关于CBTC系统无线通信抗干扰技术的研究
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MODERN URBAN TRANSIT 6/2009现代城市轨道交通
0引言
列车控制系统在地铁信号的发展过程中，经历了从单向轨道电路到双向无线通信的变革。目前广泛应用于地铁列车控制系统的是基于无线通信的列车控制系统（ＣＢＴＣ）（图１）。而无论基于无线局域网还是专用无线网的通信，都存在同频或邻频干扰的问题。为此，如何引入技术手段，提高ＣＢＴＣ系统的抗干扰能力，保证其可靠、稳定运行十分重要。
1无线局域网
１．１结构
无线局域网（ＷＬＡＮ）是计算机
网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能。ＷＬＡＮ的核心结构如图２所示。
从图２可以看到，ＷＬＡＮ的工作层有介质访问控制层（ＭＡＣ）和物
理层（ＰＨＹ），其中物理层分为ＰＬＣＰ（物理层收敛过程）子层和ＰＭＤ（物理机制相关）子层。ＰＬＣＰ子层通过将ＭＡＣ层信息映射到ＰＭＤ子层，使ＭＡＣ层对物理层的依赖减到最低，而ＰＭＤ子
层则提供了控制无线介质
的方法和手段。ＷＬＡＮ的物理层采用扩频工作方式，包括ＦＨＳＳ（跳频扩频）、ＤＳＳＳ（直接序列扩频）、ＨＲ／ＤＳＳＳ（高速直接序列扩频）和ＯＦＤＭ（正交分复用），无线工作频段为ＩＳＭ：２．４～２．４８７５ＧＨｚ以及Ｕ－ＮＩＩ：５．７２５～５．８５０
ＧＨｚ（取决于采用的标准）。在ＩＥＥＥ８０２．１１结构内还包含两个管理实体（ＭＡＣ层管理实体ＭＬＭＥ和ＰＨＹ
物理层管理实体ＰＬＭＥ）和管理信息库（ＭＩＢ），从而控制ＭＡＣ层和ＰＨＹ层的工作状态。
１．２ＭＡＣ层干扰问题
无线局域网的ＭＡＣ层的载波监听多路访问／冲突检测方法（ＣＳＭＡ／ＣＤ）协议问题，从理论上讲，ＭＡＣ层的ＣＳＭＡ／ＣＤ协议完全能够满足局域网级的多用户信道竞争问题，但是，对应无线环境而
邱鹏：南京恩瑞特实业有限公司轨道交通事业部，助理工程师，南京 ２１１１０６
关于ＣＢＴＣ系统无线通信
抗干扰技术的研究
邱鹏
李亮
摘
要：研究基于无线传输的ＣＢＴＣ系统车－地通信抗干扰技术，通过
分析无线局域网中的同频干扰，结合重复累积码、感知无线电、一致性测试３项技术，提出１套在ＣＢＴＣ系统设计和系统运营两个阶段抑制同频干扰的完整解决方案。
关键词：车地通信；同频干扰；重复累积码；感知无线电；一致性测试
注：ＬＬＣ即逻辑链路控制；ＷＥＰ即有线等效保密
图2WLAN 的核心结构
图1CBTC 系统框图
车载部分
车载ＡＴＣ定位
数据通信部分
无线传输系统
轨旁网络装置
ＡＴＳ
轨旁ＡＴＣ系统
ＬＬＣ
ＷＥＰＭＡＣ
ＰＨＹ
ＤＳＳＳ
ＦＨ
ＩＲ
ＯＦＤＭＭＡＣＭｇｍｔ
ＭＩＢ
ＬＬＣ
ＭＡＣ
业务接口
ＭＡＣ管理业务接口ＭＡＣ子层
ＭＡＣ管理层 ＰＨＹ业务接口
ＰＨＹ管理业务接口ＰＨＹ管理层
ＰＬＣＰ子层ＰＭＤ
子层
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译码算法。由
Ｔａｎｎｅｒ
图表示的规则ＲＡ码，可由信息传递（ｍｅｓｓａｇｅｐａｓｓｉｎｇ）算法实现译码，也可采用类似串行Ｔｕｒｂｏ码译码器算法来实现，即分别对累加器和重复码译码，然后利用外信息迭代译码的方法。
（３）ＲＡ码的系统设计与性能分析。在理想交织器的条件下，ＲＡ码
在通信信道下的性能主要取决于信息节点参数与校验节点参数。ＲＡ码的设计方法主要有密度进化（ＤＥ），高斯估计（ＧＡ）。
２．１．２感知无线电
感知无线电（ＣＲ）的概念起源于１９９９年Ｊｏｓｅｐｈ Ｍｉｔｏｌｏ博士的奠基性工作，其核心思想是ＣＲ具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，限制和降低冲突的发生。ＣＲ的学习能力是使它从概念走向实际应用的真正原因。有了足够的人工智能，它就可能通过吸取过去的经验来对实际的情况进行实时响应，过去的经验
言，来自其他ＬＡＮ中的用户传输会干扰ＣＳＭＡ／ＣＤ的操作，而且，在无线环境中，检测冲突是困难的，也不能中止互相冲突的传输。
同频干扰是指无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰。邻频干扰是指干扰台邻频道功率落入接收邻频道接收机通带内造成的干扰。同频干扰示意如图３所示。
2解决方案的抗干扰技术
要提高ＣＢＴＣ系统的抗干扰能力，必须在ＣＢＴＣ系统设计阶段和系统运营阶段引入相关新技术。
２．１ＣＢＴＣ系统设计阶段引入重复累积码和感知无线电
在ＣＢＴＣ系统设计阶段，ＷＬＡＮ通信协议算法中引入重复累积码和感知无线电。２．１．１重复累积码
由Ｄｉｖｓａｌａｒ，Ｊｉｎ和ＭｃＥｌｉｅｃｅ提出了结构简单的规则ＲＡ（ｒｅｐｅａｔａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）码的概念，即重复累积码。ＲＡ码可以看成是特殊的串行Ｔｕｒｂｏ码，其主要优点是可以实现线性时间编码和线性时间译码，而且具有低复杂度的迭代译码算法，具有与Ｔｕｒｂｏ码和ＬＤＰＣ码同样的
优越性能，可以显著提高ＷＬＡＮ的抗干扰能力。
（１）规则ＲＡ
码编码器。 规则ＲＡ码的编码器结构由重复码、交织器和累加器串行级联而成（图４）
，图４中，Ｎ位输入数据重复ｑ次，得到ｑＮ（信息），再经过随机交织，到累加器进行累加，得到ｑＮ位输出，累加器可以看成是传递函数为１／（１＋Ｄ）的递归卷积编码器。若累加器输入为ｘ＝［ｘ１，ｘ２，．．．，ｘｎ］，输出为ｙ＝［ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ］（其中ｎ＝ｑＮ），则两者之间关系为：y １＝x １；y ２＝x １＋x ２；y ３＝x １＋x ２＋x ３；…
y ｎ＝x １＋x ２＋...x ｎ
（１）用Ｔａｎｎｅｒ图表示的规则ＲＡ码的结构（图５），对于信息长度为Ｎ，重复数为ｑ的规则ＲＡ码，Ｎ个信息位用u i （i ∈［Ｎ］）表示，ｑＮ个码位用y i （i ∈［ｑＮ］）表示，中间位（它们是重复码（外码）的输出和累加器（内码）的输入）用x i （i ∈［ｑＮ］）表示，x i 与y i 的关系由
式２确定：
x i
i ＝１
y i ＝
x i
＋y
i -1
其他
图５为输入长度为２、重复次数为３的规则ＲＡ码Ｔａｎｎｅｒ图，交织顺
序为π＝｛１，２，３，４，５，６｝，每个信息节点
与３个校验节点相连，每个校验节点对两个奇偶节点和１个信息
节点进行校验（第１个校验节点除外），每个奇偶节点与２个校验节点相连（最后１个奇偶节点除外）。
（２）规则ＲＡ码的
图3同频干扰示意图
图4规则RA 码编码器结构
Ｎ位输入信息
ｑＮ位输出重复ｑ次
交织器
累加器
ｑＮ
ｑＮu
x
y
图5
规则RA 码编码器Tanner 图表示
信息结点校验结点积偶结点
关于ＣＢＴＣ系统无线通信抗干扰技术的研究邱鹏等
Ｃｅｌｌ Ａ
Ｃｅｌｌ Ｂ
Ｃｅｌｌ Ｃ
同频干扰带同频干扰带
同频干扰带｛（２）
基于标签机制的动态频谱分配算法类似图染色算法。然而它们之间的区别在于，图染色算法着重找出给图上色的最小颜色数，而频谱分配算法的目标是最优化整个网络
的频谱利用率。
假设Ｎ（０，１，２，…，Ｍ－１）个节点争用Ｍ（０，１，２，…，Ｍ－１）个频谱区间（信道）
矩阵Ｌ＝｛l n,m |l n,m ∈｛０，１｝｝Ｎ×Ｍ表示了每个节点可以使用的信道情况。
矩阵Ｂ＝｛b n,m ｝Ｎ×Ｍ表示当节点ｎ使用信道ｍ时所能获得的最大吞吐量，ＬＢ＝｛l n,m |b n,m ｝Ｎ×Ｍ表示每个节点可以使用的每个信道的吞吐量。
矩阵Ｃ＝｛c n,k,m |c n,k,m ∈｛０，１｝｝Ｎ×Ｎ×Ｍ
是冲突矩阵，若c n,k,m ＝１，则代表了节点ｎ和节点ｋ不能同时使用信道ｍ，否则将会互相干扰导致数据无法传输。显然，若在矩阵Ｌ中，节点ｎ若根本无法使用信道ｍ，那么c n,k,m 也应该为１。
矩阵Ａ＝｛a n,m |a n,m ∈｛０，１｝｝Ｎ×Ｍ频谱分配矩阵，１个Ａ的实例代表了对频谱的１次分配。而且规定分配必须满足没有矩阵Ｃ中所定义的冲突。A N,M 是所有的可能分配的集合。
通过以上定义，可以方便地将希望的分配性能转化为数学表达式：
系统最大带宽：即找到分配矩阵Ａ满足ｍａｘ
ΣΣ
a
n,m
□ b n,m
最大化系统中最小带宽节点：即
找到分配矩阵Ａ满足ｍａｘｍｉｎΣa n,m
□
b n,m
最公平分配：即找到分配矩阵Ａ满足ｍａｘΣｌｏｇ１０（Σa n,m
□ b n,m ），如
果给定每个信道１个颜色，根据上面的定义，就可以把频谱分配问题转化为１个图染色问题。定义１个无向图Ｇ＝（Ｕ，Ｅｃ，ＬＢ）。其中，Ｕ是一
Ｎ－１n ＝０A ∈∧Ｎ，ＭＭ－１
m ＝０A ∈∧Ｎ，ＭＭ－１
