亞音頻解決數控無線調車系統干擾

孟麗杰 朔黃鐵路肅寧分公司

一、應用背景

公司自2001 年在黃驊港站使用數控無線調車系統以來，隨著運量的增加和調車作業的頻繁相繼在沿線各站引入無線調車系統，受無線頻譜數量和設備供給廠家的制約，在朔黃線管內無線調車系統存在兩個方面的差異：一個是設備廠家不同（中國中鐵、北方交大）所使用的控制信令編碼表不同；另一個是450MHz 頻段范圍兩個跨度頻率劃分，收發信機分為高端和低端。隨著系統使用范圍的拓展和數量的增加，不可再生資源頻率復用層度越來越高，使原本無線通信固有特點“干擾”在使用中不可避免且日益凸顯，甚至嚴重影響正常通信，主要體現于以下幾個方面：

1.頻率復用造成的同頻干擾

這一因素的產生主要是由于頻率屬于有限的不可再生資源，為了提高通信容量，采用頻率復用的技術以提高頻譜的使用效率。同頻復用系數增加時，大量的同頻干擾將取代人為噪聲和其它干擾，成為通信質量的主要約束。

2.頻率選用不合理造成三階互調干擾

三階互調是指當兩個信號在一個線性系統中，由于非線性因素存在使一個信號的二次諧波與另一個信號的基波產生差拍（混頻）后所產生的寄生信號。由于一個信號是二次諧波（二階信號），另一個信號是基波信號（一階信號），他們倆的合稱為三階信號。這一因素的直接結果就是產生三階互調失真，當同一系統內容納的頻率數越多，而之間的頻率選取沒有參照一定的選取標準，相互之間產生的三階頻率對現有系統將造成嚴重影響。

3.外界人為干擾

人為干擾源是有機電或其他人工裝置產生電磁能量干擾，這一因素直接結果是串音（串臺），通話接通率降低，語音清晰度降低，當干擾信號高于接收機接收門限將造成通道內接收機接收有用信號能力下降。

4.自然因素干擾

自然干擾源主要來源于大氣層的天電噪聲、地球外層空間的宇宙噪聲。受干擾信號強度和類型的這類因素影響產生的結果是造成輻射區域內的背景噪聲升高和寂靜區的產生以及越區干擾機率增加。

二、可行性論證

(一）理論分析

針對管內日益凸顯的干擾問題，要解決或降低上述干擾問題，結合通信理論和實際應用分析如下：

1.采用方向性強的天線，使用定向天線能增加信號的特定方向的通信傳播距離，可有效改善外界干擾帶來的背景噪音升高。

2.對發射臺天線和干擾臺天線采取不同的極化方式，可以減少頻率復用造成的同頻干擾，但由于干擾源大多系外部干擾源，查找和統計難以實現。

3.采用陣列天線，加裝濾波器，提高對有用信號的選擇能力，可以有效改善同頻干擾和三階互調干擾。

4.降低電臺發射功率，降低天線高度，降低接收機靈敏度，可以有效改善頻率復用造成的越區干擾。

5.有效利用接收機靜噪狀態，使接收機處于較深靜噪和采用亞音頻信令控制靜噪開啟和關閉，可以有效控制外界人為和自然噪聲對通道內的影響。

綜上所述，從根本上解決干擾受外界人為、環境，干擾源的查找、定位，頻率資源有限，通信距離的保障等條件考慮是不現實，且收效見緩，只能設法改善干擾對整個系統的影響，伴隨干擾的發生時保障通信距離，提高通信質量，有效利用接收機靜噪狀態，可以有效改善管內所有設備的共存問題，保障通信暢通，提高通信質量。

調車設備的安全保證和通信質量的良好程度密切相關，因此在進行項目實施改進前，有必要對可行性和可控性做具體的論證和試驗。

(二）資料收集和取證

我們先后拜訪了中鐵公司和北方交大，對其生產的用于朔黃鐵路的數控無線平調系統固定機控器，中間站機控器，一體化便攜臺從電路工作原理、結構設計特點和技術狀態指標進行了詳細的了解和分析。

