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隧道内无线通信技术应用的简述
2020-02-13
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无线通信技术是目前科技发展中的热门技术,5G、WiFi、物联网、车联网……,都离不开无线通信的发展。我们这里不谈这些技术,太深奥,谈的人太多轮不到我们底层人的介入,谈一谈我们通常应用的隧道通信技术吧。

  目前通用的技术

  目前的隧道内的通信信号覆盖都是采用直放站加漏缆的方式,对于铁路通信系统的建设投入和养护维修来说都占据了工作很大的部分,包括资金的投入和人力的投入。因此解决好隧道内覆盖的问题是对铁路通信的一个很重要的事情。

  在上世纪五十年代就开始使用电子管的无线通信技术,到七十年代末开始应用150MHz频段的通信手段,八十年代开始大力发展450MHz通信技术。最早在一些山区隧道使用了射频中继器,把车站电台的射频信号通过电缆引入到隧道内进行放大。

  光纤直放站

  上世纪九十年代,美国AT&T公司最早提出了射频直放的概念,在我国铁路上通号所马双九研究员首先开始进行研究,与简水生的研究生做了实验室试验,这在国内也算作最早起步的。但由于当时某些领导不相信马双九的想法走在了国内的前列,所以没有同意立项研究,直到1997年才开始进行基础研究。

  经过基础研究,又立项进行产品研究,在本世纪初开始在秦沈客专使用了我国铁路最早的光纤直放站(不是隧道内)。

  开始建设GSM-R网络以后,隧道内的覆盖就当然地使用了光纤直放站。对于直放站的应用没有进行过详细的试验,主要是凭过去的经验进行设计。设计部门普遍认为直放站是解决弱场覆盖的唯一手段,不论任何环境,只要是可能的弱场区间都要设计直放站。随着高铁动态检测技术的开展和C3的运行,逐渐发现某些环境下直放站的多径干扰比较严重。这几年对相关直放站的应用做了很多测试研究,收到较大效果,极大地改善了铁路GSM-R线路通信质量。

  多频段直放站

  为了满足通信需求,在隧道内也建设了移动运营商的直放站,这些隧道内设备维护由铁路相关部门进行。由于有多个移动运营商,每个运营商使用的频点不同,可能要建多个直放站(见下图)。

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  可以看到隧道内设备很多,维护的工作量也是很大的。目前已经有了多频段直放站,一台设备可以放大多个运营商的信号,对于后期维护强度可以降低很多。

  隧道内天线直传

  电波遇到障碍物会发生反射或折射,对电波传播产生损耗。在隧道内的电波传播由于频率的不同(波长不同)损耗也不相同,可以把隧道当做波导来对待。对于我们铁路的隧道内电波传播,900MHz频段的传播损耗相对于其他频段损耗相对小一些。

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    世纪六十年代日本就进行了13GHz的隧道内无线传输试验,证明电波可以穿过9km长的隧道而不需另外措施。八十年代日本国铁在东海道新干线丹娜隧道做了试验,传输通过7km隧道。德国也进行了隧道内30GHz的试验,但没见到应用。总之,很多国家都有隧道内不使用辅助设备进行通信的需求和研究。

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