n Ｎ －１ A ∈∧ Ｎ，Ｍn ＝０ Ｍ－１ m ＝０包括对死区、干扰和使用模式等的了解。感知无线电的核心就是通过频谱感知和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配（ＤＳＡ）和频谱共享。而感知无线电技术中的频谱管理和频谱共享，对频谱的冲突进行了有效地避免，提高了ＷＬＡＮ的抗干扰能力。图６为基本感知周期示意图。 （１）信道状态估计。半盲训练是很好的信道状态估计方法。半盲训练不同于传统的差分检测和导频传输的地方主要在于接收端的２种操作模式。其一，监视训练模式。在这种模式下，在１个接收机知道的短训练序列（由２～４个字符组成）的监视下，接收机获取信道状态估计信息。短训练序列由发射机在发送数据之前在有限的时间内发送出去。其二，跟踪模式。一旦接收机获得了可信赖的ＣＳＩ后，信道中传输训练序列就被换成实际数据了，这时接收机切换成跟踪模式。跟踪模式是在数据传输过程中连续地在非监视状态下执行的。 （２）预测模型。无线链路的状态定义为：预测链路未来行为必需的链路过去行为中最少的数据组。这里考虑的是具有普遍性的窄带通信范畴 内的多输入／输出ＭＩＭＯ无线链路，设定，表示从第ｋ个发射天线至第ｊ个接收天线之间在时刻ｔ的信道系数，k ＝１，２，．．．，ＮＴ，ｊ＝１，２，．．．，Ｎｒ描述状态方程： x jk ，t ＋１＝Σβl ，t x jk ，t －１ ＋d jk ，t （３）式３中，βl ，t 是时刻ｔ的时变自回归（ＡＲ）系数；d jk ，t 是相应的动态噪声。自回归系数对应于信道由于多径现象而产生的记忆（式３中求和的上限是模型阶数）。无线链路的测量方程： y j ，t ＝Σs k ，t x jk ，t ＋v j ，t j ＝１，２，．．．，Ｎｒ（４）式４中，s k ，t 是第ｋ个天线在时刻ｔ发射的经编码后的字符；v j ，t 是在时刻ｔ在第ｊ个接收天线输入处的测量噪声：在时刻ｔ在第ｊ个接收天线输出处观测到的信号。由式３和式４组成的状态—空间模型是线 性的。 （３）频谱共享。在感知无线网络中，对于空闲频谱利用的一个关键功能就是频谱共享。频谱共享技术是感知无线电中非常重要并且非常具有实用性的功能，其重点是动态频谱分配（ＤＳＡ），这一功能包括感知用户之间的频谱共享，感知用户与授权用户之间的频谱共享，以及不同网络之间的频谱共享。频谱 共享的目的是对频谱的无冲突使用。 频谱共享的算法核心是给出１个高效的公平分配算法。根据上面对频谱感知无线电的介绍，频谱分配算法实质上可以概括为１个受限信道的分配问题。现使用１种基于标签机制的动态频谱分配算法。 无线电环境 输入信息 信号传输 频谱感知 输入信息 信道容量 图6基本感知周期 频谱决定 频谱空洞信息 频谱空 洞信息 频谱分析 关于ＣＢＴＣ系统无线通信抗干扰技术的研究邱鹏等 Ｎ １ l ＝１Ｎ １ i ＝ ０ 系列等待分配信道的节点。ＬＢ是上面定义的可用带权信道矩阵。Ｅｃ是一系列无向边，在图中，若节点Ｕ和Ｖ中１条ｍ色的边相连，当且仅当C u,v,m ＝１。显然任意２个不同节点之间可能有多条边相连接。定义D n,m 代 表了连接节点ｎ的ｍ颜色边的个数。图７是冲突图的１个例子。 ２．２．２ＣＢＴＣ车－地通信系统的一致性测试重点 （１）测试方法的选择。一致性测试通过测试观察点（ＰＣＯ）对ＩＵＴ的层间服务进行控制和观察。对于端系统，根据ＰＣＯ设置点的不同，一致性测试方法分为本地测试法、分布式测试法、协调测试法和远程测试法。测试功能部件包含上测试器（ＵＴ）和下测试器（ＬＴ）。ＵＴ主要负责直接控制和观察ＩＵＴ的上层服务，而ＬＴ相对比较复杂，主要负责 间接控制和观察ＩＵＴ的下层服务，ＬＴ和ＩＵＴ是通过下层服务通信的。 轨旁ＡＰ设备属于端系统，该类型设备一般是１个不可分的独立设备，在测试时无法在该类型设备中设置ＵＴ，因此，分布式测试法不适用于ＣＢＴＣ一致性测试。远程测试法可以解决这个难题，这种方法不需要ＵＴ的存在，但可以通过ＬＴ在底层协议上设置ＰＣＯ观察和控制ＩＵＴ。 （２）抽象测试集的设计。抽象测试集结构自上而下分别是：测试组（ｔｅｓｔ ｇｒｏｕｐ），测试案例（ｔｅｓｔｃａｓｅ），测试步骤（ｔｅｓｔ ｓｔｅｐ）和测试事件（ｔｅｓｔ ｅｖｅｎｔ）。抽象测试集的设计参照ＩＳＯ／ＩＥＣ ９６４６－２标准，测试组和测试案例的设计主要依据协议标准中规定的行为或过程。 每个测试组包含１个或多个测试案例。如ＬＬＣ层抽象测试集的正确行为组中包含测试案例：①确认 列车与轨旁设备可以交换用户接口（ＵＩ）命令；②确认列车与轨旁设备可以处理无连接信息（Ａｃｎ）数据传输；③确认列车与轨旁设备可以处理无连接信息（Ａｃｎ）数据交换；④确认列车与轨旁设备可以处理重复无连接信息（Ａｃｎ）命令。 （３）测试平台的架构。测试平台由ＴＴｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件、测试轨旁单元和被测车载单元设备３个部分组成。ＴＴｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件具有基于ＴＴＣＮ－３语言的测试例的编写、编译、执行、管理和分析功能。ＴＴｗｏｒｋ－ｂｅｎｃｈ软件中内置ＵＤＰ插件，可以使用ＵＤＰ协议实现与ＳＵＴ的通信。测试轨旁单元由轨旁设备端ＤＳＲＣ协议栈、协议层管理和ＵＤＰ协议３个部分构成。其中，协议层管理模块的功能是ＵＤＰ报文的处理和ＤＳＲＣ协议栈接口的管理，以及两者之间的关联。ＴＴｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件和测试轨旁单元通过以太网连接，测试轨旁单元和被测车载单元通过天线进行数据交互。系统架构如图８所示。 3结束语 抗干扰技术可提升ＣＢＴＣ系统的抗干扰能力，但频率干扰问题是无法彻底根除的，只有严谨地划分频率，并不断引入最新或更合适的抗干扰技术，才能将干扰问题缩小到最小。 收稿日期２００９－０７－１３ 关于ＣＢＴＣ系统无线通信抗干扰技术的研究邱鹏等 ２．２ＣＢＴＣ系统运营阶段引入 ＣＢＴＣ巡检机制 ２．２．１一致性测试概念 一致性测试是指确定被测实现（ＩＵＴ）是否与标准规定相一致。一致性测试的实质是在一定的网络条件下，通过１组测试序列比较ＩＵＴ的实际输出与预期输出，从而判定ＩＵＴ与协议规定的一致程度。ＩＵＴ所在的系统被称为被测系统（ＳｙｓｔｅｍＵｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ，ＳＵＴ）。按照ＩＳＯ９６４６标准，一致性测试包含３个步骤：测试准备，测试执行和测试报告生成。测试准备工作包括：协议实现一致性说明（ＰＩＣＳ）和协议实施附加信息（ＰＩＸＩＴ）的制定，测试方法的选择和抽象测试集的设计测试平台的架构等；测试执行是指根据ＰＩＣＳ和ＰＩＸＩＴ，把抽象测试集转化成执行测试集去执行。ＰＩＣＳ和ＰＩＸＩＴ中主要有协议测试中的一些 选项和参数。 ABSTRACTS Transformation and Management Innovation of Network Operation in Shanghai Metro Ying Minghong, Qian Yaozhong7 Today, Shanghai Metro is confronting with a new round of plan-ning and construction as well as network operation management. The main challenge faced by the metro entering the network age is how operation management system can catch up with. Therefore, some explorations and attempts are made. Innovating Development Modes and Creating High-Performance Rail Transit Corporations Ding Jianlong11 By analyzing and considering the development goal of Guangzhou Metro Corporation, it is recognized that the only way for realizing the sustainable development is to carry on the system reform and mechanism innovation to holistically transform Guangzhou Metro Corporation into company-system enterprise and establish Metro Group Company by stock company listing. Full Promotion for Fast and Well Development of Capital Rail Transit Construction Wu Hongjian14 The situation and tasks faced by Beijing rail transit construction are comprehensively introduced. In the