庞巴迪CBTC车

摘要：目前,基于无线通信的列车控制系统(CBTC)在城市轨道交通领域得到了越来越多的应用。但由于目前CBTC无线通信频率均使用2.4G公众免费频段，所有的无线设备都使用这一公用频段，使用者众，彼此就容易产生影响。庞巴迪CBTC车地通信中采取了一系列相关措施以保证车地通信的稳定可靠。

关键词：庞巴迪、车地通信、电台、漏缆

中图分类号： E965文献标识码：A 文章编号：

一、总体描述

基于通信的列车控制或简称CBTC列车控制正在城市轨道交通运输系统中得到广泛的应用。而稳定可靠的车-地通信则是CBTC移动闭塞的基础，没有一个稳定可靠的车-地通信就谈不上CBTC移动闭塞控制。

针对深圳地铁2号线和5号线曾受干扰以至影响到运营，而使用庞巴迪CBTC的深圳地铁3号线几乎未受到此干扰的情况，以庞巴迪CBTC信号系统为例，浅析CBTC车-地的可靠性。

庞巴迪CITYFLO650 CBTC信号系统能够做到车地通信的稳定可靠，不仅仅是无线通信的问题，同时也是通信协议的采用，传输网络的冗余，以及车载和轨旁ATP对通信的容错处理等一系列措施的采取。现提供一下几点分析供参考。

二、庞巴迪CBTC车-地通信技术方案

1.1 电台

CITYFLO650车地通信的电台选择直序列扩频调制（DSSS）。抗干扰性和保密性是直接序列扩频通信的主要特性。比如信号扩频宽度为100倍，窄带干扰基本上就不起作用，而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰，在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。

1.2 车地通信协议

在通常的基于IEEE802.11的移动通信网络协议中，通信是基于一个固定装置和移动装置之间用以太网和IP地址实现的。当移动装置在系统中运动时，网管/路由器需不断地“重新学习”移动装置和哪个接入点相连。这个“重新学习”的过程需要时间，最坏情况下可达上百秒，并导致通信中断。庞巴迪采用的车地无线传输网络电台与其他WLAN等系统不同，其通过空间传播的信息不是基于IP地址的。轨旁ATP只和固定的轨旁网络电台通信，没有移动的MAC和IP地址介入，所以网管/路由器不需“重新学习”移动装置和哪个接入点相连。在本区域范围内的所有车载电台会收到轨旁ATP发出的给所有列车的信息，每个装备ATC的列车在系统中均有其独一无二的列车编码，当收到的信息中的列车编码和本列车编号相符时则解码并处理该信息，否则抛弃该信息，这种一对一的发送和接收方式可确保在区域和列车ATC间可靠传送ATC数据包。这也有助于加强无线系统的保密性和抗干扰性，从而更好地抵抗外界系统干扰。

1.3 系统的容错能力

无线通信因其是开放的自然特性，难免在复杂的电磁环境中会受到干扰。因此系统设计应考虑一定的容错能力，这一点是很关键的。举例说明，CITYFLO650一次车地通信需15ms，而保持正常的列车运行需要每3s有一次成功的车地通信即可。

1.4 漏缆与开放式天线系统（如WLAN的AP）对比

目前的信号系统车地无线传输方式广泛采用漏缆或开放式可视（LOS）天线。

但是，已证明漏缆方案比开放式天线方案具有更强的抗干扰能力。虽然没有一个无线系统能够全抵御相同频段下的一个超强信号的干扰，但是采用漏缆时这类系统可提供更强的抗干扰能力。

使用漏缆天线能够进一步提升安全，因为信号只在漏缆附件足够强，在隧道外和车内很难捕捉到信号。漏缆和车载天线之间非常接近，整个TWC子系统的结构使得其具备一个相对接近的通信空间，而不易扰。

1.5 系统对常见通信干扰和中断的处理

TWC系统在现场安装时进行测量以确定无线链路裕量满足要求，同样也会对系统进行测量以确保连接丢失率（掉线率）为最低。车载ATC装配多个天线用于与相应侧的漏缆通信。如果车载ATC侦测到通信丢失将会自动更换天线以恢复通信。

1.6 特有的‘乒乓’工作模式及对网络健康状况的实时监测

ATC无线系统按照频率分为不同的无线区域。在隧道段的每条线路上都提供轨道铺设的漏缆，由WNRA驱动。对于单线单洞隧道，于每个无线区域设置一段漏缆，每个WNRA中的 各驱动一段漏缆，而同一段漏缆连至两个电台实现冗余。WNRA实行‘乒乓’工作方式。如WNRA 1A，3A…工作时，WNRA 2B，4B…不工作，下次则是WNRA 2B,4B…工作，WNRA 1A,3A…不工作。对于‘A’系和‘B’系的交替工作进行计数监督，如某一WNRA出现故障，则可由其相邻的WNRA覆盖。比如WNRA 2B失效，则其范围由WNRA 1A的右侧和WNRA 3A的左侧覆盖。

对于每个无线区域，有一对冗余的电台（分别位于两个WNRA中）用于车地通信，无线通信处理器（RCP）将交替使用这两个电台向列车发送信息，并在发送的信息内指出哪个电台将用于向列车发送信息，该激活的电台将向列车发送信息，并向无线通信处理器发送相应回执，无线通信处理器并对每个电台成功发送或接收进行计数。当一个电台的成功计数低于另一个电台达到一个预定值时，无线通信处理器就认为该电台失效或正在失效，这时，无线通信处理器将该失效电台设置为被动模式，不再向列车发送信息和接收信息，同时另一个电台处于主动模式，一直向列车发送信息和对无线通信处理器作出相应。

一旦切换后，WNRA中的电台将一直在主动或被动模式下工作，直至被动模式电台被重启。如果被动模式电台被重启，WNRA中的一对电台将重新回到交替模式下工作，交替处理信息。

工作中的无线通信处理器不断地向每个电台发送状态查询命令，当电台接收到该命令后，会向RCP发送状态回执信息。工作中的无线通信处理器将循环查询其管辖范围内的所有电台以得到所有电台的状态信息。

RCP将根据状态信息更新无线记分卡，此记分卡的情况会实时地传送到控制中心。由此可见，整个无线网络的健康状况可以在中央控制室实时监测，一目了然，从而在某个无线接入点出现故障时：如果是软件故障，可及时从中央控制室发出对该电台的重新启动命令即可清除故障；如果是硬件故障，则中央控制室可及时通知维修人员前往排解，从而大大提高了整个系统的可用性。

区域设备室的以太网交换机设备是车地通信网络的一部分，包括了全冗余以太网网络设备。TWC网络在快速以太网连接上使用了存储转发交换机。区域设备室的设备机柜间的连接采用基于IEEE 802.3u的100M bps以太网铜缆连接，采用UTP/STP缆线。设备室和轨旁无线系统的连接采用基于IEEE 802.3u的100M bps以太网光纤连接，并采用环形拓扑结构提供冗余，以保证在某个单独点出现故障时，仍能够持续工作。

在2.4GHz的频段内共有10个为宜的频率被运用于整个系统中，ATC系统比较灵活，具体ATC占用哪些频段，其他子系统占用哪些频段可以在设计联络时确定。从而保证各自系统的正常工作，不互相干扰，实现频段资源的共享。

三、小结

庞巴迪CITYFLO650 CBTC信号系统能够做到车地通信的稳定可靠，不仅仅是无线通信的问题，同时也是通信协议的采用，传输网络的冗余，以及车载和轨旁ATP对通信的容错处理等一系列措施的采取。上述具体的技术方案可供分析参考。