列控车载通信单元自动测试系统

T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATIONDOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2019.04.008列控车载通信单元自动测试系统周 瑾，张志韬(通号工程局集团北京研究设计实验中心有限公司，北京 100070)摘要：针对CTCS-3级列控系统GSM-R车载通信单元存在设备厂家、类型、批次多，日常维护中缺少自动化检测手段的问题，研发一套自动测试系统，实现对所有型号GSM-R车载通信单元的6项主要射频技术指标参数的自动化测试，为ATP日常维护提供有效的技术手段。关键词：CTCS-3级列控系统；GSM-R；ATP；MT中图分类号：U284.48 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2019)04-0040-05Automatic Test System of Onboard Mobile Terminal in Train Control SystemZhou Jin, Zhang Zhitao（CRSCE Beijing Center of Research,Design & Test Co., Ltd., Beijing 100070, China）Abstract: A kind of automatic test system is developed to solve the problems of many equipment manufacturers, types and batches, as well as lack of automatic test means in daily maintenance for CTCS-3 GSM-R onboard MT. The system can be used to autumnally test six RF key specifi cations of all types of GSM-R on-board MT for CTCS-3 to provide an effective technical means for ATP daily maintenance. Keywords: Chinese Train Control System Level 3 (CTCS-3); GSM for railway (GSM-R); Automatic Train Protection (ATP); Mobile Terminal (MT)CTCS-3级列控系统中，ATP利用GSM-R单MT的运用状态，因此，只能通过其他监测数据分析元中的车载通信单元(MT)，通过GSM-R系统与推断疑似出现MT故障影响ATP运用质量（如导致RBC实现信息交互。因此，MT的运用状态，直接CTCS-3降级发生），才会将MT返厂进行检测，以影响ATP与RBC之间通信通道的可靠性和安全性。厂家出具的检测结果为依据进行故障原因分析。本文2008年，中国进入了高铁时代。2018年6月，在线介绍一种MT自动测试系统，实现对MT主要射频运营的加装ATP设备的动车组已达4 500组，第一指标的自动检测，保障设备运用质量，为日常维护提批投入使用的ATP设备，已达到更新改造期限，部供有效技术手段。分设备仍在运用。ATP设备造价昂贵，因此，通过精修精检，最大限度的提高设备利用率、发挥设备效1 MT的运用维护标准能，是铁路提质增效的有效手段。实践运用中，发现部分MT存在老化导致性能指标下降、影响运用ATP与GSM-R系统之间的接口为Um接口，质量的问题。由于缺乏有效的检测手段来科学评判技术要求符合《CTCS-3级列控系统GSM-R网络需求规范(V1.0)》（科技运[2008]168号）。GSM-R基金项目： 北京市科技计划专项课题（Z17010101087）单元属于ATP中的一个独立功能单元，如图1所40铁路通信信号工程技术(RSCE) 2019年4月，第16卷第4期TECHNOLOGICAL INNOVATION技术创新示；MT插在GSM-R单元的固定槽位上；GSM-R单元的设计采用双系冗余技术，每1系中均包括1个2 MT的维护现状GSM-R通信模块、1个MT和配套的电源模块，两ATP采用一、二、三、四、五级修5个等级的系共用一个记录模块。MT属于GSM-R车载通信模维修模式；一、二级修的主要内容为设备外观检查、块的类型II，技术要求符合《铁路数字移动通信系统功能性验证试验；三、四级修除外观检查、功能性（GSM-R)车载通信模块技术规范》（科技运[2014]36验证试验外，还要按照规定完成相关寿命件（如电号）。规范从MT应支持的数据业务、补充业务，功池、天线、速度传感器、继电器等）的更换工作；能要求，技术要求，结构，工作环境要求，接口及电五级修结合动车组运营里程或工作年限，对达到寿气特性，通信协议等方面做详细要求。命期的ATP进行整机更换。目前，MT的维护工作存在3个问题。