construction practice, Beijing MTR Construction Administration Corp. insists on scientific man-agement and innovative development, consistently follows the guid-ing ideology of construction for operation and operation for passenger, fully realizes the ideas of humanity, science and green, and imple-ments the construction standards unifying safety, quality, function, construction period and cost. The experiences and understanding for constantly improving construction level are concluded. Upgrade and Integration - Innovative Thinking of Industry De-velopment of Urban Public Traffic Wu Yong19 From the aspects of urban development, industry development, as well as win-win for government, citizens and enterprises, the neces-sity for upgrade and integration of urban public traffic industry is discussed. Design and Realization of ISCS Based on Automatic Operation Fang Yijun26 The design of Integrated Supervision and Control System (ISCS) based on automatic and unmanned operation in Shanghai Metro Line 10 is briefly discussed. The objects and contents integrated and inter-connected by this system, as well as the integration structure and main system functions are described. The difficulties for system re-alization and project implementation are analyzed. Popularization of Market Operation Mechanism in Maintenance Work for AFC Zhang Jianping, Shao Xingjie44 In the maintenance work of AFC equipment, by innovating and reforming the equipment maintenance system as well as introducing market mechanism, Nanjing Metro rationally allocates the resource, lowers the maintenance cost of equipment and constantly improves the service quality of station, thus realizing the maximization among operation benefit, efficiency and effect. Study on Localization, Self-determination and Industrialization of AFC Equipment Du Qian47 The practice and achievement of independent development in CS&S (China National Software & Service Co., Ltd.) are introduced by analyzing the main problems restricting current localization development. Study on Anti-interference Technology for Wireless Communi-cation of CBTC System Qiu Peng, Li Liang52 Combined with the technology of repeat-accumulate codes, cog-nitive radio and conformance testing, the whole solution for restrain-ing co-channel interference in the two stages of CBTC system de-sign and system operation is presented by analyzing the same fre-quency interference problem of WLAN. Application of SNMP in ISCS of Rail Transit Shen Guangze, Xu Manjiang70 The network management model of ISCS , network structure and Simple Network Management Protocol (SNMP) is introduced. Com-bined with the working principle of SNMP, the basic structure of network management agent operating in ISCS agent and workstation is designed. The key processes adopting Agent++ class library pro-gramming is presented. The practice shows that this method can ful-fill the network management requirement of ISCS. Analysis of Vibration Source Intensity of Viaduct Rail Transit Hao Fengyan88 Combined with the characteristics of environmental impact of via-duct rail transit vibration in Shanghai, the determination method and velocity correction for vibration source intensity of viaduct rail tran-sit as well as the attenuation law of ground propagation are discussed using the methods of analogy and regression analysis. Optimization of Washing Track Arrangement of Throat Area in Metro Depot Zhang Qiang, Zhang Maofan91 The vehicle washing mode is studied, then the advantages and dis-advantages of current arrangement forms of washing track in China are analyzed. On the basis of analysis of technological process, op-eration efficiency and restrictive factors of vehicle washing, a new-type washing track form with high-efficiency for the frequently-used “八”shaped washing track of throat area is generated by optimized arrangement. Analysis