基于行车安全的信号长发综合诊治技术研究

作者简介：嵇静婵（1973—），硕士，副教授，工程师，研究方向：铁路专用通信和数据网络通信。

摘要：文章通过对无线调度通信设备机车台存在的自激信号长发现象进行分析和鉴别，针对设备应用和危害管理的实际需要，提出长发信号综合诊治技术方案，为提高铁路无线调度通信行车安全提供保障。

关键词：信号长发;信号鉴别;信号监控

中国分类号：U284.95A461703

0 引言

南宁铁路集团公司调度辖区2020年暑期运行开动车组及普速列车175趟次，加挂普速客车919辆次，重联动车组903辆次，对于南宁东站、桂林北站、柳州站、防城港火车站、玉林站、桂林站、北海站、湛江站、南寧站、贺州站这些特点站和一等站来说，几乎每5 min就需进行一趟机车的列检，车站之间的区间运行多趟对发机车。如果机车电台是在450 MHz工作模式下，同一线路辖区内的机车电台多为同频单工方式，机车电台无法避免存在同频干扰问题。机车电台如果信号长发，则会对同区段所有的列车调度电台，包括机车电台、车站电台及便携台造成干扰，影响到行车调度信息的正常发送和接收，造成行车设备故障和危及行车安全。

所谓机车电台“长发”现象，是指机车电台处于长时间持续或间歇性不受控发射状态。这种信号长发多源于设备的设计缺陷，如发射机产生自激现象、外部零部件磨损，或运行区段的路况影响。且信号长发如由收发信机直接发射出去，未经过MMI（操作显示终端），在出现故障时不容易被定位和确定，常延误无线调度通信故障的处理流程和排障时效，造成在车站之间的区间线路运行的机车电台受到影响而无法与车站及调度正常通信。

1 信号长发现象及影响

无线调度系统中出现机车电台产生信号长发现象的情况，即在载波信号频点上发送了无意义的信号，却让同频道电台在接收的同时阻隔了其他电台的信号收发，即存在同频干扰。目前与GSM-R同存的450 Mhz通信频段的铁路信道，当调度员与司机通话时，

由于沿线所有车站台都用同一频率F4接收机车台的发射频率，就使得那些区间的无线调度通信信号被干扰或被湮灭，常导致车站电台接收到机车台F4频率无线信号却无法正常解码。只有当车站值班员收到上行信号有用电波大于干扰信号超过15 DB时，才能够正常解码。而铁路通信信号由于远途地形复杂，在弯道、隧道、路堑等地段受到障碍物的遮挡而形成弱场强区[1]，导致同区间范围机车电台的上行信号更加无法与车站电台进行通信，系统不能实现数据采集和列控信息传送等功能。

机车电台因收发性能因素，有偶尔产生信号长发现象的，对系统影响性不大;而重复多次出现，以致影响到正常行车的信号长发现象主要体现在以下三种：

（1）持续短时间发送。机车电台连续短时间发送是指机车电台在发送无意义信号时间较短，且会较长时间停止发送，然后再重复。在该电台发送信号时，其他同线路同频机车电台无法利用导频信号F4与车站建立频段锁定;而在该机车电台停止发送信号后，其他同频机车仍能与车站通信。由于持续时间短，大多情况下无规律，有可能好几个小时都不会发生，虽然极难排查故障，但由于持续时间短对系统的影响较小。

（2）间歇性发送。机车电台间歇性发送是指机车电台在发送了一段时间无意义信号之后，会有较短时间的停止，稍后又继续发送。多数情况下，电台的信号发送时间>12 s，而停止发送的时间远远小于发送时间，如为3 ms，所以虽有短时停顿，却感觉随时占满信道使用周期。这种情况下，在查找出故障时由于间歇性停止的情况，常常在定位发送终端时需花费大量处理时间，造成故障等级升级，因而影响程度最大。

（3）持续长时间发送。机车电台持续长时间发送是指机车电台一直处于无意义信号的发送状态，则与该机车台处于同一线路的所有同频机车都将无法与车站通信，且该线路区间的车站无法呼叫任何机车。不过该情况容易进行故障排查定位，一般来说影响不大。

2 信号长发原因分析

机车电台主机由收发信机、CPU控制单元、GPS接收单元、电源单元和主/副控制盒单元等组成。电源单元为电台主机各功能单元提供稳定直流电源;CPU控制单元根据GPS接收信号确定运行线路的工作模式和通信制式;操作显示单元传递PTT控发信号到控制单元，确定收发信机的信号收发;收发信机根据控制单元的失锁电路决定信号的收发。如图1所示。

外部器械原因。机车司机通过话筒的PTT控发按键实现信号的收发，如话筒PTT按键发生故障，按键会一直处于发射状态或间歇性发射状态，包括其他外部器械原因造成的控发信号持续不停。该故障现象多出现在一次通话结束之后，不易被机车司机发现，而又造成车站值班员无法呼入。在进行故障排测中，一般都会第一时间对外部器械进行测试，故障易定位。

