列控车载通信单元自动测试系统

周 瑾，张志韬

(通号工程局集团北京研究设计实验中心有限公司，北京 100070)

CTCS-3 级列控系统中，ATP 利用GSM-R 单元中的车载通信单元(MT)，通过GSM-R 系统与RBC 实现信息交互。因此，MT 的运用状态，直接影响ATP 与RBC 之间通信通道的可靠性和安全性。2008 年，中国进入了高铁时代。2018 年6 月，在线运营的加装ATP 设备的动车组已达4 500 组，第一批投入使用的ATP 设备，已达到更新改造期限，部分设备仍在运用。ATP 设备造价昂贵，因此，通过精修精检，最大限度的提高设备利用率、发挥设备效能，是铁路提质增效的有效手段。实践运用中，发现部分MT 存在老化导致性能指标下降、影响运用质量的问题。由于缺乏有效的检测手段来科学评判MT 的运用状态，因此，只能通过其他监测数据分析推断疑似出现MT 故障影响ATP 运用质量（如导致CTCS-3 降级发生），才会将MT 返厂进行检测，以厂家出具的检测结果为依据进行故障原因分析。本文介绍一种MT 自动测试系统，实现对MT 主要射频指标的自动检测，保障设备运用质量，为日常维护提供有效技术手段。

1 MT的运用维护标准

ATP 与GSM-R 系统之间的接口为Um 接口，技术要求符合《CTCS-3 级列控系统GSM-R 网络需求规范(V1.0)》（科技运[2008]168 号）。GSM-R单元属于ATP 中的一个独立功能单元，如图1 所示；MT 插在GSM-R 单元的固定槽位上；GSM-R单元的设计采用双系冗余技术，每1 系中均包括1 个GSM-R 通信模块、1 个MT 和配套的电源模块，两系共用一个记录模块。MT 属于GSM-R 车载通信模块的类型II，技术要求符合《铁路数字移动通信系统（GSM-R)车载通信模块技术规范》（科技运[2014]36号）。规范从MT 应支持的数据业务、补充业务，功能要求，技术要求，结构，工作环境要求，接口及电气特性，通信协议等方面做详细要求。

2 MT的维护现状

ATP 采用一、二、三、四、五级修5 个等级的维修模式；一、二级修的主要内容为设备外观检查、功能性验证试验；三、四级修除外观检查、功能性验证试验外，还要按照规定完成相关寿命件（如电池、天线、速度传感器、继电器等）的更换工作；五级修结合动车组运营里程或工作年限，对达到寿命期的ATP 进行整机更换。目前，MT 的维护工作存在3 个问题。

图1 CTCS-3 300S型ATP GSM-R单元机笼结构Fig.1 CTCS-3 300S type ATP GSM-R unit cage structure

2.1 技术特点认知不够

正常情况下，按照《900/1 800 MHz TDMA数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）设备测试方法：移动台》（YD/T 1215-200）进行型号核准、结果合格的MT，其应支持的数据业务、补充业务，功能要求，结构，接口及电气特性，通信协议等方面的性能，不会出现因工作时间增加而劣化的问题。但是，作为射频器件的MT，会出现因老化导致射频性能指标劣化、影响运用质量的问题。由于没有充分认识到MT 的这一技术特点，因此，由于日常维护中，没有将MT 有关射频特性相关指标的测试工作纳入维修工作内容，存在盲区。

2.2 维护检修手段缺乏

MT 射频特性指标测试，需要使用专用的仪器仪表、按照《900/1 800 MHz TDMA 数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）设备测试方法：移动台》（YD/T 1215-200）搭建专用的测试平台，才能进行测试。由于缺乏用于测试MT 射频特性指标的专用平台，日常维护中，只能通过观察状态指示灯来判断MT 的工作状态。

2.3 厂家依耐性强

目前，ATP 所使用的MT 涉及3 个设备厂家、8 种不同型号；虽然所有型号的MT 均符合《铁路数字移动通信系统（GSM-R)车载通信模块技术规范》（科技运[2014]36 号），但是不同厂家的MT 在硬件接口、信号控制方式等方面存在差别。故障分析(如CTCS-3 降级分析)时，只能将疑似故障的MT 进行返厂检测，以厂家出具的检测报告为依据，故障原因定位周期长，厂家依赖性强。

3 MT自动测试系统的主要技术要求

3.1 MT关键射频指标测试项目

规范（科技运[2014]36 号）和（YD/T 1215-200）规定MT 的工作频段、接收灵敏度、发射功率、频率误差、峰值相位误差、均方根相位误差、输出RF 频谱、辐射骚扰、阻塞特性、互调特性和突发脉冲定时等11 个射频指标要求和测试方法。机车综合无线通信设备（CIR）的维护经验表明，选取接收灵敏度、发射功率、频率误差、峰值相位误差、均方根相位误差和突发脉冲定时等6 个指标作为关键指标、评判CIR 语音模块的射频特性，能够及时发现并确定CIR 语音模块的射频特性是否存在设备老化、新能指标劣化的问题。由于规范（科技运[2014]36 号）和（YD/T 1215-200）对CIR 语音模块与MT 在射频指标方面的要求一致，因此，选取这6 个指标，作为评判MT 射频特性的关键指标，是科学合理的，具体指标要求如下。

