無人機在GSM-R移動通信系統電磁環境測試中的應用

王家樹

（中鐵電化集團北京電信研究試驗中心有限公司，北京，100071）

1 GSM-R電磁環境是什么

GSM-R的全稱是Global System for Mobile Communi cations-Railway，是一項用于鐵路通信及應用的國際無線通信技術。相對于公眾熟知的GSM全球移動通信系統，GSM-R是為鐵路專門設計的通信系統，在兼具GSM豐富功能和優良性能的同時，GSM-R為鐵路帶來了集群調度、廣播呼叫、組呼叫、增強多優先級與強拆eMLPP等功能。

GSM-R與GSM均工作在900MHz頻段，不同的是GSM-R使用的是E-GSM頻段，即上行880MHz-890MHz和下行925MHz-935MHz，而鐵路擁有工信部劃撥的專屬頻段：885MHz-889MHz和930MHz-934MHz，工作帶寬為4MHz。

那么GSM-R電磁環境測試主要就是針對于鐵路專用頻率的測試，一般使用的儀器工具有頻譜分析儀和接收機。

2 測試方法

2.1 靜態測試GSM-R電磁環境

靜態測試專指測試人員持測試設備和接收天線在地面進行的檢驗測試，一般以定點測試為主，即在一個測試點進行固定時間、非移動的電磁環境檢測。

2.2 動態測試GSM-R電磁環境

動態測試是指利用綜合檢測車車頂天線接收GSM-R頻段內電磁信號的強度的一種測試方法，一般由綜合檢測列車完成，該列車集成配備了一系列專業檢測設備，在軌道上行駛過程中對電磁環境進行檢驗測試。

2.3 靜態檢測與動態檢測通用測試方法

使用頻譜接收機或頻譜掃描儀，采用頻譜掃頻方式，掃描GSM-R上行頻段885-889MHz、下行頻段930-934MHz，掃描周期100ms，分辨率帶寬10kHz，最大峰值檢波，分別記錄頻譜掃描范圍內接收電平的最大值、最小值和當前值。

2.4 靜態與動態電磁環境區別

在鐵路建設過程中，GSM-R網絡的網絡優化一般是針對列車進行的，網絡覆蓋更集中于列車頭部頂端位置，此處是網絡信號接收最佳位置，但是往往在靜態檢測時，受制于各種因素，天線無法置于最佳位置，甚至在一些溝壑、山嶺地區都無法接近。如此，位置上的不同，網絡覆蓋差距很大，這給測試的結果帶來了巨大的差距。

3 無人機GSM-R移動通信測試系統

該系統是我公司將鐵路GSM-R測試儀器與無人機相結合的融合測試平臺，該測試平臺主要分為無人機模塊、視圖模塊、控制模塊、測試模塊、計算模塊、傳輸模塊、電源模塊和地面站八個部分，七個模塊分工合作配合地面設備進行空中作業。無人機模塊負責在空間中進行定位、精確移動以運載載荷到達指定的空間位置；視圖模塊主要功能是將無人機當前位置的視頻、圖像等信息收集并發送給地面監控終端；控制模塊專指無人機控制模塊，是已飛行控制系統為核心的模塊，主要用來控制無人機的飛行及姿態調整；測試模塊負責在指定位置進行數據采集與測試；計算模塊負責將測試模塊采集的數據或測試的結果進行計算處理，以更直觀的形式展現數據和結果，同時計算模塊還具備了存儲能力，能將采集的數據和計算的結果存儲在本地；傳輸模塊負責將無人機載的計算模塊中的數據和結果回傳至地面站，傳輸模塊可細分為無人機數傳部分、圖傳部分、4G數傳部分、5G/5.8G寬帶數傳部分，其中無人機數傳部分、圖傳部分是無人機自身平臺，用以控制無人機和視頻圖像傳送，4G數傳部分、5G/5.8G寬帶數傳部分則集成于計算模塊上，用來傳輸載荷的大流量數據；電源模塊負責供電，由無人機供電系統降壓處理后對載荷進行供電，同時還含備用有電池一塊，以備緊急情況下使用。

該平臺利用無人機便攜性和機動性，實現了空間測試，彌補了以往平面測試工作的不足，檢測范圍和精準性大大增加，提高了工作的效率，同時檢測系統平臺硬件采用模塊化結構，具有較好的兼容性、擴展性和升級性。

圖1 原理示意圖

圖2 無人機圖

4 實驗測試分析

通過對比測試，無人機平臺升空后測試的結果與檢測列車相符，并且比靜態地面測試場強值高出8dB，說明無人機測試平臺的測試效果明顯提升。

測試地點 綜合檢測車 靜態地面測試 無人機平臺測試Frequency 931.2MHz 931.2MHz 931.2MHz場強-49dBm -58dBm -50dBm RBW 200KHz 200KHz 200KHz ATT 0 dB 0 dB 0 dB京張高鐵昌平站GSM-R網絡

圖3 測試頻譜圖

5 無人機測試平臺延伸

該無人機測試平臺通過計算模塊的高兼容性，提供給了整個測試系統較高的共享空間。計算模塊是一個基于X86架構的計算機系統，具備M.2接口、PCIe接口、SATA接口、COM接口，在此基礎上，增加改進了4G DTU模塊和高帶寬數傳模塊，使得計算模塊具備了聯網功能。豐富的接口使得該測試平臺具備接入更多設備的能力，也具備了同時接入的能力，通過公網網絡、數傳通道等，可以將數據傳回地面站，供檢測人員分析使用。在使用頻譜儀、測試手機等測試模塊時，兩者可同時接入計算模塊并行運行，數據通過同一傳輸通道返回地面站；在使用其他具備串口模塊的設備時，既可以接入計算模塊通過傳輸通道返回地面站，也可直接通過串口DTU將數據返回地面站。

6 結束語

隨著中國高速鐵路大規模建設和無人機技術的深入發展，網絡的維護工作必然向著無人機領域協同發展。實現無人機系統在GSM-R通信檢測中的平臺化應用，建立新型的通信檢測場景和方案，必將大大提升工作效率和深度。