馬良德

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081）

鐵路通信動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定方法研究

馬良德

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081）

為提高檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和一致性，對(duì)鐵路無(wú)線(xiàn)通信動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定方法及技術(shù)要求進(jìn)行研究。該標(biāo)定方法適用于安裝在綜合檢測(cè)列車(chē)或電務(wù)檢測(cè)車(chē)上的通信檢測(cè)系統(tǒng)，包括場(chǎng)強(qiáng)覆蓋、無(wú)線(xiàn)干擾和GSM-R服務(wù)質(zhì)量等子系統(tǒng)，并在實(shí)際通信動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定工作中開(kāi)展應(yīng)用與驗(yàn)證。

鐵路無(wú)線(xiàn)通信；檢測(cè)系統(tǒng)；標(biāo)定；GSM-R

我國(guó)鐵路周期性動(dòng)態(tài)檢測(cè)和新建線(xiàn)路聯(lián)調(diào)聯(lián)試使用檢測(cè)車(chē)作為測(cè)試平臺(tái)，各檢測(cè)車(chē)配置的通信檢測(cè)系統(tǒng)存在差別，不同檢測(cè)系統(tǒng)在同一線(xiàn)路檢測(cè)結(jié)果存在不一致的問(wèn)題。檢測(cè)設(shè)備的使用損耗、更新升級(jí)、故障維修等因素，也會(huì)造成輸出檢測(cè)結(jié)果的偏差。上述因素都影響了通信檢測(cè)工作的客觀性和準(zhǔn)確性，因此需要進(jìn)行定期的系統(tǒng)標(biāo)定。目前我國(guó)鐵路通信無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定雖有可借鑒的方法，但還需進(jìn)一步完善，其他通信動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)還沒(méi)有相關(guān)的標(biāo)定方法，標(biāo)定工作還未全面開(kāi)展實(shí)施。

1 通信檢測(cè)系統(tǒng)

安裝在綜合檢測(cè)列車(chē)或電務(wù)檢測(cè)車(chē)上的通信檢測(cè)系統(tǒng)包括場(chǎng)強(qiáng)覆蓋、無(wú)線(xiàn)干擾、GSM-R服務(wù)質(zhì)量、綜合同步等檢測(cè)子系統(tǒng)[1]，系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。主要測(cè)量設(shè)備包括測(cè)量接收機(jī)、實(shí)時(shí)頻譜儀、掃頻儀、車(chē)載測(cè)試模塊和測(cè)試手機(jī)。測(cè)量接收機(jī)用于場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)，實(shí)時(shí)頻譜儀和掃頻儀用于干擾檢測(cè)，車(chē)載測(cè)試模塊和測(cè)試手機(jī)用于GSM-R網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)。各檢測(cè)子系統(tǒng)通過(guò)車(chē)頂天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)與地面的無(wú)線(xiàn)信號(hào)交互，綜合同步系統(tǒng)為各檢測(cè)子系統(tǒng)提供同步定位里程信息，系統(tǒng)控制器用于實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和展示。

目前檢測(cè)車(chē)每月對(duì)各高速鐵路的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋、無(wú)線(xiàn)干擾、GSM-R服務(wù)質(zhì)量等項(xiàng)目進(jìn)行全面檢測(cè)[2]，檢測(cè)人員結(jié)合地面接口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和網(wǎng)管數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析[3]，向維護(hù)部門(mén)提供維護(hù)維修和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議。此外，綜合檢測(cè)列車(chē)通信檢測(cè)系統(tǒng)還承擔(dān)新建高速鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通前的聯(lián)調(diào)聯(lián)試和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測(cè)試工作。

圖1 檢測(cè)車(chē)通信檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

2 檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定方法

場(chǎng)強(qiáng)覆蓋及無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)中測(cè)量接收機(jī)、實(shí)時(shí)頻譜儀、掃頻儀等儀表應(yīng)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)量檢定或校準(zhǔn)，在用的檢測(cè)儀表必須具有有效的檢定或校準(zhǔn)證書(shū)。

2.1 天饋線(xiàn)

通信檢測(cè)系統(tǒng)與外界的無(wú)線(xiàn)信息交互都是通過(guò)天饋線(xiàn)完成的，天饋線(xiàn)標(biāo)定是在不拆除車(chē)頂天線(xiàn)的前提下，利用天饋線(xiàn)測(cè)試儀表對(duì)檢測(cè)用天饋線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)駐波比、回波損耗等指標(biāo)來(lái)判定天線(xiàn)與饋線(xiàn)的匹配程度，通過(guò)測(cè)量饋線(xiàn)損耗等指標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)整體損耗，對(duì)不滿(mǎn)足指標(biāo)要求的天饋線(xiàn)，通過(guò)故障定位模式查找到故障發(fā)生的精確位置。

