DMR技術(shù)在列車尾部安全防護(hù)裝置上的試驗

崔連平 張孝良

崔連平:朔州車務(wù)段 助理工程師 036000 山西朔州

張孝良:北京中瑞特通訊科技有限公司 高級工程師 100070北京

1 列車尾部安全防護(hù)裝置系統(tǒng)簡介

目前，列車尾部安全防護(hù)裝置 (以下簡稱列尾)已在鐵路上得到廣泛應(yīng)用，列尾的應(yīng)用取消了傳統(tǒng)守車作業(yè)模式，保障了鐵路的運輸安全，提高了運輸生產(chǎn)效率?，F(xiàn)有列尾系統(tǒng)主要由列車尾部主機(jī)、列尾機(jī)車控制電臺和司機(jī)控制盒三部分組成。列尾裝置應(yīng)具有標(biāo)識列車尾部標(biāo)志、風(fēng)壓檢查、輔助排風(fēng)制動、電池欠壓和主管風(fēng)壓不正常自動報警等功能。由于現(xiàn)有列尾系統(tǒng)采用模擬通信技術(shù)，在設(shè)備應(yīng)用中存在以下問題。

1．無線列調(diào)列尾系統(tǒng)與無線列調(diào)系統(tǒng)之間的同頻干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致樞紐地區(qū)查詢列車尾部風(fēng)壓困難，影響發(fā)車。

2．在不利于無線電傳播的弱場區(qū)段，如山區(qū)、多隧道區(qū)段，需使用移動中繼器，摘掛作業(yè)勞動強(qiáng)度大、效率低。

3．模擬通信可靠性不高，模擬列尾采用FFSK調(diào)制方式進(jìn)行通信，在受到干擾和弱場情況下，通信成功率低。特別是大秦鐵路開行萬噸列車時，列尾系統(tǒng)需加掛移動中繼器才能保證大部分區(qū)段列尾系統(tǒng)的正常使用。

2 列尾數(shù)字化可行性分析

隨著科技的進(jìn)步，數(shù)字技術(shù)作為無線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢已日臻成熟。鐵道部辦公廳下發(fā)的辦運發(fā)【2010】1號文件，《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)工業(yè)和信息化部有關(guān)150 MHz和400 MHz專用對講機(jī)頻率規(guī)劃和使用管理有關(guān)事宜的通知》中明確指出:“自2011年1月1日起，國家將停止對150、400 MHz頻段內(nèi)模擬對講機(jī)型號的核準(zhǔn)，全面推廣數(shù)字對講機(jī)，鼓勵科研單位、生產(chǎn)企業(yè)采用鐵路專用雙工頻率資源和數(shù)字無線電信道機(jī)”。

DMR(Digital Mobile Radio)是國際ETSI組織提出的最新專用數(shù)字通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，作為新一代數(shù)字通信系統(tǒng)，DMR支持多種業(yè)務(wù)，支持模擬通信系統(tǒng)升級為數(shù)字系統(tǒng)，它所用的調(diào)制方式為4FSK。DMR是一種開放式標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)外廠家采用DMR技術(shù)的數(shù)字產(chǎn)品已經(jīng)成熟，產(chǎn)品種類齊全，在技術(shù)上極大地支撐了數(shù)字化列尾產(chǎn)品的開發(fā)。

列尾裝置采用數(shù)字技術(shù)可具備以下優(yōu)勢。

1．節(jié)省頻率資源。DMR技術(shù)采用12.5 kHz或者6.25 kHz信道間隔，模擬帶寬為12.5 kHz或者25 kHz。由于數(shù)字化中的語音編碼一般采用參量編碼方法，它不是把語音信號的波形進(jìn)行編碼，而是提取產(chǎn)生語音信號的特征參數(shù)并對特征參數(shù)進(jìn)行編碼傳輸，傳輸速率一般在1.2～4.8 kb/s，因此可以滿足數(shù)字列尾的帶寬要求，意味著頻譜利用率更高。

2．抗干擾能力強(qiáng)。DMR采用4FSK方式調(diào)制，模擬語音信號首先經(jīng)過A/D變換和語音編碼變換成數(shù)字信號，通過對語音和數(shù)據(jù)的數(shù)字化，以數(shù)字編碼和數(shù)字調(diào)制的方式，并采用數(shù)字信號處理方法進(jìn)行優(yōu)化，提高了通信的抗干擾能力。

