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微波在铁路建设期通信工程中的应用

摘要:微波通信是通信领域中重要的通信方式之一,在铁路中得到广泛采用。本文分析了微波通信的技术原理,介绍了铁路系统对通信方案的要求,并分析了微波通信技术在铁路建设期通信工程中的应用。

关键词:微波;铁路;通信工程

铁路通信传输网络是铁路行业赖以运转的核心平台之一,是铁路内部的“信息高速公路”,铁路通信传输网络的容量很大程度上决定了列车的开行对数和密度,通信网络在铁路系统中具有重要地位。由于微波通信具有频带宽、携带信息量大、受外界干扰小、建站快、投资较少等优点,人们早就想以微波作为通信的传输手段。微波具有近似光波的特性,像光线一样,传输路线是径直向前的,而且它的反跳能力极强,一遇到阻挡物,就被反射回来。因此,微波只能在空中传播,并且微波通信需要采用接力的办法,通过建立中继站实现远距离通信。尽管如此,微波通信在铁路通信网络中仍得到了广泛采用,本文对微波通信在铁路建设期中的应用进行了详细分析。

1微波通信技术

如今,虽然以光纤通信为主的有线传输网络占据主导,但在某些特殊应用场景下,我们仍然离不开微波通信方式。例如偏远地区,布设有线传输难度太大或成本过高,又或者发生自然灾害,光纤传输遭到损坏。相对于光纤通信来说,微波仍然具有很多无法替代的优势。例如成本低、抗灾害能力强等。表1为微波通信和光纤通信之间特点的对比。我们通常说有三大传输系统:光纤通信、微波通信、卫星通信。实际上,卫星通信也是微波通信的一种。而电磁波通信,一般可以分为广播方式和点对点方式,我们所说的微波通信,属于后者。采用点对点的方式,主要是由于微波具有频率高、波长短的特性。这种类型的电磁波,绕射能力很差,穿透力很差,在地表传输时,衰减很大,传输距离短。电磁波除了在地面沿空气传播外,还可以利用天空中电离层反射的方式进行远距离传播。但微波仍然无法利用这种方式。因为微波的频率太高,以至于电离层无法有效反射(只能穿透)。所以,微波传输几乎只能进行视距传输。但视距传输,除了容易受山体或建筑物等影响外,还会受到地球表面弧度的限制。因此,微波通信存在距离限制。通常来说,如果微波天线挂在正常高度的铁塔上,它的传输距离就是50km。如果进行远距离传输,就必须进行“接力”,也就是说,需要设置微波中继转接站。微波中继转接站接收到前一站的微波信号,加以放大等处理,再转发到下一站去,就像接力赛跑一样,直到抵达最终收信端。也正是因为这个传输特点,微波通信经常被称为微波中继通信,或微波接力通信。根据上述可知,微波天线距离地面越高越好。对于微波设备的组成,一般来说,微波设备主要由IDU、ODU、中频电缆、天线等部分组成。其中中频是指发射机将信号载波变换成发射频率,或者将接收频率变换成基带的一个中间频率,一般由系统架构决定。而射频,就是天线发射出去的、在空中传播的电磁波信号频率。

2铁路通信技术

铁路是我国重要的运输方式,在促进我国社会经济发展中发挥了重要的作用。其中通信工程是铁路系统中的重要组成部分,一个网络稳定、安全可靠的通信系统,可以保证各项铁路调度指令、通信数据能够被准确传达,保证铁路系统的正常生产运行。随着我国铁路列车的速度不断提高,对通信要求也越来越高,以往的铁路通信网大多采用的都是有线接入,这已经无法满足列车不断提速对通信网络的要求。为此,无线接入网必定会成为铁路通信工程的首选。在铁路的建设期,应针对铁路项目的实际情况和通信需求,选择合适的通信方案,同时具有高速、安全的优点,而且价格合理、传输质量也能得到可靠保证。在通信组网的过程中,应当充分考虑经济性和实用性,而且还要考虑铁路将来的发展需求。目前,接入网在铁路通信工程中占有较大的比重,既有无线接入网,也有有线接入网,它们的使用为铁路通信带来了极大的便利。采用先进的、现代化的有线和无线通信的传输和接入方式,实现铁路通信网的升级,适应信息社会的发展,发挥铁路通信网在国民经济中的社会效益和经济效益。

