一种LTE-R和400 MHz数字双模列尾机车电台实现方法

丁凤霞 边利平 宋宗莹 罗群

摘要 文章阐述了新一代LTE-R+400 MHz数字双模列尾机车电台的实现方法。基于LTE机车电台，利用既有列车调度通信LTE-R无线信道，增加400 MHz数字制式列尾机车电台提供400 MHz数字制式无线信道，与LTE机车电台共用操作显示终端，在充分效利用既有设备、节约成本的同时，实现LTE-R+400 MHz数字双模列尾机车电台功能，双模通信制式可有效提高列尾通信在山区和隧道等复杂地形区段的可靠性，保障铁路运输安全。

关键词 LTE-R;数字对讲;列尾通信;CSBK;LTE机车电台

中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）07-0005-03

0 引言

铁路货运以其受气候等自然环境条件影响小、单车装载货物量大、运输能力强，尤其是在大宗货运和长距离货运方面的绝对优势，成为现代货运的最主要运输方式之一，也是與我国的经济和地理特征最为适合的主要运输方式，承担了我国绝大部分木材、煤炭、钢铁和原油及各种大运量冶炼物资的运输任务，对我国社会经济的平稳发展具有无法替代的作用。货列尾安全防护系统已在我国铁路运输中长期成熟运用，主要实现对列车尾部风压的监测和操控列尾主机进行辅助排风制动功能，对提高运输效率、保障行车安全具有重要作用。目前，国家能源投资集团（神华股份有限公司）下属各铁路公司的列尾安全防护系统及设备以模拟无线通信为主、多种无线通信制式并存运行，对于列车开通长交路套跑十分不便，列尾装置的维护复杂程度和维护成本较高，在车站、枢纽等设备密集区域同频及邻频干扰现象较为明显，在山区和隧道等复杂地形区段列尾通信的有效距离受遮挡影响较为严重[1]。

中国神华能源股份有限公司新一代铁路货列尾安全防护系统及设备采用LTE-R制式和400 MHz数字通信制式，两种制式同时工作，能够有效降低模拟制式货列尾通信中存在的同频及邻频干扰现象，解决山区和隧道等复杂地形环境区段货列尾通信受遮挡影响严重问题。同时，统一列尾无线通信制式有效降低了列尾装置的维护复杂程度及维护成本，为重载机车紧密运行及开通列车长交路运行套跑提供了设备保障。

1 双模列尾通信

1.1 LTE-R制式列尾通信

LTE-R制式无线列尾通信业务由LTE-R网络承载，与LTE-R列调业务共用相同频段，采用IP/UDP协议进行无线数据通信。列尾机车电台登录用户名为“机车号+端号”，列尾主机登录用户名为“列尾ID+LTE-R通信模块端号”，LTE-R通信模块登录并注册到LTE-R网络后自动获取静态IP地址。 LTE-R网络可达到全线路信号覆盖，能够避免列尾无线通信在山区和隧道等复杂地形区段受环境遮挡影响。

1.2 400 MHz数字制式列尾通信

根据我国无线频率资源规划的相关规定和数字无线对讲技术的发展水平，400 MHz数字制式列尾无线通信选用TDMA调制方式，采用基于DMR数字移动无线电标准协议下的点到点异频直通方式。在400 MHz低端频率中选用fa作为列尾机车电台向列尾主机发送数据的工作频率，fb作为列尾主机向列尾机车电台发送数据的工作频率。为降低同频干扰现象，应适当拉大fa和fb的间隔，根据铁路总公司的相关频率规划，fa可采用414.025 MHz，fb可采用10 MHz频率间隔的404.025 MHz。

400 MHz数字制式列尾无线通信业务数据量较少，适宜采用DMR中数据传输方式控制信令消息结构即CSBK传输列尾无线通信数据。CSBK数据结构为：数据头（2字节）+数据（8字节）+CRC（2字节）。其中8字节长度的数据部分可承载列尾无线通信数据，由2个连续的CSBK承载1帧完整的列尾通信数据。连续两个CSBK传输时间仅需120 ms，有效提高了列尾数据传输效率，缩短了列尾数据传输所占用无线频率资源的时间，可大幅降低车站等列尾设备使用密集区域无线通信的同频干扰现象。CSBK数据结构如图1所示。

1.3 双模列尾通信

列尾机车电台和列尾主机LTE-R通信模块成功获取LTE-R网络IP地址后，设备自动进入LTE-R+400 MHz数字双模模式，同时以两种通信制式传输列尾无线通信数据，当其中一种制式通信失效时，另一种通信制式仍然能够保证列尾无线通信数据成功传输;若列尾机车电台和列尾主机未能获取LTE-R网络IP地址，设备仅工作在400 MHz数字单模模式，只通过400 MHz数字制式进行列尾无线通信[2]。

