趙 哲，葉 晞

（北京交通大學 電子信息工程學院，北京 100044）

鐵路站場無線通信包括：平面調(diào)車、駝峰調(diào)車、車號、商檢、貨運、列檢、行包和客運等系統(tǒng)的無線通信。其中，平面調(diào)車無線通信是站場無線通信中一項非常重要的業(yè)務。平面調(diào)車是在平面牽出線上進行的調(diào)車作業(yè)，其任務的完成是通過調(diào)車長和調(diào)車員等作業(yè)人員之間的語音和數(shù)據(jù)通信（調(diào)車指令和調(diào)單數(shù)據(jù)等）來實現(xiàn)。調(diào)車作業(yè)對無線通信的安全性要求比較高，這就要求各無線通信信道之間沒有相互干擾。站場通信的無線信道，是由鐵道部指定的一組頻點，將其合理地分配給各個編組站進行安全作業(yè)。

目前，平面調(diào)車無線通信采用的是模擬的常規(guī)對講方式，存在頻率利用率低、語音和數(shù)據(jù)不能同傳、站場內(nèi)各系統(tǒng)間干擾嚴重等問題。DMR系統(tǒng)是多信道時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）數(shù)字移動通信系統(tǒng)，作為鐵路站場新一代數(shù)字移動通信系統(tǒng)，相比模擬常規(guī)通信系統(tǒng)具有多種優(yōu)點，已被率先確定應用于鐵路調(diào)車無線通信業(yè)務。

因此，經(jīng)過分析站場無線通信的業(yè)務需求以及基于DMR無線通信方式的特點，在充分利用頻率資源解決好調(diào)車頻率的優(yōu)化利用，減少同頻干擾及互調(diào)干擾的基礎上，本文提出了站場無線通信頻率的解決方案，并通過計算機實現(xiàn)站場無線通信頻率的自動分配。

1 站場無線通信業(yè)務需求

鐵路平面調(diào)車無線通信業(yè)務需求分為：

（1）話音通信：站場內(nèi)每個調(diào)車機車的相關成員組成一個調(diào)車作業(yè)組，該調(diào)車組成員之間的話音通信包括點對點呼叫、個別呼叫以及組呼、緊急呼叫。

（2）調(diào)車指令數(shù)據(jù)通信：包括啟動、推進、減速、停車、十車、五車、三車、連結、溜放、緊急停車等調(diào)車機車信號。該類信息數(shù)據(jù)量小，但對實時性、安全性要求比較高，端到端延時應小于500 ms。

（3）調(diào)車作業(yè)單信息傳輸：數(shù)據(jù)量較大，一般為500 bit~2000 bit，但該類信息對實時性要求不高。

2 DMR通信方式的優(yōu)點

DMR數(shù)字通信方式采用TDMA方式，通話數(shù)據(jù)能同傳，解決了調(diào)車通話時信令強插的問題。DMR可使單個12.5 kHz信道支持兩個同步通話或獨立通話。在DMR標準中，時分多址（TDMA）方式可保留 12.5 kHz帶寬并將其分為兩個交替的時隙。每個時隙具有等同的帶寬6.25 kHz并且可以作為獨立的通信信道運行，原信道的配置與模擬信號 12.5 kHz的配置仍可保持相同。這就表示DMR可以完全兼容現(xiàn)有的頻點，所以就無需重新購買或重新配置頻點，同時還可將12.5 kHz的信道帶寬容量擴增一倍。

TDMA系統(tǒng)中，如果第1個時隙傳輸語音數(shù)據(jù)，則第2個時隙可用于傳輸應用程序數(shù)據(jù)，例如：文本信息等數(shù)據(jù)，同時還能進行語音數(shù)據(jù)傳輸，這對于當前平面調(diào)車無線通信系統(tǒng)的業(yè)務功能至關重要。雙時隙TDMA制式應用程序的發(fā)展方向包括結合兩個時隙以使數(shù)據(jù)傳輸速率加倍，或同時使用兩個時隙以便啟用全雙工通話。

DMR 數(shù)字技術可更好地抑制噪音，尤其是在覆蓋范圍的邊緣，擁有比模擬技術更優(yōu)質(zhì)的語音質(zhì)量，這些優(yōu)點均得益于窄帶編解碼器的應用以及數(shù)字糾錯技術。數(shù)字處理可過濾噪音并從降級的發(fā)射中重新構造信號，因此可使用戶的通話更加清晰；DMR擴大了無線通信的有效覆蓋范圍，因此用戶可以靈活地處理現(xiàn)場情況。

3 站場無線通信干擾分析

3.1 互調(diào)干擾

站場無線通信在一個相對狹窄的地域，由十幾個通信組在同時使用所分配的頻率，不可避免地存在頻率間的互調(diào)干擾，而在所有互調(diào)干擾中，三階互調(diào)干擾尤為突出如圖1所示。