of Smoking Emergency in Tunnel of Beijing Metro on 19th in May Du Bo95 Starting with the investigation and analysis of a smoking accident in tunnel of Beijing Metro, the formation principle of stray current is explained via the determination process for the smoking accident of lubricator oil pipeline induced by stray current. The further preven-tive measures are presented to eliminating fire risk. Application of Water Mist Fire Extinguishing System in Metro Equipment House Dou Yuchun, Gong Hongsuo97 The water mist fire extinguishing system is compared with the septenary-fluorine propane gas fire extinguishing system in the as-pects of extinguishing mechanism, environmental impact, project cost and latter maintenance. The application of water mist fire extinguish-ing system in metro station project not only achieves the desired ex-tinguishing effect, but also obtains considerable economic, environ-mental and social benefits. 地铁CBTC信号系统 北京地铁通号公司赵炜 概述： 移动闭塞是基于通信技术的列车控制（简称CBTC）ATC系统是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。 地铁CBTC信号系统技术交流 北京地铁通号公司 总工 赵炜 2010年5月 地铁CBTC信号系统 地铁信号系统是地铁运输系统中，保证行车安全、提高区间和车站通过能力的手动控制、自动控制及远程控制技术的总称，是地铁行车调度依据行车计划或运力需求组织行车，并按一定的闭塞方式指挥列车安全、正点运行的重要设备系统，具有下达行车指令、办理列车进路、开放信号并指挥行车的基本功能。北京地铁信号系统随着核心技术的不断进步，其设备构成、主要功能均不断得到了完善和提高，尤其是列车运行控制方式和信号系统闭塞方式发生了根本性的变革。 ? 简介CBTC信号系统构成及原理 ? 目前面临的问题及对策 ? CBTC信号系统的优点 北京地铁2009年运营线路图 地铁CBTC信号系统列车自动控制系统 城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统： —列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS） —列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，简称ATP） —列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO） 三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统 1.列车自动监控系统ATS 2.列车自动防护子系统ATP 3.列车自动运行系统ATO 列车自动控制系统构成图 B2.1系统概述 乘客信息系统PIS是以计算机及多媒体应用为平台，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息的系统。乘客信息系统在正常情况下，提供乘车须知、服务时间、列车到发时间、列车时刻表、管理者公告、政府公告、出行参考、股票信息、媒体新闻、赛事直播、广告等实时动态的多媒体信息；在火灾、阻塞及暴恐等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。车载设备通过无线传输实时或预录接收信息，经处理后在列车客室LCD显示屏上进行音视频播放。 车地无线系统作为地铁PIS的重要组成部分，是中央控制中心、车站分中心与移动中的列车保持实时信息交互的重要通道，可以让处于隧道、停车场、车辆段中的列车实时与上级中心进行信息交互，使地铁车站和运营中心值班人员可以实时观察运行中列车乘客车厢、司机室内情况，司机能实时观察本列车乘客车厢内情况；运营中心向运行中列车发布及时信息，实时转播数字电视节目；运行中列车的紧急状态，如火灾报警、紧急开关车门，实时上传到运营中心和车辆段车场调度中心，便于进行地铁运营管理和为乘客信息化服务。 车地无线网络主要用来实现车－地之间的实时信息交换功能。为实现列车上信息与车站局域网内信息的双向传输，保证对运行过程中的列车车厢内情况进行实时监控，同时为车厢内的乘客提供电视直播信息等服务，需要在地铁系统内建设一套高带宽、无缝漫游的车地无线网络系统。 本工程乘客信息系统（PIS）是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，通过设置在站厅、站台、列车客室的显示终端，让乘客实时准确地了解列车运营信息和公共媒体信息的多媒体综合信息系统。在正常情况下，运营信息、公共媒体信息共同协调使用；在紧急情况下运营信息优先使用。 深圳地铁11号线一期工程包含18座车站（其中高架站4座）、1座控制中心、1座车辆段、1座停车场，同时初期配备33列列车（未来近期50列，远期59列）。乘客信息系统在各车站、控制中心、车辆段、停车场和区间隧道设置PIS设备，为乘客提供信息服务。 北京城市学院信息学部 2015-2016-1学期LCF—300型CBTC信号系统介绍 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 2015年 12月 1 绪论................................................................................................................................. 1.1论文的研究背景和意义........................................................................................ 1.2论文主要研究内容................................................................................................ 2 城市轨道交通信号系统简介......................................................................................... 2.1城市轨道交通ATC系统...................................................................................... 2.2ATC系统分类........................................................................................................ 2.3我国常见的信号系统供应商................................................................................ 3 北京地铁亦庄线......................................................................................................... 3.1北京地铁亦庄线简介....................................................................................... 4 LCF—300型CBTC信号系统....................................................................................... 