3．?dāng)?shù)據(jù)通信能力強(qiáng)。傳輸距離遠(yuǎn)、可靠性高、通信數(shù)據(jù)可強(qiáng)插、傳輸速率高、糾錯能力強(qiáng)。列尾裝置采用信道編、譯碼，可提高數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性。方法是通過在數(shù)據(jù)編碼輸出的序列中按某種規(guī)則加入一些多余碼元作為差錯控制用的監(jiān)督碼，接收端根據(jù)這種規(guī)則可以發(fā)現(xiàn)錯誤或自動糾正錯誤，從而有效地提高數(shù)據(jù)通信能力。

4．?dāng)?shù)字電臺在數(shù)據(jù)傳輸時較FFSK安靜，產(chǎn)品更加人性化。

列尾通信數(shù)字化，首先面臨的就是與現(xiàn)有模擬列尾設(shè)備的兼容性問題，數(shù)字無線電臺可以數(shù)字和模擬兼容，通過列尾產(chǎn)品設(shè)計也可實現(xiàn)與在用設(shè)備的完全兼容。在列尾作業(yè)建立一一對應(yīng)關(guān)系時，首先采用模擬方式通信，通過通信協(xié)議識別設(shè)備屬性，最終確定設(shè)備的工作方式。

3 現(xiàn)場測試情況

秦皇島車務(wù)段在柳村南站對列尾裝置生產(chǎn)廠家提供的設(shè)備進(jìn)行了列尾無線通信效果的現(xiàn)場測試。測試分為拉距對比測試和現(xiàn)場對比測試2個步驟，測試情況如下。

3.1 拉距對比測試

試驗環(huán)境:平原地區(qū)市內(nèi)道路，有建筑物遮擋的區(qū)域。

測試步驟:數(shù)字和模擬控制電臺各一套放置在工區(qū)固定地點，數(shù)字和模擬列尾主機(jī)各一套放置在測試汽車上，從1000 m處開始用模擬、數(shù)字方式分別測試“查詢列尾風(fēng)壓”功能，每100 m一個測試點，每一個測試點進(jìn)行50次測試，測試人員分別做測試記錄。

試驗情況:1000 m時，數(shù)字和模擬設(shè)備通信成功率均為100%;1000～1600 m，模擬設(shè)備通信成功率遞減至模擬接收門限值;而數(shù)字設(shè)備通信成功率，1600 m處為98%，2800 m處為93%，3200 m處為0%。模擬方式與數(shù)字方式實驗對比情況如圖1所示。

3.2 現(xiàn)場比對測試

實驗環(huán)境:本次實驗采用點對點遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，在柳村南站二場內(nèi)，萬噸組合車列，車長1350 m，線路狀況具有彎道，地形為平原地帶，有立交橋及建筑物遮擋。

測試步驟:將數(shù)字和模擬控制電臺各一套安置于機(jī)車頭部，數(shù)字和模擬列尾主機(jī)各一套安置于列車尾部，分別進(jìn)行200次功能測試，測試人員分別做測試記錄。

試驗情況:在同等場強(qiáng)覆蓋、同等通信距離下，數(shù)字設(shè)備通信成功率為99%，模擬設(shè)備的成功率僅為30%。

3.3 實驗結(jié)論

1．在相同條件下，數(shù)字通信比模擬通信成功率高。

2．?dāng)?shù)字通信比模擬通信傳輸距離遠(yuǎn)。

3．盡管從實際測試數(shù)據(jù)來看，數(shù)字通信的最大距離可能會比模擬通信距離遠(yuǎn)1倍左右，但在此情況下，通信傳輸?shù)聂敯粜?(Robustness)不好，穩(wěn)定性無法保證。

［1］ TB/T2973-2006.列車尾部安全防護(hù)裝置及附屬設(shè)備［S］ .

［2］ TB/T3052-2002.列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)制式及主要技術(shù)條件［S］ .

［3］ 鐵道部辦公廳.辦運發(fā)【2010】1號.關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)工業(yè)和信息化部有關(guān)150 MHz和400 MHz專用對講機(jī)頻率規(guī)劃和使用管理有關(guān)事宜的通知［R］ .