應(yīng)答器上行鏈路信號MTIE測試方法

劉釗江 李翔 肖茂波（. 北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 00073；. 沈陽鐵路信號有限責(zé)任公司，沈陽 005）

1 概述

應(yīng)答器是一種利用電磁感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c式設(shè)備，主要用于地面向列車傳輸包括信號數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、臨時限速信息在內(nèi)的控車數(shù)據(jù)，是列控系統(tǒng)的重要組成部分。

當(dāng)列車經(jīng)過時，應(yīng)答器接收車載天線發(fā)出的頻率為27.095 M H z的遠(yuǎn)程供電信號，并通過耦合感應(yīng)建立自身的工作電源，然后將存儲在應(yīng)答器內(nèi)部的固定數(shù)據(jù)或來自地面電子單元（LEU）的可變數(shù)據(jù)向車載設(shè)備發(fā)送。應(yīng)答器向車載設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的無線通道被稱為上行鏈路，通過中心頻率為4.234 M H z、頻偏為282.24 k H z的FSK調(diào)制信號來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。也就是說，當(dāng)車載設(shè)備接收到4.516 M H z信號時，定義當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)是“1”；當(dāng)車載設(shè)備接收到3.951 MHz信號時，定義當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)是“0”。

由于應(yīng)答器上行鏈路的信號質(zhì)量將直接影響車載設(shè)備對數(shù)據(jù)的接收和解析，因而對上行鏈路信號的中心頻率、平均數(shù)據(jù)速率、最大時間間隔誤差（MTIE）、幅值抖動等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范是非常有必要的。

劉釗江，男，碩士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院，助理工程師，參與高速列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)及裝備研制課題，主要研究方向為應(yīng)答器及LEU嵌入式開發(fā)。

2 最大時間間隔誤差（MTIE）

2.1 MTIE的定義

最大時間間隔誤差（Max imum Time Interval Error，MTIE）是描述信號漂移的常用指標(biāo)，通過計算在一段時間內(nèi)信號的最大相位變化，可以非常有效地描述相位瞬變[1]。

由于用任何測量設(shè)備都不可能測得瞬時相位（時間），而只能測出信號在某個時間間隔t至t+τ0內(nèi)的取樣平均值，因此定義時間間隔誤差（TIE）函數(shù)為[2]：

式中：x（t）——時間誤差（參考時鐘和被測時鐘時間相對偏差）函數(shù)；τ0——取樣時間。

現(xiàn)在引入M T IE的定義：在給定的測試周期T內(nèi), 測得N個時間間隔誤差值xi（取樣時間為τ0），根據(jù)設(shè)定的觀測時間段τ，對每一觀測時間段內(nèi)的時間間隔誤差求最大值與最小值的差值（峰峰值），所有這些峰峰值中的最大值稱為最大時間間隔誤差。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：τ——設(shè)定的觀測時間段（τ=nτ0）；

n=1,2,3,4,…,N-1 ；

k=1,2,3,4,…,N-n。

通常，時間間隔誤差值xi通過專門的時間間隔誤差測量儀器及測量方法獲得，而M T IE則通過計算得到。顯而易見，MTIE曲線是單調(diào)遞增的。

2.2 歐標(biāo)的相關(guān)需求

在歐標(biāo)里對應(yīng)答器上行鏈路信號的數(shù)據(jù)速率變化有明確要求[3]：在啟動時間過后，應(yīng)答器的數(shù)據(jù)速率變化和抖動應(yīng)滿足M T IE1（與理論數(shù)據(jù)速率相關(guān)）或者M(jìn)TIE2（與傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)速率相關(guān)）的需求。

