中铁电气化铁路运营管理有限公司西延维管处延安电务段
摘要：本文简要介绍了包西铁路GSM-R光纤直放站通信系统的组成、组网方式及工作原理，重点介绍了维护包西线GSM-R光纤直放站通信系统过程中光纤直放站近端机脱管故障，光纤直放站光路故障及MU近端机接收BTS的信号电平指标异常的几个典型故障的分析处理方法。
关键词：光纤直放站 ；工作原理；典型故障；处理方法
1、前言
GSM-R（Globe System of Mobile for Railway）是基于公共无线通信系统GSM平台实现移动话音和数据传输的铁路专用数字式无线通信系统。铁路GSM-R数字移动通信技术是一种具有强大调度功能、综合业务的、经济高效的综合数字移动通信技术。根据中国铁路行车密度高、运输组织复杂等特点，解决了大量的非列控数据传输，尤其是采用通用分组无线业务子系统(GPRS)，与既有有线调度通信系统相结合，实现了有线与无线调度的两网有机结合。然而，铁路沿线地形复杂多隧道、沟堑、山体和坡地。这些地形都对GSM-R信号形成阻挡产生大量盲区。如果使用基站对这些区域进行信号补强， 会造成极大的投资浪费并会使得线路运行设备频繁进行乒乓切换影响通信效果。目前对这些弱场区域的信号一般都采用光纤直放站配合天线或漏缆进行补强，以保证GSM-R网络覆盖的稳定连续。基站一般设置在地势平缓的地段，而直放站一般设置在长大隧道、拐弯地段等信号盲区，起到补盲的效果，GSM-R光纤直放站是现有直放站解决基站覆盖信号盲区的一种最佳特殊方式。
图2 星型连接:一台近端机通过多条光纤连接多个远端机
2、工程应用
包西铁路(包头西-西安张桥)，北起内包头西站南至西安铁路枢纽张桥站，全长800.9公里，是国家"十一五"期间重点建设的能源通道。包西铁路陕西段北起陕西、内蒙古交界，南至太西线的张桥车站，纵贯西安、渭南、延安、榆林四个城市的18个区县，全长624.6公里，其中有隧道94座，特大桥70座，为国家一级双线电气化铁路，铁路速度目标值每小时160公里/小时(西延段200公里/小时)。通信系统采用GSM-R铁路数字移动通信技术，西延段布放干线20芯(A、B)光缆，包西全线采用GSM-R光纤直放站系统，安装诺西基站120个，武汉虹信近端机MU GZFR900-IIIA、远端机RU GZFR900-IIIB数字光纤直放站（以下简称武汉虹信近端机MU GZFR900-IIIA :MU, 远端机RU GZFR900-IIIB:RU）171个,采用星型、链型组网方式。包西线2007年11月25日开工，2010年12月28日建成通车。
3、光纤直放站系统组成、组网方式及工作原理
GSM-R光纤直放站系统的传输为全数字化的，所以系统中近端机和远端机的组网连接异常灵活。
3.1光纤直放站组成
光纤直放站（以下简称光纤直放站）主要用于900MHz铁路无线列调系统，解决隧道、路堑、山区等场强弱区的通信不畅。它从基站耦合信号进行射频直接放大。通过天馈系统将信号送到盲区，进行信号覆盖，为车站（调度）与机车之间提供了一条透明通道。光纤直放站系统完全兼容与“大、小三角通信”，并适用于多信道的信号传输。
光纤直放站系统主要由以下几个部分组成：光近端机、光传输部分、光远端机、天馈线或漏缆。具体如图1：
3.2光纤直放站组网方式
3.2.1设备组网方式：
GSM-R数字光纤直放站组网方式：星型连接、链型连接、环形连接、混合连接。包西线采用武汉虹信近端机MU GZFR900-IIIA、远端机RU GZFR900-IIIB光纤直放站的星型连接组网方式。具体如图2：
3.2.2 监控通信组网
包西线光直放站近远端监控盘通讯是通过FSK的方式实现。近端监控盘对远端监控盘进行轮询式监控。其中包括数据采集，控制，告警上报工作，所以远端监控盘对于近端监控盘为被动式通信方式。中心网管和近端的主监控盘通信是通过2M环来完成的，2M环将所有近端同中心网管串联在环路上，实现网管对近远端直放站的监控。具体如图3：
