李新磊

摘 要：敘述了應答器標準中MTIE的定義，應答器測試中MTIE算法在上行鏈路信號特性測試中的計算方法，以及對計算結果的接收準則介紹。

關鍵詞：應答器;上行鏈路特性測試;最大時間間隔誤差

中圖分類號：U284.7 文獻標識碼：A

上行鏈路信號特性測試是SUBSET-085標準（本文后續(xù)所提到的標準，除單獨說明外都是指該標準）中歐標應答器測試的關鍵測試項，該測試項直接反映了被測應答器報文傳輸信號的質量。而本文涉及的最大時間間隔誤差（Maximum Time Interval Error，以下簡稱MTIE）算法，是評估該信號質量的重要評估指標之一。

1 MTIE的相關概念

上行鏈路信號是指應答器上傳的頻率為4.23 MHz的報文信號，該信號通過FSK（移頻鍵控）的調制方式向車載設備發(fā)送報文信息。報文信息為列車提供了必要的地理信息和臨時限速信息等，所以上行鏈路信號的質量將直接影響應答器的現(xiàn)場使用。因此，上行鏈路信號測試是應答器測試中評估應答器性能的重要指標。

FSK信號傳輸報文的一個數(shù)據周期與理論數(shù)據傳輸周期（或所采集數(shù)據的平均傳輸周期）的差定義為信號時間間隔，兩個時間間隔的差值定義為時間間隔誤差，而最大的時間間隔與最小時間間隔的差值就定義為當前窗口內數(shù)據的最大時間間隔誤差。而MTIE就是指在一個固定的測試數(shù)據窗口內的最大時間間隔誤差。

MTIE值的大小表征了上行鏈路信號的傳輸中，實際比特傳輸?shù)闹芷谂c參考周期的符合程度。MTIE值越大說明實際比特傳輸?shù)闹芷谂c參考周期的偏離越大，反之則與參考周期的偏離越小。

2 MTIE的計算

為了保證計算結果的有效性，需要通過滿足標準中描述的方式測得一組上行鏈路信號的原始數(shù)據。該數(shù)據為不小于1 500比特長度的4.23 MHz載頻的幅度數(shù)據和相位數(shù)據。

標準中對測試的環(huán)境溫度、濕度和大氣壓，測試設備的連接、測試硬件的制作和測試前的校準等測試的相關細節(jié)都有明確的規(guī)定。在保證按照標準要求的條件下采集到原始數(shù)據后，就可以開始進行相關的計算工作。

第一步，對原始數(shù)據進行比特切分點，即明確每個比特數(shù)據的時間長度。方法為，對原始數(shù)據中的相位數(shù)據進行線性回歸，連續(xù)“1”“0”或（“0”“1”）的兩個最佳擬合曲線的交接點，定義為比特切分點。如果遇到連續(xù)多個“1”或“0”無法辨別切分點時，把可辨別的兩個比特切分點之間的距離分成適當數(shù)目的等長的單比特，這樣整個時間間隔誤差被分配到各比特中。

這里選取的是相對簡單的確定比特切分點的方法來進行說明，更加優(yōu)化的做法是，首先對線性回歸的質量進行評估，然后根據評估結果可以選擇對線性回歸結果進行誤差補償，從而找到擬合程度更高的線性回歸曲線。

之后對所有采集的數(shù)據采用這個方法，計算出所有的比特切分點。

第二步，對切分之后的原始數(shù)據進行計算，是否是合格的數(shù)據。計算方法為，原始數(shù)據中取任意1 500比特長度的數(shù)據窗，計算平均速率應在564.48×（1±2.5%）kbit/s范圍內。

計算公式為：

其中，MDR是數(shù)據的平均速率，T（bit1500）是傳輸當前窗口第1 500比特數(shù)據的時刻，T（bit0）是傳輸當前第0個比特數(shù)據的時刻，即窗口開始的時刻。

計算結果滿足要求，則進行下一步計算。否則，重新采集不少于1 500比特的數(shù)據，并重新進行上一步工作。

第三步，計算MTIE。對原始數(shù)據中所有的任意1 000比特數(shù)據窗進行如下公式的計算。（這里注意，由于間隔誤差是由兩個間隔計算，所以1 000比特數(shù)據中只有999個間隔誤差。）

其中n是要分析窗的長度（誤差的個數(shù)），取值為1到N-1;K是當前計算窗的起始位置，取值為1到N-n;N是被測的總比特數(shù)，這里取1 000;是第i比特結束處的誤差，是當前比特的周期與所選的參考周期的差。

通過公式可以看出，最后根據n值每次選取的不同會得到不同的MTIE值，即最終的MTIE結果是一個數(shù)組。

由于公式計算量較大，可以采用軟件編程的方法，算法如下：

1）在所采集的不小于1 500比特的數(shù)據中，選取一個1 000比特的數(shù)據窗。

2）計算第i比特的時間間隔di。根據第一步的比特切分得到每個比特的實際傳輸時間，用實際傳輸時間減去參考周期的時間就是第i比特結束處的時間間隔。i的取值范圍從1到1 000。

3）分析窗長度n取1，即誤差的個數(shù)是1，時間間隔的個數(shù)是2。

4）當前計算窗的起始位置K取1，計算分析窗內最大時間間隔與最小時間間隔的差，得到當前分析窗內的時間間隔誤差。

5）K加1，重復第4步，K的取值范圍為1到N-n。所有K值計算完后，得到在1 000比特數(shù)據中所有可選取的分析窗的時間間隔誤差數(shù)組（當前分析窗大小n，共N-n個），其中N為當前數(shù)據窗長度的值1 000。

6）計算第5步得到的數(shù)組中，時間間隔誤差的最大值，記為當前分析窗大小n對應的最大時間間隔誤差。

7）n加1，重復上述第3至第6步工作，得到n從1到N-1的每個取值對應的最大時間間隔誤差數(shù)組。

8）再次在第1步所獲取的不小于1 500比特的數(shù)據中選取一個1 000比特測試窗，重復第1至第7步，直到無法再選取出1 000比特數(shù)據窗。

3 MTIE測試的接收準則

MTIE測試的接收準則有兩個，分別為MTIE1和MTIE2。

區(qū)別為，當計算中的參考周期選取為理論數(shù)據速率564.48 Kbit/s的周期時，采用MTIE1接收準則。當參考周期選取為當前數(shù)據的傳輸平均速率的周期時，采用MTIE2接收準則。

MTIE1的公式描述為：

其中是比特之間的時間間隔。

如下圖所示：

MTIE2的公式描述為：

其中是比特之間的時間間隔。

在標準中規(guī)定，只要滿足兩個接收準則的其中任意一個就認為測試通過。

由于小窗口內可能存在數(shù)據的抖動（jitter），在計算MTIE2時是與數(shù)據本身平均數(shù)據傳輸?shù)闹芷诒容^計算出來的，會在一定程度將jitter平滑。導致同樣數(shù)據在小窗口計算得到的最大時間間隔誤差會比MTIE1計算的較低，所以MTIE2的接收準則在小窗口時對最大時間間隔誤差的要求相對MTIE1更嚴苛，但是大于50bit的窗口對最大時間間隔誤差的要求比MTIE1更寬松。

4 結束語

本文主要介紹了MTIE的概念、計算方法和接收準則。詳細敘述了上行鏈路測試中MTIE測試的重要性，并描述了相關的計算方法以及對計算結果的接收準則。

參考文獻：

[1]SUBSET-085，Test Specification for Eurobalise FFFIS[S].

[2]SUBSET-036，F(xiàn)FFIS for Eurobalise[S].