亞音頻解決數(shù)控?zé)o線調(diào)車系統(tǒng)干擾

孟麗杰 朔黃鐵路肅寧分公司

一、應(yīng)用背景

公司自2001 年在黃驊港站使用數(shù)控?zé)o線調(diào)車系統(tǒng)以來，隨著運量的增加和調(diào)車作業(yè)的頻繁相繼在沿線各站引入無線調(diào)車系統(tǒng)，受無線頻譜數(shù)量和設(shè)備供給廠家的制約，在朔黃線管內(nèi)無線調(diào)車系統(tǒng)存在兩個方面的差異：一個是設(shè)備廠家不同（中國中鐵、北方交大）所使用的控制信令編碼表不同；另一個是450MHz 頻段范圍兩個跨度頻率劃分，收發(fā)信機(jī)分為高端和低端。隨著系統(tǒng)使用范圍的拓展和數(shù)量的增加，不可再生資源頻率復(fù)用層度越來越高，使原本無線通信固有特點“干擾”在使用中不可避免且日益凸顯，甚至嚴(yán)重影響正常通信，主要體現(xiàn)于以下幾個方面：

1.頻率復(fù)用造成的同頻干擾

這一因素的產(chǎn)生主要是由于頻率屬于有限的不可再生資源，為了提高通信容量，采用頻率復(fù)用的技術(shù)以提高頻譜的使用效率。同頻復(fù)用系數(shù)增加時，大量的同頻干擾將取代人為噪聲和其它干擾，成為通信質(zhì)量的主要約束。

2.頻率選用不合理造成三階互調(diào)干擾

三階互調(diào)是指當(dāng)兩個信號在一個線性系統(tǒng)中，由于非線性因素存在使一個信號的二次諧波與另一個信號的基波產(chǎn)生差拍（混頻）后所產(chǎn)生的寄生信號。由于一個信號是二次諧波（二階信號），另一個信號是基波信號（一階信號），他們倆的合稱為三階信號。這一因素的直接結(jié)果就是產(chǎn)生三階互調(diào)失真，當(dāng)同一系統(tǒng)內(nèi)容納的頻率數(shù)越多，而之間的頻率選取沒有參照一定的選取標(biāo)準(zhǔn)，相互之間產(chǎn)生的三階頻率對現(xiàn)有系統(tǒng)將造成嚴(yán)重影響。

3.外界人為干擾

人為干擾源是有機(jī)電或其他人工裝置產(chǎn)生電磁能量干擾，這一因素直接結(jié)果是串音（串臺），通話接通率降低，語音清晰度降低，當(dāng)干擾信號高于接收機(jī)接收門限將造成通道內(nèi)接收機(jī)接收有用信號能力下降。

4.自然因素干擾

自然干擾源主要來源于大氣層的天電噪聲、地球外層空間的宇宙噪聲。受干擾信號強(qiáng)度和類型的這類因素影響產(chǎn)生的結(jié)果是造成輻射區(qū)域內(nèi)的背景噪聲升高和寂靜區(qū)的產(chǎn)生以及越區(qū)干擾機(jī)率增加。

二、可行性論證

(一）理論分析

針對管內(nèi)日益凸顯的干擾問題，要解決或降低上述干擾問題，結(jié)合通信理論和實際應(yīng)用分析如下：

1.采用方向性強(qiáng)的天線，使用定向天線能增加信號的特定方向的通信傳播距離，可有效改善外界干擾帶來的背景噪音升高。

2.對發(fā)射臺天線和干擾臺天線采取不同的極化方式，可以減少頻率復(fù)用造成的同頻干擾，但由于干擾源大多系外部干擾源，查找和統(tǒng)計難以實現(xiàn)。

3.采用陣列天線，加裝濾波器，提高對有用信號的選擇能力，可以有效改善同頻干擾和三階互調(diào)干擾。

4.降低電臺發(fā)射功率，降低天線高度，降低接收機(jī)靈敏度，可以有效改善頻率復(fù)用造成的越區(qū)干擾。

5.有效利用接收機(jī)靜噪狀態(tài)，使接收機(jī)處于較深靜噪和采用亞音頻信令控制靜噪開啟和關(guān)閉，可以有效控制外界人為和自然噪聲對通道內(nèi)的影響。

綜上所述，從根本上解決干擾受外界人為、環(huán)境，干擾源的查找、定位，頻率資源有限，通信距離的保障等條件考慮是不現(xiàn)實，且收效見緩，只能設(shè)法改善干擾對整個系統(tǒng)的影響，伴隨干擾的發(fā)生時保障通信距離，提高通信質(zhì)量，有效利用接收機(jī)靜噪狀態(tài)，可以有效改善管內(nèi)所有設(shè)備的共存問題，保障通信暢通，提高通信質(zhì)量。

調(diào)車設(shè)備的安全保證和通信質(zhì)量的良好程度密切相關(guān)，因此在進(jìn)行項目實施改進(jìn)前，有必要對可行性和可控性做具體的論證和試驗。

(二）資料收集和取證

我們先后拜訪了中鐵公司和北方交大，對其生產(chǎn)的用于朔黃鐵路的數(shù)控?zé)o線平調(diào)系統(tǒng)固定機(jī)控器，中間站機(jī)控器，一體化便攜臺從電路工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計特點和技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的了解和分析。

1.系統(tǒng)組成

數(shù)控?zé)o線平面調(diào)車系統(tǒng)用戶為司機(jī)、調(diào)度區(qū)長、調(diào)車員、制動員。整個系統(tǒng)由三大部分組成：機(jī)車設(shè)備、固定設(shè)備、移動設(shè)備。

