機車綜合無線通信設備(CIR)的改進方案

王慶國 上海鐵路局上海通信段

無線列調系統在鐵路運輸中發揮了重要的作用，但在高速鐵路中，無線列調系統已不能滿足通信需求，因此鐵道部決定采用GSM-R技術體制，實踐證明，GSM-R系統基本滿足了高速鐵路信息化的需求。但是，由于目前高速鐵路網還未完全建成，在很長一段時間內，列車會在高速鐵路和既有鐵路間交叉運行。由于既有鐵路運行速度相對不高，對信息化需求也不高，且對既有鐵路的GSM-R改造成本很高，因此在相當長的時間內不會對既有線進行全面的GSMR改造。鑒于上述原因，為實現機車能適應不同的運行環境，鐵道部制訂了機車綜合無線通信設備(CIR)標準，兼容不同制式，并已大量投入應用。通過一段時間的使用，我們發現CIR在有些方面還需進行改造，以便滿足實際應用需要。

機車綜合無線通信設備(CIR)主要包含兩個系統功能，一是原有的無線列調系統功能，二是GSM-R系統功能。本文針對這兩個系統功能在應用中出現的問題進行分析，提出改進方案。

1 改進CIR設備無線列調模式與GSM-R模式轉換方案

CIR設備具有450MHz無線列調和GSM-R兩種工作模式，在技術標準中規定CIR在這兩種模式間相互切換，不同時工作。但實際上，這兩個系統可獨立工作，互不影響。在實際運用中，列車在跨線運行時，就需要兩套設備同時工作。例如，上海局合寧線與京滬線、淮南線相連，合寧線安裝了GSM－R系統，淮南線和京滬線運用的是無線列調系統，列車在永寧站和全椒站間、肥東站和三十里站間運行時，經常因制式轉換問題而造成通信中斷或失敗。鐵道部技術標準要求在線路兩側設置無線列調制式和頻點切換點通信轉換標志提示牌，據此我們在合寧線K443+500和K331+000兩處設立了通信轉換提示牌。但在實際應用中，由于需要通話的時間不一定，因此不論轉換點設在何處，都會有影響通話的可能，并且高速行駛時標志牌很難被注意到，而車站值班員也不能確定列車在何時越過轉換點；CIR設備在GSM－R和無線列調模式轉換時，由于GSM－R需要30s左右的網絡注冊或注銷時間，因此這段時間其實無論哪種模式都不能正常通信。如果對CIR設備進行適當技術改造，使CIR的兩種模式都能獨立同時工作，這樣，無論機車司機或車站值班員用無線列調模式還是GSM-R模式通話，都不會受到干擾；同樣，機車在GSM-R區段和無線列調區段運行時，隨車機械師或車長也都能很方便地與司機間建立通信。另外為了減少設備工作時間，可對CIR設備設置模式自動關閉的切換點，以便列車駛入GSM－R區段時CIR在合適的點上自動關閉無線列調模式，反之在無線列調模式下關閉GSM－R模式，切換點可設置在永寧和全椒區間以外。

2 改進CIR設備無線列調模式

鐵路運輸經過長交路、大輪乘改革后，使原先以路局為交路分界的相對獨立的機車運行體制被徹底打亂。為適應機車長交路運行，制訂了通用式無線列調機車電臺技術標準；為實現GSM－R系統功能與無線列調系統功能相互融合，繼而制訂了機車綜合無線通信設備標準，用GPS對機車進行定位，CIR自動適應地面無線設備制式來實現機車與地面的通信。經過實際使用，發現還存在不少問題，主要表現為：采用不同頻組的無線列調系統間切換時 (例如滬昆線與京廣線間轉換)，相鄰車站無法可靠呼叫到機車(與無線列調模式和GSM-R模式間轉換情況相似)；由于隧道等原因使GPS信號丟失，造成CIR誤報警，繼而干擾司機的注意力；無法解決車長、隨車機械師、車輛乘務員手持電臺跨切換點的頻點轉換；同頻干擾嚴重影響通話等。這些問題同樣困擾著無線列調通信系統更好地運用。

目前我局的無線列調系統車機聯控采用同頻單工的工作模式，司機、地面、隨車機械師、運轉車長間通信采用同一頻率，列尾信息傳送也采用這一頻率，因此干擾非常嚴重，尤其是在樞紐地區和編組場內。事實上，鐵路的頻率源比較豐富，鐵道部分配給無線列調的400MHz頻段頻率也有30多個，但目前實際應用的頻點卻很少，頻率資源浪費嚴重。如果對CIR設備的無線列調頻點進行規劃，就可充分利用鐵路頻率資源，同時可大大地降低同頻干擾。例如，給運轉車長、隨車機械師、列尾設備等不同身份的用戶分配不同的專用頻率就是一個很好的選擇。解決的辦法是給CIR設置一個守候頻率和多個通話頻率，不同的通話頻率間轉換通過司機在操作面板上設置不同的按鈕來完成。當CIR處于守候狀態時，電臺工作在某個特定頻率f1上，如果外界有f1的信號呼入，司機摘機回話也鎖定在f1上。當司機需與其他身份的用戶進行通話時，可在操作面板上按壓不同的按鈕實現頻道間切換。

