南京地鐵二號線無線丟失故障分析探討

南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司 江蘇 南京210012

摘要：西門子的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC）廣泛應(yīng)用于城市軌道交通信號系統(tǒng)。本文以南京地鐵二號線為例，對CBTC系統(tǒng)中信號無線丟失故障進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：無線丟失 網(wǎng)卡 場強(qiáng)覆蓋 發(fā)射功率

一、概述

南京地鐵二號線采用西門子的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC），通過車-地通信，周期傳遞列車位置信息和移動授權(quán)。當(dāng)車-地之間通信中斷，造成無線丟失故障，列車緊制、降級，多數(shù)情況會有晚點發(fā)生。二號線開通后，無線丟失故障頻發(fā)，對地鐵運(yùn)營和服務(wù)造成了很大的負(fù)面影響。無線丟失屬于CBTC系統(tǒng)的一個難題，南京地鐵信號技術(shù)人員一直致力于無線丟失故障原因的查找，經(jīng)過多次分析、探討，并針對多方面故障原因進(jìn)行整改，取得了一定的成果。目前，無線丟失的數(shù)量不斷減少，處于可控狀態(tài)。

二、工作原理

二號線CBTC系統(tǒng)使用的是基于IEEE802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)的WLAN，頻率范圍為ISM頻段2.4GHz，該頻道是公用頻段，外界其它通信系統(tǒng)的干擾以及自身系統(tǒng)的干擾和加密，對線路的正常運(yùn)營都會造成很大的影響。

信號技術(shù)人員繪制了無線數(shù)據(jù)流程圖，從各個傳輸節(jié)點入手，總結(jié)所有可能影響的原因，以便制訂相應(yīng)的應(yīng)對措施。軌旁的無線數(shù)據(jù)通過ATS交換機(jī)、無線系統(tǒng)路由器、骨干網(wǎng)交換機(jī)、光纖環(huán)路交換機(jī)、室內(nèi)熔纖盒由光纜傳輸?shù)绞彝釧P箱熔纖盒，然后經(jīng)AP箱交換機(jī)、CPU板到達(dá)無線網(wǎng)卡。最終軌旁數(shù)據(jù)由無線網(wǎng)卡通過饋纜連接的AP天線發(fā)送無線信號由車載無線天線接收。車載無線天線接收到的信息通過饋纜連接的無線單元加分器板，至無線網(wǎng)卡、信號加密版、CPU板，傳輸至車載ITF、ATP、ATO，完成了軌旁至車載的數(shù)據(jù)傳輸。車載至軌旁數(shù)據(jù)傳輸反方向進(jìn)行。

三、故障分析及應(yīng)對

信號技術(shù)人員經(jīng)過持續(xù)不懈的努力，依靠自身力量及廠家協(xié)助，將無線丟失這一廣泛存在的難題不斷分解，變換為許多互相聯(lián)系的單元，逐一研究分析；將無線通信這一抽象的問題具體化，落腳在不同設(shè)備，針對性的處理，對整個CBTC信號系統(tǒng)有了深入的掌握和理解。

通過不斷的試驗總結(jié)和分析，對無線數(shù)據(jù)流所經(jīng)由的設(shè)備進(jìn)行逐一分析排查，信號技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)無線丟失的原因有6類，并針對6類原因制定了相應(yīng)的整改措施。

1、車載無線軟件設(shè)計缺陷。

無線單元不冗余，使得頭端無線單元連接失敗時，無法切換至尾端進(jìn)行無線傳輸，所以在軟件功能中對增加無線丟失OBCU冗余。

換端易造成無線單元連接（CRU link）中斷，經(jīng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)列車在運(yùn)行過程中特別是換端時存在CRU link中斷引起的無線丟失故障，所以在新版本軟件中對該問題進(jìn)行優(yōu)化。

無線接收閾值設(shè)置與場強(qiáng)覆蓋實際不匹配，經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)之前版本無線軟件由于對軌旁場強(qiáng)要求較高，篩選無線閾值條件較高，所以在新版本中對無線閾值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以符合南京地鐵二號線實際情況。

2、高溫引起網(wǎng)卡性能不良造成無線發(fā)射功率下降。

經(jīng)多次現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于軌旁AP的網(wǎng)卡和驅(qū)動電源安裝在一個設(shè)備箱內(nèi)，電源發(fā)熱量較大，尤其夏季，受環(huán)境高溫和電源散熱共同影響，地面和高架區(qū)間AP箱內(nèi)溫度過高，晴熱天氣下箱內(nèi)溫度接近60度，加速了網(wǎng)卡功率衰耗和性能下降，導(dǎo)致無線故障高發(fā)。