4.1北京地铁亦庄线LCF—300型信号系统简介 .................................................... 4.2北京地铁亦庄线LCF—300型信号系统的结构及组成 .................................... 4.3LCF—300型的VOBC子系统 ............................................................................. 4.4LCF—300型CBTC系统设备详解...................................................................... 参考文献............................................................................................................................. 5.8G频段的CBTC车地无线通信子系统 解决方案 一、项目的开发背景 众所周知，在2012年11月份深圳地铁信号多次受到便携式Wi-Fi的干扰造成地铁列车停止运行。便携式Wi-Fi一般使用2.4Ghz这个频率，这个属于非注册频率，不需要申请，谁都可以用，可以说是最方便但是最不安全的。而且，许多家用电子设备都使用2.4Ghz进行通讯，例如无线路由器、iPad、无线鼠标、无绳电话、蓝牙设备等，甚至微波炉也是使用这一频率。基于无线通信的列车自动控制系统，即CBTC(Communication based Train Control)，也称移动闭塞信号系统。该系统借助无线网络进行数据传输，也使用公用频段2.4Ghz。这势必会造成信号系统频率的干扰，随着现在移动通信系统上网速度越来越快，采用便携式WIFI的设备也会越来越多，也势必造成更大的信号冲突。因此，基于无线通信的列车自动控制系统采用新的频段也迫在眉睫、刻不容缓！ 二、地铁2.4G与5.8G通信系统的比较分析 目前，在新建地铁信号系统的方案选择上，采用CBTC无线AP（无线接入点）接入方式的线路已越来越多。采用AP接入，具有成本较低、通讯带宽高、可部分使用商用设备、安装调试方案灵活、施工时间短等优点。 现在我国在建或改造的的地铁线路中采用无线AP点接入就有北京地铁4号线，10号线，深圳地铁2号线等。这些方案在无线频率的选择上又分为2.4G ISM频段和5.8G ISM频段。我国开放这两个频段为ISM频段 的时间还比较短，应用在大型工程上的案例还不多，尤其是5.8G 频段更是较少。 1、地铁列车的拓扑模型 地铁也是铁路运输的一种模式，它的运营组织和线路结构和大铁路相比虽然简单，但基本要素相同。采用AP 无线覆盖时的结构如图1。 图 1 为提高可靠性采用的对向双信道覆盖 地铁列车运行时不断从一个小区（AP 的覆盖范围）进入到下一个小区。这时，影响车地通信的可靠性的的因素，应从二个方面考虑： i. 小区内：因高速移动产生的多普勒频移；隧道壁反射无线电波引起的多径反射；地铁列车对信号的阻隔影响等。 ii. 穿越小区时：高速移动产生的多普勒频偏使AP 切换时检测不到临区；频繁的AP 位置登记和认证造成通信的暂时中断等。 从图1可以看出，同大铁路的GSM-R 相似，地铁AP 覆盖的拓扑模型是典型的一维链状小区，而不是商用无线系统常用的蜂窝状结构。其模型如图2。 图2 通信系统的一维链状小区模型 这样，在移动电台在穿越通信小区时的信道切换关系大为简化。由于以地铁机车作为载体，电台的功率和尺寸比手持电台的限制小的多。同时，地铁 城市轨道交通车地无线通信组网及应用探讨 李颀 北京地铁运营四分公司北京 摘要：随着城市轨道交通的快速发展，车地无线通信技术作为城市轨道交通的关键性技术也越来越受到各方面的重视。轨道交通车地无线通信一般包含列车信号系统（CBTC）和乘客信息系统（PIS）两个部分。而在国内目前在建轨道交通项目中，PIS系统和CBTC系统的无线网络均采用WLAN技术，因此就需要避免其在各种隧道环境中产生相互干扰以及其他系统对它们的影响。本文从组网、占用带宽、应用特点等方面对比了PIS系统和CBTC系统的车地无线通信部分，并提出了建设和运营中应注意的一些问题以及车地无线通信技术的发展趋势。 Abstract:With the development of urban rail transit, train-ground wireless communication technology as a key technique for urban rail transit is becoming more and more attention of the various aspects. Rail transport in wireless communication generally contain signal system (CBTC) and passenger information system (PIS) two parts. In domestic rail transportation project under construction currently, PIS system and wireless network of CBTC system adopt WLAN technology, so they need to avoid the interference in the tunnel environment and other systems for their impact. In this paper, from the aspects of network, bandwidth, application characteristics compared the PIS system and train-ground wireless communication part of CBTC system, and puts forward some problems that should be paid attention to in the construction and operation as well as the trend of the development of the train-ground wireless communication technology. 关键词：轨道交通车地无线通信乘客信息系统基于通信的列车自动控制系统WLAN Key words: urban rail transit, train-ground wireless communication, PIS ,CBTC, WLAN 1 城市轨道交通车地无线通信系统概述 当前，随着我国城市化的不断发展，越来越多的城市已经开始建设或规划建设城市轨道交通线路。城市轨道交通已凭借其安全、快速、环保等特点，进入到空前繁荣的发展时期。由于轨道交通一般建设在人口密集和流动性大的大中型城市，因此，公共安全和乘客体验是考量其运营情况的重要指标，而车地无线通信正是影响这一指标的关键因素之一。 按照应用的方向，轨道交通车地无线通信一般包含列车信号系统（CBTC）和乘客信息系统（Passenger Information System，以下简称PIS）两个部分。其中列车信号系统是列车运行的核心系统。其功能相对单一，主要提供高可靠、高精度列车自身定位，以及连续、高容量的车地双向数据通信。列车信号系统（CBTC）是车地通信系统中对于安全性能要求最高的部分。 PIS系统的基本概念是指地铁运营商采用成熟可靠的网络技术和多媒体传输、显示技术，在指定的时间，将指定的信息显示给指定的人群。是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统，使乘客通过正确的服务信息引导，安全、便捷地乘坐轨道交通。PIS在正常情况下，提供乘车须知、列车到发时间、列车时刻表、管理者公告、政府公告、出行参考等实时动态的多媒体信息；在火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。 在列车运行中车载设备要实时接收来自地面运营中心的节目，在列车车厢显示屏上播出音视频。同时通过车厢内监控摄像头，监控旅客乘车情况，将监控视频信息实时上传至运营中心，作为管理部门安全决策的支持信息。 随着科技的不断发展，乘客服务及资讯信息不仅要实现运营中心与车站、车站与车站间的通信，还要完成列车与地面间的实时通信，例如：运营中心向列车实时转播数字视频等多媒体信息，列车实时上传车厢内的监控信息等。 由于列车是在高速运行环境下进行信息的实时传输，而且为了给乘客提供高质量的信息服务，PIS要求列车在高速运行情况下，保证图像质量，不会出现马赛克、中断等现象，这就要求车地系统要有足够的带宽并且保证车地间信息的可靠传输。 