為了實現上述設想，需要對參與無線列調的用戶身份進行規劃，目前主要有助理值班員、運轉車長（隨車機械師、車輛乘務員）、列尾裝置等，依次可分配頻率為f2f3f4等，這樣設置就完全避免了通信相互干擾，并且這些設備都是手持或移動設備，改造很方便。

如果對車站電臺也分配不同的頻率，例如分配5至8個頻率進行頻率復用，則可徹底解決樞紐地區和站場地區的同頻干擾。

3 修改CIR線路數據庫格式

根據CIR技術標準，CIR需要預先錄制線路數據庫信息，以實現機車CIR設備適應地面無線電臺的制式，但標準對線路數據庫的格式沒有明確規定，各設備廠家制造的設備其線路數據庫的格式也不一致，造成司機在選擇線路時感到很凌亂。

根據CIR技術標準如果要把上海局的所有線路都寫入CIR，則有幾十條，隨著新線的建成，線路數量還會不斷增加。另外，上海局的機車直通廣州局、南昌局、北京局等，沿線經過多個路局、幾十條線路，都應全部寫入CIR。因此，司機打開CIR線路數據庫，在幾十條線路名稱中要找到合適的線路名稱，確實也感到不方便。經過對線路數據庫分析后，我們發現，其實真正需要頻率和制式轉換的點并不多。在一個路局范圍內，無線列調的制式基本上是統一的。例如上海局，只有銅九線、京滬線北段和隴海線等少數區段采用其它制式外，全局幾乎都采用了同頻單工457.700MHz模式。因此可對其線路制式名稱進行歸納，除對特殊區段列出制式名稱外，其他線路采用"其他"代替，這樣可省去百分之九十以上的線路名稱輸入。在MMI面板顯示中也應只顯示無線列調的制式，不顯示運行區段，這樣就可大大減少需要寫入的線路名稱，還不會造成視覺錯誤。

4 改造CIR的兩層結構形式

CIR設備在現場使用中，開機后MMI無法進入主控狀態是一種常見的故障，且發生概率較高。通過檢查發現主控單元或B子架上的AB子架間信號電纜接口、B子架上與MMI控制電纜聯接口還是有時會出現接觸不良的現象，將接口重新擰緊后故障消失。主要原因是CIR控制電纜頭以及AB子架間信號電纜頭均做了抗電磁干擾處理，電纜接頭比較粗而硬，導致接口連接不良。事實上，由于AB子架間不可能存在分離安裝的現象，因此AB子架的外線連接完全可以改成內部聯接，這樣可以選用普通的電纜聯接口，將大大減少因電纜連接不良而造成的設備故障。

5 CIR設備關閉后，GSM-R單元無法完成網絡注銷

當CIR發生故障（主要是MMI白屏），根據鐵道部頒布的CIR故障應急處置辦法，須對CIR進行復位重啟。事實上，當故障發生時，有時即使是對CIR設備關閉電源，也無法完成CIR設備的重啟，主要表現為GSM－R單元無法完成網絡注銷。造成這一問題的主要原因有二個，一是由于CIR內置電池的容量不足，當CIR復位時無法為GSM－R模塊完成正常退網提供足夠的電壓；二是由于在無線列調區段內運行時，GSM－R模塊收不到網絡信號，將因此不停地搜索網絡而造成模塊死機，此時無論對CIR怎樣操作，都無法重新進入正常的工作模式。只有對CIR進行拆解，斷開內部電池后才能重新進入正常工作狀態，現場維護非常不方便。解決的辦法是對CIR進行改造，在CIR的AB子架上安裝一個開關，實現對CIR內置電池的控制，當出現上述故障時，就能方便地對CIR實現重啟。

6 提高CIR設備線路數據庫轉換精度

CIR根據GPS模塊輸出的地理數據信息選擇合適的工作模式，在多線并行區段運行，且CIR工作在自動模式下時，由于采集的線路數據庫精度不夠，經常會造成模式誤切換，干擾司機正常行車，例如在京滬線與京津城際并線區段就發生過這樣的事件，隨即組織廠家對線路數據庫重新編輯，提高線路地理信息的判別速度后不再發生類似事件。

目前，并線運行的線路很多，例如上海局京滬線與滬寧城際和京滬高鐵等，因此在線路數據庫編輯時必須注意制式切換的精度問題。

7 建議雙套冗余

CIR設備雖然包含兩種工作模式，相互間可切換，但由于地面設備只有一套，因此CIR設備還是只有單套工作，這與高速鐵路對安全的要求是不夠的，建議實現雙套冗余。

無線列調系統和鐵路綜合無線通信系統是鐵路行車的重要安全裝備，系統的合理性將直接影響系統發揮作用；CIR設備是這兩個系統的重要組成部分，CIR設備的性能直接影響行車安全，因此需要不斷地改進。