列控車載通信單元自動測試系統

周 瑾，張志韜

(通號工程局集團北京研究設計實驗中心有限公司，北京 100070)

CTCS-3 級列控系統中，ATP 利用GSM-R 單元中的車載通信單元(MT)，通過GSM-R 系統與RBC 實現信息交互。因此，MT 的運用狀態，直接影響ATP 與RBC 之間通信通道的可靠性和安全性。2008 年，中國進入了高鐵時代。2018 年6 月，在線運營的加裝ATP 設備的動車組已達4 500 組，第一批投入使用的ATP 設備，已達到更新改造期限，部分設備仍在運用。ATP 設備造價昂貴，因此，通過精修精檢，最大限度的提高設備利用率、發揮設備效能，是鐵路提質增效的有效手段。實踐運用中，發現部分MT 存在老化導致性能指標下降、影響運用質量的問題。由于缺乏有效的檢測手段來科學評判MT 的運用狀態，因此，只能通過其他監測數據分析推斷疑似出現MT 故障影響ATP 運用質量（如導致CTCS-3 降級發生），才會將MT 返廠進行檢測，以廠家出具的檢測結果為依據進行故障原因分析。本文介紹一種MT 自動測試系統，實現對MT 主要射頻指標的自動檢測，保障設備運用質量，為日常維護提供有效技術手段。

1 MT的運用維護標準

ATP 與GSM-R 系統之間的接口為Um 接口，技術要求符合《CTCS-3 級列控系統GSM-R 網絡需求規范(V1.0)》（科技運[2008]168 號）。GSM-R單元屬于ATP 中的一個獨立功能單元，如圖1 所示；MT 插在GSM-R 單元的固定槽位上；GSM-R單元的設計采用雙系冗余技術，每1 系中均包括1 個GSM-R 通信模塊、1 個MT 和配套的電源模塊，兩系共用一個記錄模塊。MT 屬于GSM-R 車載通信模塊的類型II，技術要求符合《鐵路數字移動通信系統（GSM-R)車載通信模塊技術規范》（科技運[2014]36號）。規范從MT 應支持的數據業務、補充業務，功能要求，技術要求，結構，工作環境要求，接口及電氣特性，通信協議等方面做詳細要求。

2 MT的維護現狀

ATP 采用一、二、三、四、五級修5 個等級的維修模式；一、二級修的主要內容為設備外觀檢查、功能性驗證試驗；三、四級修除外觀檢查、功能性驗證試驗外，還要按照規定完成相關壽命件（如電池、天線、速度傳感器、繼電器等）的更換工作；五級修結合動車組運營里程或工作年限，對達到壽命期的ATP 進行整機更換。目前，MT 的維護工作存在3 個問題。

圖1 CTCS-3 300S型ATP GSM-R單元機籠結構Fig.1 CTCS-3 300S type ATP GSM-R unit cage structure

2.1 技術特點認知不夠

正常情況下，按照《900/1 800 MHz TDMA數字蜂窩移動通信網通用分組無線業務（GPRS）設備測試方法：移動臺》（YD/T 1215-200）進行型號核準、結果合格的MT，其應支持的數據業務、補充業務，功能要求，結構，接口及電氣特性，通信協議等方面的性能，不會出現因工作時間增加而劣化的問題。但是，作為射頻器件的MT，會出現因老化導致射頻性能指標劣化、影響運用質量的問題。由于沒有充分認識到MT 的這一技術特點，因此，由于日常維護中，沒有將MT 有關射頻特性相關指標的測試工作納入維修工作內容，存在盲區。

2.2 維護檢修手段缺乏

MT 射頻特性指標測試，需要使用專用的儀器儀表、按照《900/1 800 MHz TDMA 數字蜂窩移動通信網通用分組無線業務（GPRS）設備測試方法：移動臺》（YD/T 1215-200）搭建專用的測試平臺，才能進行測試。由于缺乏用于測試MT 射頻特性指標的專用平臺，日常維護中，只能通過觀察狀態指示燈來判斷MT 的工作狀態。

2.3 廠家依耐性強

目前，ATP 所使用的MT 涉及3 個設備廠家、8 種不同型號；雖然所有型號的MT 均符合《鐵路數字移動通信系統（GSM-R)車載通信模塊技術規范》（科技運[2014]36 號），但是不同廠家的MT 在硬件接口、信號控制方式等方面存在差別。故障分析(如CTCS-3 降級分析)時，只能將疑似故障的MT 進行返廠檢測，以廠家出具的檢測報告為依據，故障原因定位周期長，廠家依賴性強。

3 MT自動測試系統的主要技術要求

3.1 MT關鍵射頻指標測試項目

規范（科技運[2014]36 號）和（YD/T 1215-200）規定MT 的工作頻段、接收靈敏度、發射功率、頻率誤差、峰值相位誤差、均方根相位誤差、輸出RF 頻譜、輻射騷擾、阻塞特性、互調特性和突發脈沖定時等11 個射頻指標要求和測試方法。機車綜合無線通信設備（CIR）的維護經驗表明，選取接收靈敏度、發射功率、頻率誤差、峰值相位誤差、均方根相位誤差和突發脈沖定時等6 個指標作為關鍵指標、評判CIR 語音模塊的射頻特性，能夠及時發現并確定CIR 語音模塊的射頻特性是否存在設備老化、新能指標劣化的問題。由于規范（科技運[2014]36 號）和（YD/T 1215-200）對CIR 語音模塊與MT 在射頻指標方面的要求一致，因此，選取這6 個指標，作為評判MT 射頻特性的關鍵指標，是科學合理的，具體指標要求如下。

