铁路数字通信中2M接口电路帧结构及常见故障解析

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摘 要：铁路通信业务种类多样化，为实现列车运行的安全指挥，为实现各车站、车辆段、工务段、电务段等部门与指挥调度中心的业务连接，需要提供与需求相适应的传输通道，其中2M业务通道应用最广泛，重要性也最高，如：TDCS、PMIS、TMIS、公安网、视屏监控、视频会议、环监、数字调度系统、旅服等业务。本文将针对铁路数字通信的特点进行详细的分析，其目的是探究出2M接口电路帧结构以及2M接口电路常见故障。
关键词：铁路；数字通信；2M接口
中图分类号：TN914.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）18-0017-02
2M接口电路是铁路数字通信中常见的一种模拟信号转化成数字信号，作为一种脉冲编码调制，能够有效的将数字通信中的数据编码进行模数转换。同时2M作为一种高效的通信技术，也可以将以太网信号或V.35信号通过协转在以E1形式在同步/准同步数字网长距离透明传送，在专网通信具备强大的优势。
1 铁路数字通信的特点
1.1 数字通信通信接口丰富、数据扩展性能好
数据通信系统数字模拟系统接口非常丰富，并且主系统与分系统能够有效的结合不同客户的实际需求组成区别化的业务的链条。业务链条的类型主要有总线型、星型、树型等多重网络形态。业务接入系统可以有效的保障多种业务链条的共同组合，形成区别化的数字调度形式。在支持模拟数字调度混合接入的过程中，往往会出现一条调度电路。其中数字分析和模拟调度分机，可以利用混合接入的手段，保障电信通信的流畅性。在实际开展数字通信系统运行的过程中，主要的数字接口和模拟接口有2M、2B+D、V.35、64K、二/四线音频、半自动闭塞接口、环路等多种接口。不用接口能够满足不同需求的网路通信需求，这样更加安全、顺畅、便捷的在铁路运行的过程中进行通信。
1.2 数字通信处理、测试、警告功能强大
数字通信主控系统中包含主处理机、网络、时序等多种关键内。主处理器能够将关键的信号、会议、音频、DTMF、MFC等多种资源进行及时的处理。数字通信系统的主控功能具有强大的高效性与简洁性，能够将多种资源信号进行处理，并将资料处理的内容集中打MPU单板中。MPU单板是当如果进行热备份配置时，两块MPU一主一备同时运行。通过数字通信技术的配备，能够有效的使系统MPU单板出现故障时，及时的进行自动倒换。在数字通信设备进行的自巡回检测的过程中，必须积极的针对数字通信系统中的备用通道进行定期的检测。铁路数字通信配置能够最大程度上集中的铁路通信中的硬件资源和数据资源，集中型管理的手段，满足了我国当期管理工作发展与进步的需求，避免站间通信与占站内通信的依赖关系。
1.3 数字通信应用范围广泛、信号传输效率高
数字通信技术不仅满足了铁路日常的调度工作，而能够在保障安全的范围内，实现覆盖我国铁路的数字通信网络。传统只能依靠电话解决的问题，如今只需要简单的操作、开展视频会议，这样便可以更好的帮助了广大铁路工作者的实际开展工作[1]。数字通信主系统能够与多个频道集中式的进行语音、图像传输。在数字电信系统中，存在专用的站间闭塞信号转换板。能够直接的将模拟站的闭塞信号转换成数字信号，并且在数字通道上将信号进行输送。闭塞信号转换板可以切实的保障数据信号传输的可靠性，通过HDLC通道，能够自将信号分别传输并且进行比较，这样便可以在占据有利的模拟通道的基础上，将信息数据进行备份，切实的提升了信号的传输效率。
2 2M接口电路帧结构
2M接口电路帧在实际开展传输编码时，传输码类型是HDB3码。一条2M是2.048M的链路，用PCM编码。一个2M的帧长为256个bit，分为32个时隙，一个时隙为8个bit，每个时隙在2M帧中占8bit，8*8k=64k，即一条2M中含有32个64K。由32个时隙组成了一個帧（F），16个帧组成一个复帧（MF）。2M接口电路帧的结构一般有五种：分别是非帧结构、PCM30、PCM30 CRC、PCM31、PCM31、CRC。
2.1 非帧结构
非帧结构在2M中主要的作用便是传输数据信息，非帧结构的实际特点便是每一帧只有1个0时隙，并且其余的31个时隙并不进行区分。
2.2 PCM30
在铁路数字通讯实际的运用中PCM30一般是用于使用1号信令（随路信令）的话务业务。主要特点是第16时隙传送1号信令和复帧信号及复帧告警。
2.3 PCM31
PCM31 PCM31一般都是利用7号信令电路开展信息出书，也就是的共路信令。在实际信息传输的过程中，31个时隙都可以运行信息业务。但是与PCM30不同的是，PCM31没有复帧。在铁路数字通信的过程中，2M的电路使用时，一般都是利用此种形式的电路。
2.4 PCM30 CRC
PCM30 CRC作为一种不用于PCM30的帧结构，由于多了CRC的字节。
2.5 PCM31、CRC
PCM31、CRC与PCM30、CRC相同，是在PCM31的基础上添加了CRC字节。PCM31、CRC在当前数字通信中使用的层面也相对较为广泛，会运用在铁路通信中的2M电路中。PCM31、CRC一般都是专网，对数据信息的质量和网络数据要求都相对较高。
