无线通信同频干扰与解决研究
衰落和干扰是制约无线通信系统性能的主要因素。过去15年，针对衰落的研究已经非常成熟。因此，近年来，干扰以及干扰抑制技术研究已逐渐成为无线通信研究领域中的一个热点。下面是小编搜集整理的相关内容的论文，欢迎大家阅读参考。
摘要：本文经过原因分析、方案设计、现场试验，成功研制出一款新型列尾装置，实现无线通话功能，完全满足万吨组合列车开行所需无线通话的条件。
关键词：万吨组合列车;无线通信;同频干扰;解决神朔
铁路是我国"八五"计划重点工程建设项目，隶属于神华集团，全长263K+141m，始于陕西北部神木县大柳塔镇，终于山西朔州西。与包神铁路、朔黄铁路共同组成我国西煤东运的第二条大通道。全线处在陕北、山西黄土高原地带，山川沟壑较多。全线共有大小隧道31座，相距不足700m的有12处，S曲线超过1km的有48处以上，有12‰以上的长大坡道，地形条件极为复杂。为了有效解决万吨组合列车行驶过程中，本务机车和各从机车之间的无线通信同频干扰，以及本务机车准确查询列尾装置问题，神朔铁路专门成立万吨组合列车列尾装置无线通话功能研发小组。
一、万吨组合列车开行中遇到的通信问题
2012年之前，神朔铁路一直开行最大载重为5000t的列车，采用“2+0”编组形式，主车可以直接查询列尾工况。为了进一步挖掘运输潜能，满足日益剧增的能源需求，开行重载万吨组合列车是一种行之有效的解决方案。万吨组合列车属于重载列车，必须采用“2+2”的编组牵引方式，主车和各从车之间具备通畅、可靠的通信，以及及时、准确的列尾查询功能，是开行万吨组合列车的安全前提。然而，神朔铁路列车上使用的列尾装置为400kHz+450MHz双信道无线通信系统。该系统不具备无线通话功能，也不能提供安全、可靠的列尾查询功能，无法为万吨组合列车提供安全保障，这成为开行万吨组合列车的一道瓶颈。
二、分析万吨组合列车通信问题产生的原因
根据开行万吨组合列车的特点，以及现在使用的无线通信设备的特性，可以从以下几个方面分析：
2.1机车通信在一个整体的万吨组合列车运行中，主车和各从车之间不间断、稳定可靠的通信是必不可少的。各从车与主车要对列车运行状况及线路信息进行不间断语音通信，确保整组列车安全运行。由于神朔铁路地形条件极为复杂，山区、隧道、大弯道、堑道等无线通信困难区段较多，造成现有的无线通信方式，无法达到万吨组合列车行车的技术要求。神朔铁路开行5000t列车使用的列尾装置，为西安铁路局科研所研发的400kHz+450MHz双信道无线通信系统，该系统在开行5000t列车期间，为乘务员提供了满足要求的列尾查询功能，但该系统不具备无线通话功能，无法为万吨组合列车主从车之间提供有效的无线通信。现在列车上使用的无线列调设备，采用单一400MHz工作方式，不能保证全线无盲区的无线通信。尤其是遇到山区、隧道、大弯道、长坡道等无线通信困难区段的运行环境时，问题更加突出。在400MHz场强覆盖区段通信时，也极易与无线列调产生同频干扰问题。同时，机车与尾部主机通信和主从车之间的通话，同在458.525MHz一个频点上，而且每列机车使用的频段也相同，从而使得主车与各从车之间、主车与车站之间、列车与列车之间的语音通话相互干扰、相互影响，容易产生误报动作，为开行万吨组合列车埋下安全隐患。
2.2列尾查询列尾装置是列车尾部安全防护装置的简称，是主车司机及时掌握和控制列车尾部风压的有效手段，对保障行车安全、提高运输效率起着重要作用。因此，列尾装置是否及时、有效地查询列车管压，成为开行万吨组合列车重要的因素之一。经过技术人员的现场添乘和数据分析，发现神朔铁路开行5000t列车所使用的列尾装置，无论是从电台功率方面，还是对线路的场强覆盖方面，都无法向万吨组合列车提供安全、可靠的列尾风压查询。因此，研制一款新型列尾装置或一种新的列尾风压传输方式，迫在眉睫。