2 双模列尾机车电台

列尾机车电台需具备LTE-R通信模块和400 MHz数字通信模块分别提供两种制式的无线信道，实现LTE-R+400 MHz数字两种制式的双模列尾无线通信。目前朔黄铁路在用的LTE机车电台配备有LTE-R通信模块用于无线列调通信，为有效利用既有设备，降低LTE-R+400 MHz数字双模列尾机车电台设备成本，同时尽量不新增操作显示终端设备，可利用既有LTE机车电台的LTE-R通信模块提供LTE-R无线信道同时传输列尾通信数据;再增加400 M数字制式列尾机车电台提供400 MHz数字制式无线信道;并与LTE机车电台共用操作显示终端;形成LTE-R+400 MHz数字双模列尾机车电台，在实现无线列调通信功能的同时实现列尾通信功能。机车电台构成如图2所示。

LTE机车电台配备有主备双LTE-R通信模块，主用LTE-R通信模块故障时可自动切换为备用LTE-R通信模块工作，实现LTE-R通信模块的热备份功能。LTE-R模式列尾通信数据量较少，可与LTE机车电台共用LTE-R通信模块，不会对LTE机车电台原无线列调业务功能产生影响。列尾通信所用LTE-R模块与LTE机车电台原LTE-R无线列调业务功能保持一致，遵循原LTE机车电台LTE-R通信模块主备切换的工作机制，即LTE-R模式列尾通信具备LTE-R通信模块热备份功能，使列尾通信更加稳定可靠[3-4]。

新增400 M数字制式列尾机车电台为列尾通信提供400 MHz数字制式无线信道，实现400 MHz数字模式列尾通信功能。400 M数字制式列尾机车电台主要由供电单元、控制单元、记录单元、400 M信道机及天馈系统等组成，通过通信电缆连接至LTE机车电台数据接口。400 MHz数字制式列尾通信为异频单工通信方式，400 M数字制式列尾机车电台内部只需配备1台400 MHz数字收发信机即可满足功能需求。

设备具有标准型和小型化两种结构形式，标准型设備为基于标准型LTE机车电台，新增的400 MHz数字列尾机车电台为内嵌式安装在标准型LTE机车电台的B子架内，节省机车设备安装空间，外部无须新增供电电缆，标准型外形结构如图3所示;小型化设备为基于小型化LTE机车电台，小型化外形结构如图4所示，新增的400 MHz数字列尾机车电台为独立设备，通过通信电缆连接LTE机车电台。两种结构形式适应不同型号机车的设备安装要求。

列尾机车电台示意图

3 市场前景

LTE-R+400 MHz数字双模列尾通信大幅降低了列尾设备密集区域无线通信同频和邻频干扰现象，同时避免了列尾无线通信在山区和隧道等复杂地形区段受环境遮挡影响，有效保障了列尾通信的稳定性和可靠性;统一列尾无线通信制式在降低列尾装置维护复杂程度和维护成本的同时，为重载线路列车的紧密运行及开通长交路运行套跑提供了便利条件和设备及技术保障，对提高运输作业效率、保障行车安全具有重要作用。

目前神华集团朔黄铁路公司已建成LTE-R通信网络，并应用于无线列调通信系统，神华集团下属其他各铁路公司也在积极地规划、建设LTE-R网络。LTE-R+400 MHz数字双模货列尾安全防护系统及设备非常适用于神华集团下属各铁路公司和我国各地方铁路货列尾通信。同时，LTE-R+400 MHz数字双模列尾系统也符合我国国铁货列尾通信系统未来的发展方向，符合全球铁路行业专用移动通信技术向LTE-R发展的方向，符合模拟无线讲技术向数字无线对讲技术发展和过渡的趋势。

4 结论

该文立足于充分有效利用既有设备，研究并提出了双模列尾机车电台的技术方案，实现了LTE-R+400 MHz数字双模列尾机车电台功能。LTE-R+400 MHz数字双模列尾机车电台是以朔黄铁路在用的LTE机车电台为基础，增加400 MHz数字制式列尾机车电台，在实现无线列调通信功能的同时实现LTE-R+400 MHz数字双模列尾通信功能。设备具备标准型和小型化两种结构形式，适应不同型号机车的设备安装要求，LTE-R+400 MHz数字双模列尾机车电台具有广泛、良好的市场前景。

参考文献

[1]双模货物列车尾部安全防护系统暂行技术规范： TJ/DW179—2015[S]. 北京：中国铁路总公司， 2015.

[2]双模货物列车尾部安全防护设备暂行技术条件—列尾机车台： TJ/DW180—2015[S]. 北京：中国铁路总公司， 2015.

[3]王芳， 邸士萍. LTE-R系统架构研究[J]. 铁路通信信号工程技术， 2016（6）： 23-26.

[4]李春铎， 郭强亮， 蔺伟. LTE-R宽带移动通信系统调度通信技术方案研究[J]. 铁道通信信号， 2019（S1）： 16-20.