铁路通信基站的结构组成及信号保护

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摘要：作为现代通信行业的产业构成之一，铁路通信工程在最近几年的发展速度相当之快。这一方面是由于铁路交通运输线路的调整，带动了旧铁路工程结构改造的全面推广；另一方面则是早期交通网络适应不了新时期的铁路运输需求，投资建设铁路工程是各地政府的工作任务。基站是铁路通信的主要组成部分，基站结构性能的发挥对通信系统的运行效率影响较大。鉴于此，本文分析了铁路通信基站的结构组成及信号保护问题。
关键词：铁路通信；基站结构；组成；信号保护
与一般的通信基站相比，铁路通信基站具有明显的差异性，但从通信原理角度考虑两者是一样的。这是因为随着时间的推移，我国铁路通信基站的结构在不断变化调整，除了最核心的组成部分外，铁路基站还配备了其它辅助装置。因此，结构上对比传统通信基站有较大的改善，但其通信原理与原来保持一致。面对现代化的铁路通信建设，结合基站结构的组成特性制定有效的信号保护方案是十分重要的。
一、铁路通信基站的核心组成
广义的基站，是基站子系统（BSS）的简称。以GSM网络为例，包括基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）。一个基站控制器可以控制十几以至数十个基站收发信机。而在WCDMA等系统中，类似的概念称为NodeB和RNC。狭义的基站，即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。
1、基站收发台。基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能。收发台可对每个用户的无线信号进行解码和发送。基站使用的天线分为发射天线和接收天线，且有全向和定向之分，一般可有下列三种配置方式：发全向、收全向方式；发全向、收定向方式；发定向、收定向方式。从字面上我们就可以理解每种方式的不同，发全向主要负责全方位的信号发送；收全向自然就是个方位的接收信号了；定向的意思就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。一般情况下，频道数较少的基站（如位于郊区）常采用发全向、收全向方式，而频道数较多的基站采用发全向、收定向的方式，且基站的建立也比郊区更为密集。
2、基站控制器。GSM系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系，当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线现象。因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。控制器的核心是交换网络和公共处理器（CPR）。公共处理器对控制器内部各模块进行控制管理，并通过X.25通信协议与操作维护中心（OMC）相连接。交换网络将完成接口和接口之间的64kbit/s数据/话音业务信道的内部交换。控制器通过接口设备数字中继器（DTC）与移动交换中心相连，通过接口设备终端控制器（TCU）与收发台相连，构成一个简单的通信网络。在整个蜂窝移动通信系统中，基站子系统是移动台与移动中心连接的桥梁，其地位极其重要。
二、通信基站常见的危险形式
铁路通信基站在建造期间基本上是暴露在外，这种安装方式方便了基站接收或感应传输信号，可有效增强通信系统所发出的信号强度。而正由于通信基站长时间与自然外界接触，一旦外在环境发生异常变动，基站的信号处理功能会受到损坏，从而导致基站装置及其传输信号面临着多种危险。铁路通信基站在运行期间面临的危险包括：
1、雷击。雷击是自然界最为常见的灾害，雷击所产生的电火花聚集了大量的电流，对地面物体的毁灭性相当大。基站距离地面有一定的高度，其很容易遭到雷电的系统。正常情况下，雷电袭击基站会立刻破坏信号接收或发送装置，导致所有结构线路的信号传输功能中断，铁路信号无法按时传送至接收者。
2、雨水。长期间遭受雨水的打击容易淋湿基站的内外部构件，经过一段时间后造成线路、信号端口、天线等基本结构湿度过大，甚至有水滴渗入到装置内部。这种情况会引起基站设备的瞬间性短路，因短路产生的电流过大而烧坏了通信结构的连接线路，若重新启动通信系统传输信号则基站无法正常运行。
3、老化。一些偏远地区的基站很少得到通信人员的维护，这对于未来铁路工程大范围规划改造是不利的。老化问题也是基站结构潜在的安全隐患，其涉及到线路、收发台等多个结构组成。以基站天线为例，每一种天线的使用寿命均有明确的规定，而铁路基站的天线长度大、距离远，维护不当易导致线路老化。
三、铁路通信信号及防雷保护
通信信号是指通信设备接收所需信息的难易程度。信号好表示容易接收，信号不好则表示接收困难。现代通讯一般以电磁波的方式进行，发射电磁波的设备携带着接收方所需要的信息，有时候直接到达接收方，有时候这要经过许多的中转才能到达接收方。铁路信号保护常用的防雷器如下：
1、网络信号防雷器。适用范围：用于10/100/1000Mbps SWITCH、 HUB、ROUTER等网络设备的雷击和雷电电磁脉冲造成的感应过电压保护；网络机房网络交换机防护；网络机房服务器防护；网络机房其它带网络接口设备防护；24口集成防雷箱主要应用于综合网络柜、分交换机柜内多信号通道的集中防护。
2、视频信号防雷器。视频防雷器适用范围：主要用于视频信号设备点对点的协击保护，可保护各种视频传输设备免受来自信号传输线的感应雷击和电涌电压带来的危害，对相同工作电压下的RF传输同样适用；集成式多口视频防雷箱主要应用于综合控制柜内硬盘录像机、视频切割器等控制设备的集中防护。
3、音频信号防雷器。适用范围：主要适用于通过双绞线传输音频信号或数字载波信设备的雷电及过电压保护。如：电话机、传真机、MODEM、交换机、ADSL、ISDN等。性能特点：采用多级保护电路，通流容量大，残压水平低； 核心元件采用国际知名品牌，性能优异；插损小，响应时间快；结构严谨，限制电压精确。
四、基站信号抗干扰保护的方法
防雷仅仅是通信基站结构保护的一项内容，为了让通信系统在铁路运输中发挥更大的作用，工程人员在设计改造方案时还应从其它方面制定信号保护方案。笔者认为，除了自然环境对其造成的不利影响外，基站铁路通信信号还面临着各种干扰源的破坏。因此，基站信号保护需围绕着“抗干扰”制定有效的策略。
基站传输信号过程常会遇到电磁干扰，其信号传播的强度、方向等均会受到明显的影响。如：在电磁干扰作用下，通信信号的强度大幅度减弱，甚至失去信号感应迹象。更为严重的是电磁干扰是不可避免的，若铁路通信基站设置在电磁感应强烈的位置，则会强烈破坏信号传输的正常进行。基站的信号保护首先要避免电磁干扰的不利影响，这首先要求设计人员在规划基站位置时要全面考察现场的地质状况，分析可能出现的干扰源，再通过设备或装置屏蔽电磁波，这样就能够为信号传输提供安全可靠的环境。另外，谐波干扰也是信号保护常见的问题，其处理方式是对铁路通信系统里连接的电力设备进行改造处理，尽可能简化电力设备构造，避免电力系统产生谐波后对通信信号带来干扰。
五、结论
总之，铁路通信基站的核心组成是收发台及控制器，在对变电站进行改造时要考虑两种结构组成的实用性，通过优化结构组合的方法提高系统的传输效率。针对通信信号面临的各种危险及干扰，必须要及时采取信号保护措施以防万一。
参考文献
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