針對此問題，信號技術(shù)人員擬對地面、高架區(qū)間AP箱進(jìn)行改造，將網(wǎng)卡移除與驅(qū)動電源分離單獨立盒放置，進(jìn)一步改善網(wǎng)卡工作環(huán)境，以達(dá)到減少地面、高架區(qū)間夏季無線故障發(fā)生的效果。

3、無線場強(qiáng)覆蓋問題及無線干擾問題。

由于室外環(huán)境導(dǎo)致無線網(wǎng)卡性能下降以及二號線沿線干擾較大（特別是馬群站干擾嚴(yán)重），經(jīng)無線場強(qiáng)測試驗證無線丟失故障發(fā)生頻率較高的位置，確實存在無線場強(qiáng)覆蓋較弱或無線干擾的嚴(yán)重問題。

針對此問題，信號技術(shù)人員聯(lián)系西門子對二號線全線場強(qiáng)覆蓋情況進(jìn)行檢查測試，一方面，對無線強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)上進(jìn)一步提高要求，軌旁從0～-60db提高為0～-40db，車載由0～-40db提高為0～-35db，通過提高性能降低列車在無線場強(qiáng)覆蓋較弱或無線干擾嚴(yán)重區(qū)域的無線丟失故障率；另一方面，在無線丟失頻率較高、場強(qiáng)覆蓋較差的區(qū)域（如油坊橋折返線、仙鶴門至學(xué)則路區(qū)間）加裝AP天線，減少列車因無線連接超時導(dǎo)致的無線丟失故障。

4、車載無線單元連接效率問題。

由于西門子設(shè)定無線連接中斷>5.5秒即視為無線丟失，通過減少連接時間、提升連接效率，有效降低越區(qū)切換、無線篩選或無線瞬時連接中斷導(dǎo)致的無線丟失故障。

針對此問題，信號技術(shù)人員通過研究分析后采取中繼器配置靜態(tài)IP和綁定MAC地址的方式減少連接時間、提升連接效率。

5、列車出庫無線丟失問題。

經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)列車在喚醒或重啟無線后車載無線單元啟動程序會一定概率的進(jìn)入死循環(huán)或出現(xiàn)CRU link down的問題，所以導(dǎo)致相當(dāng)數(shù)量的列車帶故障出庫，影響后續(xù)運(yùn)行。

針對此問題，在管理上進(jìn)行了強(qiáng)化，對信號車載出庫檢提出了新標(biāo)準(zhǔn)和新要求，修訂了檢修規(guī)程，在原有日檢的基礎(chǔ)上，增加每日3：30-5：00，14：30-16：00兩次出庫檢查，確保帶病列車及時得到處理，消除列車出庫時發(fā)生無線丟失可能帶來的影響。

6、車載相關(guān)硬件問題。

經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)存儲卡（CF卡）在覆蓋無線數(shù)據(jù)或讀取無線軟件時，由于舊2GCF卡傳輸速率及容量的問題，會降低無線連接成功率并且有時無線系統(tǒng)會存在無法正常啟動的問題。

針對此問題，對無線單元的CF卡進(jìn)行擴(kuò)容。

四、處置效果

車地通信是一個簡單重復(fù)的過程，但是可能影響到其正常通信的因素特別多，涉及到軌旁、車載設(shè)備、設(shè)備軟硬件性能，以及外界環(huán)境。這些因素相互作用，導(dǎo)致故障原因復(fù)雜多變。在處理無線丟失的過程中，信號技術(shù)人員一直采取擴(kuò)散性的思維、針對性的處理、以及逐個排除法，通過不斷的對比分析，將互相聯(lián)系的原因逐漸剝離開來，轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩⒌墓收宵c。通過對上述6大類故障點的分析處理，無線丟失故障得到了很好的解決，故障率不斷降低，晚點情況逐漸減少，更重要的是掌握了無線丟失故障處理的方法，為其他線路以及其他類故障的處理提供了參考依據(jù)。

五、結(jié)束語

在以后的新建線路中，通過優(yōu)化新線設(shè)計匯編相關(guān)條目，及時增加針對CBTC無線系統(tǒng)的設(shè)計需求，爭取在新線建設(shè)時就將設(shè)備缺陷解決，從而避免再次二號線無線丟失類似問題，提高CBTC系統(tǒng)可靠度，降低設(shè)備維保難度。

參考文獻(xiàn)

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