3铁路建设期通信方案设计

目前搭建铁路骨干的无线通信链路主要有四种技术方式,一是卫星技术,二是无线集群技术,三是微波技术,四是无线网桥技术。在建设铁路通信网络时,采用卫星技术搭建骨干通信链路施工简单,但卫星通信是按空中带宽收取费用,而铁路建设期内所涉及的业务类型多、数量大,对通信链路带宽要求极高,采用卫星组网使用费昂贵。基于TD-LTE技术的无线集群可实现大范围的无线覆盖,方便终端用户无线接入,为实现大范围无线覆盖需建铁塔,因此不仅施工期长,造价成本高,而且带宽仅有6Mbps。5.8GHz微波在保证60Mbps的高带宽传输的前提下,传输距离可达30km,基站只需20米高的立柱建设即可。综上分析,采用“5.8GHz微波+无线网桥”搭建骨干通信链路为最佳方案。本铁路项目的沿线全长约480km,沿线距离比较长,并且点位比较多,所以保证系统的可靠性传输是首要设计原则,因此本方案采用“卫星+微波+网桥组合方案”组成三层通信链路。其中第一层通信链路采用卫星网络。卫星地面站分别布设在分指挥部1、分指挥部2、内罗毕总指挥部、北京。因其卫星通信链路的高可靠性,可以克服天气影响和地质灾害等突发状况,只要地面站存在,卫星通信链路不会出现断路,保证了分指部与总指部的可靠通信。但鉴于卫星通信的收费标准高,是按空中带宽来计费的,而本项目的业务量多,所需带宽大,采用全卫星组网费用昂贵,因此本设计方案仅在4个重要的核心站点建立卫星地面站,保证分指部、总指部、北京总部之间的通信可靠,来实现视频会议与应急通信。第二层通信链路为一级点之间搭建通信链路,并采用微波设备组网。本项目总指挥部设在铁路沿线终点即内罗毕,为实现内罗毕总指挥部可以监控调度指挥各项目部,随时调看各标段的监控图像,需在7个一级点之间建立一条通信链路。本项目共有7个一级点且彼此相距甚远,为保证7个一级点之间的通信,本方案采用电信级的微波设备以中继的方式实现远距离传输。理论上微波设备可达到50~60km的传输距离和300Mbps的理论带宽,但经实践应用验证,远距离传输导致带宽损耗特别严重。考虑到项目的野外特殊环境,为保证60Mbps的高带宽,微波设备的传输距离应控制在30km为宜,在特殊地形地貌处,还需另加网桥中继。第三层通信链路为二级点之间搭建通信链路,采用无线网桥组网。经项目管理需求分析,一级点需要管理多个二级点,二级点的所有业务需上传至一级点进行存储。一级点位于管理标段的中间位置,为方便被管理的二级点的业务上传,有两种组网方式即星形组网和链式组网,因其星形组网所需设备较多造成管理不方便,本方案采用链式组网实现二级点业务上传至一级点。链式组网采用无线覆盖与无线传输一体化的多射频设备,2.4GHz无线覆盖技术使得二级点附近的终端用户方便接入网络,二级点的业务经汇聚后,采用5.8GHz无线传输技术可以实现数据的远距离传输。考虑设备的取电便捷,本层通信链路的基站选址基本布设在铁路沿线的场区附近。对于采用微波设备组网部分,为保证60Mbps的传输带宽,微波设备的传输距离选择30km为宜,本铁路项目共有7个一级点且相距甚远,需采用中继的方式实现远距离传输。基于经济的设计原则,本方案在一级点中继站址的选择时,尽量将其选择在二级点场区内,实现取电便捷,管理检修方便,一级点中继设备采用5.8GHz的微波设备进行传输。由上述可知,微波在铁路建设期通信工程中扮演着重要的角色。采用5.8GHz微波+无线网桥的通信方案,在组网的灵活性方面,搭建一主一备两条链路,如果一条链路出现故障,可以通过另外一条链路进行传输,同时在每个场区建立2.4Gwifi覆盖,实现场区的无线连接。同时立柱比较低,维护调试方便、灵活。

4结语

微波属于电磁波,它和长波、中波、短波都属于电磁波,在铁路通信系统中的很多场合中都得到了应用。本文所述的通信方案具有方案造价低、带宽富裕、无线组网灵活、网络拓展升级方便、无线设备可统一集中管理等优点,并且施工方便,网络互连可靠,同时网络具备可扩展性,对铁路通信系统的建设具有一定的作用和价值。

参考文献:

[1]王伟,董立杰,翟毅.微波技术在肯尼亚蒙内铁路临时通信项目中的应用[J].中国交通信息化,2016,(4):122-123.

[2]高峰,邱杰,刘凡.移动通信工程中的微波传输基站勘察选址技术要点[J].电子世界,2016,(3):94-100.

[3]梁汉钊.铁路通信工程中的无线接入技术研究[J].通讯世界,2017,(12):31-32.

作者:张文杰 冯晓卫 李旭 王砺镝 杨鹏李巍 单位:中咨泰克交通工程集团有限公司 中国路桥工程有限责任公司

 

  发布时间:2019/6/12 16:50:17  阅读人次