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無(wú)線(xiàn)通信同頻干擾與解決研究
衰落和干擾是制約無(wú)線(xiàn)通信系統性能的主要因素。過(guò)去15年，針對衰落的研究已經(jīng)非常成熟。因此，近年來(lái)，干擾以及干擾抑制技術(shù)研究已逐漸成為無(wú)線(xiàn)通信研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。下面是小編搜集整理的相關(guān)內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：本文經(jīng)過(guò)原因分析、方案設計、現場(chǎng)試驗，成功研制出一款新型列尾裝置，實(shí)現無(wú)線(xiàn)通話(huà)功能，完全滿(mǎn)足萬(wàn)噸組合列車(chē)開(kāi)行所需無(wú)線(xiàn)通話(huà)的條件。
關(guān)鍵詞：萬(wàn)噸組合列車(chē);無(wú)線(xiàn)通信;同頻干擾;解決神朔
鐵路是我國"八五"計劃重點(diǎn)工程建設項目，隸屬于神華集團，全長(cháng)263K+141m，始于陜西北部神木縣大柳塔鎮，終于山西朔州西。與包神鐵路、朔黃鐵路共同組成我國西煤東運的第二條大通道。全線(xiàn)處在陜北、山西黃土高原地帶，山川溝壑較多。全線(xiàn)共有大小隧道31座，相距不足700m的有12處，S曲線(xiàn)超過(guò)1km的有48處以上，有12‰以上的長(cháng)大坡道，地形條件極為復雜。為了有效解決萬(wàn)噸組合列車(chē)行駛過(guò)程中，本務(wù)機車(chē)和各從機車(chē)之間的無(wú)線(xiàn)通信同頻干擾，以及本務(wù)機車(chē)準確查詢(xún)列尾裝置問(wèn)題，神朔鐵路專(zhuān)門(mén)成立萬(wàn)噸組合列車(chē)列尾裝置無(wú)線(xiàn)通話(huà)功能研發(fā)小組。
一、萬(wàn)噸組合列車(chē)開(kāi)行中遇到的通信問(wèn)題
2012年之前，神朔鐵路一直開(kāi)行最大載重為5000t的列車(chē)，采用“2+0”編組形式，主車(chē)可以直接查詢(xún)列尾工況。為了進(jìn)一步挖掘運輸潛能，滿(mǎn)足日益劇增的能源需求，開(kāi)行重載萬(wàn)噸組合列車(chē)是一種行之有效的解決方案。萬(wàn)噸組合列車(chē)屬于重載列車(chē)，必須采用“2+2”的編組牽引方式，主車(chē)和各從車(chē)之間具備通暢、可靠的通信，以及及時(shí)、準確的列尾查詢(xún)功能，是開(kāi)行萬(wàn)噸組合列車(chē)的安全前提。然而，神朔鐵路列車(chē)上使用的列尾裝置為400kHz+450MHz雙信道無(wú)線(xiàn)通信系統。該系統不具備無(wú)線(xiàn)通話(huà)功能，也不能提供安全、可靠的列尾查詢(xún)功能，無(wú)法為萬(wàn)噸組合列車(chē)提供安全保障，這成為開(kāi)行萬(wàn)噸組合列車(chē)的一道瓶頸。
二、分析萬(wàn)噸組合列車(chē)通信問(wèn)題產(chǎn)生的原因
根據開(kāi)行萬(wàn)噸組合列車(chē)的特點(diǎn)，以及現在使用的無(wú)線(xiàn)通信設備的特性，可以從以下幾個(gè)方面分析：
2.1機車(chē)通信在一個(gè)整體的萬(wàn)噸組合列車(chē)運行中，主車(chē)和各從車(chē)之間不間斷、穩定可靠的通信是必不可少的。各從車(chē)與主車(chē)要對列車(chē)運行狀況及線(xiàn)路信息進(jìn)行不間斷語(yǔ)音通信，確保整組列車(chē)安全運行。由于神朔鐵路地形條件極為復雜，山區、隧道、大彎道、塹道等無(wú)線(xiàn)通信困難區段較多，造成現有的無(wú)線(xiàn)通信方式，無(wú)法達到萬(wàn)噸組合列車(chē)行車(chē)的技術(shù)要求。神朔鐵路開(kāi)行5000t列車(chē)使用的列尾裝置，為西安鐵路局科研所研發(fā)的400kHz+450MHz雙信道無(wú)線(xiàn)通信系統，該系統在開(kāi)行5000t列車(chē)期間，為乘務(wù)員提供了滿(mǎn)足要求的列尾查詢(xún)功能，但該系統不具備無(wú)線(xiàn)通話(huà)功能，無(wú)法為萬(wàn)噸組合列車(chē)主從車(chē)之間提供有效的無(wú)線(xiàn)通信�，F在列車(chē)上使用的無(wú)線(xiàn)列調設備，采用單一400MHz工作方式，不能保證全線(xiàn)無(wú)盲區的無(wú)線(xiàn)通信。