2.3同频干扰神朔铁路开行一组万吨组合列车，同时要开辟四路通信通道。
2.3.1无线列调通信通道无线列调是机车安全开行必备的“三大件”之一，是行驶在轨道上的机车和车站，以及调度进行不间断联系的重要通信方式，也是行车过程中处理一些突发事件的重要通信工具，其安全、可靠的重要性是不言而喻的。
2.3.2同步操控系统通信信道同步操控系统，是万吨组合列车中的主车对其他从车进行同步操作、控制的一套复杂系统，主车要在行驶过程中，根据线路上实际情况，通过无线传输系统不断地传输各种命令对从车操控，从而确保列车的安全行驶。
2.3.3主车和各从车语音通话信道语音通话系统是向各机车提供一个适时事件、突发事件相互进行语音联系的无线信道，其安全、可靠的重要性也是显而易见的。
2.3.4列尾风压查询信道万吨组合列车主车查询尾部风压，是利用安装在主车上的列尾专用电台和列车尾部装置，通过无线信道来实现。如果没有一个合理的频率分配方法，一组万吨组合列车运行之后，以上4组无线信道同时使用，极易导致相互干扰、相互影响，严重威胁到行车安全。如果两组或更多组万吨组合列车，同时出现在无线场强覆盖范围内，同频干扰就更加严重，后果不堪想象。
三、提出针对性的解决方案
3.1改进机车对讲控制系统消除不同组万吨组合列车之间的同频干扰，是机车对讲控制系统的重要内容。合理、有效地向不同组万吨组合列车，提供不同的、独立的通信频率自动切换控制程序，是机车对讲控制系统的核心。其具体设计理念是：采用以主机车号为基础数据，计算出不同的频率值，实现一列万吨列车使用一个无线通信信道。例如：由SS4G—655、SS4G—656、SS4G—657、SS4G—658编组的万吨组合列车中，SS4G—655担当本务机车时，按照设计理念，具体使用频率为：0655÷16=40……15，余数为15，则该组万吨组合列车采用第15组无线通信信道。当SS4G—657担当本务机车时，按照设计理念，具体使用频率为：0657÷16=40……1，余数为1，则该组万吨组合列车采用第1组无线通信信道。按照这种设计理念，无论在站场内，还是区间段，不同组万吨组合列车机车对讲的同频干扰现象就降低了，从而为同时开行多列万吨组合列车，提供了安全、可靠的通信保障。
3.2改造列车尾部查询系统深入地剖析了列尾司机控制盒的各项功能，将这些功能完全融合到机车对讲控制系统中，根据新型电台的特点，对满足以上设计要求的频率作了如下的划分：列尾专用频率为：458.25MHz通话16组专用频率为：467.825MHz、467.900MHz、467.925MHz、467.950MHz、467.975MHz、468.000MHz、468.025MHz、468.050MHz、468.075MHz、468.100MHz、468.125MHz、468.150MHz、468.175MHz、468.200MHz、468.225MHz、468.250MHz。通过现场多次试验，经过改造的新型电台，完全满足现场的生产需求，从而验证了该套方案的可行性。
3.3各无线通信设备特点无线列调：采用单频率异导频单工语音通信模式，具体频点为457.7000MHz，在车站上、下行2~3km机车联控点区段，架设400MHz直放站，来解决联控盲区。同步操控：采用425kHz+800MHz单工FFSK数据通信模式。列尾查询：采用490kHz+458.250MHz单工FFSK数据通信模式。主从车通话：目前还没有一个完善、稳妥的方案。根据以上设备的固有特点，进一步挖掘通信设备的潜能，提出在无线列调系统和同步操控系统不做任何改动的前提下，对现有列尾400kHz+450MHz双信道无线通信系统进行升级改造。同时，还需建造一个成熟的主从车通话系统，满足开行万吨组合列车的列尾查询需求。设计思路为：对不同的通信对象采用分频技术，见图1。具体改造方案为：在电台主机内安装两个独立450M电台，分别用于列尾查询和通话功能。其中，用于列尾查询的450M电台设置固定频率f17m，用于通话功能的450M电台设置固定频率f1m~f16m。这17个频点不重复，且均在铁道部给予的无线频率范围内，符合铁道部无线通信产品规范，400kHz电台采用490kHz。对于列尾查询和通话功能，分别采用不同的导频来解决同频干扰的问题，见图2。具体设计方案为：