1）接收灵敏度：优于-104 dBm；

2）发射功率：39±2 dBm；

3）频率误差：≤1×10-7；

4）峰值相位误差：≤20°；

5）均方根相位误差：≤5°；

6）突发脉冲定时：正常测试条件下，各功率等级下的正常突发脉冲的功率时间包络应落在规定的包络曲线内。

3.2 兼容性要求

目前为ATP 提供MT 的有3 个厂家、8 种型号。因此，MT 自动测试系统应具备良好的兼容性，能够适配所有型号MT 的电气接口，并且能够成功发送指令、控制MT 配合MT 自动测试系统完成测试，才能够满足维护需求。

3.3 操作界面、测试结果统计分析功能要求

MT 自动测试系统操作界面友好，能够直观展示测试过程和结果，并能直接显示性能指标测试不合格项；同时，能够实现如故障类型分析、射频指标变化趋势分析、型号故障率统计分析等统计分析功能。

3.4 测试自动化程度、测试结果一致性要求

为降低现场劳动强度、提高劳产率，MT 自动测试系统应该作为一个标准化的测试平台，维护人员只需要按照操作标准，将MT 插入测试卡槽，完成相关测试电缆的连接，开机加电后，启动测试软件，即可完成测试。同时，为保证测试结果的权威性，在对同一个MT 重复进行测试时，测试结果的一致性要好。

4 M T自动测试系统的技术特点、系统构成和测试流程

4.1 技术特点

MT 自动测试系统主要技术特点，在于具有很好的兼容性，能够适配所有型号MT 的电气接口，并且能够成功发送指令、控制MT 配合MT 自动测试系统完成测试。因此，研发具备良好兼容性的接口单元，是MT 自动测试系统的技术核心。经研究，在电气接口和信号控制方式上，既有MT 具有如下技术特点：SAGEM 生产的MT，采用背板插槽供电方式，控制接口是位于背板插槽的RS-232 串口，接口采用TTL 电平；Funkwerk 生产的MT，采用背板插槽供电方式，控制接口是位于前面板的RS-232 串口、接口类型为DB26；Selex 生产的MT，采用背板插槽供电方式，控制接口是位于前面板的RS-232 串口、接口类型为DB25；既有MT 的信令控制协议都遵照规范（科技运[2014]36 号）。

为此，MT 自动测试系统的接口单元，提供一个背板插槽接口，具备在电气特性和机械特性等方面自动适配上述3 个设备厂家MT 的功能；同时，具备通过串口发送控制信令、实现控制MT 完成相关性能指标测试的功能。这是MT 自动测试系统的主要创新点。

4.2 系统构成

MT 自动测试系统如图2 所示，主要由接口单元、工业控制计算机、显示单元、GSM-R 终端综合测试仪及电源等功能模块组成。各功能模块的主要功能如下。

1）接口单元：一是给MT 供电；二是将MT输出的TTL 电平信号转换为工业控制计算机可识别的RS-232 电平信号，将工业控制计算机输出的RS-232 电平信号转换为MT 可识别的TTL 电平信号。接口单元能够从物理、电气特性上适配所有型号的MT。

2）工业控制计算机。通过软件，控制GSM-R终端综合测试仪和MT，实现测试功能。

3）显示单元。主要作为人机界面，显示测试软件操作界面、测试结果和测试结果的统计分析结果。

4）GSM-R 终端综合测试仪。在测试软件的控制下，实现对被测MT 的6 项射频指标的测试功能。

5）电源。为工业控制计算机、GSM-R 移动终端综合测试仪、被测MT 和显示单元等功能模块供电。

4.3 测试流程

MT 自动测试系统提供了两个完全一致的接口单元插槽；测试时，首先将测试专用SIM 卡装入被测MT，并将被测MT 插入接口单元插槽；其次，用标准测试电缆将被测MT 的天线接口与MT 自动测试系统的测试天线接口相连接，个别厂家的MT（如Funkwerk 公司的MT）还需要用串口控制电缆将MT 与测试串口相连接；最后，对MT 加电后、点击主界面中的开始测试按钮，配置相应的频点号，即可完成测试；测试完成后，测试结果可以直观的反馈在测试界面上，并能够明确显示测试不合格的指标项。GSM-R 系统可使用的合法频点有20 个（频点号：1 000 ～1 019）。测试时，可以对MT 工作于这20 个频点中的任意一个或多个频点的射频特性进行测试。限于篇幅，有关MT 测试系统的有关数据统计、分析、打印及导出等辅助功能，所采用的技术属于常规技术，因此不做介绍。

5 总结

针对ATP 日常维护中，存在MT 因老化导致射频性能指标下降、影响运用质量的问题和检测手段缺乏、厂家依赖度高等问题，研发了一种MT自动测试系统，实现对现有ATP 所用各型MT 的6 项主要射频技术指标参数的自动化测试。2016年度，中国铁路北京局集团有限公司（简称北京局）管内总计发生CTCS-3 降级481 件，其中车载ATP 原因215 件；其中单MT 故障原因133 件，占CTCS-3 降级总数的27.7%、占ATP 原因总数的61.7%。为此，2017 年，北京局利用该MT 自动测试系统，主动对配属动车组ATP 的MT 进行排查测试，对测试不合格的MT 进行返厂维修，返厂后经复测合格后的MT、方能入备品备件库或上线运用。经统计，2017 年度，北京局管内总计发生CTCS-3 降级318 件，其中ATP 原因156 件；其中单MT 故障原因15 件，占CTCS-3 降级总数的9.6%、占ATP 原因总数的4.7%。较2016 年度，该项工作有效降低MT 故障引起CTCS-3 降级的数量，达到预防修的目的。