天津地鐵CBTC系統(tǒng)中車—地通信應(yīng)用比較

摘 要 基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）使用無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)實(shí)現(xiàn)軌旁ATP與車載ATP的數(shù)據(jù)通信，車-地?zé)o線通信的信號(hào)的覆蓋實(shí)現(xiàn)方式包含無線電臺(tái)、漏泄同軸電纜、漏隙波導(dǎo)管。通過對天津地鐵4條線路車-地通信解決方案的比較，了解設(shè)備的特點(diǎn)及維護(hù)方式。

【關(guān)鍵詞】無線電臺(tái) 波導(dǎo)管 漏纜

CBTC的定義：不依賴于軌道電路的、具有高度分辨能力的列車定位方法，連續(xù)的、大容量的、雙向車-地通信，車載和軌旁處理器執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)。

1 無線局域網(wǎng)在CBTC系統(tǒng)中原理和作用

在CBTC中的應(yīng)用，通過無線覆蓋和冗余結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)流的高可靠性、可用性雙向傳輸。車-地?zé)o線通信是一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)，對于報(bào)文傳送來說是完全透明的。

信號(hào)系統(tǒng)車-地通信傳輸系統(tǒng)基于類似IEEE802.11g的專用通信協(xié)議，是IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)草案中5MHz帶寬的窄帶通信技術(shù)。雖然正式標(biāo)準(zhǔn)中刪除了這部分內(nèi)容，但是無線局域網(wǎng)芯片支持5MHz帶寬，因此硬件設(shè)備不需要改變，只是軟件修改就可以實(shí)現(xiàn)。車-地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)工作在2.4GHz（2.4G-2.4835GHz）開放頻段；軌旁無線單元與車載無線單元配置都是冗余的，采用冗余雙網(wǎng)設(shè)計(jì)，雙網(wǎng)分別對應(yīng)有線網(wǎng)絡(luò)的冗余ATC網(wǎng)。與國家高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)車-地?zé)o線通信雙向傳輸采用GSM-R模式不同，在地鐵信號(hào)系統(tǒng)中，多采用定向天線、漏泄電纜和裂縫波導(dǎo)管模式。

2 天津地鐵中無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式

天津地鐵6號(hào)線的無線網(wǎng)絡(luò)由信號(hào)集成商交控科技設(shè)計(jì)，其采用14個(gè)信道中的兩個(gè)信道，分別作為紅藍(lán)網(wǎng)使用的信道。軌旁設(shè)置采用無線電臺(tái)和定向增益天線完成軌行區(qū)信號(hào)覆蓋。沿線路布置的無線接入點(diǎn)無線電臺(tái)每隔250米布置，同一接入點(diǎn)同時(shí)布置紅網(wǎng)和藍(lán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)區(qū)間任意點(diǎn)位的雙網(wǎng)冗余覆蓋。根據(jù)無線電臺(tái)的覆蓋范圍可達(dá)500米左右的能力，經(jīng)過計(jì)算實(shí)現(xiàn)相鄰的三個(gè)AP可實(shí)現(xiàn)中間無線電臺(tái)故障時(shí)相鄰的兩個(gè)無線電臺(tái)仍可覆蓋該區(qū)域，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的雙重冗余。

車載設(shè)備設(shè)置原則：在列車的兩端駕駛室分別設(shè)置紅網(wǎng)車載無線DCS設(shè)備和藍(lán)網(wǎng)車載無線DCS設(shè)備，車頭和車尾的兩套設(shè)備構(gòu)成車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的紅藍(lán)網(wǎng)的雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)列車與軌旁設(shè)備的雙向通信。

天津地鐵2、3號(hào)線的龐巴迪CITYFLO650系統(tǒng)采用的車-地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)與其它無線局域網(wǎng)不同，其通過空間傳播的信息不是基于IP地址的，而是每列車配有一個(gè)唯一的列車和車輛地址，用于車載設(shè)備與軌旁ATP之間的數(shù)據(jù)通信。軌旁ATP只和固定的軌旁網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)通信，沒有移動(dòng)的MAC和IP地址介入，雖然也采用2.4GHz無線頻段但其在802.11系統(tǒng)協(xié)議的基礎(chǔ)上增加了專屬的私有協(xié)議。其無線系統(tǒng)頻率規(guī)劃分配是可編程的，可以按照需求重新配置，防止與其他利用2.4G頻段的設(shè)備產(chǎn)生沖突，CITYFLO650車-地通信系統(tǒng)把2.4GHz的頻段分為10個(gè)，具體線路應(yīng)用使用2.4GHz帶寬中的5個(gè)頻率，確保相鄰兩個(gè)無線區(qū)域頻率不同。

2/3號(hào)線的傳輸介質(zhì)采用漏泄同軸電纜，軌行區(qū)每隔250米設(shè)置無線電臺(tái)，將電臺(tái)使用的漏泄同軸電纜沿區(qū)間洞頂敷設(shè)。列車的兩個(gè)駕駛室上方分別安裝信號(hào)接收裝置。

3 不同車-地?zé)o線通信方式實(shí)現(xiàn)的比較

傳輸介質(zhì)還有一種波導(dǎo)管形式，波導(dǎo)管可分為普通波導(dǎo)管和裂縫波導(dǎo)管兩種。車-地?zé)o線通信時(shí)，波導(dǎo)管的抗干擾性能更好，但其日常維護(hù)較為復(fù)雜，對環(huán)境更為敏感；漏泄同軸電纜需要沿區(qū)間布置，使用卡具在洞頂安裝，對日常巡視和緊固要求更為嚴(yán)格；而無線電臺(tái)方式的靈活性和維護(hù)特點(diǎn)使得目前應(yīng)用較多。

4 綜述

天津地鐵6號(hào)線所采用的無線電臺(tái)解決方案，網(wǎng)絡(luò)冗余性實(shí)現(xiàn)雙重冗余，其通過AES加密算法、隱藏SSID等方式保證網(wǎng)絡(luò)安全。但其所使用的頻段情況將在后續(xù)開通的與天津地鐵5號(hào)線的同臺(tái)換成站將進(jìn)行驗(yàn)證，不同廠家信號(hào)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是否可實(shí)現(xiàn)無干擾。2/3號(hào)線龐巴迪獨(dú)立的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和私有協(xié)議確保了網(wǎng)絡(luò)安全。

隨著技術(shù)的發(fā)展，LTE技術(shù)與傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)相比，具有延遲降低、分組傳送、廣域覆蓋、高數(shù)據(jù)速率和移動(dòng)支持能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢。后續(xù)新建線路中，無線通信已開始更多的采用LTE技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]董俊.深圳地鐵3號(hào)線車-地?zé)o線通信系統(tǒng)[J].鐵道通信信號(hào)，2012（48）10：54-56.

[2]羅載榮.簡談龐巴迪CITYFLO650移動(dòng)閉塞的車-地?zé)o線通信系統(tǒng)[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2013（10）2：48-52.

[3]徐萬里.龐巴迪CITYFLO650CBTC信號(hào)系統(tǒng)車-地通信可靠性之特點(diǎn)分析[J].通訊世界，2016（09）：282-283.

[4]陳劍鋒.波導(dǎo)管技術(shù)在地鐵信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（23）.

[3]張贊.LTE技術(shù)特點(diǎn)及在地鐵CBTC系統(tǒng)通信中的應(yīng)用研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2015（11）57-58.

作者簡介

韓佳鑫（1986-），男，河北省定州市人。碩士研究生，工程師，主要從事城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修管理。

作者單位

天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司 天津市 300000