3 关于2M的测试
2M测试最主要的就是2种方法，一种是在线测试，第二种是离线测试。
（1）在线测试法是在不中断2M电路的情况下，对2M接口误码性能进行监测的测试方法。在线测试时用高阻旁接的方式跨接在2M电接口上在线测试码型误码率，而不是比特误码率，只能用于判断其2M的质量是否有问题，如要精确判断其质量等级，还需进行离线测试。
（2）离线测试是用万用表检查2M同轴头是否有断路或短路、线芯或屏蔽层是否有断裂等。此方法简单易行，适合在设备间跳接同轴电缆，制作好后安装前测试。
环回测试法是通过误码测试仪自发自收，对2M电路传输性能进行高准确性的测试方法。环回测试法分为本端自环和远端自环。本端自环是指信号在接口自环，先用2M线在用户基站端口配线架（如设备配线架）做环回测试。如果设备告警指示灯长亮，则是基站配线架与设备之间的跳线或接头或设备的问题。若设备告警指灭，说明端口配线架至设备之间2M没有问题，这时间我们就需要进行远端环回测试。远端自环是指信号传送给对端，由对端环路回来，若是远端信号不好，可请对端维护人员在对端的DDF架上传输2M的接口上向本端局做环路测试。如信号是好的，则一般认为对端的2M接口的DDF架至对端的用户设备之间有问题，可由对端与对端用户配合处理。如果信号不好，可再用环路测试判断，判断是设备的故障还是线路的故障。环回法是测试2M电路误码性能的基本方法，逐段环回法迅速将故障定位到具体站点，故障定位到站点后，再利用配置数据检查、配置错误、设备状态异常等情况，最后通过更换板卡、重新配置、复位等方法将故障排除。
4 2M接口电路常见故障以及可能原因
在实际线路开通以及线路维护过程中，都会遇到不同程度的故障导致提供给2M通道不能正常连接或者数据收发不正常。这些故障中有些仅仅是因为某传输设备本身硬件故障，或者复接设备（比如采用小PDH延伸2M电路）的时钟设置错误，也有可能是2M接头脱落、虚焊、氧化，或则是地线连接不合理、電源、时钟、及配线长度超标都会造成2M对接不成功，这时候在使用误码测试仪进行线路开通测试或者维护故障排查时就需要注意以下几点：
第一：2M电路故障排除必须遵循先主后次、先急后缓、下级服从上级的原则。线路故障处理基本步骤按先本级自环，然后由近及远逐步环回判断。
第二：选择正确的测试参数（端接或则桥接、成帧形式、接口电阻设置等）。
第三：确定正确的测试步骤，在最短时间内用最少的操作和连接进行故障的判断和定位。
下面介绍一些在误码测试过程中常见的故障现象，分析产生原因及解决步骤：
故障一：所有设备设置完毕并与实际传输线路连接好，开启设备电源后，但发现业务不能传输或传输过程中误码性能指标不好，误码仪显示LOS、AIS告警。
解决办法：首先要排除传输通道的故障：重点检查配线同轴电缆2M头有无虚焊、氧化、脱焊、2M线缆长度是否过长、传输设备光纤的衰耗是否过大，然后再通过传输网管检查传输设备单板有无故障及目测用户业务侧复接终端设备有无告警等。检查所有设备之间的同轴线缆收发接入是否正确。
故障二：使用误码仪进行测试时，检测到出现2M的远端告警。
信号传输是2M接口是主要作用，但是在信号传输的过程中，容易出现2M远端警报的现象，究其原因便是主要有几点因素[2]。首先，便是通信线路出现了问题。在开展实际工作的过程中，往往会因为帧结构故障，而导致此种现象的发生。其次，若检测过程中，超过线路所允许的最低错误码率在10-6时，那么便会生成警告。2M接口在实际开展工作的过程中，警告也是从远端到近端发射的，由于设备很难接收到2M信号，便导致了错误码过大，发生警报现象。所以，想要避免此种现象的发生，就必须要按照一定的方向，改变环回的位置，及时的使用误码仪进行排查测试。主要原因：（1）线路出现断路；（2）帧结构出现问题；（3）线路误码性能指标太差，超过线路所允许的最低误码率比如10-6时，也会造成告警。
故障三：信号传输中出现LOF告警。
LOF即帧失步告警，是对应的2M输入信号失步，在2M接口通信设备运行的过程中，要保证数字信号传输的完整性，必须依赖同步网使网络中的数字设备相互同步。若出现了LOF告警，最为主要的原因便是传输侧的设备以及用户侧设备如PDH光纤收发器（也叫PDH光端机或E1光收发器）时钟设置出现错误或者冲突。出现此种问题时，想要切实的保障铁路数字通信中2M接口顺利运行，就必须及时的检查系统中的时钟设置，通知网管检查新增光板或时钟交叉板有无时钟告警，发现问题并配置时钟解决告警，同时对采用复接设备PDH光纤收发器（也叫PDH光端机或E1光收发器）进行时钟设置（多采用拨码方式）同步于传输侧设备时钟。同时检查传输侧及用户侧设备的输入抖动容限和输出抖动并检查两套设备的接地问题。
5 结语
总而言之，铁路数字通信的质量，关乎着铁路的服务质量与运行质量。希望能够启发铁路工作者通信建设及维护人员在2M线路测试和维护方面的更多创新方法以及误码测试仪更加灵活的使用。
参考文献
[1]牟文波，刘橙，曲志明，等.数字通信中2M接口电路帧结构及常见故障分析[J].科学技术创新，2010（34）：101-101.
[2]卢松，张乃平，于洋.继电保护装置和光传输设备2M光接口的实现技术研究[J].现代传输，2017（5）：53-56.