地铁CBTC信号系统原理及分类 移动闭塞是基于通信技术的列车控制（简称CBTC—Communication Based Train Control）ATC系统，该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息，而是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。 移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现。列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。 1.基于基于交叉感应环线技术 2.基于无线电台通信技术 3.基于漏泄电缆无线传输技术 4.基于裂缝波导管无线传输技术 1.基于基于交叉感应环线技术 以敷设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介的CBTC系统，在城市轨道交通中已经应用了较长时间。交叉感应环线的缺点在于，安装在钢轨中间，安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修，车－地通信的速率低。但由于环线具有成熟的使用经验，使用寿命长以及投资少等优点，目前仍继续得到应用。 2.基于无线电台通信技术 随着无线通信技术的发展，基于自由空间传输的无线传输技术的在CBTC 系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的2.4GHz或5.8GHz频段，采用接入点（AP）天线作为和列车进行通信的手段。AP的设置保证区间的无线重叠覆盖。自由空间传输的无线具有自由空间转播，对于车载通信设备的安装位置限制少；传输速率高；实现空间的重叠覆盖，单个接入设备故障不影响系统的正常工作；轨旁设备少，安装与钢轨无关，方便安装及维护的特点。 基于无线电台通信传输方式CBTC系统，已经在北京地铁10号线成功应用。 3.基于漏泄电缆无线传输技术 Alstom的CBTC系统在需要的时候也可采用漏泄电缆传输方式，而新研发的系统采用的不多。漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。 技术与市场技术应用２０１９年第２６卷第６期 浅析车地无线通信传输系统构成及原理 万 建 （深圳地铁运营集团有限公司，广东深圳５１８０００） 摘 要：重点对深圳地铁１１号线信号系统车地无线通信传输系统构成及原理进行分析，皆在为相关工作提供参考。 关键词：ＣＢＴＣ；ＡＰ；ＤＣＳ；ＴＲＥ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０６．０６６ 引言 随着无线通信技术的发展。基于自由空间传输的无线传输技术在ＣＢＴＣ系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的２．４ＧＨＺ或５．８ＧＨＺ频段，采用接入点（ＡＰ）天线作为和列车进行通信的手段。 车地无线通信传输系统构成及原理 １．１ 无线网络的构成 ＤＣＳ无线网络用于承载车载和轨旁ＣＢＴＣ系统间信号数据流的通信，它由位于轨旁的无线接入点（ＡＰ）、功分器、轨旁定向天线，及车载无线天线、车载无线调制解调器组成。１．２ 无线网络系统原理 １）车地双向通信网络。每个ＴＲＥ（轨旁无线设备）由红网、蓝网接入点组成，此红、蓝接入点与其各自的无线网络相连接。无线网采用８０２．１１ｇｑ协议，采用带宽为６ＭＨｚ的窄带技术，红网采用中心频率为２．４７２ＧＨｚ，蓝网采用频点２ ４１７ＧＨｚ。 ２）轨旁无线网络。ＴＲＥ是配置于轨旁的无线传输设备，用于与车载无线设备之间进行无线通信。ＴＲＥ箱内主要有２个无线调制解调器、２个电源转换器、２个光电转换器。红色、蓝色无线调制解调器分别连接到各自的功分器上，功分器连接到定向天线上用于传输射频（ＲＦ）信号。 ３）车载无线网络。每辆列车安装２个无线调制解调器，用于ＣＢＴＣ业务传输，每个无线调制解调器连接２个位于车体上方的天线，用于与轨旁天线进行无线信息传输。为满足列车双向行驶以及在岔区和车辆段等处保持通信，列车每端必须配置两个车载天线。车载无线调制解调器在无线覆盖区域能与无线网络快速完成握手及授权并接入，保证列车正常投入运营及故障恢复满足系统功能、性能及运营效率要求。 １．３ ＤＣＳ无线系统冗余结构 ＤＣＳ无线网络采用冗余结构，由红网和蓝网组成。无线系统的冗余结构能保证当任一轨旁或车载无线设备故障时包括单个接入点的故障、单个轨旁设备电源的故障、单个光交换设备的故障均不影响系统的正常工作。ＤＣＳ无线系统的典型冗余结构，如图１ 所示。图１ ＤＣＳ无线系统的典型冗余结构图 １）正常情况下的连续通信。列车在隧道内运行，列车进入无线单元（Ｂ）和无线单元（Ｃ）的重叠覆盖区域。在该重叠覆盖区域内，车头红网车载无线调制解调器收到由红网接入点（Ｃ）和红网接入点（Ｂ）循环生成的识别信息。车尾蓝色车载无线调制解调器收到由无线单元（Ａ）蓝网接入点（Ａ）循环生成的识别信息 红网车载无线调制解调器将测量并对比收到的功率，如果从红网接入点（Ｃ）接收的功率高于从红网接入点（Ｂ）接收的功率，调制解调器将执行从红网接入点（Ｂ）到红网接入点（Ｃ）的交接。如图２所示。 ９ ４ １ 地铁车地无线通信实施方案探讨 发表时间：2019-09-11T15:49:08.923Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：董招[导读] 摘要：目前国内轨道交通行业高速发展，地铁车地无线通信一直是地铁通信专业关注的焦点。 中建五局安装工程有限公司湖南省 410000摘要：目前国内轨道交通行业高速发展，地铁车地无线通信一直是地铁通信专业关注的焦点。本文通过分析频段2.4G传输时钟同步车地无线通信方案、频段1.8G近远端机同步车地无线通信方案和频段5.8G-GSU同步车地无线通信方案，提出更适合的频段5.8G分组传输网时钟同步车地无线通信方案，以及未来车地无线通信发展的前景。 关键词：地铁通信；车地无线通信；方案 引言 车地无线通信系统是城市轨道交通的重要基础设施，是地铁安全运营所必须的信息交互系统，系统的通信质量和可靠性直接决定地铁的运营状况，与人们的出行体验息息相关，是城市进行地铁建设时需要重点考虑的问题。近些年，随着车地无线通信技术的发展，形成多种无线通信技术，如何选择合适的车地无线通信技术，满足地铁运营的需要成为设计、施工人员需要重点思考的问题。 1地铁车地无线通信概述 车地无线通信网络是乘客信息系统（简称PIS系统）主干网络的延伸，PIS系统能通过组播方式实现线路播控中心到列车的信息下发，并能实现广播和寻址功能，将特定的信息发送给指定的一列或者几列列车；视频监控系统（简称CCTV系统）也能通过该网络实现将车辆客室监视信息实时上传至中心CCTV服务器，列车驾驶室显示终端能调看对应车站站台屏蔽门侧的监控图像。车地无线网络提供的双向传输有效带宽应能满足列车与中心之间的实时双向数据传输的带宽要求，保证所传图像顺畅清晰，不出现画面中断或者跳播等现象，且系统具有QoS分级控制功能。车地无线网络确保沿轨道线安装的无线接入点和在移动列车上的移动单元之间建立稳定、安全且能避免冲突的连接。在列车高速运行时，不应丢失连接和引起画面质量降低，无线设备应遵循完善的切换机制无缝切换至最合适的接入点。 2地铁车地无线通信整体规划 2.1通信信号各自独立建设LTE单网 通信信号专业各自建设一套LTE硬件传输网络，通信专业单网承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，则由通信专业为信号专业配置冗余无线数据传输通道，以满足信号系统冗余需求。优点：该方案同样整体降低本工程LTE车地无线信息传输网络的造价，实现资源的整合和充分利用，技术上满足信号系统对车地无线数据传输的要求，节约频带资源的使用宽度。缺点：信号系统与通信系统在无线数据传输系统增加了接口，同时信号系统的冗余通道的可靠性和安全性需要由通信系统保障。 2.2通信独立建设单网，信号专业独立建设冗余双网 通信专业独立建设一套LTE硬件传输网络设备，承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，信号专业独立建设一套冗余无线数据传输网络设备。优点：该方案通信信号两个系统在无线信息传输系统上完全独立，工程安装、调试，后期的设备维护都相对独立，降低了专业之间的依赖，管理上更为便利。缺点：增加了工程建设的成本，增加了无线频带资源的使用宽度。 3地铁车地无线通信实施方案解析 3.1频段1.8G近远端机同步车地无线通信方案 该方案车地无线通信采用1.8G频段，通过地面无线发射网关+车站近端机+区间光远端发射机的组合模式，地面有线网络中心交换机通过光缆与各站地面无线网管相连，这样能保证无线发射信号的频率一致，基本不存在延时。为解决列车高速在区间行驶时，列车基站信号接收器频繁切换信号源，出现不断跟信号源通讯握手的死循环模式，导致无法正常进行通信状态。区间基站采用无线接收基站和光远端发射机，在对应列车内配置车载无线接收网关、车载无线发射网关和车载通信控制器。