1）接收靈敏度：優于-104 dBm；

2）發射功率：39±2 dBm；

3）頻率誤差：≤1×10-7；

4）峰值相位誤差：≤20°；

5）均方根相位誤差：≤5°；

6）突發脈沖定時：正常測試條件下，各功率等級下的正常突發脈沖的功率時間包絡應落在規定的包絡曲線內。

3.2 兼容性要求

目前為ATP 提供MT 的有3 個廠家、8 種型號。因此，MT 自動測試系統應具備良好的兼容性，能夠適配所有型號MT 的電氣接口，并且能夠成功發送指令、控制MT 配合MT 自動測試系統完成測試，才能夠滿足維護需求。

3.3 操作界面、測試結果統計分析功能要求

MT 自動測試系統操作界面友好，能夠直觀展示測試過程和結果，并能直接顯示性能指標測試不合格項；同時，能夠實現如故障類型分析、射頻指標變化趨勢分析、型號故障率統計分析等統計分析功能。

3.4 測試自動化程度、測試結果一致性要求

為降低現場勞動強度、提高勞產率，MT 自動測試系統應該作為一個標準化的測試平臺，維護人員只需要按照操作標準，將MT 插入測試卡槽，完成相關測試電纜的連接，開機加電后，啟動測試軟件，即可完成測試。同時，為保證測試結果的權威性，在對同一個MT 重復進行測試時，測試結果的一致性要好。

4 M T自動測試系統的技術特點、系統構成和測試流程

4.1 技術特點

MT 自動測試系統主要技術特點，在于具有很好的兼容性，能夠適配所有型號MT 的電氣接口，并且能夠成功發送指令、控制MT 配合MT 自動測試系統完成測試。因此，研發具備良好兼容性的接口單元，是MT 自動測試系統的技術核心。經研究，在電氣接口和信號控制方式上，既有MT 具有如下技術特點：SAGEM 生產的MT，采用背板插槽供電方式，控制接口是位于背板插槽的RS-232 串口，接口采用TTL 電平；Funkwerk 生產的MT，采用背板插槽供電方式，控制接口是位于前面板的RS-232 串口、接口類型為DB26；Selex 生產的MT，采用背板插槽供電方式，控制接口是位于前面板的RS-232 串口、接口類型為DB25；既有MT 的信令控制協議都遵照規范（科技運[2014]36 號）。

為此，MT 自動測試系統的接口單元，提供一個背板插槽接口，具備在電氣特性和機械特性等方面自動適配上述3 個設備廠家MT 的功能；同時，具備通過串口發送控制信令、實現控制MT 完成相關性能指標測試的功能。這是MT 自動測試系統的主要創新點。

4.2 系統構成

MT 自動測試系統如圖2 所示，主要由接口單元、工業控制計算機、顯示單元、GSM-R 終端綜合測試儀及電源等功能模塊組成。各功能模塊的主要功能如下。

1）接口單元：一是給MT 供電；二是將MT輸出的TTL 電平信號轉換為工業控制計算機可識別的RS-232 電平信號，將工業控制計算機輸出的RS-232 電平信號轉換為MT 可識別的TTL 電平信號。接口單元能夠從物理、電氣特性上適配所有型號的MT。

2）工業控制計算機。通過軟件，控制GSM-R終端綜合測試儀和MT，實現測試功能。

3）顯示單元。主要作為人機界面，顯示測試軟件操作界面、測試結果和測試結果的統計分析結果。

4）GSM-R 終端綜合測試儀。在測試軟件的控制下，實現對被測MT 的6 項射頻指標的測試功能。

5）電源。為工業控制計算機、GSM-R 移動終端綜合測試儀、被測MT 和顯示單元等功能模塊供電。

4.3 測試流程

MT 自動測試系統提供了兩個完全一致的接口單元插槽；測試時，首先將測試專用SIM 卡裝入被測MT，并將被測MT 插入接口單元插槽；其次，用標準測試電纜將被測MT 的天線接口與MT 自動測試系統的測試天線接口相連接，個別廠家的MT（如Funkwerk 公司的MT）還需要用串口控制電纜將MT 與測試串口相連接；最后，對MT 加電后、點擊主界面中的開始測試按鈕，配置相應的頻點號，即可完成測試；測試完成后，測試結果可以直觀的反饋在測試界面上，并能夠明確顯示測試不合格的指標項。GSM-R 系統可使用的合法頻點有20 個（頻點號：1 000 ～1 019）。測試時，可以對MT 工作于這20 個頻點中的任意一個或多個頻點的射頻特性進行測試。限于篇幅，有關MT 測試系統的有關數據統計、分析、打印及導出等輔助功能，所采用的技術屬于常規技術，因此不做介紹。

5 總結

針對ATP 日常維護中，存在MT 因老化導致射頻性能指標下降、影響運用質量的問題和檢測手段缺乏、廠家依賴度高等問題，研發了一種MT自動測試系統，實現對現有ATP 所用各型MT 的6 項主要射頻技術指標參數的自動化測試。2016年度，中國鐵路北京局集團有限公司（簡稱北京局）管內總計發生CTCS-3 降級481 件，其中車載ATP 原因215 件；其中單MT 故障原因133 件，占CTCS-3 降級總數的27.7%、占ATP 原因總數的61.7%。為此，2017 年，北京局利用該MT 自動測試系統，主動對配屬動車組ATP 的MT 進行排查測試，對測試不合格的MT 進行返廠維修，返廠后經復測合格后的MT、方能入備品備件庫或上線運用。經統計，2017 年度，北京局管內總計發生CTCS-3 降級318 件，其中ATP 原因156 件；其中單MT 故障原因15 件，占CTCS-3 降級總數的9.6%、占ATP 原因總數的4.7%。較2016 年度，該項工作有效降低MT 故障引起CTCS-3 降級的數量，達到預防修的目的。