應答器上行鏈路信號MTIE測試方法

劉釗江 李翔 肖茂波（. 北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 00073；. 沈陽鐵路信號有限責任公司，沈陽 005）

1 概述

應答器是一種利用電磁感應技術進行數據傳輸的點式設備，主要用于地面向列車傳輸包括信號數據、控制數據、臨時限速信息在內的控車數據，是列控系統的重要組成部分。

當列車經過時，應答器接收車載天線發出的頻率為27.095 M H z的遠程供電信號，并通過耦合感應建立自身的工作電源，然后將存儲在應答器內部的固定數據或來自地面電子單元（LEU）的可變數據向車載設備發送。應答器向車載設備發送數據的無線通道被稱為上行鏈路，通過中心頻率為4.234 M H z、頻偏為282.24 k H z的FSK調制信號來進行數據傳輸。也就是說，當車載設備接收到4.516 M H z信號時，定義當前發送的數據是“1”；當車載設備接收到3.951 MHz信號時，定義當前發送的數據是“0”。

由于應答器上行鏈路的信號質量將直接影響車載設備對數據的接收和解析，因而對上行鏈路信號的中心頻率、平均數據速率、最大時間間隔誤差（MTIE）、幅值抖動等指標進行嚴格的規范是非常有必要的。

劉釗江，男，碩士畢業于北京航空航天大學自動化學院，助理工程師，參與高速列車運行控制系統技術及裝備研制課題，主要研究方向為應答器及LEU嵌入式開發。

2 最大時間間隔誤差（MTIE）

2.1 MTIE的定義

最大時間間隔誤差（Max imum Time Interval Error，MTIE）是描述信號漂移的常用指標，通過計算在一段時間內信號的最大相位變化，可以非常有效地描述相位瞬變[1]。

由于用任何測量設備都不可能測得瞬時相位（時間），而只能測出信號在某個時間間隔t至t+τ0內的取樣平均值，因此定義時間間隔誤差（TIE）函數為[2]：

式中：x（t）——時間誤差（參考時鐘和被測時鐘時間相對偏差）函數；τ0——取樣時間。

現在引入M T IE的定義：在給定的測試周期T內, 測得N個時間間隔誤差值xi（取樣時間為τ0），根據設定的觀測時間段τ，對每一觀測時間段內的時間間隔誤差求最大值與最小值的差值（峰峰值），所有這些峰峰值中的最大值稱為最大時間間隔誤差。數學表達式為：

式中：τ——設定的觀測時間段（τ=nτ0）；

n=1,2,3,4,…,N-1 ；

k=1,2,3,4,…,N-n。

通常，時間間隔誤差值xi通過專門的時間間隔誤差測量儀器及測量方法獲得，而M T IE則通過計算得到。顯而易見，MTIE曲線是單調遞增的。

2.2 歐標的相關需求

在歐標里對應答器上行鏈路信號的數據速率變化有明確要求[3]：在啟動時間過后，應答器的數據速率變化和抖動應滿足M T IE1（與理論數據速率相關）或者MTIE2（與傳輸的平均數據速率相關）的需求。

其中MTIE1的需求為：

272·10-9s 當1 bit≤τ≤16 bit時；

396·10-9s 當16 bit≤τ≤140 bit時；

當140 bit≤τ≤1 000 bit時。

式中：τ——設定的觀測時間段。

MTIE1的需求如圖1所示。

而MTIE2的需求為：

236·10-9s 當1 bit≤τ≤5 bit時；

370·10-9s 當5 bit≤τ≤50 bit時；

當50 bit≤τ≤1 000 bit時。

式中：τ——設定的觀測時間段。

MTIE2的需求如圖2所示。

3 應答器上行鏈路信號MTIE測試方法

3.1 測試環境

在進行應答器上行鏈路信號M T IE測試之前，首先要校準27.095 M H z遠程供電信號[4]，然后再搭建測試環境。應答器上行鏈路信號M T IE測試環境如圖3所示。

注意測試天線的中心應與應答器的參考標記在同一鉛垂線上，二者之間的距離應為460 mm±2 mm；信號發生器發出的信號頻率應為27.095 M H z±200 p pm。除了常規環境下的測試之外，還需在清水、鹽水等覆蓋應答器的情況下進行上行鏈路信號的MTIE測試。

3.2 測試方法

在對應答器上行鏈路信號進行M T IE測試之前首先要進行中心頻率測試（用于相位解調）和平均數據速率測試（用于M T IE2需求確認）并獲得相關數據。應答器上行鏈路信號M T IE測試的方法及步驟如下。

1）使用矢量信號分析儀測量至少1 500 b it的載波幅值和相位數據（為了避免由于頻譜截斷引起的誤差，分析儀的帶寬應設置為8 MHz）；

2）對上行鏈路信號進行相位解調，并在1 b it的窗口內采樣足夠多的數據（要求精度優于50 ns），然后進行最佳線性擬合（線性回歸），以判定位轉換的精確時刻。位轉換定義為代表數據“1”和數據“0”（或數據“0”和數據“1”）的兩條最佳擬合曲線的交點；

3）在連續許多數據“1”或者數據“0”（最大不超過8）的情況下，需要將這段數據兩側可識別的兩次位轉換之間的時間等分成若干份，從而把整體時間間隔誤差平均分配給這些數據；

4）測算出全部的時間間隔誤差（T IE）數據，并計算出應答器上行鏈路信號的MTIE；

5）驗證測試所得數據是否滿足M T IE1需求或者MTIE2需求。

4 應答器上行鏈路信號MTIE測試

根據上文所述測試方法，在常規環境下搭建測試平臺，并對歐標應答器上行鏈路信號進行M T IE測試，所得曲線如圖4所示。

由測試曲線可知，被測應答器滿足M T IE2需求，符合歐標相關規定。

5 結論

M T IE測試是檢驗應答器上行鏈路信號質量的重要環節。本文介紹了M T IE的定義及歐標的相關需求，對應答器上行鏈路信號M T IE測試的環境和方法進行闡述，并通過實際測試驗證了該方法的有效性。

[1]解東宏．時鐘信號在傳送網中漂移損傷研究[J]．中國有線電視，2003(22)：17-21．

[2]余學鋒．最大時間間隔誤差計算方法及其分析[J]．宇航計測技術，2007(5)：39-47．

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

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