亚音频解决数控无线调车系统干扰

孟丽杰 朔黄铁路肃宁分公司

一、应用背景

公司自2001 年在黄骅港站使用数控无线调车系统以来，随着运量的增加和调车作业的频繁相继在沿线各站引入无线调车系统，受无线频谱数量和设备供给厂家的制约，在朔黄线管内无线调车系统存在两个方面的差异：一个是设备厂家不同（中国中铁、北方交大）所使用的控制信令编码表不同；另一个是450MHz 频段范围两个跨度频率划分，收发信机分为高端和低端。随着系统使用范围的拓展和数量的增加，不可再生资源频率复用层度越来越高，使原本无线通信固有特点“干扰”在使用中不可避免且日益凸显，甚至严重影响正常通信，主要体现于以下几个方面：

1.频率复用造成的同频干扰

这一因素的产生主要是由于频率属于有限的不可再生资源，为了提高通信容量，采用频率复用的技术以提高频谱的使用效率。同频复用系数增加时，大量的同频干扰将取代人为噪声和其它干扰，成为通信质量的主要约束。

2.频率选用不合理造成三阶互调干扰

三阶互调是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波产生差拍（混频）后所产生的寄生信号。由于一个信号是二次谐波（二阶信号），另一个信号是基波信号（一阶信号），他们俩的合称为三阶信号。这一因素的直接结果就是产生三阶互调失真，当同一系统内容纳的频率数越多，而之间的频率选取没有参照一定的选取标准，相互之间产生的三阶频率对现有系统将造成严重影响。

3.外界人为干扰

人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰，这一因素直接结果是串音（串台），通话接通率降低，语音清晰度降低，当干扰信号高于接收机接收门限将造成通道内接收机接收有用信号能力下降。

4.自然因素干扰

自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。受干扰信号强度和类型的这类因素影响产生的结果是造成辐射区域内的背景噪声升高和寂静区的产生以及越区干扰机率增加。

二、可行性论证

(一）理论分析

针对管内日益凸显的干扰问题，要解决或降低上述干扰问题，结合通信理论和实际应用分析如下：

1.采用方向性强的天线，使用定向天线能增加信号的特定方向的通信传播距离，可有效改善外界干扰带来的背景噪音升高。

2.对发射台天线和干扰台天线采取不同的极化方式，可以减少频率复用造成的同频干扰，但由于干扰源大多系外部干扰源，查找和统计难以实现。

3.采用阵列天线，加装滤波器，提高对有用信号的选择能力，可以有效改善同频干扰和三阶互调干扰。

4.降低电台发射功率，降低天线高度，降低接收机灵敏度，可以有效改善频率复用造成的越区干扰。

5.有效利用接收机静噪状态，使接收机处于较深静噪和采用亚音频信令控制静噪开启和关闭，可以有效控制外界人为和自然噪声对通道内的影响。

综上所述，从根本上解决干扰受外界人为、环境，干扰源的查找、定位，频率资源有限，通信距离的保障等条件考虑是不现实，且收效见缓，只能设法改善干扰对整个系统的影响，伴随干扰的发生时保障通信距离，提高通信质量，有效利用接收机静噪状态，可以有效改善管内所有设备的共存问题，保障通信畅通，提高通信质量。

调车设备的安全保证和通信质量的良好程度密切相关，因此在进行项目实施改进前，有必要对可行性和可控性做具体的论证和试验。

(二）资料收集和取证

我们先后拜访了中铁公司和北方交大，对其生产的用于朔黄铁路的数控无线平调系统固定机控器，中间站机控器，一体化便携台从电路工作原理、结构设计特点和技术状态指标进行了详细的了解和分析。

1.系统组成

数控无线平面调车系统用户为司机、调度区长、调车员、制动员。整个系统由三大部分组成：机车设备、固定设备、移动设备。

2.工作原理

整个系统通信方式采用同频单工通信方式，固定机控器和中间站机控器收发信机采用TK378/TK278，一体化便携台采用GP88/GP3688，调车区长、调车组、机车司机之间业务联络为语音通信，调车员控制机控器采用数字编码，用FSK 方式或FFSK 方式调制传输。

三大部分功能及通信方式如下：

机车设备：以机车台为核心，完成调车作业组人员发送的指令的识别、显示，并提供司机与调车组、调车区长之间的联络问题。

固定设备：以调车区长台为核心，完成调车区长与调车组之间的联络问题。

移动设备：包括调车员手持台、制动员手持台。完成由调车人员向机车发送调车作业指令，以指挥机车行动。并提供机车司机以及调车组人员之间联络问题。

通过对系统原理和各组成部分性能指标的分析并结合大量其他相关资料，最终确定：在收发信机内增加亚音频用于解决朔黄铁路数控平调系统干扰问题的技术改造方案是可行的。

三、亚音频选取

(一)亚音频调整方法

针对现有数控无线平调系统收发信机类型和型号，除TK378 不支持数字亚音频外其他均支持各自定义的数字亚音频编码，TK378亚音频标准为CTCSS 音频频率，TK378G 为QT/DQT，GP88s 和GP3688 为TPL/DPL，为了保证所有收发信机都能兼容通信，统一选取CTCSS 频率或对应代码。

(二)调整试验

挑选各项指标合格的区长台，固定机控器，中间站机控器，一体化便携台，确保稳定设备质量为试验提供可靠保证。

根据亚音频的频点范围和已有无线列调亚音频频点范围，将亚音频选择分为2 组，67Hz 对应频段450-470MHz，77 对应频段410-430MHz。

比较亚音频添加后性能指标变化，并进行现场作业环境试验，在进行长达1 个月的跟踪试验后得到令人满意效果，具体改善如下：

1.防止未经许可用户通信介入，减少人为误干扰。

2.抗干扰能力强，减少通道内背景噪声的升高开启静噪门限。

3.实现各站场范围内频率复用，提高频率的利用率，达到频率共享。

4.亚音频的增减和修改方便，有可参照标准，不同型号、厂家生产的收发信机互换灵活。

四、亚音频应用

通过试验结果的反馈和处理试验中发现的问题已经达到全面展开技术改造条件，于2008 年底至今已全面在朔黄铁路管内各站数控无线调车系统中应用。

2008 年12 月完成黄骅港站5 台调车机的固定机控器，5 组调车作业人员的一体化便携台，2 台区长台的亚音频技改项目。

2009 年3 月完成神港站2 台调车机的固定机控器，2 组调车作业人员的一体化便携台，1 台区长台的亚音频技改项目。

2009 年5月完成肃宁北站3 台调车机的固定机控器，3 组调车作业人员的一体化便携台的亚音频技改项目。

2010 年平调系统换代过程中对712 通信工厂生产的数控无线调车系统在设计和生产过程中已全部实施亚音频防干扰措施。

五、应用结论

由于受不同厂家收发信机亚音频定义影响，TK 系列和GP 系列数字亚音编码不尽兼容，只能选用同一标准的语音亚音频，不可避免收发信机静噪开启和关闭延时问题带来的通话丢字和尾音问题，解决办法是通过使用习惯（通话时语速放慢或稍提前按下送话键）来改善，其次就是选用同系列的收发信机，通过数字亚音频如Motorola（DPL），在语音前和发射结束前发送数字形式编码来控制静噪电路的开启和关闭。