机车综合无线通信设备CIR教案资料部分.docx

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机车综合无线通信设备CIR教案资料部分

第三章机车综合无线通信设备（CIR）

第一节概述

机车综合无线通信设备（CIR）包括WTZJ-I型标准机车综合无线通信设备（以下简称标准型CIR），主要安装于新生产的机车上；及WTZJ-II型，小型化机车综合无线通信设备（以下简称小型化CIR），主要用于进行既有机车的改造。

机车综合无线通信设备是铁路专用通信设备。

机车综合无线通信设备作为传统无线列调电台的升级产品，是保障GSM-R区段行车安全的必配设备。

按铁道部规定，在GSM-R区段运行的机车、客运专线运行机车、动车组、07年后生产的大功率机车、在TDCS（CTC）区段运行的机车必须装备机车综合无线通信设备。

机车综合无线通信设备是北京世纪东方国铁科技股份有限公司基于GSM-R数字移动通信技术、GPS全球定位技术、450MHz及800MHz模拟无线电台通信技术等开发的综合车载通信设备。

它与地面的GSM-R设备和450MHz、800MHz等地面设备等共同组成一个完整的铁路综合无线通信网。

机车综合无线设备支持GSM-R调度通信系统功能、支持GSM话音通信功能，两网同时存在时首选GSM-R。

支持GSM-R通用数据传输功能，可根据承载业务的需要提供GPRS或电路方式数据传输链路。

设备调度通信和数据传输采用不同的信道机，故可以同时实现调度通信和数据通信。

机车综合无线通信设备支持科技运【2007】28号《GSM-R数字移动通信网设备技术规范第二部分：

机车综合无线通信设备V2.0》、运基通信[2007]91号《机车综合无线通信设备MMI终端显示补充规范》、运基通信[2002]133号《无线列调机车电台操作单元技术要求（试行）》、运基通信[2005]138号《列车无线调度通用式机车电台主要技术条件（V2.0）》、运基通信【2009】690号《列车防护报警和客车列尾系统技术条件（V1.0）》规定的机车电台功能。

支持450MHz承载的列车尾部风压、无线车次号、调度命令等数据信息的传输功能。

支持GSM-R工作模式与450MHz工作模式自动切换和手动切换功能。

支持800MHz承载的客车列车尾部风压、列车防护报警、道口事故报警、施工防护报警等功能。

其中WTZJ-II型800M功能通过外置式机车无线防护报警系统（LBJ）来实现。

机车综合无线通信设备配备了全球卫星定位系统（GPS），利用卫星对机车位置进行实时定位，可向机车上的其它用户提供GPS原始信息、公用GPS位置信息等、方便司机与调度、车站进行调度通信。

机车综合无线通信设备集成了目前机车无线通信的所有业务，可以满足目前机车无线通信要求，也适应将来发展的需要。

WTZJ-I型机车综合无线通信设备产品外观如图1所示。

WTZJ-II型小型化机车综合无线通信设备产品外观如图2所示。

图1WTZJ-I型机车综合无线通信设备（标准型

图2WTZJ-II型机车综合无线通信设备（小型化）

缩略语：

英文缩写

英文解释

中文解释

CIR

CabIntegratedRadiocommunicationequipment

机车综合无线通信设备

CTC

CentralizedTrafficControl

调度集中

GPS

GlobalPositionSystem

全球定位系统

GSM-R

GSMforRailway

专用于铁路的GSM

MMI

ManMachineInterface

人机界面（通称操作显示终端）

TDCS

TrainDispatchingCommandSystem

列车调度指挥系统

TAX

机车安全信息综合监测装置

GROS

GPRSHomeInterfaceServer

GPRS归属服务器

GRIS

GPRSInterfaceServer

GPRS接口服务器

DMS

TheDynamicMonitoringSystemofTrainControlEquipments

列控设备动态监测装置

GPRS

GeneralPacketRadioService

通用分组无线业务

MTBF

MeanTimeBetweenFailure

平均无故障时间

UDP

UserDatagramProtocol

用户数据报协议

APN

AccessPointName

接入点名称

AC

AffirmCenter

确认中心

PTT

PushToTalk

即按即讲

第二节系统组成

标准型CIR由主机、操作显示终端（以下简称MMI）、送（受）话器、扬声器、打印终端、连接电缆、天馈单元及机车数据采集编码器等构成。

设备构成原理框图见图3。

图3设备构成原理框图

2.1主机

包括机柜、A子架、B子架。

A子架包括主控单元、电源单元、电池单元、卫星定位单元、GSM-R话音单元、GSM-R数据单元、高速数据单元、记录单元；B子架包括接口单元、450MHz机车电台单元、800MHz列尾和列车安全预警车载电台（简称800MHz车载电台）单元等，子架内各单元装配位置见图4。

