应答器上行链路信号MTIE测试方法

刘钊江 李翔 肖茂波（. 北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 00073；. 沈阳铁路信号有限责任公司，沈阳 005）

1 概述

应答器是一种利用电磁感应技术进行数据传输的点式设备，主要用于地面向列车传输包括信号数据、控制数据、临时限速信息在内的控车数据，是列控系统的重要组成部分。

当列车经过时，应答器接收车载天线发出的频率为27.095 M H z的远程供电信号，并通过耦合感应建立自身的工作电源，然后将存储在应答器内部的固定数据或来自地面电子单元（LEU）的可变数据向车载设备发送。应答器向车载设备发送数据的无线通道被称为上行链路，通过中心频率为4.234 M H z、频偏为282.24 k H z的FSK调制信号来进行数据传输。也就是说，当车载设备接收到4.516 M H z信号时，定义当前发送的数据是“1”；当车载设备接收到3.951 MHz信号时，定义当前发送的数据是“0”。

由于应答器上行链路的信号质量将直接影响车载设备对数据的接收和解析，因而对上行链路信号的中心频率、平均数据速率、最大时间间隔误差（MTIE）、幅值抖动等指标进行严格的规范是非常有必要的。

刘钊江，男，硕士毕业于北京航空航天大学自动化学院，助理工程师，参与高速列车运行控制系统技术及装备研制课题，主要研究方向为应答器及LEU嵌入式开发。

2 最大时间间隔误差（MTIE）

2.1 MTIE的定义

最大时间间隔误差（Max imum Time Interval Error，MTIE）是描述信号漂移的常用指标，通过计算在一段时间内信号的最大相位变化，可以非常有效地描述相位瞬变[1]。

由于用任何测量设备都不可能测得瞬时相位（时间），而只能测出信号在某个时间间隔t至t+τ0内的取样平均值，因此定义时间间隔误差（TIE）函数为[2]：

式中：x（t）——时间误差（参考时钟和被测时钟时间相对偏差）函数；τ0——取样时间。

现在引入M T IE的定义：在给定的测试周期T内, 测得N个时间间隔误差值xi（取样时间为τ0），根据设定的观测时间段τ，对每一观测时间段内的时间间隔误差求最大值与最小值的差值（峰峰值），所有这些峰峰值中的最大值称为最大时间间隔误差。数学表达式为：

式中：τ——设定的观测时间段（τ=nτ0）；

n=1,2,3,4,…,N-1 ；

k=1,2,3,4,…,N-n。

通常，时间间隔误差值xi通过专门的时间间隔误差测量仪器及测量方法获得，而M T IE则通过计算得到。显而易见，MTIE曲线是单调递增的。

2.2 欧标的相关需求

在欧标里对应答器上行链路信号的数据速率变化有明确要求[3]：在启动时间过后，应答器的数据速率变化和抖动应满足M T IE1（与理论数据速率相关）或者MTIE2（与传输的平均数据速率相关）的需求。

其中MTIE1的需求为：

272·10-9s 当1 bit≤τ≤16 bit时；

396·10-9s 当16 bit≤τ≤140 bit时；

当140 bit≤τ≤1 000 bit时。

式中：τ——设定的观测时间段。

MTIE1的需求如图1所示。

而MTIE2的需求为：

236·10-9s 当1 bit≤τ≤5 bit时；

370·10-9s 当5 bit≤τ≤50 bit时；

当50 bit≤τ≤1 000 bit时。

式中：τ——设定的观测时间段。

MTIE2的需求如图2所示。

3 应答器上行链路信号MTIE测试方法

3.1 测试环境

在进行应答器上行链路信号M T IE测试之前，首先要校准27.095 M H z远程供电信号[4]，然后再搭建测试环境。应答器上行链路信号M T IE测试环境如图3所示。

注意测试天线的中心应与应答器的参考标记在同一铅垂线上，二者之间的距离应为460 mm±2 mm；信号发生器发出的信号频率应为27.095 M H z±200 p pm。除了常规环境下的测试之外，还需在清水、盐水等覆盖应答器的情况下进行上行链路信号的MTIE测试。

3.2 测试方法

在对应答器上行链路信号进行M T IE测试之前首先要进行中心频率测试（用于相位解调）和平均数据速率测试（用于M T IE2需求确认）并获得相关数据。应答器上行链路信号M T IE测试的方法及步骤如下。

1）使用矢量信号分析仪测量至少1 500 b it的载波幅值和相位数据（为了避免由于频谱截断引起的误差，分析仪的带宽应设置为8 MHz）；

2）对上行链路信号进行相位解调，并在1 b it的窗口内采样足够多的数据（要求精度优于50 ns），然后进行最佳线性拟合（线性回归），以判定位转换的精确时刻。位转换定义为代表数据“1”和数据“0”（或数据“0”和数据“1”）的两条最佳拟合曲线的交点；

3）在连续许多数据“1”或者数据“0”（最大不超过8）的情况下，需要将这段数据两侧可识别的两次位转换之间的时间等分成若干份，从而把整体时间间隔误差平均分配给这些数据；

4）测算出全部的时间间隔误差（T IE）数据，并计算出应答器上行链路信号的MTIE；

5）验证测试所得数据是否满足M T IE1需求或者MTIE2需求。

4 应答器上行链路信号MTIE测试

根据上文所述测试方法，在常规环境下搭建测试平台，并对欧标应答器上行链路信号进行M T IE测试，所得曲线如图4所示。

由测试曲线可知，被测应答器满足M T IE2需求，符合欧标相关规定。

5 结论

M T IE测试是检验应答器上行链路信号质量的重要环节。本文介绍了M T IE的定义及欧标的相关需求，对应答器上行链路信号M T IE测试的环境和方法进行阐述，并通过实际测试验证了该方法的有效性。

[1]解东宏．时钟信号在传送网中漂移损伤研究[J]．中国有线电视，2003(22)：17-21．

[2]余学锋．最大时间间隔误差计算方法及其分析[J]．宇航计测技术，2007(5)：39-47．

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

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