2021-4-9 | 无线通信论文
作者：阮一凡 黄健 张东升 单位：中国铁道科学研究院标准计量研究所 中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心
根据牵引机车功率不同，可以采用不同的编组方式，如1+1，2+2方式等。3分集接收技术在山区隧道地区，障碍物的阻挡使得无线通信质量大幅下降，分集接收技术能够减轻这种影响。在多个支路上接收相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并/选取后输出，这样便可以在接收端降低无线通信信号衰落的概率。目前，较多采用的分集接收技术主要有空间分集和频率分集。空间分集是利用多副接收天线独立地接收统一信号，然后选择质量较好的信号进行输出；频率分集是通过多个频率的载波同时发送和接收同一信息，然后选择质量较好的信号输出，即利用不同的载波在衰落特性的差异，实现降低信号衰落的概率，提高无线通信传输质量。
无线同步操控通信系统我国长大重载列车的无线同步操控通信系统较多采用空间分集和频率分集相结合的分集接收技术。频率分集技术中采用的载波频率主要有800MHz、900MHz（GSMR频率）、400kHz（感应通信频率）；空间分集技术主要采用广播与接力传播相结合的方式。
不同制式通信系统800MHz通信在开阔地段和隧道内的通信效果都能满足要求，但并不能避免由于高大物体或隧道口的遮挡带来的通信质量下降，需要在特殊地段增加地面中继设备进行信号补偿，增加了系统成本。GSMR通信是铁路基于GSM制式的专用通信系统，其基站和中继设备的合理配置能够满足无线信号的覆盖要求，但投入资金很大。400kHz感应式通信是通过机车顶部的耦合天线将400kHz调制信号耦合至接触网，通过接触网传输信号，在远端的机车通过同样的耦合天线将信号接收下来，实现信息的传输，其传输距离可达到3km以上，而且并不受地形影响。我国重载铁路中应用的无线同步操控通信系统频率配置存在着800MHz+GSMR和400kHz+800MHz2种方案。无论那种方式，各个牵引机车之间的同步操控间隔时间都应被控制在一定范围之内。以图1中的编组方式为例，假设2组机车之间的间隔54节C70型车辆（约750m），由于空气制动波速约为300m/s［1］，所以此时的同步操控间隔时间应小于2.5s。
800MHz+GSMR通信系统目前，大秦铁路无线重联重载列车的通信系统采用的是800MHz+GSMR方式。每列重载列车的牵引机车分别配备了800MHz无线数据传输设备和GSMR车载通信单元。列车控制信息由主控机车的列车控制系统同时发送给本车的2套通信设备，GSMR车载通信单元通过指定信道将数据广播至地面基站，再通过GSMR地面基站管理中心、网络交换中心以及地面节点服务中心处理后，通过从控机车的指定信道同时发送至各个从控机车，各从控机车的GSMR车载单元将接收到的信息发送至本车的列车控制系统。与此同时，800MHz无线数据传输设备也会将接收到的列车控制信息通过4副全向天线在4个不同信道发送出去，守候在这4个信道的各个从控机车会收到列车控制信息，经过信号选择发送至列车控制系统。同时，各个从控机车之间也会采用接力方式进行通信。800MHz无线数据传输设备采用了4频组的频率分集技术以及多天线接收的空间分集技术，结合GSMR车载通信单元以及合理优化的无线传输时隙管理，实现了完善可靠的列车控制信息的无线传输。
400kHz+800MHz通信系统由于800MHz+GSMR方式需要较大的投入资金，来满足GSMR基础网络的建设需求，所以对年运量较低的货运专线来说，400kHz+800MHz方式更具可行性。神朔铁路重载组合列车的无线通信系统应用的是400kHz+800MHz方式。每列重载列车的牵引机车配备1套无线数据传输设备，每套设备装备2个400kHz电台和2个800MHz电台，分别设置在1个400kHz信道和2个不同的800MHz信道。主控机车的列车控制系统将列车控制信息通过3个信道同时发送，各个从控机车能够通过2个守候在不同频率的800MHz电台以及2个守候在相同频率的400kHz电台接收到信息，经过信号选择后，传送给列车控制系统。在这个过程中，各个机车之间的通信采用了广播与接力相结合方式，对无线数据的传输时隙进行了合理有效的管理，满足了实际应用中对同步操控间隔时间的要求。随着通信系统的不断发展，除了上述我国无线同步操控技术中应用的无线通信系统，还有更多可以应用于无线同步操控的通信系统，例如WLAN系统、卫星通信系统等等。