小型化CIR的800MHz车载电台（LBJ）外置式安装。

注：

受安装条件限制时450MHz机车电台、800MHz车载电台等单元可外置接入B子架。

图4主机各单元装配示意图

主机各部端口说明见表1。

表1　主机各部端口说明表

序号

端口代号

端口名称

定义

连接对象

1

A1/A2

终端A/终端B

MMI接口

MMI

2

A3

450M电台

外置450MHz机车电台控制接口

外置450MHz机车电台主机（控制盒接口）

3

B1～B5

数据1～数据5

通用数据接口

B1：

预留

B2：

工务监测信息装置

B3：

预留

B4：

列车安全预警信息装置

B5：

机车信号/列控设备动态监测装置（DMS）

4

B6

TDCS入

TDCS信息输入接口

TAX装置

5

B7

450M

TDCS出

450MHz机车电台外置时，向450MHz机车电台输出TDCS信息的接口

外置450MHz机车电台主机（TDCS接口）

6

C

CAN

CAN接口

未规定

7

P1

电源入

CIR直流供电输入接口

机车直流电源

8

R

录音

话音录音的输出接口

TAX（录音单元）

9

T1

天线

GSM-R话音单元天线接口

GSM-R天线或多频段合路器

10

T2

天线

GSM-R数据单元天线接口

GSM-R天线或多频段合路器

11

T3

天线

卫星定位单元天线接口

卫星定位天线

12

T4

天线

高速数据单元天线接口

高速数据天线或多频段合路器

13

T5

450M天线

内置450MHz机车电台天线接口

450MHz天线或多频段合路器

14

T6

800M天线

内置800MHz车载电台天线接口

800MHz天线或多频段合路器

15

G1

公用

卫星定位单元公用信息输出接口

预留

16

G2

原始

卫星定位单元原始信息输出接口

预留

2.2MMI

包括5.7寸显示屏、按键、外部接口。

MMI外观示意图见图5。

图5MMI外观示意图

MMI各部端口说明见表2。

表2　MMI各部端口说明表

序号

端口代号

端口名称

定义

连接对象

1

M1

主机

主机接口

主机

2

M2

送（受）话器

送（受）话器接口

送（受）话器

3

M3

打印终端

打印终端接口

打印终端

4

M4

扬声器

外接扬声器接口

外接扬声器

2.3主机各单元模块的配置

根据通信业务需求选配相应的单元模块，模块配置应符合表3规定。

表3　单元模块选配表

通信类型

模块配置

GSM-R通信

450MHz

通信

高速数据

通信

列车安全预警（800MHz）

机柜

√

√

√

√

主控单元

√

√

√

√

接口单元

√

√

√

√

卫星定位单元

√

√

GSM-R话音单元

√

GSM-R数据单元

√

高速数据单元

√

450MHz机车电台单元

√

记录单元

√

√

√

电源单元

√

√

√

√

电池单元

√

800MHz车载电台单元

√

2.4接口定义及电气特性

主机与MMI接口（A1、A2与MMI之间）

数据通信采用RS422串行接口，双工通信方式,接插件采用12芯插座，型号为YP28TK22UQ，引脚定义见表4。

表4　MMI与主机间接口定义

引脚号

定义

说明

1

VCC

电源+12V

2

MIC+

音频平衡输出（MMI至主机），电平（有效值）245mV（+196mV～+294mV），阻抗600Ω。

3

MIC-

4

SP+

音频平衡输入（主机至MMI），电平（有效值）245mV（+196mV～+294mV），阻抗600Ω。

5

SP-

6

DATAA+

数据线A+（MMI至主机）

7

DATAA-

数据线A-（MMI至主机）

8

DATAB+

数据线B+（主机至MMI）

9

DATAB-

数据线B-（主机至MMI）

10

预留

11