3.3 GSM-R字光纤直放站的工作原理
光纤直放站主要由以下几个部分组成：光近端机、光传输部分、光远端机、天馈线或漏缆。光近端机和光远端机都包括射频单元(RF单元)和光单元。
下行链路：基站前向信号通过耦合器送入近端机，首先经过双工器，接着进入光传输一体模块，同监控信号一并调制为光信号，经过光纤长距离传播；远端机中的光传输一体化模块将光信号解调出来，经过放大后送入下级功放，同时将监控信号分离出来，由光传输一体模块将监控信号传送给远端主监控盘，射频信号经过功放放大后进入双工器，最后出整机通过重发天线发射出去。
上行链路：手持台或机车电台发射的信号通过远端机的重发天线接收，然后进入双工器，经过低噪放放大后，进入光传输一体模块，同监控信号一并调制为光信号，经过光纤传输后，在近端机接收，近端光传输一体化模块将光信号解调为射频信号，然后将其中的监控信号分离出来，送入近端监控盘，分离出的射频信号经过放大后送入双工器，然后整机并通过耦合进入基站。具体如图4：
图3 监控组网方式
图4 直放站系统工作原理图
4、典型故障及解决方法
4.1 直放站近端机脱管故障
（1）故障现象
在2011年包西线联调联试及开通运行之初，新寺则河隧道口MU GZFR900-IIIA直放站近端机出现脱管故障：网管上显示某一近端机(MU02)为黑色，与MU02连接的主、从光纤均为黑色，无法连接到该近端机。
（2）原因分析
① 在网管上看不到新寺则河隧道口MU GZFR900-IIIA直放站近端机的情况（脱管），而其他近端机网管状态正常，则可以排除网管服务器及终端设备出现故障的情况。
② 直放站网管连接如下图所示：采用双网卡服务器，拥有A、B两个网段，经网线分别连接至传输设备的2个以太网口而近端机上的协转网线和基站的622M传输设备的以太网口连接。所以传输侧故障和MU上放置的协转、网线障碍都可能造成网管通道障碍。
（3）处理方法
① 故障现场用笔记本电脑并将笔记本网卡IP地址设置为近端机地址，从脱管直放站近端机所在基站传输设备上直接用网线ping网管的IP地址，如果可以ping通，则判断网管传输通道正常。
② 检查MU连接的协转和网线，用网线测试仪测试网线正常；经排除法得出：只有MU连接的协转可能有故障，更换协转后故障恢复，网管能对该近端机正常监控。
（4）小结
本例是由于近端机连接的协转故障导致直放站近端机脱管。在日常维护中当直放站近端机/远端机脱管时，可以按照下面的流程进行故障排查：
①现场检查设备电源头是否掉落或接触不良，查测电源线是否有电压（指标为：220V左右）；
②在网管服务器上ping故障近端机或远端机的IP地址（若是远端机则A、B两网段均需要ping）是否连通；
③ 现场检查远端机内部网线是否接触不良，检查近端机连接基站传输设备的网线以及机柜内网线是否接触不良；
④ 检查MU连接的协转工作是否正常。
4.2直放站光路故障
包西线光直放站系统采用主、备、从3块光模块的方案，远端机（RU）从两个近端机（MU）获取信号，RU到主用MU连接有主、备用两根光纤，主、备用光纤径路不同，相互起到保护作用。RU与从MU之间采用单纤收发信号。
故障现象：
2013年接网管通知：光收发模块故障告警
（2）原因分析：当近端光模块没有检测到远端光模块的发光或在一段时间内无法得到远端设备的响应时，将产生一个告警位，该告警位被监控盘检测到后，由监控盘进行去抖动处理，确认告警位有效后向网管发送告警信息。
直放站发生光路告警的可能原因有：
①设备光纤或尾纤故障。
②近端机或远端机收光故障。
③设备光模块发光故障。
具体原因总结如下表：
（3）处理方法：确认近端光模块工作是否正常；确认光纤链路是否正常；确认远端光模块工作是否正常。
①网管必须确定故障光路，即主、备光路故障或从光路故障。
