机车综合无线通信设备(CIR)的改进方案

王庆国 上海铁路局上海通信段

无线列调系统在铁路运输中发挥了重要的作用，但在高速铁路中，无线列调系统已不能满足通信需求，因此铁道部决定采用GSM-R技术体制，实践证明，GSM-R系统基本满足了高速铁路信息化的需求。但是，由于目前高速铁路网还未完全建成，在很长一段时间内，列车会在高速铁路和既有铁路间交叉运行。由于既有铁路运行速度相对不高，对信息化需求也不高，且对既有铁路的GSM-R改造成本很高，因此在相当长的时间内不会对既有线进行全面的GSMR改造。鉴于上述原因，为实现机车能适应不同的运行环境，铁道部制订了机车综合无线通信设备(CIR)标准，兼容不同制式，并已大量投入应用。通过一段时间的使用，我们发现CIR在有些方面还需进行改造，以便满足实际应用需要。

机车综合无线通信设备(CIR)主要包含两个系统功能，一是原有的无线列调系统功能，二是GSM-R系统功能。本文针对这两个系统功能在应用中出现的问题进行分析，提出改进方案。

1 改进CIR设备无线列调模式与GSM-R模式转换方案

CIR设备具有450MHz无线列调和GSM-R两种工作模式，在技术标准中规定CIR在这两种模式间相互切换，不同时工作。但实际上，这两个系统可独立工作，互不影响。在实际运用中，列车在跨线运行时，就需要两套设备同时工作。例如，上海局合宁线与京沪线、淮南线相连，合宁线安装了GSM－R系统，淮南线和京沪线运用的是无线列调系统，列车在永宁站和全椒站间、肥东站和三十里站间运行时，经常因制式转换问题而造成通信中断或失败。铁道部技术标准要求在线路两侧设置无线列调制式和频点切换点通信转换标志提示牌，据此我们在合宁线K443+500和K331+000两处设立了通信转换提示牌。但在实际应用中，由于需要通话的时间不一定，因此不论转换点设在何处，都会有影响通话的可能，并且高速行驶时标志牌很难被注意到，而车站值班员也不能确定列车在何时越过转换点；CIR设备在GSM－R和无线列调模式转换时，由于GSM－R需要30s左右的网络注册或注销时间，因此这段时间其实无论哪种模式都不能正常通信。如果对CIR设备进行适当技术改造，使CIR的两种模式都能独立同时工作，这样，无论机车司机或车站值班员用无线列调模式还是GSM-R模式通话，都不会受到干扰；同样，机车在GSM-R区段和无线列调区段运行时，随车机械师或车长也都能很方便地与司机间建立通信。另外为了减少设备工作时间，可对CIR设备设置模式自动关闭的切换点，以便列车驶入GSM－R区段时CIR在合适的点上自动关闭无线列调模式，反之在无线列调模式下关闭GSM－R模式，切换点可设置在永宁和全椒区间以外。

2 改进CIR设备无线列调模式

铁路运输经过长交路、大轮乘改革后，使原先以路局为交路分界的相对独立的机车运行体制被彻底打乱。为适应机车长交路运行，制订了通用式无线列调机车电台技术标准；为实现GSM－R系统功能与无线列调系统功能相互融合，继而制订了机车综合无线通信设备标准，用GPS对机车进行定位，CIR自动适应地面无线设备制式来实现机车与地面的通信。经过实际使用，发现还存在不少问题，主要表现为：采用不同频组的无线列调系统间切换时 (例如沪昆线与京广线间转换)，相邻车站无法可靠呼叫到机车(与无线列调模式和GSM-R模式间转换情况相似)；由于隧道等原因使GPS信号丢失，造成CIR误报警，继而干扰司机的注意力；无法解决车长、随车机械师、车辆乘务员手持电台跨切换点的频点转换；同频干扰严重影响通话等。这些问题同样困扰着无线列调通信系统更好地运用。

目前我局的无线列调系统车机联控采用同频单工的工作模式，司机、地面、随车机械师、运转车长间通信采用同一频率，列尾信息传送也采用这一频率，因此干扰非常严重，尤其是在枢纽地区和编组场内。事实上，铁路的频率源比较丰富，铁道部分配给无线列调的400MHz频段频率也有30多个，但目前实际应用的频点却很少，频率资源浪费严重。如果对CIR设备的无线列调频点进行规划，就可充分利用铁路频率资源，同时可大大地降低同频干扰。例如，给运转车长、随车机械师、列尾设备等不同身份的用户分配不同的专用频率就是一个很好的选择。解决的办法是给CIR设置一个守候频率和多个通话频率，不同的通话频率间转换通过司机在操作面板上设置不同的按钮来完成。当CIR处于守候状态时，电台工作在某个特定频率f1上，如果外界有f1的信号呼入，司机摘机回话也锁定在f1上。当司机需与其他身份的用户进行通话时，可在操作面板上按压不同的按钮实现频道间切换。