复位

复位信号，低电平复位

12

GND

电源地

MMI至送（受）话器接口（M2）

接插件采用8芯插座，型号为AL16-J8Z。

引脚定义见表5。

表5　MMI至送（受）话器接口定义

引脚号

定义

说明

1

VCC

电源+12V

2

MIC

电平（有效值）245mV（+196mV～+294mV）或

15mV（+12mV～+18mV），输入阻抗不小于5kΩ。

3

PTT

送话按钮（低电平有效，不大于0.3V，送（受）话器输出无效时为高阻）

4

HANGLE

挂机信号（低电平有效，不大于0.3V，送（受）话器输出无效时为高阻）

5

GND

电源地

6

SP

7

预留

RS485+

8

预留

RS485-

MMI与打印终端接口（M3）

数据通信采用RS422串行接口，双工通信方式。

接插件采用7芯插座，型号为AL16-J7Z，引脚定义见表6。

表6　MMI至打印终端接口定义

引脚号

定义

说明

1

VCC

电源+12V

2

空

3

DATAA+

数据线A+（MMI至打印终端）

4

DATAA-

数据线A-（MMI至打印终端）

5

DATAB+

数据线B+（打印终端至MMI）

6

DATAB-

数据线B-（打印终端至MMI）

7

GND

电源地

MMI至外接扬声器接口（M4）

接插件采用3芯插座，型号为AL16-J3Z，引脚定义见表7。

表7　MMI至扬声器接口定义

引脚号

定义

说明

1

SP+

音频+

2

SP-

音频-

3

GND

主机至机车安全信息综合监测装置（简称TAX装置）接口（B6）

接插件采用7芯插座，型号为YS2JJ7M，引脚定义见表8。

表8　机车安全信息综合监测装置（简称TAX装置）接口定义

引脚号

机车数据采集编码器为FFSK接口工作模式

机车数据采集编码器为RS422接口工作模式

1

电源+12V

电源+12V

2

空

主机数据接收（+）

3

GND

主机数据接收（-）

4

音频信号输出。

电平（有效值）245mV（+196mV～+294mV），输出阻抗不大于200Ω。

主机数据发送（+）

5

音频信号输入。

电平（有效值）245mV（+196mV～+294mV），输入阻抗不小于5kΩ。

主机数据发送（-）

6

空

空

7

低电平有效，不大于0.3V（PTT为低时应使机车电台发射），无效时为高阻。

GND

主机电源接口（P1）

DC110V输入时，接插件采用2芯插座，型号为AL16-J2Z；DC24V输入时，接插件采用4芯插座，型号为AL16-J4Z，引脚定义见表9。

表9　主机电源接口定义

引脚号

定义

说明

1

电源+

DC110V或24V输入+

2

电源-

DC110V或24V输入-

3

空

DC110V时无此管脚，24V时空

4

空

DC110V时无此管脚，24V时空

450MHz机车电台与接口单元的接口

话音及通信接口（450MHZ机车电台与A3之间）数据通信采用RS422串行接口，双工通信方式。

MIC、SP音频标称电平均为245mV（220.5mV～269.5mV）。

接插件采用12芯插座，型号Q18K12AJ插座，引脚定义见表10。

表10　450MHz机车电台至接口单元接口定义

引脚号

定义

说明

1

空

2

MIC+

接口单元至450MHz机车电台音频

3

MIC-

接口单元至450MHz机车电台音频

4

SP+

450MHz机车电台音频至接口单元

5

SP-

450MHz机车电台音频至接口单元

6

DATAA+

数据发送+（450MHz机车电台发）

7

DATAA-

数据发送-（450MHz机车电台发）

8

DATAB+

数据接收+（450MHz机车电台收）

9

DATAB-

数据接收-（450MHz机车电台收）

10

预留

11

复位

复位信号，低电平复位

12

GND

电源地

主机至机车电台（外置）TDCS无线车次号接口（B7）