②到达发生光路的近端机（MU），观察MU光模块指示灯：TX绿色表示发光正常，红色则有告警；RX绿色表示收光正常，红色则有告警。
③用光功率计测试近端机及远端机收、发光功率（MU发光为1550nm、收光1310 nm；RU收光1550nm、发光1310 nm）。若不在门限值内，则检查尾纤和光缆。
④若光路没有问题，可以采用替换法来确定为近端机或远端机光模块故障，更换故障模块即可。
(4)小结
处理直放站光路故障可分别从近端机、远端机的光路、尾纤开始排查，进而可用替换法来确定是近端机或远端机的光模块故障。即可按如下流程进行一一排查：
①检查设备光纤连接；
②查测设备光路是否通畅，近端机、远端机收光光衰是否符合直放站工作要求（指标为:>1dBm）；
③检查设备光模块发光是否符合要求。
4.3 MU接收BTS的信号电平指标异常
（1）故障现象
2017年11月18日包西线综合检测车测试，发现北塬-黄陵南区间01/R1、R2的主用信号及02/R1、R2的从信号都高于直放站近端机输入电平门限值。信号偏高容易造成切换点位置偏移产生乒乓切换，从而引起通话中掉话。
（2）原因分析
现场测试发现直放站近端机输入电平过高可能原因就是BTS的输出电平过高。01/R1、R2的主用信号及02/R1、R2的从信号都是01/MU提供的，当4台RU接收到的信号均偏高时，可以判断出故障点为其共同的信号源，即01/MU提供的信号偏高。
（3）处理方法
故障现场测试基站设备输出到直放站近端机的电平为35dBm。而直放站近端机输入电平要求为30dBm，故高出5dBm。有两种解决措施：
①降低基站设备输出电平，但是会降低本基站信号对其他方向的覆盖。
②在馈线上增加衰减器，但是会增加故障隐患点。
为了保证本基站信号对其他方向的覆盖，采取在基站至直放站近端机的馈线上增加5dBm衰减器的措施后，4台RU的接收电平符合要求，故障排除。
（4）小结
排查此类故障应掌握的知识点：
直放站近端机输入电平要求为30dBm，基站到近端机的馈线连接包括功分器、衰减器等，所以一般情况下基站的输出信号约为42dBm，经过功分器、衰减器及接头等衰减后，到达直放站近端机的电平值应略高于30dBm。这样就不会因信号偏高而导致掉话了。
5总结
本文详细介绍了包西铁路GSM-R光纤直放站维护中比较典型的几个故障分析处理案例。GSM-R光纤直放站日常维护中，经常会遇到各种故障现象并伴随着不同的告警指示，甚至同一种告警现象却是由不同的原因导致。只有透过故障的表象找到其本质，才能实现故障的准确定位并迅速排除。这就需要我们了解故障定位的基本原则，明确故障处理的思路，掌握常见的故障处理方法，才能从容应对各种异常现象。分析故障时要客观理智地仔细分析，考虑多方面因素，找出最有可能的原因，大胆猜测，小心论证；仔细观察故障现场，以事实为基础论证。不断总结，提高日常维护的能力，更好地为包西铁路运输安全生产服务。
参考文献
[1]李庆;包西铁路GSM-R数字光纤直放站方案研究,《铁道标准设计》 2013年12期.
[2]李庆;包西铁路GSM-R网络跨BSC切换方案研究;中国铁路;2011年10期.
[3]苏雷;杨健;高速铁路GSM光纤专网建设方案研究;数据通信;2011年04期.
[4]李玲姣;光纤直放站在GSM-R系统中的应用;铁路通信信号工程技术;2010年04期.
[5]中国铁路GSM-R网络的规划.北京交通大学讲稿, 2004.
[6]钟章队等. 铁路综合数字移动通信系统[M]. 北京:中国铁道出版社,2003.
论文作者:张建刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/5
标签：近端论文; 光纤论文; 直放站论文; 故障论文; 信号论文; 远端论文; 基站论文; 《基层建设》2019年第5期论文;