所謂三階互調(diào)是指當兩個信號在一個線性系統(tǒng)中，由于非線性因素存在，使得一個信號（F1）的二次諧波與另一個信號（F2）的基波產(chǎn)生差拍（混頻）后所產(chǎn)生的寄生信號（2F1-F2）。如果這個寄生頻率與正在使用的某個頻率（F3）吻合，則會對該頻率造成干擾。舉例說明：所用站場無線通信頻率F1=418.55 MHz，F(xiàn)2=418.5375 MHz，F(xiàn)3=418.5625 MHz，則 2×418.55 MHz-418.5375 MHz=418.5625 MHz， 即 為 2×F1-F2=F3，F(xiàn)1、F2和F3之間產(chǎn)生了三階互調(diào)干擾，如圖2所示。

圖1 三階互調(diào)干擾示意圖

圖2 三階互調(diào)干擾產(chǎn)物

3.2 同頻干擾

樞紐地區(qū)有十幾個甚至幾十個站場通信系統(tǒng)，距離在幾公里到十幾公里不等，在通信條件良好的情況下會產(chǎn)生同頻互相干擾，即相同的頻率在進行距離復用時，可能造成接收干擾，如圖3所示，因此根據(jù)距離遠近優(yōu)選頻率顯得尤為重要。

圖3 三系統(tǒng)內(nèi)的同頻干擾示意圖

4 頻率分配方案及數(shù)學模型建立

在鐵路系統(tǒng)中專用的頻率有16對雙工頻率和16個單工頻率，將16對雙工頻率拆成32個單工頻率使用，因此選用頻率集共含48個頻率。所設計分配方案如圖4所示。

圖4 頻率自動分配方案示意圖

設計模型：

（1）從48個頻率中，選出n個，在滿足一定條件時使這n個頻率之間無三階互調(diào)干擾。

（2）一個樞紐地區(qū)有m個通信組，有L個樞紐站或中間站，一個通信組占用一個頻率，頻率集合為n。

（3）其中樞紐站或中間站的數(shù)量可選，并且每個樞紐站所包含的通信組的數(shù)量可選。

（4）當兩個樞紐站距離大于20 km時，頻率可以復用（距離復用，即頻率可以再次使用且不用考慮三階互調(diào)干擾）。

（5）當兩個樞紐站距離小于20 km時，頻率不可以復用，且在20 km內(nèi)所有通信組選用的頻率必須滿足無三階互調(diào)干擾的條件。

5 軟件解決方案

5.1 頻率間無三階互調(diào)，有2種類型

（1）三階一型：2f1-f2=f3

（2）三階二型：f4+f5-f6=f7

要想實現(xiàn)無三階互調(diào)干擾，則要確保f3、f7不能為選出的頻率。

5.2 復用問題

同頻干擾：為解決同頻干擾問題，考慮到無線信號強度隨距離的衰減效應，所以采用距離復用的方法，暫定20 km為復用界。

臨頻干擾：在此模型下的臨頻干擾，即為三階互調(diào)干擾。解決臨頻干擾，就是要優(yōu)選頻率。

5.3 樞紐站間的距離

樞紐站間的距離由GPS坐標計算得出，即知道各個樞紐站的經(jīng)緯度坐標，計算出他們之間的距離，通過距離來考慮復用問題。

設計軟件界面如圖5所示。

圖5 設計軟件界面示意圖

軟件的流程圖如圖6所示。

通過計算機自動分配，準確無誤的計算出了各個通信組所需的無線調(diào)車電臺頻率，相比以前手工作業(yè)分配更加快速、準確、無干擾，實現(xiàn)了無三階互調(diào)干擾頻率的快速布置。

6 結束語

綜上所述，我國鐵路通信的特點決定了平面調(diào)車無線通信解決方案的獨特性和先進性。平面調(diào)車無線通信與鐵路運輸調(diào)度安全密切相關，同時也是我國編組站無線通信中需要重點解決的難題。我國平面調(diào)車無線通信業(yè)務由模擬制式向DMR等數(shù)字通信方式的過渡方案，需以滿足鐵路運輸生產(chǎn)實際要求為前提，綜合考慮經(jīng)濟因素和長期發(fā)展等因素來確定實施，且應經(jīng)過現(xiàn)場實驗驗證?；谝陨蠋c，經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗論證，最終確定并實現(xiàn)了合理的頻率分配方案。

圖6 軟件設計流程示意圖

[1] ShiBo. Research and Analysis on teachieal solution of GSM-R wireless communication for fl at shunting [J] . Railway communication and signal ,2008(5):3-5.

[2] 王 琦.無線調(diào)車燈顯設備從模擬向數(shù)字方式過渡的探討[J]. 鐵路運輸與經(jīng)濟，2010（7）：87-89.

[3] 周峻穎，張祖蔭.移動通信中無三階互調(diào)的實時頻率分配算法及實現(xiàn)方案[J]. 艦船電子工程, 2002（6）：47-50.

[4] 賀娟妮，宋宇博，程媛媛.GIS在調(diào)車作用監(jiān)控中的應用研究[J]. 蘭州交通大學學報，2008（1）：114-116.

[5] 耿肇英，趙建利，耿 燚.C#應用程序設計教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.