110 V IN：电TX/RX：天线保留端口RIME通讯CF卡调试RIME保留端口TX/RX:110 V IN：电源电缆接口电缆接口未使用接口接口接口通讯接口未使用天线电缆接口源电缆接口1系GSM-R1系GSM-R1系GSM-R1系GSM-R记录模块2系GSM-R 2系GSM-R1系GSM-R1系GSM-R12 V电源模块5 V电源模块MT2模块适配器模块TM6431适配器模块MT2模块TM6420TM6421TM6440TM6412TM6412TM64405 V电源模块12 V电源模块TM6421TM6420图1　CTCS-3 300S型ATP GSM-R单元机笼结构Fig.1　CTCS-3 300S type ATP GSM-R unit cage structure2.1 技术特点认知不够仪表、按照《900/1 800 MHz TDMA数字蜂窝移正常情况下，按照《900/1 800 MHz TDMA动通信网通用分组无线业务（GPRS）设备测试方数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）法：移动台》（YD/T 1215-200）搭建专用的测试设备测试方法：移动台》（YD/T 1215-200）进行平台，才能进行测试。由于缺乏用于测试MT射频型号核准、结果合格的MT，其应支持的数据业务、特性指标的专用平台，日常维护中，只能通过观察补充业务，功能要求，结构，接口及电气特性，通状态指示灯来判断MT的工作状态。信协议等方面的性能，不会出现因工作时间增加而2.3 厂家依耐性强劣化的问题。但是，作为射频器件的MT，会出现目前，ATP所使用的MT涉及3个设备厂家、因老化导致射频性能指标劣化、影响运用质量的问8种不同型号；虽然所有型号的MT均符合《铁路题。由于没有充分认识到MT的这一技术特点，因此，由于日常维护中，没有将MT有关射频特性相数字移动通信系统（GSM-R)车载通信模块技术规关指标的测试工作纳入维修工作内容，存在盲区。范》（科技运[2014]36号），但是不同厂家的MT在2.2 维护检修手段缺乏硬件接口、信号控制方式等方面存在差别。故障分MT射频特性指标测试，需要使用专用的仪器析(如CTCS-3降级分析)时，只能将疑似故障的No.4 周 瑾，张志韬：列控车载通信单元自动测试系统41T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATIONMT进行返厂检测，以厂家出具的检测报告为依据，合格项；同时，能够实现如故障类型分析、射频指故障原因定位周期长，厂家依赖性强。标变化趋势分析、型号故障率统计分析等统计分析3 MT自动测试系统的主要技术要求功能。3.4 测试自动化程度、测试结果一致性要求3.1 MT关键射频指标测试项目为降低现场劳动强度、提高劳产率，MT自动规范（科技运[2014]36号）和（YD/T 1215-测试系统应该作为一个标准化的测试平台，维护人200）规定MT的工作频段、接收灵敏度、发射功员只需要按照操作标准，将MT插入测试卡槽，完率、频率误差、峰值相位误差、均方根相位误差、成相关测试电缆的连接，开机加电后，启动测试软输出RF频谱、辐射骚扰、阻塞特性、互调特性和件，即可完成测试。同时，为保证测试结果的权威突发脉冲定时等11个射频指标要求和测试方法。机性，在对同一个MT重复进行测试时，测试结果的车综合无线通信设备（CIR）的维护经验表明，选一致性要好。取接收灵敏度、发射功率、频率误差、峰值相位误4 MT自动测试系统的技术特点、系统构成差、均方根相位误差和突发脉冲定时等6个指标作为关键指标、评判CIR语音模块的射频特性，能够和测试流程及时发现并确定CIR语音模块的射频特性是否存在4.1 技术特点设备老化、新能指标劣化的问题。由于规范（科技MT自动测试系统主要技术特点，在于具有很运[2014]36号）和（YD/T 1215-200）对CIR语好的兼容性，能够适配所有型号MT的电气接口，音模块与MT在射频指标方面的要求一致，因此，并且能够成功发送指令、控制MT配合MT自动测选取这6个指标，作为评判MT射频特性的关键指试系统完成测试。因此，研发具备良好兼容性的接标，是科学合理的，具体指标要求如下。口单元，是MT自动测试系统的技术核心。经研究，1）接收灵敏度：优于-104 dBm；在电气接口和信号控制方式上，既有MT具有如下2）发射功率：39±2 dBm；技术特点：SAGEM生产的MT，采用背板插槽供3）频率误差：≤1×10-7；电方式，控制接口是位于背板插槽的RS-232串口，4）峰值相位误差：≤20°；接口采用TTL电平；Funkwerk生产的MT，采用5）均方根相位误差：≤5°；背板插槽供电方式，控制接口是位于前面板的RS-6）突发脉冲定时：正常测试条件下，各功率等232串口、接口类型为DB26；Selex生产的MT，级下的正常突发脉冲的功率时间包络应落在规定的采用背板插槽供电方式，控制接口是位于前面板的包络曲线内。RS-232串口、接口类型为DB25；既有MT的信令3.2 兼容性要求控制协议都遵照规范（科技运[2014]36号）。目前为ATP提供MT的有3个厂家、8种型为此，MT自动测试系统的接口单元，提供一号。因此，MT自动测试系统应具备良好的兼容性，个背板插槽接口，具备在电气特性和机械特性等方能够适配所有型号MT的电气接口，并且能够成功面自动适配上述3个设备厂家MT的功能；同时，发送指令、控制MT配合MT自动测试系统完成测具备通过串口发送控制信令、实现控制MT完成相试，才能够满足维护需求。关性能指标测试的功能。这是MT自动测试系统的3.3 操作界面、测试结果统计分析功能要求主要创新点。