按照被標(biāo)天饋線(xiàn)的工作頻率設(shè)置標(biāo)定頻率；450 MHz無(wú)線(xiàn)列調(diào)場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)天線(xiàn)頻率設(shè)置參考值為450～470 MHz；GSM-R無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)天線(xiàn)頻率設(shè)置參考值為870～950 MHz；GSM-R場(chǎng)強(qiáng)及服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)天線(xiàn)頻率設(shè)置參考值為880～940 MHz；標(biāo)定中利用專(zhuān)用校準(zhǔn)件對(duì)天饋線(xiàn)測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，頻率設(shè)置發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新校準(zhǔn)。分別測(cè)量出電壓駐波比、回波損耗、饋線(xiàn)損耗等參數(shù)。其中電壓駐波比的測(cè)量值應(yīng)小于1.5[4]，回波損耗值應(yīng)大于14 dB，饋線(xiàn)損耗值應(yīng)小于2 dB。

2.2 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)

使用損耗已知的標(biāo)準(zhǔn)饋線(xiàn)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源和場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)儀表的連接饋線(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)饋線(xiàn)的損耗值需計(jì)入測(cè)量結(jié)果。場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定連接方式見(jiàn)圖2。

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率和場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)的工作頻率一致。450 MHz無(wú)線(xiàn)列調(diào)場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置頻率參考值為467.925 MHz；GSM-R場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置頻率參考值為932 MHz。

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出不同電平值，按照相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)檢波方式、檢測(cè)帶寬等，啟動(dòng)檢測(cè)程序輸出測(cè)試電平值，測(cè)試電平分別按照50%、95%的統(tǒng)計(jì)概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)電平值誤差絕對(duì)值應(yīng)小于2 dB。

根據(jù)平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)饋線(xiàn)損耗值計(jì)算出系統(tǒng)偏差Ud。系統(tǒng)偏差和饋線(xiàn)損耗UD計(jì)入場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)的補(bǔ)償，對(duì)樣本區(qū)間概率統(tǒng)計(jì)值Um'進(jìn)行修正。即系統(tǒng)檢測(cè)電平值Um=Um'+Ud+UD。

圖2 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定連接方式

2.3 無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定

使用損耗已知的標(biāo)準(zhǔn)饋線(xiàn)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源和干擾檢測(cè)儀表的連接饋線(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)饋線(xiàn)的損耗值需計(jì)入測(cè)量結(jié)果。無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定連接方式見(jiàn)圖3。

圖3 無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定連接方式

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率和無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)的工作頻率一致，GSM-R無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)設(shè)置頻率參考值為932 MHz。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出不同電平值，輸出標(biāo)準(zhǔn)電平參考值為：-80 dBm，-70 dBm，…，-20 dBm。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)檢波方式、分辨率帶寬等，啟動(dòng)檢測(cè)程序輸出測(cè)試電平值。無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)電平值誤差絕對(duì)值應(yīng)小于2 dB。

2.4 服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)

利用移動(dòng)終端測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM-R服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定。服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定連接方式見(jiàn)圖4。

圖4 GSM-R服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定連接方式

被測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)移動(dòng)終端內(nèi)插入測(cè)試用SIM卡。使用標(biāo)準(zhǔn)饋線(xiàn)作為移動(dòng)終端測(cè)試儀和被測(cè)移動(dòng)終端的連接饋線(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)饋線(xiàn)的損耗值作為補(bǔ)償需計(jì)入移動(dòng)終端測(cè)試儀的預(yù)衰值。

建立移動(dòng)終端測(cè)試儀和移動(dòng)終端之間的語(yǔ)音呼叫或數(shù)據(jù)連接，對(duì)被測(cè)終端的頻率誤差、參考靈敏度、相位誤差、最大峰值功率誤差等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試[5]。檢測(cè)系統(tǒng)移動(dòng)終端電性能應(yīng)符合下列要求：

（1）參考靈敏度：8 W模塊優(yōu)于-104 dBm，2 W模塊和測(cè)試手機(jī)優(yōu)于-102 dBm；

（2）頻率誤差：＜1×10-7；

（3）峰值相位誤差：≤20°；

（4）均方根值相位誤差：≤5°；

（5）最大峰值功率誤差：≤2 dB。

通過(guò)服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)配置移動(dòng)終端相關(guān)參數(shù)，驗(yàn)證終端的網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)、建立連接、業(yè)務(wù)信道響應(yīng)、功率等級(jí)響應(yīng)等功能性指標(biāo)。

3 標(biāo)定方法應(yīng)用

3.1 天饋線(xiàn)

按照2.1中方法，對(duì)某綜合檢測(cè)列車(chē)通信檢測(cè)系統(tǒng)天饋線(xiàn)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 某綜合檢測(cè)車(chē)通信檢測(cè)系統(tǒng)天饋線(xiàn)標(biāo)定記錄