(1)借鉴大秦线列尾系统与机车间的无线通话共用400kHz+450MHz信道，共用同一套无线通信设备的成功经验，减低研制风险。
(2)首次在万吨组合列车上采用最先进的`MMI技术改造既有机车电台，增加列尾系统的无线通话功能，以较少的投入，实现了电台的更新换代。
(3)首次对铁道部制定的MMI技术标准进行整合，充分满足神朔线万吨列车对无线通信设备的特殊使用要求，解决了大秦线同类设备存在的问题。
(4)对神朔铁路的机车运行状态和司机使用无线通话情况进行大量的调研，寻求最佳的信道自动切换控制程序。首次成功研发采用以主机车号为基础数据，计算出不同的频率值，实现一列万吨组合列车使用一个无线通信信道，相互之间通话互不干扰、互不影响。
(5)提高列尾装置无线通信可通率的手段，为增加列尾装置通信中继功能，结合无线通信中继领域的新技术和列尾装置在万吨列车上的通信特点，设计一种新型列尾中继方案，提高列尾的通信可通率，保证列尾装置可靠运行。
(6)采用先进的嵌入式控制系统，研制人机交互设备，更方便软件维护和升级。
(7)首次采用MMI液晶屏显示列尾信息，使机车乘务员能够直观、方便地使用、操作无线通话设备和列尾装置，并且可以及时掌握其运行状态。
(8)在司机控制盒软件上，增加通话控制程序和通话状态显示程序，只有这样才能真正实现通话。目前使用的司机控制盒加装送话器方案，存在诸多缺陷和不足之处，仅仅是一种临时的解决办法。
四、解决方案的试验
技术人员对该方案改造的设备进行了现场试验，具体试验情况如下：
4.1试验方法在S2002次万吨列车中，主车158#、从一157#、从二75#、从三76#的非操作端各架设一套试验电台，在运行过程中，主车和从二不间断地进行通话和列尾试验，从三用来监听。该次万吨列车11：41开车，在运行过程中基本上每隔1min进行一次通话和列尾试验(神木北-王家寨困难区段)，共计试验102次。其中，通话试验除了在神木北、神池南站内有背景杂音外(能听清话音，不影响使用)，其它区段通话话音清楚，列尾试验除了在蛇口茆隧道内有两次未查询到外，其它区段均能正常查询。
4.2试验目的在不影响S2002次万吨列车正常通信的情况下，完全模拟正常万吨列车的通信状态，尤其是在隧道、山区等一些困难区段，要不间断地进行试验。通过此次现场试验，来验证该套设备是否达到设计要求。
4.3试验中存在的问题
(1)通话在站场内有背景杂音，这是因400K信号在站场内衰减比较大，信噪比低引起，在区间不存在该现象。
(2)列尾在蛇口茆隧道内查询不到(时间为1min)，这是因为400K信号在此干扰大，而且列尾电台功率稍低(相对于机车电台)，场强低所造成。以上问题和同频干扰一样属无线通信普遍存在现象，不属于该套设备的设计缺陷，也不影响该套设备的正常使用。试验结果通过分析试验数据，该套设备的语音通话可通率为100%，列尾可通率为97%，均大于有关规定(铁道部要求无线列调可通率不低于92%，列尾可通率不低于95%)，达到起初的设计要求，完全满足开行万吨列车的通信要求。
五、结束语
通过以上试验，证明该套方案是可行的。通过验证“以自动切换频率的方式，有效解决本组组合列车列尾与通话间的相互干扰，不同组组合列车通话间的相互干扰问题”理论的成熟性，开创了全国铁路无线通信系统内解决万吨组合列车同频干扰的先河，为今后解决同类情况下同频干扰，提供了成功的理论基础。
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