MT自动测试系统操作界面友好，能够直观展4.2 系统构成示测试过程和结果，并能直接显示性能指标测试不MT自动测试系统如图2所示，主要由接口单42铁路通信信号工程技术(RSCE) 2019年4月TECHNOLOGICAL INNOVATION技术创新元、工业控制计算机、显示单元、GSM-R终端综即可完成测试；测试完成后，测试结果可以直观的合测试仪及电源等功能模块组成。各功能模块的主反馈在测试界面上，并能够明确显示测试不合格的要功能如下。指标项。GSM-R系统可使用的合法频点有20个（频点号：1 000～1 019）。测试时，可以对MT工接作于这20个频点中的任意一个或多个频点的射频特显示单元口单元性进行测试。限于篇幅，有关MT测试系统的有关GSM-R终端工业控制数据统计、分析、打印及导出等辅助功能，所采用综合测试仪电源计算机的技术属于常规技术，因此不做介绍。图2　MT自动测试系统结构示意图5 总结Fig.2　MT automatic test system structure diagram针对ATP日常维护中，存在MT因老化导致1）接口单元：一是给MT供电；二是将MT射频性能指标下降、影响运用质量的问题和检测输出的TTL电平信号转换为工业控制计算机可识手段缺乏、厂家依赖度高等问题，研发了一种MT别的RS-232电平信号，将工业控制计算机输出的自动测试系统，实现对现有ATP所用各型MT的RS-232电平信号转换为MT可识别的TTL电平信6项主要射频技术指标参数的自动化测试。2016号。接口单元能够从物理、电气特性上适配所有型年度，中国铁路北京局集团有限公司（简称北京号的MT。局）管内总计发生CTCS-3降级481件，其中车2）工业控制计算机。通过软件，控制GSM-R载ATP原因215件；其中单MT故障原因133件，终端综合测试仪和MT，实现测试功能。占CTCS-3降级总数的27.7%、占ATP原因总数3）显示单元。主要作为人机界面，显示测试软的61.7%。为此，2017年，北京局利用该MT自件操作界面、测试结果和测试结果的统计分析结果。动测试系统，主动对配属动车组ATP的MT进行4）GSM-R终端综合测试仪。在测试软件的排查测试，对测试不合格的MT进行返厂维修，返控制下，实现对被测MT的6项射频指标的测试厂后经复测合格后的MT、方能入备品备件库或上功能。线运用。经统计，2017年度，北京局管内总计发生5）电源。为工业控制计算机、GSM-R移动CTCS-3降级318件，其中ATP原因156件；其终端综合测试仪、被测MT和显示单元等功能模中单MT故障原因15件，占CTCS-3降级总数的块供电。9.6%、占ATP原因总数的4.7%。较2016年度，4.3 测试流程该项工作有效降低MT故障引起CTCS-3降级的数MT自动测试系统提供了两个完全一致的接口量，达到预防修的目的。单元插槽；测试时，首先将测试专用SIM卡装入被测MT，并将被测MT插入接口单元插槽；其次，参考文献用标准测试电缆将被测MT的天线接口与MT自动[1]中华人民共和国铁道部.科技运[2018]168号 测试系统的测试天线接口相连接，个别厂家的MTCTCS-3级列控系统GSM-R网络需求规范(V1·0)（如Funkwerk公司的MT）还需要用串口控制电缆[S].北京：中国铁道出版社，2008.将MT与测试串口相连接；最后，对MT加电后、[2]铁道部工程设计鉴定中心，北京全路通信信号研点击主界面中的开始测试按钮，配置相应的频点号，究设计院.中国铁路GSM-R移动通信系统设计No.4 周 瑾，张志韬：列控车载通信单元自动测试系统43T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATION指南[M].北京：中国铁道出版社，2008.移动通信系统（GSM-R)车载通信模块技术规范[3]中华人民共和国铁道部．铁运[2012]211号 [S].北京：中国铁道出版社，2014.CTCS-3级列控车载设备技术规范(暂行)[S].北[7]中国铁路总公司.TG/XH202-2015 CTCS-2/3级京：中国铁道出版社，2012.列控车载设备维护管理办法[S].北京：中国铁道[4]中国铁路总公司.TJ/DW139B-2014 CTCS-3级出版社，2015.列控车载设备补充技术规范（暂行）[S].北京：[8]中华人民共和国工业与信息化部.YD/T 1215-中国铁道出版社，2014.200 900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网通[5]潘圣浩.兼容多个CTCS等级运行功能要求的列用分组无线业务（GPRS）设备测试方法：移动台控车载设备实现方案的探讨[J].铁路通信信号工[S].北京：中国邮电出版社，2014.程技术，2017，14（1）：5-8.[9]中国铁路总公司.TG/TX 106-2014 铁路通信维Pan Shenghao.Implementation Scheme of Onboard 护规则[S].北京：中国铁道出版社，2014.Train Control Equipment with Compatible Multi CTCS Levels Function[J].Railway Signalling & Communication （收稿日期：2018-12-20）Engineering，2017，14（1）：5-8.（修回日期：2018-12-27）[6]中国铁路总公司.科技运[2014]36号 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