尤其是遇到山區、隧道、大彎道、長(cháng)坡道等無(wú)線(xiàn)通信困難區段的運行環(huán)境時(shí)，問(wèn)題更加突出。在400MHz場(chǎng)強覆蓋區段通信時(shí)，也極易與無(wú)線(xiàn)列調產(chǎn)生同頻干擾問(wèn)題。同時(shí)，機車(chē)與尾部主機通信和主從車(chē)之間的通話(huà)，同在458.525MHz一個(gè)頻點(diǎn)上，而且每列機車(chē)使用的頻段也相同，從而使得主車(chē)與各從車(chē)之間、主車(chē)與車(chē)站之間、列車(chē)與列車(chē)之間的語(yǔ)音通話(huà)相互干擾、相互影響，容易產(chǎn)生誤報動(dòng)作，為開(kāi)行萬(wàn)噸組合列車(chē)埋下安全隱患。
2.2列尾查詢(xún)列尾裝置是列車(chē)尾部安全防護裝置的簡(jiǎn)稱(chēng)，是主車(chē)司機及時(shí)掌握和控制列車(chē)尾部風(fēng)壓的有效手段，對保障行車(chē)安全、提高運輸效率起著(zhù)重要作用。因此，列尾裝置是否及時(shí)、有效地查詢(xún)列車(chē)管壓，成為開(kāi)行萬(wàn)噸組合列車(chē)重要的因素之一。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的現場(chǎng)添乘和數據分析，發(fā)現神朔鐵路開(kāi)行5000t列車(chē)所使用的列尾裝置，無(wú)論是從電臺功率方面，還是對線(xiàn)路的場(chǎng)強覆蓋方面，都無(wú)法向萬(wàn)噸組合列車(chē)提供安全、可靠的列尾風(fēng)壓查詢(xún)。因此，研制一款新型列尾裝置或一種新的列尾風(fēng)壓傳輸方式，迫在眉睫。
2.3同頻干擾神朔鐵路開(kāi)行一組萬(wàn)噸組合列車(chē)，同時(shí)要開(kāi)辟四路通信通道。
2.3.1無(wú)線(xiàn)列調通信通道無(wú)線(xiàn)列調是機車(chē)安全開(kāi)行必備的“三大件”之一，是行駛在軌道上的機車(chē)和車(chē)站，以及調度進(jìn)行不間斷聯(lián)系的重要通信方式，也是行車(chē)過(guò)程中處理一些突發(fā)事件的重要通信工具，其安全、可靠的重要性是不言而喻的。
2.3.2同步操控系統通信信道同步操控系統，是萬(wàn)噸組合列車(chē)中的主車(chē)對其他從車(chē)進(jìn)行同步操作、控制的一套復雜系統，主車(chē)要在行駛過(guò)程中，根據線(xiàn)路上實(shí)際情況，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸系統不斷地傳輸各種命令對從車(chē)操控，從而確保列車(chē)的安全行駛。
2.3.3主車(chē)和各從車(chē)語(yǔ)音通話(huà)信道語(yǔ)音通話(huà)系統是向各機車(chē)提供一個(gè)適時(shí)事件、突發(fā)事件相互進(jìn)行語(yǔ)音聯(lián)系的無(wú)線(xiàn)信道，其安全、可靠的重要性也是顯而易見(jiàn)的。
2.3.4列尾風(fēng)壓查詢(xún)信道萬(wàn)噸組合列車(chē)主車(chē)查詢(xún)尾部風(fēng)壓，是利用安裝在主車(chē)上的列尾專(zhuān)用電臺和列車(chē)尾部裝置，通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道來(lái)實(shí)現。如果沒(méi)有一個(gè)合理的頻率分配方法，一組萬(wàn)噸組合列車(chē)運行之后，以上4組無(wú)線(xiàn)信道同時(shí)使用，極易導致相互干擾、相互影響，嚴重威脅到行車(chē)安全。如果兩組或更多組萬(wàn)噸組合列車(chē)，同時(shí)出現在無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強覆蓋范圍內，同頻干擾就更加嚴重，后果不堪想象。
三、提出針對性的解決方案
