CTCS-3無線通信超時分析與優(yōu)化建議

鄭 濤

（中國鐵路蘭州局集團有限公司銀川電務段，銀川 750000）

1 概述

CTCS-3（簡稱C3）等級下動車組運行過程中，ATP將自身的運行速度、列車位置等信息轉(zhuǎn)發(fā)給MT電臺，通過GSM-R無線網(wǎng)絡，以無線通信方式發(fā)送給RBC。RBC收到列車數(shù)據(jù)后，結(jié)合軌道電路列車占用情況，生成移動授權、線路數(shù)據(jù)等信息返回給動車組，完成對動車組的運行控制。相比于以前的軌道電路、應答器信息傳輸方式，無線通信具有實時雙向、大容量等傳輸特點，但也存在無法攻克的難題——無線通信超時。

2 無線通信超時

在ATP和RBC中設定兩個定時器T_NVCONTACT，定時器時間參數(shù)設定為20 s，ATP或RBC在此設定時間內(nèi)如果沒有收到對方發(fā)送的應用層消息，即判斷為無線通信超時。無線通信超時后，動車組將采用常用制動降低運行速度，在運行速度降低值達到50 km/h或40 s內(nèi)仍未恢復無線通信連接時，ATP判斷應降為CTCS-2（簡稱C2）等級運行，在DMI上輸出文本確認信息，提示司機手動確認由C3降為C2等級運行。

3 無線通信超時分析

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

對以往發(fā)生的無線通信超時統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，C3級無線通信超時故障原因如下：車載設備問題共發(fā)生310件，占問題總數(shù)39%；GSM-R網(wǎng)絡問題共發(fā)生323件，占到總數(shù)41%；RBC設備發(fā)生問題共118件，占到總數(shù)15%；循環(huán)冗余校驗（CRC）漏檢發(fā)生問題44件，占到總數(shù)5%。C3超時分布如圖1所示。

3.2 分析流程

動車組運行過程中發(fā)生無線通信超時故障時，車載設備人員由于無法第一時間對設備狀態(tài)進行檢查，應按照“由簡至難”故障處理原則，對安裝空口監(jiān)測設備（AMS）的動車組，及時通知廠家下載三接口數(shù)據(jù)進行分析，排除是否受到外界無線電干擾及其他原因，并出具分析報告。與此同時，告知RBC及通信人員，對地面設備進行檢查，發(fā)現(xiàn)故障及時排除。待動車組入庫后，車載設備人員及時上車進行數(shù)據(jù)下載并檢查車載設備工作狀態(tài)是否正常，最終確定故障原因。故障分析流程如圖2所示。

3.3 原因分析

3.3.1 車載設備

1）軟件方面

ATP異常拆鏈。IGSM-R及Um接口數(shù)據(jù)中記錄有ATP發(fā)送的DISC拆鏈數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)顯示：HDLC DISC）、 156 號 數(shù) 據(jù) 包（ 數(shù) 據(jù) 顯 示 ：156 Termination of a communication session）、SABME幀（數(shù)據(jù)顯示：SABME：B）等，故障期間數(shù)據(jù)測量報告上/下行電平、場強以及車-地C3數(shù)據(jù)交互正常，說明此類無線通信超時是由ATP異常拆鏈引起。

MT異常拆鏈。Um接口數(shù)據(jù)中記錄MT電臺異常發(fā)送信令拆鏈（數(shù)據(jù)顯示：DISCONNECT），IGSM-R接口數(shù)據(jù)顯示車-地間C3數(shù)據(jù)交互正常，卻看不到ATP發(fā)送的156號通信結(jié)束會話包、傳輸層發(fā)送的DR拆鏈、鏈路層發(fā)送的DISC等消息，說明此類無線通信超時是由MT電臺發(fā)送DISCONNECT拆鏈信令引起。

MT未轉(zhuǎn)發(fā)測量報告。Um接口數(shù)據(jù)中記錄MT電臺未按照規(guī)范時間（480 ms）發(fā)送測量報告（ 數(shù) 據(jù) 顯 示 ：SYSTEM INF ORMATION TYPE），故障期間上、下行電平，場強以及ATP與MT電臺數(shù)據(jù)交互正常，說明此類無線通信超時是由MT電臺工作異常導致。

單MT運行。MT1注冊到GSM-R網(wǎng)絡并與RBC1建立連接后，即處于工作狀態(tài)，此時的MT2雖然也注冊在GSM-R網(wǎng)絡中，但未與RBC1建立連接，直至動車組運行至RBC2管轄區(qū)，MT2發(fā)起通信連接請求，當MT2與RBC2通信連接成功后，MT1與RBC1斷開連接，動車組進入RBC2管轄區(qū)。在此過程中，如果MT1或MT2任一未成功注冊到GMS-R網(wǎng)絡，都無法完成RBC1與RBC2的交權，將引發(fā)無線通信超時。