为了实现上述设想，需要对参与无线列调的用户身份进行规划，目前主要有助理值班员、运转车长（随车机械师、车辆乘务员）、列尾装置等，依次可分配频率为f2f3f4等，这样设置就完全避免了通信相互干扰，并且这些设备都是手持或移动设备，改造很方便。

如果对车站电台也分配不同的频率，例如分配5至8个频率进行频率复用，则可彻底解决枢纽地区和站场地区的同频干扰。

3 修改CIR线路数据库格式

根据CIR技术标准，CIR需要预先录制线路数据库信息，以实现机车CIR设备适应地面无线电台的制式，但标准对线路数据库的格式没有明确规定，各设备厂家制造的设备其线路数据库的格式也不一致，造成司机在选择线路时感到很凌乱。

根据CIR技术标准如果要把上海局的所有线路都写入CIR，则有几十条，随着新线的建成，线路数量还会不断增加。另外，上海局的机车直通广州局、南昌局、北京局等，沿线经过多个路局、几十条线路，都应全部写入CIR。因此，司机打开CIR线路数据库，在几十条线路名称中要找到合适的线路名称，确实也感到不方便。经过对线路数据库分析后，我们发现，其实真正需要频率和制式转换的点并不多。在一个路局范围内，无线列调的制式基本上是统一的。例如上海局，只有铜九线、京沪线北段和陇海线等少数区段采用其它制式外，全局几乎都采用了同频单工457.700MHz模式。因此可对其线路制式名称进行归纳，除对特殊区段列出制式名称外，其他线路采用"其他"代替，这样可省去百分之九十以上的线路名称输入。在MMI面板显示中也应只显示无线列调的制式，不显示运行区段，这样就可大大减少需要写入的线路名称，还不会造成视觉错误。

4 改造CIR的两层结构形式

CIR设备在现场使用中，开机后MMI无法进入主控状态是一种常见的故障，且发生概率较高。通过检查发现主控单元或B子架上的AB子架间信号电缆接口、B子架上与MMI控制电缆联接口还是有时会出现接触不良的现象，将接口重新拧紧后故障消失。主要原因是CIR控制电缆头以及AB子架间信号电缆头均做了抗电磁干扰处理，电缆接头比较粗而硬，导致接口连接不良。事实上，由于AB子架间不可能存在分离安装的现象，因此AB子架的外线连接完全可以改成内部联接，这样可以选用普通的电缆联接口，将大大减少因电缆连接不良而造成的设备故障。

5 CIR设备关闭后，GSM-R单元无法完成网络注销

当CIR发生故障（主要是MMI白屏），根据铁道部颁布的CIR故障应急处置办法，须对CIR进行复位重启。事实上，当故障发生时，有时即使是对CIR设备关闭电源，也无法完成CIR设备的重启，主要表现为GSM－R单元无法完成网络注销。造成这一问题的主要原因有二个，一是由于CIR内置电池的容量不足，当CIR复位时无法为GSM－R模块完成正常退网提供足够的电压；二是由于在无线列调区段内运行时，GSM－R模块收不到网络信号，将因此不停地搜索网络而造成模块死机，此时无论对CIR怎样操作，都无法重新进入正常的工作模式。只有对CIR进行拆解，断开内部电池后才能重新进入正常工作状态，现场维护非常不方便。解决的办法是对CIR进行改造，在CIR的AB子架上安装一个开关，实现对CIR内置电池的控制，当出现上述故障时，就能方便地对CIR实现重启。

6 提高CIR设备线路数据库转换精度

CIR根据GPS模块输出的地理数据信息选择合适的工作模式，在多线并行区段运行，且CIR工作在自动模式下时，由于采集的线路数据库精度不够，经常会造成模式误切换，干扰司机正常行车，例如在京沪线与京津城际并线区段就发生过这样的事件，随即组织厂家对线路数据库重新编辑，提高线路地理信息的判别速度后不再发生类似事件。

目前，并线运行的线路很多，例如上海局京沪线与沪宁城际和京沪高铁等，因此在线路数据库编辑时必须注意制式切换的精度问题。

7 建议双套冗余

CIR设备虽然包含两种工作模式，相互间可切换，但由于地面设备只有一套，因此CIR设备还是只有单套工作，这与高速铁路对安全的要求是不够的，建议实现双套冗余。

无线列调系统和铁路综合无线通信系统是铁路行车的重要安全装备，系统的合理性将直接影响系统发挥作用；CIR设备是这两个系统的重要组成部分，CIR设备的性能直接影响行车安全，因此需要不断地改进。