應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)MTIE測(cè)試方法

劉釗江 李翔 肖茂波（. 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 00073；. 沈陽(yáng)鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 005）

1 概述

應(yīng)答器是一種利用電磁感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c(diǎn)式設(shè)備，主要用于地面向列車傳輸包括信號(hào)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、臨時(shí)限速信息在內(nèi)的控車數(shù)據(jù)，是列控系統(tǒng)的重要組成部分。

當(dāng)列車經(jīng)過(guò)時(shí)，應(yīng)答器接收車載天線發(fā)出的頻率為27.095 M H z的遠(yuǎn)程供電信號(hào)，并通過(guò)耦合感應(yīng)建立自身的工作電源，然后將存儲(chǔ)在應(yīng)答器內(nèi)部的固定數(shù)據(jù)或來(lái)自地面電子單元（LEU）的可變數(shù)據(jù)向車載設(shè)備發(fā)送。應(yīng)答器向車載設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的無(wú)線通道被稱為上行鏈路，通過(guò)中心頻率為4.234 M H z、頻偏為282.24 k H z的FSK調(diào)制信號(hào)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。也就是說(shuō)，當(dāng)車載設(shè)備接收到4.516 M H z信號(hào)時(shí)，定義當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)是“1”；當(dāng)車載設(shè)備接收到3.951 MHz信號(hào)時(shí)，定義當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)是“0”。

由于應(yīng)答器上行鏈路的信號(hào)質(zhì)量將直接影響車載設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的接收和解析，因而對(duì)上行鏈路信號(hào)的中心頻率、平均數(shù)據(jù)速率、最大時(shí)間間隔誤差（MTIE）、幅值抖動(dòng)等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范是非常有必要的。

劉釗江，男，碩士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，助理工程師，參與高速列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)及裝備研制課題，主要研究方向?yàn)閼?yīng)答器及LEU嵌入式開(kāi)發(fā)。

2 最大時(shí)間間隔誤差（MTIE）

2.1 MTIE的定義

最大時(shí)間間隔誤差（Max imum Time Interval Error，MTIE）是描述信號(hào)漂移的常用指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算在一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)的最大相位變化，可以非常有效地描述相位瞬變[1]。

由于用任何測(cè)量設(shè)備都不可能測(cè)得瞬時(shí)相位（時(shí)間），而只能測(cè)出信號(hào)在某個(gè)時(shí)間間隔t至t+τ0內(nèi)的取樣平均值，因此定義時(shí)間間隔誤差（TIE）函數(shù)為[2]：

式中：x（t）——時(shí)間誤差（參考時(shí)鐘和被測(cè)時(shí)鐘時(shí)間相對(duì)偏差）函數(shù)；τ0——取樣時(shí)間。

現(xiàn)在引入M T IE的定義：在給定的測(cè)試周期T內(nèi), 測(cè)得N個(gè)時(shí)間間隔誤差值xi（取樣時(shí)間為τ0），根據(jù)設(shè)定的觀測(cè)時(shí)間段τ，對(duì)每一觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間間隔誤差求最大值與最小值的差值（峰峰值），所有這些峰峰值中的最大值稱為最大時(shí)間間隔誤差。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：τ——設(shè)定的觀測(cè)時(shí)間段（τ=nτ0）；

n=1,2,3,4,…,N-1 ；

k=1,2,3,4,…,N-n。

通常，時(shí)間間隔誤差值xi通過(guò)專門的時(shí)間間隔誤差測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法獲得，而M T IE則通過(guò)計(jì)算得到。顯而易見(jiàn)，MTIE曲線是單調(diào)遞增的。

2.2 歐標(biāo)的相關(guān)需求

在歐標(biāo)里對(duì)應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)的數(shù)據(jù)速率變化有明確要求[3]：在啟動(dòng)時(shí)間過(guò)后，應(yīng)答器的數(shù)據(jù)速率變化和抖動(dòng)應(yīng)滿足M T IE1（與理論數(shù)據(jù)速率相關(guān)）或者M(jìn)TIE2（與傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)速率相關(guān)）的需求。