采用7芯插座，接插件型号为YS2JJ7M。

引脚定义见表11。

表11　450MHz机车电台无线车次号接口定义

引脚号

定义

说明

1

VCC

电源+13.8V，I0≤50mA，450MHz机车电台输出

2

3

GND

电源地

4

AF

音频输出信号。

电平245mV（196mV～294mV），

输出阻抗不大于200Ω。

5

MIC

音频输入信号。

电平245mV（196mV～294mV），

输入阻抗不小于5kΩ。

6

7

PTT

低电平有效，不大于0.3V（PTT为低电平时应使机车电台发射），无效时为高阻。

接口单元数据应用接口（B1-B5）

数据通信采用RS422串行接口，双工通信方式。

接插件采用7芯针型插座，型号为AL16-J7Z，引脚定义见表12。

表12　主机接口单元数据应用接口定义

引脚号

定义

说明

1

预留

2

DATAIN+

主机数据接收+

3

DATAIN-

主机数据接收-

4

DATAOUT+

主机数据发送+

5

DATAOUT-

主机数据发送-

6

复位

复位信号，低电平复位

7

GND

信号地

录音输出接口（R接口）

采用5芯圆形接插件，型号AL16，引脚定义见表13

表13　录音输出接口定义

引脚号

定义

说明

1

控制电平

ON时小于0.3V，OFF时为高阻

2

空

3

GND

4

音频输出电平

标准测试条件下为-10±2dBm，阻抗600Ω

5

空

卫星定位单元原始数据、公共数据接口

数据通信采用RS422串行接口，双工通信方式。

接插件采用7芯插座，型号为AL16-J7Z针型，引脚定义见表14。

表14　卫星定位单元原始数据、公共数据接口定义

引脚号

定义

1

制造商定义

2

卫星定位单元数据接收+

3

卫星定位单元数据接收-

4

卫星定位单元数据发送+

5

卫星定位单元数据发送-

6

制造商定义

7

地

天馈线接口:

GSM-R话音单元天线接口（T1接口）：

TNC型孔座，阻抗：

50Ω。

GSM-R数据单元天线接口（T2接口）：

TNC型孔座，阻抗：

50Ω。

卫星定位天线接口（T3接口）：

TNC型孔座，阻抗：

50Ω。

高速数据天线接口（T4接口）：

TNC型孔座，阻抗：

50Ω。

450MHz天线接口（T5接口）：

N型孔座，阻抗：

50Ω。

800MHz天线接口（T6接口）：

N型孔座，阻抗：

50Ω。

天线采用的插座均为N型孔座，阻抗50Ω。

GSM-R话音单元、数据单元的天馈线总增益应满足-2dB～+2dB。

第三节设备功能与原理

3.1.CIR整机功能

CIR根据单元模块的选配，可实现以下相应功能。

Ø具有450MHz通用式机车电台的调度通信功能。

Ø具有450MHz通用式机车电台承载的列车尾部风压、无线车次号、调度命令等数据信息的传输功能。

Ø具有GSM-R调度通信功能。

Ø具有GSM-R通用数据传输功能，根据承载业务的需要提供GPRS或电路方式数据传输链路。

Ø具有《列车防护报警和客车列尾系统技术条件（V1.0）》中规定的车载电台的功能。

Ø具有无线宽带数据传输功能。

Ø具有工作模式自动、手动转换功能和语音提示功能。

Ø具有上、下行线路分别设定工作模式转换点的功能。

Ø根据卫星定位信息无法确定唯一的运行线路时，具有提示并手动选择运行线路的功能。

Ø卫星定位单元失效时，具有手动转换工作模式和选择运行线路的功能。

Ø具有输出卫星定位原始信息、公用位置信息的功能。

ØMMI具有调度通信、通用数据传输所需的操作、状态显示以及语音提示功能。

Ø具有主、副MMI之间通话功能。

Ø具有话音、数据业务和状态信息记录及转储功能。

Ø具有整机自检功能和故障定位功能（故障定位到单元模块），包括450MHz机车电台单元、800MHz车载电台单元、GSM-R话音单元、GSM-R数据单元、记录单元、卫星定位单元、MMI、机车数据采集编码器、电池单元，并可将自检结果发送到库检设备。

