數(shù)據(jù)傳輸論文：列車操控數(shù)據(jù)傳輸體系研究

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本文作者：阮一凡作者單位：中國鐵道科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)計量研究所

系統(tǒng)功能

1完成與本機車本端同步操控單元之間的數(shù)據(jù)交換

本端同步操控單元通過串行接口，將同步控制信息傳送給無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備通過800MHz和400kHz信道將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

2實現(xiàn)主、從機車之間的數(shù)據(jù)交換

主控機車和從控機車之間的無線數(shù)據(jù)交換是通過轉(zhuǎn)發(fā)接力的方式完成的。主控機車發(fā)出同步控制信息，距離主控機車最近的從控機車1收到無線數(shù)據(jù)后將此信息向下轉(zhuǎn)發(fā)，從控機車2收到從控機車1的轉(zhuǎn)發(fā)信息后會將轉(zhuǎn)發(fā)信息繼續(xù)向下轉(zhuǎn)發(fā)，距離主控機車最遠(yuǎn)的從控機車3收到從控機車2的轉(zhuǎn)發(fā)信息后啟動應(yīng)答機制，應(yīng)答機制中也是按照轉(zhuǎn)發(fā)接力方式完成的。這樣的嚴(yán)格的轉(zhuǎn)發(fā)接力機制能夠最大限度的保證主從機車之間的數(shù)據(jù)交換。

3采用兩種傳播特性不同的無線信道

控制單元通過控制800MHz和400kHz兩部電臺的工作，實現(xiàn)對無線數(shù)據(jù)發(fā)送與接收控制。采用了靈活的800MHz通信和400kHz通信的時序管理，只在間隔距離較遠(yuǎn)的機車之間進(jìn)行400kHz無線數(shù)據(jù)傳輸。這樣有效的800MHz和400kHz通信方式的結(jié)合，使得無線同步操控系統(tǒng)既滿足了對數(shù)據(jù)通信成功率的要求，也保證了組合列車操控的同步性。

4具備多個頻點受控切換的能力

由于復(fù)線鐵路的原因，造成了上下行列車會車時會帶來同頻干擾的問題。同樣的，在機車較為集中的站場區(qū)段也會存在這樣的問題。無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備可以根據(jù)同步操控單元的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多個信道之間的切換，以減少上述情況下同頻干擾帶來的無線數(shù)據(jù)無法正常傳輸。

技術(shù)特點

1頻率分集

系統(tǒng)采用了800MHz和400kHz的頻率分集技術(shù)。800MHz無線通信在視距通信區(qū)域和少障礙物區(qū)域效果好，而在山區(qū)隧道地區(qū)，受到陰影效應(yīng)的影響，通信質(zhì)量會大大降低；400kHz通信以接觸網(wǎng)為傳播媒介，地形上的障礙物對其影響較小。兩種不同特性的通信制式相結(jié)合，能夠有效提高山區(qū)隧道區(qū)段無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β省?00kHz電臺使用1個信道，800MHz電臺可以設(shè)置10個不同信道。

2設(shè)備具有冗余機制

每臺牽引機車的兩端都裝配有無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，同步操控系統(tǒng)運行時，兩端的設(shè)備都處于正常工作狀態(tài)。操作端無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備使用800MHz和400kHz信道，為了避免同頻干擾，非操作端的無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備只使用與操作端不同的800MHz信道。同步操控信息通過3個無線信道（2個800MHz信道和1個400kHz信道）傳輸。同時非操作端無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的400kHz信道能夠為操作端的400kHz信道提供熱備冗余。這樣不僅有效的提高了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β剩蔡岣吡藷o線數(shù)據(jù)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

3有效的無線管理機制

由于800MHz無線通信的空中傳輸速率達(dá)到9600bit/s，而400kHz無線通信的空中傳輸速率僅為1200bit/s（或1800bit/s），并且400kHz數(shù)據(jù)交織糾錯功能會增加大約一半的數(shù)據(jù)量，所以同一幀數(shù)據(jù)使用800MHz信道傳輸所用時間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于400kHz信道。因此，主、從機車之間的無線信道的時隙分配進(jìn)行優(yōu)化，400kHz通信應(yīng)答只在距離較遠(yuǎn)的機車之間進(jìn)行，并采用廣播方式來確保每個機車接收數(shù)據(jù)的有效性。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，盡量將機車控制指令以字節(jié)形式表示，以減少無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。通過上述行之有效的方法，縮短了同步操控周期，提高了主、從機車之間操控的同步性，提高了組合列車運行的可靠性。

4無線數(shù)據(jù)的糾錯功能

無線數(shù)據(jù)的編碼采用交織糾錯和循環(huán)冗余校驗，雖然在一定程度上增加了數(shù)據(jù)的傳輸量，但能增強無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的糾錯能力，保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β剩岣呓M合列車運行的安全性和可靠性。

5完善的設(shè)備維護手段

通過設(shè)備的維護接口，可以在本地實現(xiàn)設(shè)備配置的更新和維護，可以實現(xiàn)信道配置、數(shù)據(jù)下載、軟件升級等工作。將來，也可以通過地面無線維護設(shè)備，通過800MHz信道傳輸維護信息，實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程維護。