3.1改進(jìn)機車(chē)對講控制系統消除不同組萬(wàn)噸組合列車(chē)之間的同頻干擾，是機車(chē)對講控制系統的重要內容。合理、有效地向不同組萬(wàn)噸組合列車(chē)，提供不同的、獨立的通信頻率自動(dòng)切換控制程序，是機車(chē)對講控制系統的核心。其具體設計理念是：采用以主機車(chē)號為基礎數據，計算出不同的頻率值，實(shí)現一列萬(wàn)噸列車(chē)使用一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信信道。例如：由SS4G—655、SS4G—656、SS4G—657、SS4G—658編組的萬(wàn)噸組合列車(chē)中，SS4G—655擔當本務(wù)機車(chē)時(shí)，按照設計理念，具體使用頻率為：0655÷16=40……15，余數為15，則該組萬(wàn)噸組合列車(chē)采用第15組無(wú)線(xiàn)通信信道。當SS4G—657擔當本務(wù)機車(chē)時(shí)，按照設計理念，具體使用頻率為：0657÷16=40……1，余數為1，則該組萬(wàn)噸組合列車(chē)采用第1組無(wú)線(xiàn)通信信道。按照這種設計理念，無(wú)論在站場(chǎng)內，還是區間段，不同組萬(wàn)噸組合列車(chē)機車(chē)對講的同頻干擾現象就降低了，從而為同時(shí)開(kāi)行多列萬(wàn)噸組合列車(chē)，提供了安全、可靠的通信保障。
3.2改造列車(chē)尾部查詢(xún)系統深入地剖析了列尾司機控制盒的各項功能，將這些功能完全融合到機車(chē)對講控制系統中，根據新型電臺的特點(diǎn)，對滿(mǎn)足以上設計要求的頻率作了如下的劃分：列尾專(zhuān)用頻率為：458.25MHz通話(huà)16組專(zhuān)用頻率為：467.825MHz、467.900MHz、467.925MHz、467.950MHz、467.975MHz、468.000MHz、468.025MHz、468.050MHz、468.075MHz、468.100MHz、468.125MHz、468.150MHz、468.175MHz、468.200MHz、468.225MHz、468.250MHz。通過(guò)現場(chǎng)多次試驗，經(jīng)過(guò)改造的新型電臺，完全滿(mǎn)足現場(chǎng)的生產(chǎn)需求，從而驗證了該套方案的可行性。
3.3各無(wú)線(xiàn)通信設備特點(diǎn)無(wú)線(xiàn)列調：采用單頻率異導頻單工語(yǔ)音通信模式，具體頻點(diǎn)為457.7000MHz，在車(chē)站上、下行2~3km機車(chē)聯(lián)控點(diǎn)區段，架設400MHz直放站，來(lái)解決聯(lián)控盲區。同步操控：采用425kHz+800MHz單工FFSK數據通信模式。列尾查詢(xún)：采用490kHz+458.250MHz單工FFSK數據通信模式。主從車(chē)通話(huà)：目前還沒(méi)有一個(gè)完善、穩妥的方案。根據以上設備的固有特點(diǎn)，進(jìn)一步挖掘通信設備的潛能，提出在無(wú)線(xiàn)列調系統和同步操控系統不做任何改動(dòng)的前提下，對現有列尾400kHz+450MHz雙信道無(wú)線(xiàn)通信系統進(jìn)行升級改造。同時(shí)，還需建造一個(gè)成熟的主從車(chē)通話(huà)系統，滿(mǎn)足開(kāi)行萬(wàn)噸組合列車(chē)的列尾查詢(xún)需求。設計思路為：對不同的通信對象采用分頻技術(shù)，見(jiàn)圖1。具體改造方案為：在電臺主機內安裝兩個(gè)獨立450M電臺，分別用于列尾查詢(xún)和通話(huà)功能。其中，用于列尾查詢(xún)的450M電臺設置固定頻率f17m，用于通話(huà)功能的450M電臺設置固定頻率f1m~f16m。這17個(gè)頻點(diǎn)不重復，且均在鐵道部給予的無(wú)線(xiàn)頻率范圍內，符合鐵道部無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品規范，400kHz電臺采用490kHz。對于列尾查詢(xún)和通話(huà)功能，分別采用不同的導頻來(lái)解決同頻干擾的問(wèn)題，見(jiàn)圖2。具體設計方案為：
(1)借鑒大秦線(xiàn)列尾系統與機車(chē)間的無(wú)線(xiàn)通話(huà)共用400kHz+450MHz信道，共用同一套無(wú)線(xiàn)通信設備的成功經(jīng)驗，減低研制風(fēng)險。
(2)首次在萬(wàn)噸組合列車(chē)上采用最先進(jìn)的MMI技術(shù)改造既有機車(chē)電臺，增加列尾系統的無(wú)線(xiàn)通話(huà)功能，以較少的投入，實(shí)現了電臺的更新?lián)Q代。