2）硬件方面

STU-V-V/N模塊異常。STU-V-V/N模塊轉(zhuǎn)發(fā)ATP數(shù)據(jù)至MT電臺，負責無線數(shù)據(jù)安全傳輸及對無線通信功能進行加密。發(fā)生無線通信超時后，重點檢查模塊ER燈（紅燈：系統(tǒng)異常；滅燈：運行正常）以及各部連接電纜是否良好。

MT電臺異常。MT電臺負責車載側(cè)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，通過同軸電纜與車頂?shù)腉SM-R天線連接。發(fā)生無線通信超時后，重點檢查天線駐波比（≤1.5）、MT模塊L1、L2指示燈（L1綠閃、L2黃亮：正常注冊至GSM-R網(wǎng)絡；L1綠閃、L2黃閃：未注冊至GSM-R網(wǎng)絡）及各部連接電纜是否正常。

SIM卡異常。在MT電臺中安裝有兩張鐵路專用GSM-R SIM卡，用于完成網(wǎng)絡注冊，并傳遞GPRS數(shù)據(jù)。發(fā)生無線通信超時后，重點檢查SIM卡是否存在彎折、厚薄不一致或芯片表面氧化現(xiàn)象。

3.3.2 無線網(wǎng)絡

MSC異常拆鏈。PRI接口與A接口數(shù)據(jù)記錄MSC向BSC、RBC發(fā)送拆鏈請求（數(shù)據(jù)顯示：41 Temporary failure），故障期間數(shù)據(jù)測量報告上/下行電平、場強以及車-地C3數(shù)據(jù)交互正常，說明此類無線通信超時是由MSC異常拆鏈引起。

BSC異常拆鏈。Abis接口與A接口數(shù)據(jù)記錄BSC向BTS、MSC發(fā)起拆鏈請求（數(shù)據(jù)顯示：Resource unavailable/Equipment failure），故障期間數(shù)據(jù)測量報告上/下行電平、場強以及車-地C3數(shù)據(jù)交互正常，說明此類無線通信超時是由BSC異常拆鏈引起。

BTS異常拆鏈。BTS具有速率匹配、信道編碼/譯碼、調(diào)制/解調(diào)等空中接口物理層功能。慢速隨路控制信道（SACCH）在上行方向負責傳送MS接收到的相關服務信息及相鄰小區(qū)信號強度的測量報告，下行方向負責MS的功率監(jiān)管和時間調(diào)整。在動車組運行過程中，如果SACCH信道上停止發(fā)送系統(tǒng)信息，下行方向C3應用數(shù)據(jù)受到影響也會中斷；此外，來自ATP或RBC的數(shù)據(jù)基站若未能正常解碼或由于外界無線電干擾、自身硬件故障等原因，會導致下行方向的無線電場強值下降到-110 dBm及以下。以上原因，均會引發(fā)無線通信超時降級。

3.3.3 地面設備

RBC異常發(fā)送24號包數(shù)據(jù)包。PRI接口數(shù)據(jù)記錄RBC在非交權區(qū)發(fā)送結(jié)束通信會話的24號數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)顯示：24：General message 結(jié)束通信會話），故障期間上/下行電平、場強正常，車-地C3數(shù)據(jù)交互正常，但動車組未運行至交權拆鏈區(qū)即發(fā)生拆鏈，說明此類無線通信超時是由RBC異常發(fā)送24號數(shù)據(jù)包拆鏈引起。

RBC未發(fā)送CC確認。PRI接口數(shù)據(jù)記錄呼叫建立過程中，ATP在TPDU層按照規(guī)范發(fā)送請求建立無線連接數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)顯示：CR 連接請求），但未收到RBC回復的鏈接確認數(shù)據(jù)（正常數(shù)據(jù)顯示：CC 連接確認），隨后ATP發(fā)送拆鏈數(shù)據(jù)請求拆鏈（數(shù)據(jù)顯示：DISC B），斷開無線連接，引發(fā)無線通信超時。

RBC異常拆鏈。PRI接口數(shù)據(jù)顯示RBC異常發(fā)送拆鏈信令（數(shù)據(jù)顯示：DISCONNECT）,故障期間車-地C3數(shù)據(jù)交互正常，同時PRI接口、Um接口、IGSM-R接口數(shù)據(jù)顯示一致，說明此類無線通信超時是由RBC異常拆鏈引起。

4 結(jié)束語

通過本課題的研究，引發(fā)無線通信超時的原因集中在硬件故障、無線網(wǎng)絡干擾、軟件通信異常3大方面。結(jié)合以上原因，提出以下建議。

1）在車載設備層，加裝AMS設備，對三接口數(shù)據(jù)進行分析研究，及時消除通信側(cè)、車載側(cè)故障隱患。

2）通過濾波器等設備，提高設備的抗干擾、濾雜波性能，優(yōu)化通信質(zhì)量。

3）對車載設備、地面設備的硬件運行情況進行分析統(tǒng)計，形成設備運用質(zhì)量卡控臺賬，合理利用經(jīng)費支出，按期對設備進行更新改造。