Ø具有人工系统复位功能。

复位重启后自动进入原注册状态。

Ø主机关机时，具有电池单元放电电压检测功能。

3.2.各单元模块功能

各单元模块应满足下述规定的主要功能：

ØMMI实现人机信息的交互。

Ø打印终端在MMI的控制下打印输出纸质调度命令等信息。

Ø主控单元实现对各模块单元的控制。

Ø接口单元连接设备内部有关单元并为数据、话音应用业务提供接入接口。

Ø电源单元为设备提供供电电源。

Ø电池单元在外界直流供电切断后为CIR进行GSM-R注销提供备用电源。

Ø卫星定位单元应提供公用位置信息，其中时钟信息作为设备的标准时钟，设备的时钟校准周期不应大于10分钟。

在GSM-R区段，当卫星定位信息有效时，卫星定位单元应能输出前方、后方车站值班台的ISDN号码和本调度区段调度台的ISDN号码。

ØGSM-R话音单元在主控单元的控制下完成GSM-R调度通信功能。

ØGSM-R数据单元在主控单元的控制下完成数据的收发（支持GPRS方式、电路连接方式）。

Ø高速数据单元应支持无线宽带数据传输功能。

Ø记录单元具有对话音、承载业务信息及操作过程等记录和话音回放的功能。

Ø450MHz机车电台单元在主控单元的控制下完成450MHz调度通信所规定的机车电台功能及承载的数据传输功能。

Ø800MHz车载电台实现《列车防护报警和客车列尾系统技术条件（V1.0）》规定的车载电台功能。

3.3.1.电源单元

电源单元能适应不同类型机车（含动车组、大型养路机械和轨道车等自轮运转设备）电源（蓄电池）供电条件，标称（额定）电压（Un）为24V、48V、72V、96V和110V。

电源单元的输出电压电源单元包含开关电源模块和蓄电池两部分。

开关电源采用进口铁路专用模块，VICOR公司生产。

开关电源电路上设计了脉冲群抑制器和防浪涌电路，具备良好的电磁抗干扰性能。

蓄电池采用铅酸蓄电池，免维护。

当机车入库时，司机可直接断闸切除机车110V电源，主机自动切换到蓄电池供电，并完成功能号注销和网络注销。

注销完成后自动切断所有电源，完成设备关机。

正常工作时整机总功耗不大于300W（全配置），开机最大瞬间功耗不大于3000W。

各单元模块供电电源和最大功耗见表4。

表15　各单元电源要求表

序号

单元名称

额定工作电压

最大功耗

备注

1

GSM-R话音单元

+12V

39W

瞬态发射功耗

+5V

16W

瞬态发射功耗

2

GSM-R数据单元

+12V

39W

瞬态发射功耗

+5V

16W

瞬态发射功耗

3

高速数据单元

+12V

25W

4

卫星定位单元

+12V

5W

使用GPS时

5

记录单元

+12V

5W

6

MMI、打印终端

+12V

25W

单端MMI、打印终端

7

450MHz机车电台单元

机车直流电源

60W

8

800MHz车载电台单元

机车直流电源

60W

3.3.2.主控单元

主控单元由嵌入式工控机和控制单元共同组成。

嵌入式工控机安装WINCE操作系统，软件采用面向对象语言编制。

该控制部分接收MMI传送的控制指令，进行相应的控制操作；接收各个应用的信息送到MMI进行相应的提示和显示；按各个应用接口的数据要求进行相应数据的转发；完成数据的存储功能。

控制单元采用AVR系列单片机，与嵌入式工控机共同完成软关机、复位、电池电量检测、串口扩展、450M与GSM-R语音切换、记录单元录放音等功能。

3.3.3.GSM-R话音单元

GSM-R话音单元采用欧洲GSM-R验证应用的GSM-R模块。

目前主要采用法国SAGEM公司的MRM模块。

GSM-R话音模块的最大发射功率为8W。

3.3.4.GSM-R数据单元

GSM-R数据单元采用法国进口的WAVECOM模块，最大发射功率为2W。

可工作在GSM-R网络支持的两种数据传输模式下：

CSD电路型数据传输模式和GPRS分组数据传输模式。

CSD方式时，采用透明传输形式；GPRS方式时，采用UDP数据协议。

3.3.5.卫星定位单元

卫星定位单元按最新技术条件输出公用GPS信息和原始GPS信息。

预制线路信息数据库，可利用卫星定位机车位置，搜索前后站位置信息和当前应工作的模式，可提供机车所在小区位置信息。

3.3.6.记录单元

记录单元采用单板结构，主要由音频输入电路、音频输出电路、数据通信接口、控制电路、数据存储卡（电路）和电源等组成。

记录单元的音频输入电路、音频输出电路、数据通信接口以及电源等采取了隔离设计方法，记录单元的任何电路故障都不影响CIR其它单元的正常工作。

记录单元的音频采用平衡输入输出方式，阻抗600Ω±5%，输入电平：

标称-10dBm（245mV），动态范围-30～0dBm。

输出电平：

标称-10dBm（245mV），动态范围-20～0dBm。

频率响应：

在300Hz～3400Hz带宽内，电平差在-3～+2dB范围内。

信噪比：

高于44dB。

失真度：

小于5%。

录音控制：

采用电平控制方式。

录音控制信号为低电平（低于0.3V）时，启动录音。

录音控制信号为高电平时，停止录音。

3.3.7.450MHz机车电台单元

CIR主机的450MHz机车电台单元为一个4