重载列车LTE-R,无线重联车载设备闪红浅析

张淑炳

（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

国能朔黄铁路LTE-R 无线宽带移动通信网络，承载重载列车编组开行的机车同步操控、可控列尾、列调通信、调度命令和无线车次号校核等行车信息业务，对保障按计划完成运量发挥着至关重要的作用。LTE-R 无线重联车载设备设置了严格的安全运行监测机制，当车载设备无法正常工作时，设备显示屏将发出闪红预警，此时机车司机须按照预定的行车规范进行相应的安全操作，以确保行车安全。闪红预警在日常设备维护工作中简称为无线重联车载设备闪红。

LTE-R 无线重联车载设备（图1）由无线重联LTE 数据传输设备（DTE-L）和机车同步操控设备（OCE）组成，其中DTE-L是机车无线重联系统的一部分，为机车同步操控设备（OCE）提供空口数据传输通道[1]。空口数据主要包括编解组信息、主车向从车发送的控制业务数据、从车向主车反馈的状态信息、无线重联设备和可控列尾设备的数据交互信息等。机车同步操控设备依据交互的空口数据完成列车同步操控。

图1 无线重联车载设备信息交互

2.1 无线重联LTE 数据传输设备主要功能

无线重联LTE 数据传输设备（DTE-L）由电源单元、接口单元、控制单元、通信单元、1.8 G 天线、1.8 G 馈线、CIR 通信数据线等组成。其主要功能如下：

（1）网络接入与鉴权。LTE 网络采用鉴权机制控制移动用户的接入，只有用户名和密码符合要求的用户才能正常接入。DTE-L 通过OCE 串口从OCE 获取机车号信息和AB 节信息，然后转换成登网所需要的用户名，用户名采用10 位数字编码，前8 位为机车号，后两位为A、B 节信息。登网所需的密码采用SIM 卡的IMSI 号码。

（2）设备IP 地址查询（寻址）。DTE-L 根据其他设备用户名查询其IP 地址信息。设备用户名均为10 位。

（3）查询LTE 信号强度、连接状态、附着状态。DTE-L 间隔2 s 循环查询LTE 信号强度、连接状态、附着状态，同时LTE 模块还会返回小区信息LAC 和CI 等位置信息。

（4）无线重联业务数据传输。无线重联设备编组成功后，主从车的LTE 数据传输设备通过LTE-R 网络间隔200 ms 发送数据交互信息，A 网设备向A 网设备发送，B 网设备向B 网设备发送，A、B 网设备不进行交叉发送。业务数据通过状态串口和网口在DTE-L 和OCE 之间进行传送。

2.2 LTE-R 无线重联车载设备闪红

DTE-L 通过RS422 串口和M12 以太网口与机车同步操控设备（OCE）进行通信。每台机车A 节和B 节分别设置一套OCE和DTE-L，A 节、B 节设备同时工作。无线重联设备编组成功后，主从车之间会周期性（200 ms）发送数据交互信息，A 网设备向A 网设备发送，B 网设备向B 网设备发送，A、B 网设备不进行交叉发送。当主从车20 s 内无法完成数据交互信息，则发生闪红预警[2]。

当主从车20 s 内无法完成数据交互信息，LTE-R 无线重联车载设备发生闪红预警。由其设备组成及工作机制可以分析得出闪红的主要原因来源于无线重联车载设备和LTE-R 无线网络两方面。基于LTE-R 无线网络维护经验，本文重点对LTE-R无线网络，即无线侧原因进行分析。

3.1 LTE-R 无线网络设备故障

LTE-R 无线网络设备，即通常意义上的基站主设备，发生故障后将导致无线网络中断，无法为重联设备间的数据交互提供通信承载。

基站主设备包括基带处理单元和射频拉远单元设备，完成无线信号发射和接收。

基带处理单元主要功能：①提供与传输设备、射频模块、USBa 设备、外部时钟源、LMT 或M2000 连接的外部接口，实现信号传输、基站软件自动升级、接收时钟以及基带处理单元在LMT 或M2000 上维护的功能；
②集中管理整个基站系统，完成上下行数据的处理、信令处理、资源管理和操作维护的功能。

射频拉远单元主要功能：①接收基带处理单元发送的下行基带数据，并向基带处理单元发送上行基带数据，实现与基带处理单元的通信；
②通过天馈接收射频信号，将接收信号下变频至中频信号，并进行放大处理、模数转换（A/D 转换）。发射通道完成下行信号滤波、数模转换（D/A 转换）、射频信号上变频至发射频段。

基带处理单元设备作为基站控制单元，其连接2～3 个射频拉远单元，当基带处理单元故障后期连接的射频拉远单元站点将全部无法提供正常的业务承载服务，影响面较大。射频拉远单元设备主要完成无线射频信号的发射与接收，当其故障故障后，仅该射频拉远单元设备覆盖范围内无法提供正常的业务承载服务，影响范围相对较小。

