車載STP設備接收靈敏度的測量方法

張桂萍

無線調(diào)車機車信號和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）是計算機集成的控制系統(tǒng)［1］,通過與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng),將調(diào)車信號、進路及調(diào)車作業(yè)單等信息,由無線信道發(fā)射出去,調(diào)車機車載設備接收、解碼后將信息同步顯示在車載顯示器上,實現(xiàn)對調(diào)車作業(yè)的安全防護控制［2］。信息傳輸是車地控制的先決條件,如果無線信道出現(xiàn)故障,就無法實現(xiàn)調(diào)車監(jiān)控的最終目的,一切聯(lián)鎖控制都無法實現(xiàn)。

新豐站站場為國內(nèi)第一大編組場,日均編組量100余列；調(diào)車業(yè)務異常繁忙,調(diào)車車載設備運用頻繁。車載STP設備一旦發(fā)生故障,將會打亂正常的調(diào)車作業(yè)秩序,因此加強對車載STP設備的日常檢修,及時發(fā)現(xiàn)并消除設備隱患是維護管理人員義不容辭的責任［3］。經(jīng)過統(tǒng)計調(diào)查,段管內(nèi)STP設備安裝運用調(diào)車機35臺,投入使用時間為2011年9月；由采用微處理控制和數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)的數(shù)傳電臺（MDS-4710型）,提供高可靠的通信服務,實現(xiàn)車地信息雙向無線傳送。

1 設備故障的發(fā)現(xiàn)及分析

自2019年5月,維護人員多次收到調(diào)車機司機故障申報,主要問題是車載STP設備無法正常收碼、亂碼等。此類故障占設備故障總件數(shù)的42%,嚴重影響了調(diào)車機平面調(diào)車作業(yè)安全。對此,聯(lián)系設備生產(chǎn)廠家,多次對地面和車載STP設備進行系統(tǒng)測量［4］,包括作業(yè)現(xiàn)場多次勘察,翻閱大量技術(shù)資料、查詢相關(guān)測試規(guī)范及管理辦法,用場強儀分別對發(fā)生故障的7個站場的地面STP設備進行檢測,保證450 MHz信號場強良好覆蓋,無信號盲區(qū)等。

經(jīng)過近2個月的全面跟蹤和分類歸納,發(fā)現(xiàn)由于STP設備使用年限長,運用質(zhì)量呈現(xiàn)逐年下降的態(tài)勢。日常檢修中,除了對其電源部分、CPU板、CAN通信板進行功能檢測外［5］,還必須對車地信息傳送的MDS-4710型數(shù)傳電臺、發(fā)射機和接收機,以及車載、地面STP設備天饋系統(tǒng)駐波比性能進行量化檢測［6］,才能判斷其是否滿足技術(shù)規(guī)范要求。

但實際檢測中發(fā)現(xiàn),由于數(shù)傳電臺使用了定制化的調(diào)制和解調(diào)方式（連續(xù)相位頻率鍵控CPFSK調(diào)制和采用Virterbi解碼器解碼）,雖然對發(fā)射機部分可以用CMS50綜合測試儀進行功率和頻率測試,天饋系統(tǒng)通過天饋線測試儀表可以準確地測量天線駐波比指標,判斷天饋系統(tǒng)的性能優(yōu)劣,但是對接收機,使用鐵路系統(tǒng)現(xiàn)有裝備的測試儀表,如無線電綜合測試儀、射頻信號源、頻譜儀等,無法進行量化指標驗證,從而無法達到正常測試要求；而現(xiàn)有的抓包軟件,雖然可以對接收誤碼率進行測試判斷,但是還缺少標準調(diào)制信號和相應的信道仿真,所以依然不具備對接收機進行接收靈敏度的測試條件。用于測試的標準調(diào)制信號,雖可以通過MDS-4710型信道機的發(fā)射機提供,但由于其輸出功率固定為5 W（+37 dBm）,在沒有可控信道衰減的情況下,無法滿足MDS-4710型信道機最大可用靈敏度不超過-113 dBm的測試需求。

2 解決辦法

2.1 問題焦點

數(shù)傳電臺接收機的接收靈敏度無法測量,關(guān)鍵在于現(xiàn)有的綜合測試儀無法模擬輸出信號源。針對這個問題,設想用既有地面設備,通過軟件進行固定功率信號的正常發(fā)射,接收端經(jīng)過加裝一個可調(diào)射頻衰減器,量化衰減天饋線接口的接收信號,配合觀察車載設備誤碼率變化,就可以測量出數(shù)傳電臺的接收靈敏度。

根據(jù)這一思路,使用市售的射頻衰減器搭建了一個可以滿足測試需求的、量化可控的衰減器陣列,并協(xié)同設備生產(chǎn)廠家,經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗,探索出一種用衰減器陣列測量車載STP設備接收靈敏度的測試方法。該衰減器陣列由2個30 dB衰減器和1個0～75 dB可調(diào)衰減器組成。當3個衰減器串行接入時,可以提供60～135 dB的衰減量。對于STP地面設備發(fā)射機所提供的+37 dBm（5 W）輸出信號,可以在車載設備主機接收機射頻口處,將其功率衰減一個固定電平值,即可滿足MDS-4710型信道機固定輸出功率為5 W（+37 dBm）,最大可用靈敏度在-113 dBm的測試需求。

