CIR機(jī)車綜合無線通信設(shè)備聯(lián)控故障分析

【摘要】CIR（Cab Integrated Radio Communication Equipment）機(jī)車綜合無線通信設(shè)備對于動車組安全運(yùn)行具有重要的作用，文章針對一線工區(qū)近期在CIR設(shè)備日常檢修和維護(hù)中所遇到的車-地聯(lián)控故障，進(jìn)行了分析和研究。

【關(guān)鍵詞】CIR聯(lián)控測試仿真

一、引言

在GSM-R網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，CIR電臺主要起著調(diào)度通信、車-地聯(lián)控、無線調(diào)度命令傳送等重要作用，尤其是在動車組運(yùn)行途中，司機(jī)須定點(diǎn)與地面調(diào)度人員進(jìn)行聯(lián)控通話，以確保動車組安全運(yùn)行。

二、CIR聯(lián)控故障分析

作為車載無線通信設(shè)備的核心功能，動車組司機(jī)利用CIR與車站值班員、調(diào)度員進(jìn)行車-地聯(lián)控通話是一種普遍的通信方式，因此，確保CIR語音業(yè)務(wù)正常便顯得尤為重要。一般來說，CIR聯(lián)控通話故障與GSM-R語音系統(tǒng)相關(guān)模塊或設(shè)備有著最直接的聯(lián)系，以下重點(diǎn)從語音業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)測試、分析以及模擬實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)行討論。

從分析可知，衡量車-地聯(lián)控通話質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)主要在于呼叫建立成功的概率、呼叫建立時間以及業(yè)務(wù)傳輸時延，而這些指標(biāo)的好壞又取決于GSM-R語音網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及相關(guān)通信設(shè)備性能；同時，根據(jù)現(xiàn)場故障和問題的具體情況情況，車-地聯(lián)控通話故障主要在于語音場強(qiáng)覆蓋情況和車載通信終端CIR設(shè)備狀態(tài)。

通過對動車組司機(jī)所報故障及作業(yè)人員檢修發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，常見的車-地聯(lián)控通話故障主要有以下三種情況：（1）CIR呼叫FAS或FAS呼叫CIR成功后，出現(xiàn)單通現(xiàn)象，CIR送話正常，受話異常無音。此現(xiàn)象說明CIR與FAS建立連接后，語音接收模塊故障，揚(yáng)聲器與手柄受話均無音，其原因除CIR相關(guān)板件（如：主控單元）故障外，主要原因?yàn)镚SM-R語音天線接收功率不足，導(dǎo)致單通。（2）CIR呼叫FAS或FAS呼叫CIR成功后，出現(xiàn)單通現(xiàn)象，CIR受話正常，送話異常，被叫聽不到聲音。此現(xiàn)象說明CIR與FAS建立連接后，語音發(fā)送模塊故障，其原因除CIR相關(guān)板件（如：主控單元）故障外，主要原因?yàn)镚SM-R語音天線發(fā)送功率不足，導(dǎo)致單通。（3）CIR呼叫FAS不成功，或在通話過程中語音信號出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，無法正常通話。其原因除地面或CIR相關(guān)設(shè)備（如：車頂天線）故障外，主要原因?yàn)镚SM-R語音場強(qiáng)不穩(wěn)定，主要由兩方面因素引起，一是受到外界無線干擾、地形等條件影響；而是在動車組高速運(yùn)行情況下，由于業(yè)務(wù)切換不連續(xù)和多普勒平移現(xiàn)象而導(dǎo)致的信號中斷或失真。

由此可見，引起車-地聯(lián)控單通故障的因素主要來自以下兩個方面：（1）CIR設(shè)備本身問題，如板件模塊，天饋系統(tǒng)等；（2）GSM-R網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響，如語音場強(qiáng)、客觀地形條件、小區(qū)切換和多普勒平移等因素。

針對西安北動車檢修庫內(nèi)存在的車-地聯(lián)控故障現(xiàn)象，通過多次測試場強(qiáng)取范圍值、對比數(shù)據(jù)來分析引起故障的主要因素。GSM-R語音場強(qiáng)值所示，第一，儀表測試值和CIR供電檢修測試值均在正常范圍內(nèi)，然而儀表測試結(jié)果范圍90%以上大于CIR測試范圍，這說明，對于一些使用時間較長的CIR設(shè)備來說，車頂天線長時間暴露于外界，加之主機(jī)各元器件的使用程度、壽命等因素，收發(fā)信號無線信號容易出現(xiàn)一定的損耗，而場強(qiáng)測試儀的測試穩(wěn)定性和科學(xué)性相對高一些；第二，從測試值不難發(fā)現(xiàn)，檢修庫內(nèi)4各股道12個測試點(diǎn)的語音場強(qiáng)分布大部分范圍比較合理，然而3-2股道中、西側(cè)和4-2股道中、西側(cè)位置語音場強(qiáng)值均偏小，容易導(dǎo)致通話丟包的發(fā)生。

因此，對于動車組CIR電臺車-地聯(lián)控故障，應(yīng)重點(diǎn)從兩方面考慮解決，一是對動車組車頂GSM-R語音天線進(jìn)行集中檢修的整治，及時更換不合格天線，減少由于設(shè)備本身原因而帶來的通話故障。二是優(yōu)化西安北動車所檢修庫內(nèi)無線信號覆蓋結(jié)構(gòu)，如可將3-2、4-2股道范圍內(nèi)的全向天線更換為定向天線，以彌補(bǔ)庫內(nèi)弱場區(qū)和全向天線交疊區(qū)的缺陷，進(jìn)一步優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋；三是采集數(shù)據(jù)、測試并優(yōu)化GSM-R網(wǎng)絡(luò)固定設(shè)備布局，提高其性能。

三、車-地聯(lián)控仿真實(shí)驗(yàn)

針對CIR車-地聯(lián)控業(yè)務(wù)指標(biāo)，在OPNET仿真環(huán)境下搭建模擬通話平臺，分別在城市、郊區(qū)、和鄉(xiāng)村三種地理環(huán)境下，重點(diǎn)對GSM-R語音業(yè)務(wù)在丟包率和傳輸時延方面進(jìn)行了仿真（時間為2hour），仿真參數(shù)設(shè)置如下：

（1）系統(tǒng)級參數(shù)：機(jī)車移動速度為300km/h，用戶處于獨(dú)立的慢衰落信道中，調(diào)制方式為GMSK，數(shù)據(jù)速率為4.8kb/s。（2）節(jié)點(diǎn)參數(shù)：采用定向天線，基站天線增益為14dBi，機(jī)車天線增益為3 dBi，基站最大發(fā)射功率為20 W，3扇區(qū)結(jié)構(gòu)。（3）噪聲干擾：在城市、郊區(qū)、和鄉(xiāng)村三種地理環(huán)境下，相鄰小區(qū)的干擾因子分別為0.65、0.63、0.6，相位噪聲功率譜密度為-74dBm/Hz，陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差為10dB。

仿真結(jié)果分析，可以看出，三種環(huán)境下，GSM-R語音業(yè)務(wù)丟包率基本為0，通話傳輸時延在0.4s-0.6s之間，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。仿真結(jié)構(gòu)表明，在CIR相關(guān)設(shè)備良好，動車組運(yùn)行在較高時速，一般GSM-R網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和干擾條件下，車-地聯(lián)控通話故障發(fā)生的概率較低。