基站主设备故障主要有：①基带处理单元单板不可用故障；
②GPS 失锁故障；
③射频拉远单元不可用故障；
④射频拉远单元发射功率受限故障；
⑤CPRI 光功率收发异常故障。

3.2 LTE-R 无线网络天馈系统故障

漏缆是一种专门用于泄漏通信的高频电缆，电缆外导体不是全屏蔽的，开有泄漏槽或疏编织，因此在泄漏电缆内部传输的一部分信号就通过泄漏槽或稀疏编织的孔泄漏到电缆附近外部空间，提供给移动的接收机，达到将无线电信号送入封闭空间的目的；
同样外部移动信号也可以通过泄漏槽或稀松编织的孔穿过电缆外层导体进入泄漏电缆内部，加上必要的设备，可以与基台组成泄漏通信系统，以满足沿泄漏电缆在一定范围内的移动通信[3]。国能朔黄线山西境内地形复杂，隧道个数多距离长，因此漏缆系统得到了广泛的应用。漏缆覆盖可有效保证隧道内及隧道间连接部的场强需求。

漏缆系统主要包括跳线、电桥、避雷器、直流阻断器、漏缆等器件。由于其应用广泛、器件众多、组网复杂，漏缆系统故障也是影响闪红的主要因素。

漏缆系统出现故障将严重影响漏缆无线射频信号的传播，出现如信号场强传播中断、信号传输衰减过大等现象，导致漏缆无线覆盖场强出现弱覆盖、信号场强抖变、覆盖空洞等问题，产生LTE 业务应用终端脱网、切换失败、上下行吞吐率降低等异常应用事件。漏缆系统故障主要有：漏缆物理损伤，漏缆受外力挤压造成破损、折断、弯曲半径超限等导致的高驻波、高信号传输损耗。跳线、电桥、避雷器、直流阻断器等主要器件发生损坏或性能下降导致的高驻波、高信号传输损耗。漏缆、漏缆连接头等处进水导致的高驻波、高信号传输损耗。附属的尾巴天线故障。

4.1 LTE-R 无线网络设备故障处置策略

LTE-R 无线网络设备故障处置应坚持预防为主的策略，避免故障发生或尽量减小故障影响范围和时间。

4.1.1 充分利用LTE-R 网络监控功能

通过LTE-R 网络U2000 网管进行定期无线网络设备运行状态监控、运行性能分析及告警分析，将设备故障修方式提升为设备状态修，在设备运行性能恶化前进行维护干预，减少故障发生率。

4.1.2 日常维护工作精细化

在机房卫生、防尘、设备外观检查等工作的基础上提升日常维护工作的精细化程度。①基带处理单元站点进行GPS 系统驻波比测试、电压测试，排查GPS 失锁隐患；
②基带处理单元单板及射频拉远单元定期进行备件倒换，对倒换下来的单板进行本地性能测试，规避单板不可用风险；
③定期完成CPRI 光功率测试，当光功率接近故障阈值时，现场用光功率计进行收光测量，并利用OTDR 进行光线路特性指标测试。基带处理单元侧LBBP 板的光模块如果性能下降，也会造成收光功率、发光功率衰减过大，需要进行更换。

4.2 LTE-R 无线网络天馈系统故障处置策略

（1）天线外观核查。天线外观核查应重点关注天线是否存在受损现象，同时现场进行天线工程参数（方位角、下倾角）测量，对存在偏差的问题进行及时整改。当发生恶劣气象事件如暴雨、大风时应在第一时间对所涉及的天线进行工程参数加测，避免其发生异常。

（2）漏缆外观核查。漏缆外观核查应沿漏缆布放路径进行徒步观察，重点排查漏缆外观是否受损、漏缆接头防水是否牢固。

（3）驻波比测试。定期进行天馈系统驻波比测试。驻波比检测，U2000 网管查询，也可以通行现场应用SITEMASTER 等测试仪表进行测量。一般情况下，应先进行U2000 网管查询，对全网驻波比进行普筛，以工作测试效率。对普筛发现了驻波比接近告警阈值的站点，再进行现场测试，对故障点进行定位，快速确认故障点位置，并进行整改。

（4）利用网络优化测试进行故障辅助排查。天馈系统故障的直接表现为故障点LTE-R 无线网络覆盖异常，网络优化测试作为LTE-R 无线网络覆盖性能的主要检测手段，可以快速有效的发现无线网络覆盖异常[4]。因此在日常维护中应充分发挥网络优化测试的作用，及时进行故障辅助排查，从而有效处置天馈系统故障。

LTE-R 无线重联车载设备作为重载无线重联系统的重要组成部分，主要承担机车同步操控业务，其运行状态异常（闪红）直接影响重载机车的运行。通过分析无线网络设备故障、无线网络天馈系统故障等导致闪红的主要原因，提出了相应处置策略，为线重联车载设备闪红的故障处理提供参考。