2.2 衰減器陣列組件的連接

衰減器陣列:固定衰減器1,固定衰減值30 dB；可調(diào)衰減器2,衰減調(diào)節(jié)范圍0～75 dB；固定衰減器3,固定衰減值30 dB。

可調(diào)衰減器2的一端通過射頻頭和固定衰減器1連接,另一端通過射頻頭和固定衰減器3連接,其中固定衰減器1和固定衰減器3為相同分貝的固定衰減器,其連接示意圖見圖1。

圖1 衰減器陣列組件連接示意圖

3 測試方法

3.1 確定機械室調(diào)監(jiān)地面設備發(fā)射機輸出電平

1）測試前對功率計進行校準和歸零。

2）將調(diào)車信號地面機械室調(diào)監(jiān)設備的射頻輸出端口接入功率計。

3）通過計算機控制軟件控制地面機械室調(diào)監(jiān)設備,進行射頻信號的輸出。

4）關(guān)閉發(fā)射機射頻信號的輸出。

5）連接好地面機械室調(diào)監(jiān)設備的天饋線系統(tǒng)。

3.2 測試接收靈敏度

1）第一組人員通過計算機控制軟件使調(diào)車信號機械室調(diào)監(jiān)地面設備進行射頻信號輸出（控制設備進行間歇性發(fā)射不超過3 min）［7］。

2）第二組人員在地面安裝車載STP設備1臺,室外架設450 MHz天饋系統(tǒng)1套,通過場強儀測試天線射頻口工作頻率的電平值,作為天饋線接口接收的基準電平；然后,在車載設備射頻口和天饋系統(tǒng)射頻口之間,串聯(lián)一組可調(diào)衰減器（根據(jù)測試的射頻電平值,搭建不同的串聯(lián)衰減器組）,逐次慢慢調(diào)節(jié)0～75 dB可調(diào)衰減器衰減值,使車載設備接收信號,記錄此時的衰減值。

3）通過接收數(shù)據(jù)的抓包軟件進行接收誤碼率分析。

4）通過接收誤碼率數(shù)值判定接收設備的靈敏度是否達標。

5）如果接收誤碼率超標,則減小可調(diào)衰減器的衰減值,并再次分析記錄接收誤碼率,一直減小到可調(diào)衰減器的衰減值,使接收誤碼率剛好合格為止。

6）人工計算機車設備的接收靈敏度電平（門限）值,即天饋線接口接收的基準電平減去衰減值。

4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)以上思路及測試方法,在浐灞車站進行了現(xiàn)場測試驗證。以浐灞車站地面STP設備為信號發(fā)射源,通過軟件控制地面設備發(fā)射標準功率調(diào)制信號,在車站附近臨時架設天饋系統(tǒng),利用5臺備用車載STP設備模擬調(diào)車機設備進行測試驗證。測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 浐灞車站現(xiàn)場測試車載STP設備的接收靈敏度驗證

數(shù)據(jù)分析:從序號1中可以看出,序列號012250611602010000042106的車載設備,電臺工作頻率為458.35 MHz,車站設備發(fā)射信號時,車載天饋射頻口接收到的基準電平為-61 dBm,（因為天饋系統(tǒng)不變,只更換不同的車載備用設備進行測試驗證,所以此天饋系統(tǒng)收到的電平值不變）,此電平值遠遠超過車載STP設備的接收靈敏度門限指標-113 dBm,因此需要加入可調(diào)衰減器陣列,由大向小依次調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器的衰減值,通過軟件觀察車載設備誤碼率也跟隨其由大向小變化。

當衰減器調(diào)為56 dB時,誤碼率剛好為0%,此時接收靈敏度為-61-56=-117 dBm,此電平值優(yōu)于設備指標門限值-113 dBm,滿足MDS-4710型信道機的技術(shù)要求,故此序列號為012250611602010000042106的備用車載設備的接收靈敏度合格。用同樣方法測試其他3臺設備的指標,得到的接收靈敏度均優(yōu)于設備指標門限值-113 dBm,同時滿足技術(shù)規(guī)范要求。

通過現(xiàn)場試驗證明,此方法可以準確測試出車載STP設備接收靈敏度的量化指標,當設備發(fā)生故障時,利用此方法檢測數(shù)傳電臺的接收機工作狀態(tài),可以發(fā)現(xiàn)車載STP設備無法正常收碼、亂碼等方面的設備故障,及時調(diào)整、更換不合格設備,降低故障率,提高了工作效率,為鐵路安全生產(chǎn)奠定了基礎。

5 設備優(yōu)點

1）測試設備安全性高。2個固定衰減器可提供60 dB的衰減量,即使可調(diào)衰減器出現(xiàn)誤操作,也可以保證將被測信號衰減至安全水平,而不會對被測接收機造成損壞。

2）測試設備在射頻通路中具有良好的可靠性。固定衰減器的端口駐波比可以滿足駐波比測試條件,在射頻通路中串入固定衰減器,可以有效改善射頻通路整體的駐波比特性。

3）保證測試設備的靈活性。固定衰減器和可調(diào)衰減器可以根據(jù)不同站場的信號強度,搭建出不同的衰減器陣列,提供不同的衰減量控制范圍,滿足不同場景的使用。

6 結(jié)束語

伴隨著鐵路運輸事業(yè)的不斷發(fā)展,車載行車設備作為鐵路運輸安全生產(chǎn)中的重要角色［8］,各項維護工作不容有絲毫差錯。采用衰減器陣列測量車載STP設備接收靈敏度的方法,在檢修方面提供了一種量化可控的測試手段,為提高設備維修質(zhì)量,減少設備行車安全隱患提供了保障,該測試方法具有一定的實用價值。