其中MTIE1的需求為：

272·10-9s 當(dāng)1 bit≤τ≤16 bit時；

396·10-9s 當(dāng)16 bit≤τ≤140 bit時；

當(dāng)140 bit≤τ≤1 000 bit時。

式中：τ——設(shè)定的觀測時間段。

MTIE1的需求如圖1所示。

而MTIE2的需求為：

236·10-9s 當(dāng)1 bit≤τ≤5 bit時；

370·10-9s 當(dāng)5 bit≤τ≤50 bit時；

當(dāng)50 bit≤τ≤1 000 bit時。

式中：τ——設(shè)定的觀測時間段。

MTIE2的需求如圖2所示。

3 應(yīng)答器上行鏈路信號MTIE測試方法

3.1 測試環(huán)境

在進(jìn)行應(yīng)答器上行鏈路信號M T IE測試之前，首先要校準(zhǔn)27.095 M H z遠(yuǎn)程供電信號[4]，然后再搭建測試環(huán)境。應(yīng)答器上行鏈路信號M T IE測試環(huán)境如圖3所示。

注意測試天線的中心應(yīng)與應(yīng)答器的參考標(biāo)記在同一鉛垂線上，二者之間的距離應(yīng)為460 mm±2 mm；信號發(fā)生器發(fā)出的信號頻率應(yīng)為27.095 M H z±200 p pm。除了常規(guī)環(huán)境下的測試之外，還需在清水、鹽水等覆蓋應(yīng)答器的情況下進(jìn)行上行鏈路信號的MTIE測試。

3.2 測試方法

在對應(yīng)答器上行鏈路信號進(jìn)行M T IE測試之前首先要進(jìn)行中心頻率測試（用于相位解調(diào)）和平均數(shù)據(jù)速率測試（用于M T IE2需求確認(rèn)）并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。應(yīng)答器上行鏈路信號M T IE測試的方法及步驟如下。

1）使用矢量信號分析儀測量至少1 500 b it的載波幅值和相位數(shù)據(jù)（為了避免由于頻譜截斷引起的誤差，分析儀的帶寬應(yīng)設(shè)置為8 MHz）；

2）對上行鏈路信號進(jìn)行相位解調(diào)，并在1 b it的窗口內(nèi)采樣足夠多的數(shù)據(jù)（要求精度優(yōu)于50 ns），然后進(jìn)行最佳線性擬合（線性回歸），以判定位轉(zhuǎn)換的精確時刻。位轉(zhuǎn)換定義為代表數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”（或數(shù)據(jù)“0”和數(shù)據(jù)“1”）的兩條最佳擬合曲線的交點；

3）在連續(xù)許多數(shù)據(jù)“1”或者數(shù)據(jù)“0”（最大不超過8）的情況下，需要將這段數(shù)據(jù)兩側(cè)可識別的兩次位轉(zhuǎn)換之間的時間等分成若干份，從而把整體時間間隔誤差平均分配給這些數(shù)據(jù)；

4）測算出全部的時間間隔誤差（T IE）數(shù)據(jù)，并計算出應(yīng)答器上行鏈路信號的MTIE；

5）驗證測試所得數(shù)據(jù)是否滿足M T IE1需求或者M(jìn)TIE2需求。

4 應(yīng)答器上行鏈路信號MTIE測試

根據(jù)上文所述測試方法，在常規(guī)環(huán)境下搭建測試平臺，并對歐標(biāo)應(yīng)答器上行鏈路信號進(jìn)行M T IE測試，所得曲線如圖4所示。

由測試曲線可知，被測應(yīng)答器滿足M T IE2需求，符合歐標(biāo)相關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)論

M T IE測試是檢驗應(yīng)答器上行鏈路信號質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文介紹了M T IE的定義及歐標(biāo)的相關(guān)需求，對應(yīng)答器上行鏈路信號M T IE測試的環(huán)境和方法進(jìn)行闡述，并通過實際測試驗證了該方法的有效性。

[1]解東宏．時鐘信號在傳送網(wǎng)中漂移損傷研究[J]．中國有線電視，2003(22)：17-21．

[2]余學(xué)鋒．最大時間間隔誤差計算方法及其分析[J]．宇航計測技術(shù)，2007(5)：39-47．

[3] SUBSET-036-v241．FFFIS for Eurobalise[S]．2007．

[4] SUBSET-085-v222．FFFIS for Eurobalise[S]．2007．