所測(cè)天饋線(xiàn)中3車(chē)5#天線(xiàn)在885～889 MHz和930～934 MHz的GSM-R頻段內(nèi)電壓駐波比最大值為4.568，回波損耗最小值為3.37，不滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求，駐波比測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5。通過(guò)故障定位的模式診斷，結(jié)果顯示饋線(xiàn)接頭處異常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)接頭機(jī)械松動(dòng)，與饋線(xiàn)接觸不良。標(biāo)定后處理方案為：3車(chē)5#天線(xiàn)在維修之前暫停使用。

圖5 3車(chē)5#天線(xiàn)駐波比測(cè)試截圖

3.2 場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)

按照2.2中方法，對(duì)某電務(wù)檢測(cè)車(chē)GSM-R場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，設(shè)置檢測(cè)系統(tǒng)檢波方式為有效值檢波，檢測(cè)帶寬為200kHz，輸出標(biāo)準(zhǔn)電平值為：-100 dBm，-90 dBm，…，-30 dBm，以160 km/h的速度模擬運(yùn)行1 km，取10個(gè)采樣點(diǎn)。電務(wù)檢測(cè)車(chē)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)95%測(cè)試統(tǒng)計(jì)值標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)標(biāo)定數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)平均誤差均小于2 dB，滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。

3.3 服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)

按照2.4中方法，對(duì)某綜合檢測(cè)列車(chē)GSM-R服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)移動(dòng)終端電性能參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，部分標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表3。被測(cè)移動(dòng)終端各項(xiàng)電性能參數(shù)滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。

表2 某電務(wù)檢測(cè)車(chē)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定記錄 dBm

表3 某電務(wù)檢測(cè)車(chē)服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)電性能標(biāo)定記錄

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)通用鐵路無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定方法進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，并將此方法應(yīng)用到無(wú)線(xiàn)干擾檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定中。從移動(dòng)終端電性能指標(biāo)和功能性指標(biāo)兩方面，對(duì)GSM-R服務(wù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定的方法開(kāi)展研究，并提出各檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)條件。完成對(duì)綜合檢測(cè)列車(chē)和電務(wù)檢測(cè)車(chē)通信檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際標(biāo)定工作，通過(guò)對(duì)實(shí)際標(biāo)定數(shù)據(jù)和結(jié)果的分析，驗(yàn)證了該標(biāo)定方法切實(shí)可行。在今后的標(biāo)定工作中，還應(yīng)在天線(xiàn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)校準(zhǔn)和不同檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)一致性驗(yàn)證方面開(kāi)展深入研究。

[1]王衛(wèi)東. 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)[M]. 北 京：科學(xué)出版社，2017.

[2]TG/TX 106—2014 鐵路通信維護(hù)規(guī)則[S].

[3]邢小琴. CTCS-3級(jí)列控?cái)?shù)據(jù)傳輸與GSM-R網(wǎng)絡(luò)CSD 測(cè)試關(guān)系[J]. 中國(guó)鐵路，2014(4)：64-68.

[4]Q/CR 569—2017 電務(wù)檢測(cè)車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[5]YD/T 1215 900/1800 MHz TDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信 網(wǎng)通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（GPRS）設(shè)備測(cè)試方法：移動(dòng) 臺(tái)[S].

責(zé)任編輯 盧敏

2017-07-11

“中國(guó)畫(huà)火車(chē)第一人”王忠良先生火車(chē)鋼筆畫(huà)系列作品——JF9（解放9）型機(jī)車(chē)

1940年日本制造。機(jī)車(chē)及煤水車(chē)總質(zhì)量151.76 t，機(jī)車(chē)全長(zhǎng)22 119 mm，動(dòng)輪直徑1 450 mm，軸式1-4-1。曾運(yùn)用于我國(guó)華中鐵路，擔(dān)當(dāng)短途運(yùn)輸及調(diào)車(chē)作業(yè)。1990年取消該型號(hào)。

Study on Calibration Method of Dynamic Inspection System of Railway Communication

MA Liangde
（Infrastructure Inspection Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

The paper looks into the calibration method and the technical requirement of the dynamic inspection system of railway communication in the pursuit of better accuracy and consistency of the system. The calibration method - applicable to the inspection system for the multipurpose inspection train and the communication/signaling inspection train - targets field strength coverage, radio interference, the service quality of GSM-R and other subsystem. It needs to be noted that the application and the verification are carried out amid the calibration of the dynamic inspection system.

railway radio communication；inspection system；calibration；GSM-R

U285

A

1001-683X（2017）10-0049-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.10.049

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2015YJ093）

馬良德（1984—），男，助理研究員，碩士。E-mail：maliangde@rails.cn