该方案无线接收和发射通道分开，但能很好的解决高速行驶时无线信号越区切换通信故障问题。该方案带宽仍然有限，一般为30M左右，其中控制中心设备可调看单列车6路监控图像（带宽需求在12M左右），而列车播控系统能播放直播信号（带宽需求在6M左右）。但通过地面无线发射网关+车站近端机+区间光远端发射机的模式，控制中心能够实时调看低码流列车监控图像。该方案，区间光远端发射机一般800m左右安装一个，天线覆盖范围较远，但是为保持同步并解决信号越区切换问题，各站无线发射网关需敷设光缆与地面有线网络中心交换机相连，光缆数量非常大，施工成本较高。 3.2频段2.4G传输时钟同步网车地无线通信方案 该方案车地无线通信采用2.4G频段，轨旁基站与车载基站之间无线使用IEEE802.11n用于覆盖列车运行沿线，无线骨干连接带宽可达到15Mbps，而区间基站与车站交换机有线信息传输网之间的连接有效带宽为100Mbps。传输系统采用数字同步多业务传送平台（简称MSTP）和时钟同步网络（简称BITS），即MSTP+BITS同步传输方案。车站车地无线系统通过传输系统分配的1000M光通道传输至控制中心，关键在于该传输系统能提供严格的时钟同步功能，保证区间基站发射信号的同步，以至于列车行驶跨越无线覆盖区间时，基站发射信号保持同步。区间无线基站与无线管理交换机无线控制器模块之间通过有线网络进行互联，采用CAPWAP标准隧道协议，同时，在保证802.11安全的前提下采用集中控制分布式转发。 4城市轨道交通中常见的车地无线通信技术 4.1TRainCom-MT技术 该技术是由德国公司研发的城市轨道交通专用通信系统，能够在高速移动环境下保持良好的通信效率和质量，车地最大通信传输速度可达16Mb/s。但是，该系统受到保密性协议的限制，其系统升级和开发只能依靠德国公司实现，市场维护和选择方面相对教差，在国内中的应用相对较少。 4.2LTE无线传输技术 LTE无线传输技术是当前应用最为广泛的车地无线通信技术，是在3G的基础上发展而来的，通过对空中接入技术的改进和增强，在保有3G原有技术优势的同时，实现无线传输的低延迟、高传输速度、分组传输、向下兼容和光域覆盖。因其技术优势，LTE无线传输技术在郑州、深圳等多个城市轨道交通中有所应用。 浅析车地无线通信传输系统构成及原理 发表时间：2019-09-03T17:03:18.493Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：沈斌 [导读] 接下来本文对地铁的车地无线通信传输系统构成及原理做具体阐述，希望给行业内人士以借鉴和启发。 深圳市傲硕科技有限公司广东深圳 518028 摘要：随着无线通信技术的发展。基于自由空间传输的无线传输技术在CBTC系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的2． 4GHZ或5．8GHZ频段，采用接入点(AP)天线作为和列车进行通信的手段。接下来本文对地铁的车地无线通信传输系统构成及原理做具体阐述，希望给行业内人士以借鉴和启发。 关键词：CBTC;AP;DCS;TＲE 引言 早期的地铁车地无线传输系统存在的最大问题就是抗干扰能力较差，信号传输的质量较弱，在一定程度上会制约地铁运输的安全性。为了提高地铁车地无线传输系统的通信能力，需要加强技术设计。 1车地无线通信传输系统构成及原理 1.1无线网络的构成 DCS无线网络用于承载车载和轨旁CBTC系统间信号数据流的通信，它由位于轨旁的无线接入点(AP)、功分器、轨旁定向天线，及车载无线天线、车载无线调制解调器组成。 1.2无线网络系统原理 1)车地双向通信网络。每个TＲE(轨旁无线设备)由红网、蓝网接入点组成，此红、蓝接入点与其各自的无线网络相连接。无线网采用802．11gq协议，采用带宽为6MHz的窄带技术，红网采用中心频率为2．472GHz，蓝网采用频点2.417GHz。2)轨旁无线网络。TＲE是配置于轨旁的无线传输设备，用于与车载无线设备之间进行无线通信。TＲE箱内主要有2个无线调制解调器、2个电源转换器、2个光电转换器。红色、蓝色无线调制解调器分别连接到各自的功分器上，功分器连接到定向天线上用于传输射频(ＲF)信号。3)车载无线网络。每辆列 车安装2个无线调制解调器，用于CBTC业务传输，每个无线调制解调器连接2个位于车体上方的天线，用于与轨旁天线进行无线信息传输。为满足列车双向行驶以及在岔区和车辆段等处保持通信，列车每端必须配置两个车载天线。车载无线调制解调器在无线覆盖区域能与无线网络快速完成握手及授权并接入，保证列车正常投入运营及故障恢复满足系统功能、性能及运营效率要求。 1.3DCS无线系统冗余结构 DCS无线网络采用冗余结构，由红网和蓝网组成。无线系统的冗余结构能保证当任一轨旁或车载无线设备故障时包括单个接入点的故障、单个轨旁设备电源的故障、单个光交换设备的故障均不影响系统的正常工作。2TD-LTE无线通信传输TD-LTE技术是3GPP标准的4G通信技术，它采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple，正交频分多址）和MIMO（MultipleInputMultipleOutput，多入多出）技术作为其无线网络演进的标准，系统采用全IP网络架构，支持良好的移动性，移动速率达到120km/h～350km/h时移动终端能与网络保持连接，确保其不掉线。TD-LTE宽带集群是在TD-LTE技术上，承载数字集群业务，实现了无线数字集群宽带化，实现了语音、数据、视频功能，不仅使调度通信“听得到”，还实现了调度通信“看得见”，实现了现场图像上传、视频通话、视频回传、视频监控等。系统具有上下行工作带宽可灵活配比，系统支持工作在400MHz、1400MHz、1800MHz等多个频段。TD-LTE宽带无线数字集群主要技术指标如下：呼叫建立时间：小于300ms；话权抢占时间：小于200ms；单基站覆盖半径：市区1-3Km，郊区3-10Km；带宽：支持可变带宽，1.4～20MHz；频谱利用率：上行2.5bps/Hz，下行5bps/Hz；峰值传输速率：在20MHz带宽下，下行峰值传输速率100Mbps，上行峰值传输速率50Mbps。 2视频编码技术 地铁的监控摄像头获取的数据量庞大，给主控制器带来较大的存储压力，如果仅仅依靠主控制器进行视频视距的传输将会造成主控制器的系统瘫痪，因此需要考虑在传输的过程中对视频进行压缩处理，减少视频存储的空间。MPEG-4、H.264两种视频压缩编码在近几年的发展中得到了广泛的使用，但是考虑到地铁无线网络传输的情况，采用H.264视频编码技术较为合适。在同等的传输码率下，H.264比MPEG-4信噪比高，H.264中的分离视频编码层具有良好的兼容性，能够适应不同的网络协议。H.264还可以改善传输的性能，通过高效率的压缩降低能耗，适用于列车无线视频传输系统。 3车-地无线通信系统 车地无线通信技术比选城市轨道交通信号CBTC系统车地通信方式主要采用WLAN技术，其发展较为成熟，应用较为广泛。但LTE技术较新，其在市域快线信号系统车地无线传输领域较WLAN有如下优势：1）可靠性：WLAN使用公共频段，干扰源多，尤其公共干扰源，无法彻底清除；且区间有源设备众多，造成整体可靠性下降。LTE与之相比，使用专有频段，可通过清频去除周边干扰源；可采用漏缆覆盖，覆盖距离广，区间设备少，整体可靠性高。从可靠性看，LTE明显优于WLAN。2）可用性：WLAN采用的IEEE802.11g协议信道利用率低，标称54?Mbit/s实际可用带宽为15～20?Mbit/s左右；LTE在5?M、10?M、20?M的峰值速率分别为：43?Mbit/s、87?Mbit/s、150? Mbit/s。从带宽的可用性考虑，LTE明显优于IEEE802.11g。3）可维护性：LTE覆盖距离远，覆盖在1.2?km左右，维护简单。可以减轻运维人员工作量，减少运维成本，可维护性优于WLAN。4）抗干扰能力：LTE专用频段，避免外部系统干扰；小区间干扰协调（ICIC）、干扰合并（IRC），解决系统内干扰问题。高速移动传输LTE支持超高速移动，如450?km/h，能提供高速的接入服务。WLAN最高支持140?km/h 以下的低速环境，随着速度提高，切换失败率升高。高速下数据传输的有效性和可靠性是衡量通信系统无线链路最为重要的指标之一。有效性的测试指标为吞吐量，系统吞吐量是指单位时间内系统从信源到信宿成功传输的数据量。可靠性的测试指标为误块率，误块率（BLER）是数据传输中数据块经过CRC校验后得到错误的概率，用于反映无线链路控制层对差错重传的要求。5）技术发展趋势和政策支持：作为新一代无线移动通信技术，LTE在厂家技术支持与研发力度上远远大于WLAN，并且国家针对LTE在轨道交通的应用，在产业政策、标准建设、行业建设等方面都给予了明确的技术支持，制定一系列标准和规范，为其应用打下了坚实的基础。 