2.工作原理

整個系統(tǒng)通信方式采用同頻單工通信方式，固定機(jī)控器和中間站機(jī)控器收發(fā)信機(jī)采用TK378/TK278，一體化便攜臺采用GP88/GP3688，調(diào)車區(qū)長、調(diào)車組、機(jī)車司機(jī)之間業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)為語音通信，調(diào)車員控制機(jī)控器采用數(shù)字編碼，用FSK 方式或FFSK 方式調(diào)制傳輸。

三大部分功能及通信方式如下：

機(jī)車設(shè)備：以機(jī)車臺為核心，完成調(diào)車作業(yè)組人員發(fā)送的指令的識別、顯示，并提供司機(jī)與調(diào)車組、調(diào)車區(qū)長之間的聯(lián)絡(luò)問題。

固定設(shè)備：以調(diào)車區(qū)長臺為核心，完成調(diào)車區(qū)長與調(diào)車組之間的聯(lián)絡(luò)問題。

移動設(shè)備：包括調(diào)車員手持臺、制動員手持臺。完成由調(diào)車人員向機(jī)車發(fā)送調(diào)車作業(yè)指令，以指揮機(jī)車行動。并提供機(jī)車司機(jī)以及調(diào)車組人員之間聯(lián)絡(luò)問題。

通過對系統(tǒng)原理和各組成部分性能指標(biāo)的分析并結(jié)合大量其他相關(guān)資料，最終確定：在收發(fā)信機(jī)內(nèi)增加亞音頻用于解決朔黃鐵路數(shù)控平調(diào)系統(tǒng)干擾問題的技術(shù)改造方案是可行的。

三、亞音頻選取

(一)亞音頻調(diào)整方法

針對現(xiàn)有數(shù)控?zé)o線平調(diào)系統(tǒng)收發(fā)信機(jī)類型和型號，除TK378 不支持?jǐn)?shù)字亞音頻外其他均支持各自定義的數(shù)字亞音頻編碼，TK378亞音頻標(biāo)準(zhǔn)為CTCSS 音頻頻率，TK378G 為QT/DQT，GP88s 和GP3688 為TPL/DPL，為了保證所有收發(fā)信機(jī)都能兼容通信，統(tǒng)一選取CTCSS 頻率或?qū)?yīng)代碼。

(二)調(diào)整試驗

挑選各項指標(biāo)合格的區(qū)長臺，固定機(jī)控器，中間站機(jī)控器，一體化便攜臺，確保穩(wěn)定設(shè)備質(zhì)量為試驗提供可靠保證。

根據(jù)亞音頻的頻點范圍和已有無線列調(diào)亞音頻頻點范圍，將亞音頻選擇分為2 組，67Hz 對應(yīng)頻段450-470MHz，77 對應(yīng)頻段410-430MHz。

比較亞音頻添加后性能指標(biāo)變化，并進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境試驗，在進(jìn)行長達(dá)1 個月的跟蹤試驗后得到令人滿意效果，具體改善如下：

1.防止未經(jīng)許可用戶通信介入，減少人為誤干擾。

2.抗干擾能力強(qiáng)，減少通道內(nèi)背景噪聲的升高開啟靜噪門限。

3.實現(xiàn)各站場范圍內(nèi)頻率復(fù)用，提高頻率的利用率，達(dá)到頻率共享。

4.亞音頻的增減和修改方便，有可參照標(biāo)準(zhǔn)，不同型號、廠家生產(chǎn)的收發(fā)信機(jī)互換靈活。

四、亞音頻應(yīng)用

通過試驗結(jié)果的反饋和處理試驗中發(fā)現(xiàn)的問題已經(jīng)達(dá)到全面展開技術(shù)改造條件，于2008 年底至今已全面在朔黃鐵路管內(nèi)各站數(shù)控?zé)o線調(diào)車系統(tǒng)中應(yīng)用。

2008 年12 月完成黃驊港站5 臺調(diào)車機(jī)的固定機(jī)控器，5 組調(diào)車作業(yè)人員的一體化便攜臺，2 臺區(qū)長臺的亞音頻技改項目。

2009 年3 月完成神港站2 臺調(diào)車機(jī)的固定機(jī)控器，2 組調(diào)車作業(yè)人員的一體化便攜臺，1 臺區(qū)長臺的亞音頻技改項目。

2009 年5月完成肅寧北站3 臺調(diào)車機(jī)的固定機(jī)控器，3 組調(diào)車作業(yè)人員的一體化便攜臺的亞音頻技改項目。

2010 年平調(diào)系統(tǒng)換代過程中對712 通信工廠生產(chǎn)的數(shù)控?zé)o線調(diào)車系統(tǒng)在設(shè)計和生產(chǎn)過程中已全部實施亞音頻防干擾措施。

五、應(yīng)用結(jié)論

由于受不同廠家收發(fā)信機(jī)亞音頻定義影響，TK 系列和GP 系列數(shù)字亞音編碼不盡兼容，只能選用同一標(biāo)準(zhǔn)的語音亞音頻，不可避免收發(fā)信機(jī)靜噪開啟和關(guān)閉延時問題帶來的通話丟字和尾音問題，解決辦法是通過使用習(xí)慣（通話時語速放慢或稍提前按下送話鍵）來改善，其次就是選用同系列的收發(fā)信機(jī)，通過數(shù)字亞音頻如Motorola（DPL），在語音前和發(fā)射結(jié)束前發(fā)送數(shù)字形式編碼來控制靜噪電路的開啟和關(guān)閉。