(3)首次對鐵道部制定的MMI技術(shù)標準進(jìn)行整合，充分滿(mǎn)足神朔線(xiàn)萬(wàn)噸列車(chē)對無(wú)線(xiàn)通信設備的特殊使用要求，解決了大秦線(xiàn)同類(lèi)設備存在的問(wèn)題。
(4)對神朔鐵路的機車(chē)運行狀態(tài)和司機使用無(wú)線(xiàn)通話(huà)情況進(jìn)行大量的調研，尋求最佳的信道自動(dòng)切換控制程序。首次成功研發(fā)采用以主機車(chē)號為基礎數據，計算出不同的頻率值，實(shí)現一列萬(wàn)噸組合列車(chē)使用一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信信道，相互之間通話(huà)互不干擾、互不影響。
(5)提高列尾裝置無(wú)線(xiàn)通信可通率的手段，為增加列尾裝置通信中繼功能，結合無(wú)線(xiàn)通信中繼領(lǐng)域的新技術(shù)和列尾裝置在萬(wàn)噸列車(chē)上的通信特點(diǎn)，設計一種新型列尾中繼方案，提高列尾的通信可通率，保證列尾裝置可靠運行。
(6)采用先進(jìn)的嵌入式控制系統，研制人機交互設備，更方便軟件維護和升級。
(7)首次采用MMI液晶屏顯示列尾信息，使機車(chē)乘務(wù)員能夠直觀(guān)、方便地使用、操作無(wú)線(xiàn)通話(huà)設備和列尾裝置，并且可以及時(shí)掌握其運行狀態(tài)。
(8)在司機控制盒軟件上，增加通話(huà)控制程序和通話(huà)狀態(tài)顯示程序，只有這樣才能真正實(shí)現通話(huà)。目前使用的司機控制盒加裝送話(huà)器方案，存在諸多缺陷和不足之處，僅僅是一種臨時(shí)的解決辦法。
四、解決方案的試驗
技術(shù)人員對該方案改造的設備進(jìn)行了現場(chǎng)試驗，具體試驗情況如下：
4.1試驗方法在S2002次萬(wàn)噸列車(chē)中，主車(chē)158#、從一157#、從二75#、從三76#的非操作端各架設一套試驗電臺，在運行過(guò)程中，主車(chē)和從二不間斷地進(jìn)行通話(huà)和列尾試驗，從三用來(lái)監聽(tīng)。該次萬(wàn)噸列車(chē)11：41開(kāi)車(chē)，在運行過(guò)程中基本上每隔1min進(jìn)行一次通話(huà)和列尾試驗(神木北-王家寨困難區段)，共計試驗102次。其中，通話(huà)試驗除了在神木北、神池南站內有背景雜音外(能聽(tīng)清話(huà)音，不影響使用)，其它區段通話(huà)話(huà)音清楚，列尾試驗除了在蛇口茆隧道內有兩次未查詢(xún)到外，其它區段均能正常查詢(xún)。
4.2試驗目的在不影響S2002次萬(wàn)噸列車(chē)正常通信的情況下，完全模擬正常萬(wàn)噸列車(chē)的通信狀態(tài)，尤其是在隧道、山區等一些困難區段，要不間斷地進(jìn)行試驗。通過(guò)此次現場(chǎng)試驗，來(lái)驗證該套設備是否達到設計要求。
4.3試驗中存在的問(wèn)題
(1)通話(huà)在站場(chǎng)內有背景雜音，這是因400K信號在站場(chǎng)內衰減比較大，信噪比低引起，在區間不存在該現象。
(2)列尾在蛇口茆隧道內查詢(xún)不到(時(shí)間為1min)，這是因為400K信號在此干擾大，而且列尾電臺功率稍低(相對于機車(chē)電臺)，場(chǎng)強低所造成。以上問(wèn)題和同頻干擾一樣屬無(wú)線(xiàn)通信普遍存在現象，不屬于該套設備的設計缺陷，也不影響該套設備的正常使用。試驗結果通過(guò)分析試驗數據，該套設備的語(yǔ)音通話(huà)可通率為100%，列尾可通率為97%，均大于有關(guān)規定(鐵道部要求無(wú)線(xiàn)列調可通率不低于92%，列尾可通率不低于95%)，達到起初的設計要求，完全滿(mǎn)足開(kāi)行萬(wàn)噸列車(chē)的通信要求。
五、結束語(yǔ)
通過(guò)以上試驗，證明該套方案是可行的。通過(guò)驗證“以自動(dòng)切換頻率的方式，有效解決本組組合列車(chē)列尾與通話(huà)間的相互干擾，不同組組合列車(chē)通話(huà)間的相互干擾問(wèn)題”理論的成熟性，開(kāi)創(chuàng )了全國鐵路無(wú)線(xiàn)通信系統內解決萬(wàn)噸組合列車(chē)同頻干擾的先河，為今后解決同類(lèi)情況下同頻干擾，提供了成功的理論基礎。
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