结语 移动闭塞是基于通信技术的列车控制(简称CBTC)ATC系统，利用通信技术实现车地通信并实时地传递列车定位信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令 地铁PIS车地无线技术方案研究 车地无线通信作为乘客信息系统（以下简称PIS）中重要的组成部分，其主要功能就是列车在快速移动过程中，为车- 地以及地- 车之间的各种数据信息、视频信息和控制信息提供传输通道，这也是PIS 相对于其他系统所特有的需求。而PIS 的实施，尤其是车地无线部分往往面临着比其他系统复杂得多的物理环境。另外，随着高清视频的不断发展及地铁运营的需求增加，对车地无线服务的需求量也不断增大。因此，如何选择能够提供稳定的车地无线服务的集成方案是当前亟需解决的重要课题。 标签：PIS；车地无线；数字电视；LTE；WLAN 1 PIS车地无线技术要求 当前地铁PIS 在车地无线通信方面主要关注下面5个问题。 1.1 带宽 网络承载的数据不仅是数据信息，还包括视频和音频信息，因此对通信带宽有着较高的要求，当前地铁运营要求车地无线网络至少提供15 Mbps 以上的带宽。 1.2 漫游 列车在高速移动情况下，车载无线设备需要不断地与轨旁的无线设备进行通信，考虑到PIS 的车地无线主要为视频数据的双向传输，因此即便是短暂的通信中断也会严重影响视频的播放效果，因此要求漫游切换时间非常短。 1.3 丢包率 因为数据的丢包会对视频播放的效果影响严重，所以本系统需要对无线通信的丢包率有严格的控制，一般为小于1%。 1.4 抗干扰 PIS 系统的车地无线网络的运行环境比较复杂，同时会与其他系统（如信号系统的CBTC 系统等）的无线网络有所叠加，因此必须保证PIS 系统的无线信号和专用无线系统场强能够在全线无缝覆盖，同时避免对地铁其它系统产生相互干扰。 1.5 管理维护 因为PIS 是旅客乘坐地铁出行的一个重要窗口，所以对车地无线通信维护 地铁CBTC信号系统的分析及研究 发表时间：2016-03-25T14:32:45.270Z 来源：《基层建设》2015年25期供稿作者：王崇国 [导读] 南京地铁运营有限责任公司在实际运行中，该系统并不通过轨道电路对列车相关设备信息进行传递。 王崇国 南京地铁运营有限责任公司江苏南京 210012 摘要：CBTC，即列车运行控制系统，是现今城市地铁运行的重要系统。在本文中，将就地铁CBTC信号系统进行一定的分析与研究。关键词：地铁；CBTC；信号系统 1 引言 CBTC是现今地铁运行中非常重要的系统类型，在实际运行中，该系统并不通过轨道电路对列车相关设备信息进行传递，而是通过车地通信方式的应用对列车运行中的相关信息进行传递，即通过轨旁设备、车载设备的应用对控制中心同运行列车间对信息进行交换，以此以更为稳定、高效的方式对速度控制功能进行实现。在该系统中，系统在对车地联系进行建立之后，使列车运行中的状态以及命令等能够在地面、列车间实现交换，在对列车相对距离以及准确位置进行确定的同时对列车的安全间隔作出保证。 2 CTBC系统原理 CTBC是一种支持移动闭塞的控制系统。对于该闭塞技术来说，其在实际应用中主要靠轨旁设备同车载设备的不间断通信来实现，即列车在运行的过程中时刻地向地面发送代表位置、方向、标识以及速度等信息，而控制中心在接收到这部分信息之后，则能够在对列车动态位置、目前速度等参数进行一系列计算之后获得其最大制动距离。该制动距离加上列车的长度，再加上列车的防护距离，则共同对其同步移动虚拟分区进行了实现。在对安全距离良好保证的情况下，对于两个距离较近的闭塞分区，在实际运行中则能够以较小的间隔前进，使列车在较小间隔、较高速度的情况下获得运营效率的提升。 3 CTBC系统分类 3.1 交叉感应环线技术 在该技术中，通过敷设在钢轨间的交叉环线作为传输媒介，在现今我国城市轨道建设中得到了较为广泛的应用。而对于该技术来说，也存在着一定的不足，即其安装位置处于钢轨中间，在实际安装时存在着一定的困难，且在日常钢轨维修工作中也具有一定的难度。优点方面，该技术使用的时间较长，经验相对成熟，且具有着投资成本少以及应用寿命长等优点。 3.2 无线电台通信技术 随着我国无线技术的发展，无线技术目前也较为广泛的应用到了地铁系统建设中。在频点方面，一般选择为5.8或者2.4GHz，并以接入点同运行列车实现通信。在对接入点进行设置时，需要保证其覆盖的重叠性、密集性。对于该种方式来说，其在对信号进行传播时具有着非常自由的特点，且对于车载设备在安装方案也具有着很小的限制，不仅能够保证对于信息的高速传输、轨旁设备要求数量较小，且在列车实际运行中当单个接入设备出现故障时，也不会对系统正常运行产生影响，在安装以及维护方面也具有十分便利的特征。 3.3 泄露电缆无线传输 对于该种方式来说，其优点是具有着较好的信号覆盖、具有着较强的抗干扰能力。对于单个接入点，其控制距离一般会达到800m，控制距离较为广泛。缺点是该类电缆价格较高，并因此提升了系统建设成本。目前在新研发轨道交通系统中应用的次数较少。 3.4 裂缝波导管无线传输 在该技术中，其以波导系统为车地间信号传输的途径，即通过在列车运行沿线对裂缝波导接入点进行铺设、布置的方式将其对列车同轨旁间信息的传递进行实现。该系统具有着较大的通信容量，且具有着较小的传输衰耗以及干扰，在实际传输中不会因其它列车经过对信号产生传输反射，能够在弯曲通道以及狭小的隧道中传输，也能够在城区内部传输，具有非常好的信号传输稳定性。同时，其所具有的传输效率也非常高，能够较好的对列车运行控制需求进行满足。而在缺点方面，该方式在布线方面较为复杂，对于列车运行的沿线都需要对波导管进行安装，不仅因此使施工过程变得更为复杂，也会使工程整体造价因此升高。 4 CBTC系统运行常见问题与对策 4.1 设备匹配 在CBTC系统建设过程中，往往会对国外设备进行一定的应用，而在具体系统建设时，却经常出现国产设备同国外精密设备不能完全协调运行的情况。以某项目为例，其在系统建设时，出现了室外转辙机同控制板卡运行不协调的问题，在运行过程中，系统经常显示转辙机信息丢失，并因此出现了转辙机动作停止的情况，但经过调查发展，室外设备并没有存在的故障问题。而经过进一步分析研究，发现控制板卡中的软件对于电路信号丢失情况具有着较低的容错率，而研究国产转辙机则表现电路中具有一定的瞬间丢失情况，即两者在软件层面存在着不兼容的问题。对此，就需要联系双方供应商，在对软件及时修改后对问题进行解决。 4.2 室外设备 在系统运行过程中，室外设备是非常容易出现损坏情况的一类设备。以无线网卡为例，如果环境存在干扰，就会对其运行中的信号正常发送产生影响，进而对列车运营产生影响。除此之外，室外波导管也非常容易因环境因素出现问题，如进尘、进水等。为了避免上述情况的出现，就需要工作人员能够在日常工作中定期对波导管以及无线网卡部分进行检查，并根据情况选用更为稳定、性能更为优良的网卡设备。 4.3 外界物体干扰 在系统运行过程中，经常会因为外界因素如施工等对计轴室外设备产生干扰，并因此在占用轨道的同时对正常运营产生影响。对于这 城市轨道交通装备技术规范 CZJS/T 0030—2015 城市轨道交通CBTC信号系统－ ATS子系统规范 Technical specification of communication based train control system for urban rail transit-ATS subsystem specification 2015-06-01发布2015-09-01实施中国城市轨道交通协会技术装备专业委员会发布 CZJS/T 0030—2015 目次 前言............................................................................... III 1 总则 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语、定义及缩略语 (2) 3.1 术语和定义 (2) 3.2 缩略语 (4) 4 一般要求 (4) 4.1 ATS系统硬件 (4) 4.2 网络结构 (4) 4.3 控制中心ATS构成 (4) 4.4 备用控制中心ATS构成 (4) 4.5 车站ATS构成 (5) 4.6 停车场/车辆段ATS构成 (5) 4.7 操作系统 (5) 4.8 数据库管理系统 (5) 4.9 ATS系统软件 (6) 4.10 软件开发和管理 (6) 5 环境条件 (6) 6 性能要求 (6) 6.1 可靠性要求 (6) 6.2 可维护性要求 (6) 6.3 安全性要求 (7) 6.4 系统容量及可扩展性要求 (7) 6.5 系统实时性要求 (7) 6.6 系统关键设备的切换 (7) 7 功能要求 (7) 7.1 ATS系统信息显示 (7) 7.2 控制功能 (8) 7.3 列车跟踪控制 (9) 7.4 运行图管理 (10) 7.5 列车运行调整 (11) 7.6 控制区域管理 (14) 7.7 报警/事件的管理 (14) 7.8 维护和报表功能 (15) 7.9 人机界面 (16)地铁CBTC信号系统
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