内部电路原因。收发信机功放增益变化、隔离度改变、无线参数改变等内部因素也会引起信号自激，造成信号长发[2]。如列车无线调度通信过程中，在遇到弱场强区的时候，往往是上行信号较弱，因此会调高收发信机增益[3]。输出信号经延时后反馈到输入端，致使电台输出信号出现严重失真产生自激。另收发信机内部控制电路异常也会造成信号长发。如行驶过程中机车电压不稳定，会造成机车电台电源单元保护关机又启动，机车电台开启时会发生0.5 s回铃音，或机车负载电压过低，电台电源单元保护关机又启动后又发生0.5 s回铃音，如此造成恶性循环的长发现象。

3 信号监控防范

根据电台信号长发原因分析包括了内部和外部两个方面，其表现现象又分为持续长发和间歇长发两种。由此，可以采取技术措施以防止和排除电台信号长发，如优化话筒PTT按键设计，强化使用频次对由外部导致的原因进行防范;增大收发隔离度，稳定电台电源保护电路，避免电台内部自激。同时，还可以从系统上进行信号长发的监控与防范。

控制单元中的CPU直接监控收发信机频率合成器部分的锁相环电路的失锁控制电压LD，当发射时，一旦锁相环电路失锁，锁相环电路的失锁控制电压LD为低电平。CPU检测到此信号并使8TC变为低电平，当8TC为低电平时，不向发射机提供电源电压，因此发射机无输出（如下页图2所示）。因此，要进行发射信号的监控防范，可以通过控制失锁电路的控制电平进行防范。

3.1 设置电台长发限时功能

对于话筒PTT控发按键失灵或其他外部器械原因造成的持续性信号长发故障，体现在控制单元一直收到控发信号，因此8TC一直处于高电平，信道机处于发射状态，这时机车电台无法接收车站电台发送的调度信号。防范措施是可以在控制电路与收发信机之间增加设置一个计数器，实施电台的信号长发限时联合触发机制（如图3所示）。根据调度通信收发习惯，设置保护启动时间T为30～60 s，控制单元在收到TD或PTT的控发信号连续有效超过保护启动时间T后，则设置锁相环电路失锁，触发保护以中断控发信号发送，即设置8TC为低电平，断开发射机输出。当控制单元重新收到RD信号之后再将控发时间清零重新计时。对于话筒PTT按键失灵或外部器械造成的发送信号时长t大于保护时长T情况下的“持续长时间发送”，设置电台的提示“信号超时”错误功能，进行长发限时功能具有一定的防范作用。

3.2 设置发射电源监控装置防范电台异常发射

如果是收发信机由于电路异常产生的信号发射，如自激长发等，不会经由CPU控制单元发送控发信号，而是直接由收发信机单元发送出去。如果隔离度不好或者负反馈太深，输出信号经接收端进入反馈电路产生自激，这时CPU控制单元无音频信号发射，8TC处于低电平，但此时HNC处于高电平导通状态，电源监控装置检测到收发信机有发射电流，即可认定为无效发射。采取的防范措施为设置HNC和8TC同电位的判决电路（如图3所示），切断发射导通电源，控制单元的HNC接口变为低电平，禁止发射，并提示故障现象。对于持续性或间歇性信号长发有很好的管控作用。

3.3 设置发送功率监控装置防范电台异常发射

机车电台正常发射功率为5 W，上下浮动0.75 W左右[4]。电台的正向输出信号由于隔离度不够等原因通过麦克风又进入到正反馈电路，产生的信号功率往往大于正常发射功率。在发射端经过自动功率控制电路时，将部分功率信号检波为直流信号，加到电压比较电路输入端，如果大于门限电压，则控制单元上设置功率监控告警。如图3所示设置门限发射功率为6 W，一旦发现超过设定阀值立即告警提示，可以快速发现并定位机车电台是否存在信号自激现象。

对于CPU控制单元加装信号监控模块，可以从多角度预防和监控机车电台信号长发对于铁路无线调度通信系统的危害和影响，有助于对机车电台长发干扰的及时发现，准确定位和快速排查，尽早消除行车隐患。

4 结语

在铁路运输指挥系统中，列车调度员、车站值班员、机车司机、运转车长需要信息传递和沟通，如果机车在区间运行的时候出现信号长发故障，会导致列车调度员或者车站值班员呼叫机车司机无法收到应答。为保障行车安全，会通过列控信息通知该列车停止行进，在列调通信畅通之后才能恢复。因此，铁路列车无线调度通信的应用直接关系到铁路运输的安全和效率。

目前系统中存在的信号长发现象大多由于硬件缺陷造成，在铁路无线通信网络进行5G升级改造之前，系统既有设备不能直接淘汰，且无法完成消除自激现象。因此，应利用检测、监控装置迅速准确地判断并排除故障，保证无线调度通信畅通，确保铁路行车正点、安全。对列车无线调度通信系统中的机车电台设备采取信号长发现象的鉴别和监控防范，从而缩短故障处理时间，可以为当前铁路无线通信的日常维修提供处理方向，为阶段性的设备重点整治提供数据参考，为设备的升级完善提供技术方向。

参考文献：

[1]黄欣萍，蒋笑冰.列车无线调度通信（第二版）[M].北京：中国铁道出版社，2017.

[2]周丽蓉.CT-3超短波电台发射机的寄生振荡（自激）故障分析[J].科技与创新，2015（22）：142，145.

[3]TG/TX 106-2014，铁路通信维护规则-设备维护[S].

[4]鐵道部劳动和卫生司，铁道部运输局.高速铁路通信综合维修岗位[M].北京：中国铁道出版社，2012.

3876501908230