1.系統組成

數控無線平面調車系統用戶為司機、調度區長、調車員、制動員。整個系統由三大部分組成：機車設備、固定設備、移動設備。

2.工作原理

整個系統通信方式采用同頻單工通信方式，固定機控器和中間站機控器收發信機采用TK378/TK278，一體化便攜臺采用GP88/GP3688，調車區長、調車組、機車司機之間業務聯絡為語音通信，調車員控制機控器采用數字編碼，用FSK 方式或FFSK 方式調制傳輸。

三大部分功能及通信方式如下：

機車設備：以機車臺為核心，完成調車作業組人員發送的指令的識別、顯示，并提供司機與調車組、調車區長之間的聯絡問題。

固定設備：以調車區長臺為核心，完成調車區長與調車組之間的聯絡問題。

移動設備：包括調車員手持臺、制動員手持臺。完成由調車人員向機車發送調車作業指令，以指揮機車行動。并提供機車司機以及調車組人員之間聯絡問題。

通過對系統原理和各組成部分性能指標的分析并結合大量其他相關資料，最終確定：在收發信機內增加亞音頻用于解決朔黃鐵路數控平調系統干擾問題的技術改造方案是可行的。

三、亞音頻選取

(一)亞音頻調整方法

針對現有數控無線平調系統收發信機類型和型號，除TK378 不支持數字亞音頻外其他均支持各自定義的數字亞音頻編碼，TK378亞音頻標準為CTCSS 音頻頻率，TK378G 為QT/DQT，GP88s 和GP3688 為TPL/DPL，為了保證所有收發信機都能兼容通信，統一選取CTCSS 頻率或對應代碼。

(二)調整試驗

挑選各項指標合格的區長臺，固定機控器，中間站機控器，一體化便攜臺，確保穩定設備質量為試驗提供可靠保證。

根據亞音頻的頻點范圍和已有無線列調亞音頻頻點范圍，將亞音頻選擇分為2 組，67Hz 對應頻段450-470MHz，77 對應頻段410-430MHz。

比較亞音頻添加后性能指標變化，并進行現場作業環境試驗，在進行長達1 個月的跟蹤試驗后得到令人滿意效果，具體改善如下：

1.防止未經許可用戶通信介入，減少人為誤干擾。

2.抗干擾能力強，減少通道內背景噪聲的升高開啟靜噪門限。

3.實現各站場范圍內頻率復用，提高頻率的利用率，達到頻率共享。

4.亞音頻的增減和修改方便，有可參照標準，不同型號、廠家生產的收發信機互換靈活。

四、亞音頻應用

通過試驗結果的反饋和處理試驗中發現的問題已經達到全面展開技術改造條件，于2008 年底至今已全面在朔黃鐵路管內各站數控無線調車系統中應用。

2008 年12 月完成黃驊港站5 臺調車機的固定機控器，5 組調車作業人員的一體化便攜臺，2 臺區長臺的亞音頻技改項目。

2009 年3 月完成神港站2 臺調車機的固定機控器，2 組調車作業人員的一體化便攜臺，1 臺區長臺的亞音頻技改項目。

2009 年5月完成肅寧北站3 臺調車機的固定機控器，3 組調車作業人員的一體化便攜臺的亞音頻技改項目。

2010 年平調系統換代過程中對712 通信工廠生產的數控無線調車系統在設計和生產過程中已全部實施亞音頻防干擾措施。

五、應用結論

由于受不同廠家收發信機亞音頻定義影響，TK 系列和GP 系列數字亞音編碼不盡兼容，只能選用同一標準的語音亞音頻，不可避免收發信機靜噪開啟和關閉延時問題帶來的通話丟字和尾音問題，解決辦法是通過使用習慣（通話時語速放慢或稍提前按下送話鍵）來改善，其次就是選用同系列的收發信機，通過數字亞音頻如Motorola（DPL），在語音前和發射結束前發送數字形式編碼來控制靜噪電路的開啟和關閉。