[发明专利]铁路综合数字传输系统

说明书

本发明一般地讲涉及铁路既有金属线的数字化通信线路改造，更具体地讲是涉及有强工频干扰的电气化铁路环境下的数字化通信线路改造。

93年中国铁路线路的总长度已超过54000公里，其沿线设有长途通信线路，其中光缆和微波数字线路约占2500公里。其余占95％以上的约51500公里是采用金属传输线路。在金属传输线路的铁路通信线路中基本采用模拟通信方式.众所周知，模拟通信方式不适应现代通信的发展，必须进行数字化改造。

但是，在对规模巨大的铁路金属电线路进行数字化改造过程中存在两个必须解决的主要问题。第一，如果采用PCM(脉冲编码调制)方式，则每建设一条PCM数字通道必须在运营线路上设置相当数量的线路中继器，其结果是不仅投资大、建设周期长、维护困难，而且一对PCM端站仅提高了两个终端通信站之间的通信能力，难以为中间的车站分下/插入话路，各车站互相通信很不灵活。如果要满足每个车站都具备足够的通信条件，则数字通信设备的数量需要大量增加，从而以PCM方式改造通信线路的投资太高。第二，由于电气化铁路在提高运速、降低运输成本、保护生态环境、合理利用能源方面展示了显著经济和社会效益，中国铁路将积极提高电气化率。而在铁路通信线路数字化改造过程中，首先碰到的问题是强电对通信的干扰的问题。有关分析认为，电气化机车的牵引电流达100～150A，由于数字化传输方式其工作带宽从低频一直到数MHz范围，虽然50Hz的基频的高次谐波按照1/N²依次降低，但主要的干扰谐波均在工作频带之内，使得金属线路的数字传输系统的误码率难于达到使用要求。

80年代以后，随着光通信技术的发展，光缆和光信号表现出容量大、中继距离长、抗强电干扰的技术优势，各方面均热衷于光通信技术上的开发研究和工程应用。因此，近年来各方面较少问津金属传输线的数字化改造的经济性问题和强电干扰问题。

中国铁道部1987年在郑州至孟源间400公里线路上，实现的E1(数字基群)方案可以作为一个电气化铁路区段数字化改造的典型系统，该系统首次采用E1数字基群方式进行电缆数字化改造[铁道部通信信号公司研究设计院主办网刊：“铁路通信信号设计”1993年第1期，第18～23页“电气化区段原有对称电缆首次开通数字通信”作者：李群茹、王正映]，全段线路为HQZL22小同轴大综合电气化电缆。在0.9毫米高频线对上开通E1数字基群系统，共包括11个端站，33个中间站(设置D/I设备)和102个无人中继站，中继间隔4公里，线路中继器采用远供电源供电。在实际的数字化改造中，为减弱强大的牵引电流干扰，主要依靠加强电缆接地和改善电缆过桥线的措施，其核心思想方法是减小干扰强度，对已有电缆测试和整治工作量很大，经过两次整治，达到了验收标准。

由于在运营线路上进行大规模的通信改造是个复杂的技术问题，此次工程之后，铁道部没有继续进行类似的大规模数字化改造。面对着既有金属电线路这个极大的通信资源，因为缺乏有效的改造措施，通信网络的规划者难于作出合理的决策，自然把资金投向光缆通信系统建设。其实光通信技术虽然具有明显的技术优势，并且不存在抗强电干扰等问题，但是利用光缆解决铁路区段通信，则要在15公里左右的站间距离内安装分下/插入设备，明显存在着成本高的倾向。对于网同步来说，这样构成系统的合理性也值得探讨。基于以上分析，铁路金属线的数字化改造技术是一个值得继续研究的重要问题。

如上所述，铁路金属电线路数字化改造必须同时解决经济性和强电干扰两个主要问题，才能够达到实用化。现在的技术发展为延长中继距离提供了可能，话路的分下插入也有望解决，数字化改造的经济性有可能简化。相比之下，电气化的强电干扰问题则比较突出，所以本发明从分析强电对金属电线路的数字传输系统的影响入手，逐步提出解决问题的有效方法。为了更为清楚地说明强电对通信系统的干扰，下面参照图1进行较详细的描述。

图1是表示金属电线路中强电的横向干扰对于数字传输系统的影响分析的图。

具体地讲，图1中的线路中继器包括输入变压器、5KHz高通滤波器(1-1)、均衡放大器(1-2)、判决电路(1-3)、输出级(1-4)、时钟提取电路(1-5)、自动电平控制单元(1-6)，实际的PCM中继器的输入变压器的初级电感量约为10毫亨。

按照强电干扰是作用于线路中继器分析，则线路中的纵向干扰要转换为横向干扰发生作用。我们知道，一对双绞线上感应的纵向电动势方向相同，形成的纵向电流i₁、i₂在输入变压器上相抵，由于实际的线路平衡度有限，必然出现一个差值电流，此差值电流在输入变压器上形成横向干扰电压，线路的平衡度越高，横向干扰电压越小。