无人机在GSM-R移动通信系统电磁环境测试中的应用

2021-06-28王家树

电子测试 2021年6期

王家树

（中铁电化集团北京电信研究试验中心有限公司，北京，100071）

1 GSM-R电磁环境是什么

GSM-R的全称是Global System for Mobile Communi cations-Railway，是一项用于铁路通信及应用的国际无线通信技术。相对于公众熟知的GSM全球移动通信系统，GSM-R是为铁路专门设计的通信系统，在兼具GSM丰富功能和优良性能的同时，GSM-R为铁路带来了集群调度、广播呼叫、组呼叫、增强多优先级与强拆eMLPP等功能。

GSM-R与GSM均工作在900MHz频段，不同的是GSM-R使用的是E-GSM频段，即上行880MHz-890MHz和下行925MHz-935MHz，而铁路拥有工信部划拨的专属频段：885MHz-889MHz和930MHz-934MHz，工作带宽为4MHz。

那么GSM-R电磁环境测试主要就是针对于铁路专用频率的测试，一般使用的仪器工具有频谱分析仪和接收机。

2 测试方法

2.1 静态测试GSM-R电磁环境

静态测试专指测试人员持测试设备和接收天线在地面进行的检验测试，一般以定点测试为主，即在一个测试点进行固定时间、非移动的电磁环境检测。

2.2 动态测试GSM-R电磁环境

动态测试是指利用综合检测车车顶天线接收GSM-R频段内电磁信号的强度的一种测试方法，一般由综合检测列车完成，该列车集成配备了一系列专业检测设备，在轨道上行驶过程中对电磁环境进行检验测试。

2.3 静态检测与动态检测通用测试方法

使用频谱接收机或频谱扫描仪，采用频谱扫频方式，扫描GSM-R上行频段885-889MHz、下行频段930-934MHz，扫描周期100ms，分辨率带宽10kHz，最大峰值检波，分别记录频谱扫描范围内接收电平的最大值、最小值和当前值。

2.4 静态与动态电磁环境区别

在铁路建设过程中，GSM-R网络的网络优化一般是针对列车进行的，网络覆盖更集中于列车头部顶端位置，此处是网络信号接收最佳位置，但是往往在静态检测时，受制于各种因素，天线无法置于最佳位置，甚至在一些沟壑、山岭地区都无法接近。如此，位置上的不同，网络覆盖差距很大，这给测试的结果带来了巨大的差距。

3 无人机GSM-R移动通信测试系统

该系统是我公司将铁路GSM-R测试仪器与无人机相结合的融合测试平台，该测试平台主要分为无人机模块、视图模块、控制模块、测试模块、计算模块、传输模块、电源模块和地面站八个部分，七个模块分工合作配合地面设备进行空中作业。无人机模块负责在空间中进行定位、精确移动以运载载荷到达指定的空间位置；视图模块主要功能是将无人机当前位置的视频、图像等信息收集并发送给地面监控终端；控制模块专指无人机控制模块，是已飞行控制系统为核心的模块，主要用来控制无人机的飞行及姿态调整；测试模块负责在指定位置进行数据采集与测试；计算模块负责将测试模块采集的数据或测试的结果进行计算处理，以更直观的形式展现数据和结果，同时计算模块还具备了存储能力，能将采集的数据和计算的结果存储在本地；传输模块负责将无人机载的计算模块中的数据和结果回传至地面站，传输模块可细分为无人机数传部分、图传部分、4G数传部分、5G/5.8G宽带数传部分，其中无人机数传部分、图传部分是无人机自身平台，用以控制无人机和视频图像传送，4G数传部分、5G/5.8G宽带数传部分则集成于计算模块上，用来传输载荷的大流量数据；电源模块负责供电，由无人机供电系统降压处理后对载荷进行供电，同时还含备用有电池一块，以备紧急情况下使用。

该平台利用无人机便携性和机动性，实现了空间测试，弥补了以往平面测试工作的不足，检测范围和精准性大大增加，提高了工作的效率，同时检测系统平台硬件采用模块化结构，具有较好的兼容性、扩展性和升级性。

图1 原理示意图

图2 无人机图

4 实验测试分析

通过对比测试，无人机平台升空后测试的结果与检测列车相符，并且比静态地面测试场强值高出8dB，说明无人机测试平台的测试效果明显提升。

测试地点综合检测车静态地面测试无人机平台测试Frequency 931.2MHz 931.2MHz 931.2MHz场强-49dBm -58dBm -50dBm RBW 200KHz 200KHz 200KHz ATT 0 dB 0 dB 0 dB京张高铁昌平站GSM-R网络

图3 测试频谱图

5 无人机测试平台延伸

该无人机测试平台通过计算模块的高兼容性，提供给了整个测试系统较高的共享空间。计算模块是一个基于X86架构的计算机系统，具备M.2接口、PCIe接口、SATA接口、COM接口，在此基础上，增加改进了4G DTU模块和高带宽数传模块，使得计算模块具备了联网功能。丰富的接口使得该测试平台具备接入更多设备的能力，也具备了同时接入的能力，通过公网网络、数传通道等，可以将数据传回地面站，供检测人员分析使用。在使用频谱仪、测试手机等测试模块时，两者可同时接入计算模块并行运行，数据通过同一传输通道返回地面站；在使用其他具备串口模块的设备时，既可以接入计算模块通过传输通道返回地面站，也可直接通过串口DTU将数据返回地面站。