車載無線列調應急通信裝置的分析與應用

張致達

（潞安鐵運公司電務段，山西 長治 046000）

1 項目概況

現有車載無線列調通信設備為機車綜合無線通信設備（簡稱“CIR”），CIR安裝在動車組、各型機車和軌道車上，CIR主要承載450 MHz通用式機車電臺調度通信功能和數據傳輸功能，GSM-R調度通信功能和數據傳輸功能，列車接近預警和防護報警功能、列尾傳輸功能、及工作模式自動/手動轉換功能等。CIR用于列車司機及地面行車指揮人員和其他人員話音，實現車地之間調度命令、無線車次號校核等數據通信，是鐵路運輸中的重要車載通信設備。

CIR在設計中，由于整個設備承載功能較多，所以整個設備被劃分為多個功能單元。CIR在實際使用中，如果出現某個或者多個單元故障時，需要上報安排專人進行現場處理，當CIR出現故障，不僅影響列車運行調度，而且還會出現行車安全事故。在各路局對CIR質量分析報告中可以看到，CIR故障比較頻繁。針對這一情況，提出一種新型用于車載無線列調應急通信裝置。

2 新型車載無線列調應急通信裝置的分析

2.1 裝置結構分析

針對當前車載CIR故障比較頻繁的問題，提供了一種可靠性高、體積小、便于攜帶的用于車載無線列調應急通信裝置，該裝置原理如圖1所示[1-2]。該裝置主要包括GSM-R話音模塊、GSM-R數據模塊、衛星定位模塊、控制模塊、記錄模塊、顯示器、接口模塊、450 MHz機車電臺模塊、LBJ模塊和天線?？刂颇K分別與GSM-R話音模塊、GSM-R數據模塊、衛星定位模塊、記錄模塊、顯示器和接口模塊電連接，接口模塊分別與450 MHz機車電臺模塊和LBJ模塊電連接，天線分別與GSM-R話音模塊、GSM-R數據模塊、450 MHz機車電臺模塊和LBJ模塊電連接。

圖1 車載無線列調應急通信裝置原理框圖

GSM-R話音模塊使用支持GSM-R網絡通話功能的通信模塊，在控制模塊的控制下完成話音通信。GSM-R數據模塊使用支持GSM-R網絡數據功能的通信模塊，在控制模塊的控制下完成數據通信。衛星定位模塊用衛星定位芯片，接收衛星定位原始信息，處理后在為設備提供公用位置信息，其中公用位置信息中包含運行線路、區段、車站、時間、經緯度等，時間信息將作為設備的標準時鐘。控制模塊協調控制設備各模塊的工作，控制模塊包含核心處理器、存儲器、單片機和控制電路。核心處理器型號為AM3352，單片機型號為LPC1768FBD100。核心處理器獲取各模塊狀態，根據運行模式、當前操作與單片機協同進行設備控制和狀態顯示。記錄模塊接收控制模塊的通信數據進行記錄，用于分析設備運行狀態和故障現象。

顯示器根據控制模塊控制顯示設備工作狀態和獲取操作人員操作狀態反饋給控制模塊進行設備控制。機車電臺模塊和LBJ模塊共用處理器，控制器模塊的型號為LPC1778，根據控制模塊的控制實現450 MHz通道的調度通信，用于話音傳輸、車次號的傳送、450 MHz通道列尾傳輸；根據控制模塊的控制實現800 MHz通道的列尾傳輸、列車防護報警和列車接近預警。

2.2 實施方式分析

GSM-R話音模塊包括MC551芯片J1、SIM卡U5、外圍電路、控制電路和指示燈電路；MC551芯片J1分別與SIM卡U5、外圍電路和控制電路電連接；外圍電路、控制電路和指示燈電路均與主控模塊電連接。

GSM-R數據模塊包括SIM800C芯片U15，SIM卡電路，GSM-R狀態燈電路和GSM-R開關機電路；SIM800C芯片U15分別與主控模塊、SIM卡U17電路和GSM-R狀態燈電路電連接，GSM-R狀態燈電路和GSM-R開關機電路均與主控模塊電連接。

如圖2所示[3-4]，記錄模塊包括EMMC存儲電路、LPC1778單片機、第一串口通信電路、音頻編解碼電路和第一音頻處理電路；LPC1778單片機分別與EMMC存儲電路、第一串口通信電路和音頻編解碼電路電連接，音頻編解碼電路和第一音頻處理電路電連接，第一串口通信電路和主控模塊電連接。

圖2 記錄模塊的一種原理框圖

如圖3所示[5-6]，450 MHz機車電臺模塊包括450 MHz信道機、第三音頻處理電路、450 MHz信道機編解碼電路、單片機和第二串口通信電路；450 MHz信道機分別與第三音頻處理電路和450 MHz信道機編解碼電路電連接，第三音頻處理電路和450 MHz信道機編解碼電路均與單片機電連接，單片機通過第二串口通信電路與接口模塊電連接。

圖3 450 MHz機車電臺模塊和LBJ模塊的一種電路圖

LBJ模塊包括800 MHz信道機、800 MHz信道機編解碼電路和第二音頻處理電路，800 MHz信道機分別與800 MHz信道機編解碼電路和第二音頻處理電路電連接，800 MHz信道機編解碼電路和第二音頻處理電路均與單片機電連接。天線分別與800 MHz信道機和450 MHz信道機電連接。

2.3 特點分析

該裝置主要是應用在動車、各類機車和軌道車的車載無線列調應急通信設備，該裝置在CIR出現故障后，承擔起鐵路綜合無線通信功能，具備GSM-R網絡下的語音和數據通信，具備450 MHz通道的語音和數據通信、具備800 MHz通道列車防護報警和接近預警功能，具備450 MHz通道和800 MHz通道的列尾傳輸功能。該裝置各模塊功能專一，設計精簡，整體集成度高，體積小、輕便小巧，利于攜帶；功能齊全，與CIR操作流程、界面顯示相似，方便操作人員使用；可靠性，降低了故障率。

3 實踐應用及效果分析

該車載無線列調應急通信裝置合武鐵路、武廣客運專線聯絡線、鄭西客運專線進行了試用。在列車出現CIR故障后進行啟用，用來承擔起鐵路綜合無線通信功能。該車載無線列調應急通信裝置工作過程如下：

1）操作人員選擇運行區段和工作模式，控制模塊根據衛星定位模塊GPS公用信息輸出和人工操作顯示模塊確認當前運行區段和工作模式；

2）如果運行在GSM-R線路區段，控制模塊控制GSM-R話音模塊、GSM-R數據模塊完成通話和數據傳輸，在當前模式下設備能完成機車號注冊注銷、車次號注冊注銷、個呼、組呼、廣播、緊急呼叫、調度命令簽收、無線車次號校核等操作；

3）如果運行在450 MHz線路區段，控制模塊控制450 MHz機車電臺模塊完成通話和數據傳輸，在當前模式下完成車站、機車和調度通信，調度命令、無線車次號校核、450 MHz通道列尾傳輸等功能；

4）需要使用到800 MHz通道列尾功能時，控制模塊控制LBJ模塊實現與列尾通信和列尾控制，完成列尾確認、列尾注銷、風壓查詢、列尾排風、風壓欠壓告警和電壓欠壓告警等功能；

5）需要使用到列車安全預警時，控制模塊控制LBJ模塊完成列車防護報警和列車接近預警等功能。

從試用情況來看，該車載無線列調應急通信裝置啟用后，能完全承擔起鐵路綜合無線通信功能，有效提高了可靠性，降低了故障率，應用效果理想。