基于频率和波长关系对列尾数据传输的链路建立分析

于博洋

摘 要

列尾是列车尾部安全防护装置的简称，在我国铁路货物列车运输中运用已十余年，对货物列车运输安全起到了非常重要的作用，列尾数据传输是列尾设备的主要功能部分，一旦列尾数据传输链路出现问题，整个列尾设备都会受到极大的影响，本文在既有列尾装置的基础上对列尾数据传输的链路建立进行了分析。

【关键词】频率和波长关系 列尾数据传输 链路建立

1 列尾系统的构成及通信方式

列尾系统是货物列车取消守车后，在尾部无人职守情况下为提高铁路运输的安全性而研制的专用运输安全装置，其通信链路为无线通信方式，是重要的铁路行车设备。

1.1 列尾系统传输的主要数据

内容包括：列车尾部风压查询；低风压告警；排风制动；电池电量不足告警；尾部标识；黑匣子记录功能。

其工作原理：乘务员操作控制盒功能键，首尾以无线数据传输方式传递信令（编码信息），其信令通过专用的机车电台发送出去，列尾主机接收到司机控制盒发送的信令后，其响应信息再以同样的方式返回司机控制盒，司机通过司机控制盒合成的语音信息来了解列车尾部风压及列尾主机的工作状态等情况。

1.2 列尾系统的通信方式

目前，列尾系统分别采用了450MHz和800MHz两个频段，独立运行。由于列尾主机安装于列车尾部车钩上，且车体均为金属，对无线电波发送、接收造成了非常严重的影响。

无线电波传输通常选择常数光速，用字母c来表示。c=3×10^8m/s。波长和频率满足一个关系式：v=λf。公式中的v就是常数c。直接输入频率就可以计算出波长，或者输入波长就可以计算出频率。根据波的传播理论，频率越低，波长越长，其绕射能力越强；频率越高，波长越短，越接近直线传播，这样在同样编组列车使用基础上，800MHz频率的波长较450MHz频率的波长短，对于列尾装置的安装位置特殊性来说，40MHz的绕射能力会好，所以采用450MHz的列尾装置通信链路建立要稳定些，而对于800MHz列尾装置来说，一般使用在具有GSM-R铁路专用通信网络的线路上，通过GSM-R基站建立列尾系统传输通道，解决了800Mhz频率波长短且绕射能力差的列尾无线电波传输的问题。

2 列尾系统无线电波传播分析

天线发射的电波不仅仅局限于一条线上，它的空间分布是由天线方向图来描述的。为了实现直观起见，常常用极坐标来描述，向径的长度表示相对电场强度的大小，如图1所示：a表示向水平方向发射的电场强度，b表示向水平线下100方向发射的电场强度。在实用中，a正对接收天线，接收信号最强，天线向水平方向以下所发射的电磁波，碰到遮挡物，经反射后，到达接收天线，这是反射波，反射波不是一个，而是多个。因此，接收天线接收的有直达波和多路反射波，多路反射波对直达波产生影响，影响通信的可靠性。由于列车编组的多少，造成了列车长度的变化，且在列车运行过程中，线路环境，如山区、隧道、弯道等均对列尾电波传输造成不同程度的影响，随反射波的大小和相位不断变化，因此情况很复杂，很难分析。

对一个特定环境，可以去掉一些次要因素或影响小的因素，使问题清晰，得到较好的解决办法。列尾系统的机车到列尾主机间有多条空中无线链路，对于450MHz列尾系统，设计链路最长500米（一个单元编组），超过这个长度时，则采用了增加无线中继的方式实现首尾通信信息的转发。而对于采用800MHz的列尾系统就只能采用基于GSM-R通信网络地面基站通信转发的方式实现。

如图2所示，机车天线位于机车顶部，列尾主机天线位于列车尾部的中部或偏下，可想而知，无论机车天线作为发射天线还是列尾主机天线作为发射天线，接收天线永远都不会接收到直达波信号，所接收到的只能是多径反射信号。有多路信号经反射后，到达接收天线（也有一些电磁波经反射区外的其他反射面到达接收天线，这些反射波小，忽略不计），信号的强弱决定了反射波的强弱。通过控制天线的方向图就可以控制信号的强弱。一般地，列尾天线是经过多方面的理论与经验测试后，进行特殊设计与定制才可以达到预期效果。对于常规天线，只能通过理论和加装中继等方式实现可靠传输。

从发射天线到接收天线的电波实际不是沿一条直线传播，而是沿以二天线之间的连线为轴线的圆柱体中传播的，即菲涅尔区，如图2所示。夫涅尔区的直径d与天线距离和工作频率有关。

对于列尾系统来说，无线电波的传播，依系统容量（系统余量=[发射功率]+[发射天线增益]+[接收天线增益]-[接收灵敏度]-[空间衰减]）的计算，以及菲涅耳区理论等的计算是完全不可行的，尤其是使用的频率越高，在同样条件下，传输效果越差。

参考文献

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作者单位

石家庄二中实验学校 河北省石家庄市 050000