其中MTIE1的需求為：

272·10-9s 當(dāng)1 bit≤τ≤16 bit時(shí)；

396·10-9s 當(dāng)16 bit≤τ≤140 bit時(shí)；

當(dāng)140 bit≤τ≤1 000 bit時(shí)。

式中：τ——設(shè)定的觀測(cè)時(shí)間段。

MTIE1的需求如圖1所示。

而MTIE2的需求為：

236·10-9s 當(dāng)1 bit≤τ≤5 bit時(shí)；

370·10-9s 當(dāng)5 bit≤τ≤50 bit時(shí)；

當(dāng)50 bit≤τ≤1 000 bit時(shí)。

式中：τ——設(shè)定的觀測(cè)時(shí)間段。

MTIE2的需求如圖2所示。

3 應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)MTIE測(cè)試方法

3.1 測(cè)試環(huán)境

在進(jìn)行應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)M T IE測(cè)試之前，首先要校準(zhǔn)27.095 M H z遠(yuǎn)程供電信號(hào)[4]，然后再搭建測(cè)試環(huán)境。應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)M T IE測(cè)試環(huán)境如圖3所示。

注意測(cè)試天線的中心應(yīng)與應(yīng)答器的參考標(biāo)記在同一鉛垂線上，二者之間的距離應(yīng)為460 mm±2 mm；信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)頻率應(yīng)為27.095 M H z±200 p pm。除了常規(guī)環(huán)境下的測(cè)試之外，還需在清水、鹽水等覆蓋應(yīng)答器的情況下進(jìn)行上行鏈路信號(hào)的MTIE測(cè)試。

3.2 測(cè)試方法

在對(duì)應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)進(jìn)行M T IE測(cè)試之前首先要進(jìn)行中心頻率測(cè)試（用于相位解調(diào)）和平均數(shù)據(jù)速率測(cè)試（用于M T IE2需求確認(rèn)）并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)M T IE測(cè)試的方法及步驟如下。

1）使用矢量信號(hào)分析儀測(cè)量至少1 500 b it的載波幅值和相位數(shù)據(jù)（為了避免由于頻譜截?cái)嘁鸬恼`差，分析儀的帶寬應(yīng)設(shè)置為8 MHz）；

2）對(duì)上行鏈路信號(hào)進(jìn)行相位解調(diào)，并在1 b it的窗口內(nèi)采樣足夠多的數(shù)據(jù)（要求精度優(yōu)于50 ns），然后進(jìn)行最佳線性擬合（線性回歸），以判定位轉(zhuǎn)換的精確時(shí)刻。位轉(zhuǎn)換定義為代表數(shù)據(jù)“1”和數(shù)據(jù)“0”（或數(shù)據(jù)“0”和數(shù)據(jù)“1”）的兩條最佳擬合曲線的交點(diǎn)；

3）在連續(xù)許多數(shù)據(jù)“1”或者數(shù)據(jù)“0”（最大不超過(guò)8）的情況下，需要將這段數(shù)據(jù)兩側(cè)可識(shí)別的兩次位轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間等分成若干份，從而把整體時(shí)間間隔誤差平均分配給這些數(shù)據(jù)；

4）測(cè)算出全部的時(shí)間間隔誤差（T IE）數(shù)據(jù)，并計(jì)算出應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)的MTIE；

5）驗(yàn)證測(cè)試所得數(shù)據(jù)是否滿足M T IE1需求或者M(jìn)TIE2需求。

4 應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)MTIE測(cè)試

根據(jù)上文所述測(cè)試方法，在常規(guī)環(huán)境下搭建測(cè)試平臺(tái)，并對(duì)歐標(biāo)應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)進(jìn)行M T IE測(cè)試，所得曲線如圖4所示。

由測(cè)試曲線可知，被測(cè)應(yīng)答器滿足M T IE2需求，符合歐標(biāo)相關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)論

M T IE測(cè)試是檢驗(yàn)應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文介紹了M T IE的定義及歐標(biāo)的相關(guān)需求，對(duì)應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)M T IE測(cè)試的環(huán)境和方法進(jìn)行闡述，并通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了該方法的有效性。

[1]解東宏．時(shí)鐘信號(hào)在傳送網(wǎng)中漂移損傷研究[J]．中國(guó)有線電視，2003(22)：17-21．

[2]余學(xué)鋒．最大時(shí)間間隔誤差計(jì)算方法及其分析[J]．宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2007(5)：39-47．

[3] SUBSET-036-v241．FFFIS for Eurobalise[S]．2007．

[4] SUBSET-085-v222．FFFIS for Eurobalise[S]．2007．