令，控制音频相结合的信号方式：

调度呼叫机车：1960HZ

机车呼叫调度：1520HZ

车站同频呼叫机车/车长：114.8HZ

机车/车长同频呼叫车站：127.0HZ

车站异频呼叫机车：114.8HZ

机车异频呼叫车站：131.8HZ

车站同频呼叫邻站：123.0HZ

回铃音：450HZ

（六）供电电源

电源由交直两路供电，交流供电电压为AC220V 50HZ，直流供电电压为DC48V±10%，输出电压DC13.8V（负载电流0.5-8A），正常情况下，由交流电源供电，当交流电源发生故障时，自动切换备用直流电源供电，交流电恢复后，回复交流供电。

采用智能电池充电控制，自动识别电池状态，平时电池处于浮充状态，当电池内阻增大后，自动进入均衡充电状态。

当交流电源中断或主电源故障后，蓄电池投入供电，保证主回路电源供应，控制部分采用单片机技术，检测电源充电状态，首台可通过功能设置检测尾台的电源供电状态。

二、设备安装常见问题及解决方案

（一）远端机（尾台）的位置设置问题

在方案的实施中，设置远端机（尾台）的位置要在现场反复勘查和场强测试，远端机（尾台）要提高弱场区场强，它应处在弱场区，近端机（首台）场强能覆盖的边沿地方，保证所在位置的场强电平满足远端机（尾台）的接收门限电平要求。

（二）中继频点的设置问题

在方案的实施中，中继频点的设置需要根据周边场强情况，考虑到同频、邻道干扰等确定具体工作频率；同样也存在远端机（尾台）选址问题，必须经过现场反复勘察的场强测试，保证所在位置的场强电平满足开启远端机（尾台）的接收门限电平和电气化铁路对无线通信的要求。

（三）电波机化隔离问题

不管是近端机（首台）或是远端机（尾台）每个信道机都工作在2个或以上的信道上，需要在同一天线支架2付或3付的天线，根据电波传输原理，当两个或两个以上的水平或垂直极化波同时传输时，将会出现交叉耦合传输效应，这就需要在天线架设中采取解决隔离的措施。在实际施工过程中，我们采取了空间和极化双重隔离方式，即利用垂直极化波的零辐射角，使两个方向的发射天线在高度上拉开距离，一般在0.8-1.0米即可，根据有关文献关于电磁波交叉极化研究理论得知，从传播的垂直极化波交叉耦合到水平极化波的能量小于从水平极化波耦合到垂直极化波的能量，这个现象的产生是由于树木、电杆等反射体是平行于垂直极化波造成的，经过多径落和反射后，垂直极化波就较少有机会去极化另一电波，经过具体实践和理论分析确定，远端机的3付天线中的无线列调工作天线架设为垂直极化天线，把链路中继架设为水平极化天线。

（四）天线铁塔的接地问题

在具体的施工中，根据铁塔所在地处的土壤电阻率，来采用相应的施工工艺，可采用换土、降阻剂等施工措施，使车站电台和近/远端机的天线铁塔的接地电阻均达到国家电力部门的规定，不大于4Ω，天线接地问题关系到能否保证人身与设备安全，千万不可忽视。

（五）放电磁干扰问题

在哈大电气化改造工程中，为消除交流电气化铁路对系统的电磁干扰，我们采取了一系列的措施，控制电缆采用屏蔽防干扰电缆；对设备的重要电路采取了屏蔽罩保护，在设备的外部接口上加有防高压的瞬间抑制二极管，在信号线上串接自恢复保险丝。并要求厂家在机壳在设计上做到，牢固、散热、防潮、屏蔽等要求。我们在具体实践工程中，有效地减少了雷电、浪涌及持续高压对设备的破坏，减少了外界电磁信号对设备的干扰，也有效地减少了设备本身的电磁干扰，使系统设备有良好的电磁兼容性。

随着铁路大面积提速，无线通信技术的发展，也将面临新的课题，我们在实际施工将不断研究探索，以适应铁路通信发展的需要。

作者简介：

王晓慧，女，工程师，大学本科，1995年毕业于大连铁道学院，从事通信技术管理工作9年，中铁九局有限公司。

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