無人機在GSM-R移動通信系統(tǒng)電磁環(huán)境測試中的應用

王家樹

（中鐵電化集團北京電信研究試驗中心有限公司，北京，100071）

1 GSM-R電磁環(huán)境是什么

GSM-R的全稱是Global System for Mobile Communi cations-Railway，是一項用于鐵路通信及應用的國際無線通信技術。相對于公眾熟知的GSM全球移動通信系統(tǒng)，GSM-R是為鐵路專門設計的通信系統(tǒng)，在兼具GSM豐富功能和優(yōu)良性能的同時，GSM-R為鐵路帶來了集群調(diào)度、廣播呼叫、組呼叫、增強多優(yōu)先級與強拆eMLPP等功能。

GSM-R與GSM均工作在900MHz頻段，不同的是GSM-R使用的是E-GSM頻段，即上行880MHz-890MHz和下行925MHz-935MHz，而鐵路擁有工信部劃撥的專屬頻段：885MHz-889MHz和930MHz-934MHz，工作帶寬為4MHz。

那么GSM-R電磁環(huán)境測試主要就是針對于鐵路專用頻率的測試，一般使用的儀器工具有頻譜分析儀和接收機。

2 測試方法

2.1 靜態(tài)測試GSM-R電磁環(huán)境

靜態(tài)測試專指測試人員持測試設備和接收天線在地面進行的檢驗測試，一般以定點測試為主，即在一個測試點進行固定時間、非移動的電磁環(huán)境檢測。

2.2 動態(tài)測試GSM-R電磁環(huán)境

動態(tài)測試是指利用綜合檢測車車頂天線接收GSM-R頻段內(nèi)電磁信號的強度的一種測試方法，一般由綜合檢測列車完成，該列車集成配備了一系列專業(yè)檢測設備，在軌道上行駛過程中對電磁環(huán)境進行檢驗測試。

2.3 靜態(tài)檢測與動態(tài)檢測通用測試方法

使用頻譜接收機或頻譜掃描儀，采用頻譜掃頻方式，掃描GSM-R上行頻段885-889MHz、下行頻段930-934MHz，掃描周期100ms，分辨率帶寬10kHz，最大峰值檢波，分別記錄頻譜掃描范圍內(nèi)接收電平的最大值、最小值和當前值。

2.4 靜態(tài)與動態(tài)電磁環(huán)境區(qū)別

在鐵路建設過程中，GSM-R網(wǎng)絡的網(wǎng)絡優(yōu)化一般是針對列車進行的，網(wǎng)絡覆蓋更集中于列車頭部頂端位置，此處是網(wǎng)絡信號接收最佳位置，但是往往在靜態(tài)檢測時，受制于各種因素，天線無法置于最佳位置，甚至在一些溝壑、山嶺地區(qū)都無法接近。如此，位置上的不同，網(wǎng)絡覆蓋差距很大，這給測試的結果帶來了巨大的差距。

3 無人機GSM-R移動通信測試系統(tǒng)

該系統(tǒng)是我公司將鐵路GSM-R測試儀器與無人機相結合的融合測試平臺，該測試平臺主要分為無人機模塊、視圖模塊、控制模塊、測試模塊、計算模塊、傳輸模塊、電源模塊和地面站八個部分，七個模塊分工合作配合地面設備進行空中作業(yè)。無人機模塊負責在空間中進行定位、精確移動以運載載荷到達指定的空間位置；視圖模塊主要功能是將無人機當前位置的視頻、圖像等信息收集并發(fā)送給地面監(jiān)控終端；控制模塊專指無人機控制模塊，是已飛行控制系統(tǒng)為核心的模塊，主要用來控制無人機的飛行及姿態(tài)調(diào)整；測試模塊負責在指定位置進行數(shù)據(jù)采集與測試；計算模塊負責將測試模塊采集的數(shù)據(jù)或測試的結果進行計算處理，以更直觀的形式展現(xiàn)數(shù)據(jù)和結果，同時計算模塊還具備了存儲能力，能將采集的數(shù)據(jù)和計算的結果存儲在本地；傳輸模塊負責將無人機載的計算模塊中的數(shù)據(jù)和結果回傳至地面站，傳輸模塊可細分為無人機數(shù)傳部分、圖傳部分、4G數(shù)傳部分、5G/5.8G寬帶數(shù)傳部分，其中無人機數(shù)傳部分、圖傳部分是無人機自身平臺，用以控制無人機和視頻圖像傳送，4G數(shù)傳部分、5G/5.8G寬帶數(shù)傳部分則集成于計算模塊上，用來傳輸載荷的大流量數(shù)據(jù)；電源模塊負責供電，由無人機供電系統(tǒng)降壓處理后對載荷進行供電，同時還含備用有電池一塊，以備緊急情況下使用。

該平臺利用無人機便攜性和機動性，實現(xiàn)了空間測試，彌補了以往平面測試工作的不足，檢測范圍和精準性大大增加，提高了工作的效率，同時檢測系統(tǒng)平臺硬件采用模塊化結構，具有較好的兼容性、擴展性和升級性。

圖1 原理示意圖

圖2 無人機圖

4 實驗測試分析

通過對比測試，無人機平臺升空后測試的結果與檢測列車相符，并且比靜態(tài)地面測試場強值高出8dB，說明無人機測試平臺的測試效果明顯提升。

測試地點 綜合檢測車 靜態(tài)地面測試 無人機平臺測試Frequency 931.2MHz 931.2MHz 931.2MHz場強-49dBm -58dBm -50dBm RBW 200KHz 200KHz 200KHz ATT 0 dB 0 dB 0 dB京張高鐵昌平站GSM-R網(wǎng)絡

圖3 測試頻譜圖

5 無人機測試平臺延伸

該無人機測試平臺通過計算模塊的高兼容性，提供給了整個測試系統(tǒng)較高的共享空間。計算模塊是一個基于X86架構的計算機系統(tǒng)，具備M.2接口、PCIe接口、SATA接口、COM接口，在此基礎上，增加改進了4G DTU模塊和高帶寬數(shù)傳模塊，使得計算模塊具備了聯(lián)網(wǎng)功能。豐富的接口使得該測試平臺具備接入更多設備的能力，也具備了同時接入的能力，通過公網(wǎng)網(wǎng)絡、數(shù)傳通道等，可以將數(shù)據(jù)傳回地面站，供檢測人員分析使用。在使用頻譜儀、測試手機等測試模塊時，兩者可同時接入計算模塊并行運行，數(shù)據(jù)通過同一傳輸通道返回地面站；在使用其他具備串口模塊的設備時，既可以接入計算模塊通過傳輸通道返回地面站，也可直接通過串口DTU將數(shù)據(jù)返回地面站。

6 結束語

隨著中國高速鐵路大規(guī)模建設和無人機技術的深入發(fā)展，網(wǎng)絡的維護工作必然向著無人機領域協(xié)同發(fā)展。實現(xiàn)無人機系統(tǒng)在GSM-R通信檢測中的平臺化應用，建立新型的通信檢測場景和方案，必將大大提升工作效率和深度。