简谈庞巴迪CITYFLO650移动闭塞的车地无线通信系统.pdf

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UrbanMassTransit城轨交通481概述随着国内城市轨道交通的快速发展,传统的列车控制系统已不能适应高密度、高速度和高安全性的行车需求,基于通信的列车控制（CBTC）系统代表着城市轨道交通列车控制系统的发展方向和趋势，并成为目前我国城市轨道交通控制系统的主流制式。

车-地信息传输系统作为CBTC列车控制系统的关键子系统，其稳定性和可靠性直接影响到整个列车控制系统的性能。

目前，国内城市轨道交通CBTC系统常用的车-地通信传输方式主要有交叉感应环线、无线天线、漏缆、裂缝波导管等。

庞巴迪CITYFLO650型CBTC列车控制系统基于ISM的2.4G开放频段，采用基于漏缆和/或无线天线传输方式，传输方式选择灵活，支持漏缆传输方式、无线天线传输方式、漏缆和无线天线结合方式。

本文将主要针对庞巴迪CITYFLO650移动闭塞列车控制系统的车-地双向连续通信系统的构成、原理、性能和特性进行阐述。

简谈庞巴迪CITYFLO650移动闭塞的车-地无线通信系统罗载荣（东莞市轨道交通有限公司，广东东莞523073）摘要：

介绍庞巴迪CITYFLO650移动闭塞列车控制系统的车-地双向连续通信系统的构成、配置方式、系统原理、性能，以及运营维护的优势。

关键词：

CBTC列车控制系统；移动闭塞；车-地无线通信；轨旁无线接入点（WNRA）Abstract:

Thepaperintroducesthetrain-waysidebi-directionalcommunicationsubsystemofCITYFLO650movingblocktraincontrolsystemfromBombardier,includingthesystemcomposition,configurationmode,systemprinciples,performanceandadvantagesformaintenance.Keywords:

CBTCsystem;movingblock;train-waysidewirelesscommunication;WNRADOI:

10.3969/j.issn.1673-4440.2013.02.014测数据操作表和侵限记录表，再根据操作表进行限界X值调整，检测过程中根据观察和指示灯状态记录限界检测情况。

8）每次限界检测前和结束后，都要对检测装置的轮廓尺寸、水平度、垂直度进行复查。

如果在检测后发现装置出现异常，本次检测数据作废，调整装置后重新检测。

4应用实例本限界检测装置在昆明轨道交通6号线的限界检测中应用，在2012年1月12日至10月25日期间的10次检测中发挥了积极的作用，节约了检测时间，缩短了施工工期。

在限界检测出过程中，发现了疏散平台多处侵限、航空港南站的站台整体侵限80mm、大板桥车站站台整体侵限50mm、站台屏蔽门侵入设计限界、机车检修库里检修平台侵限等一系列施工问题，检测效果得到业主设计的认可。

参考文献1CJJ96-2003地铁限界标准S.2GB50157-2003地铁设计规范S.3GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范S.（收稿日期：

2013-03-19）*铁路通信信号工程技术（RSCE）2013年4月，第10卷第2期49UrbanMassTransit城轨交通?

2设备构成CITYFLO650列车控制系统的车-地无线通信系统由轨旁无线设备和车载无线设备构成，图1所示为车-地无线通信系统的构成图。

轨旁无线设备主要包括轨旁无线通信处理器RCP、车地无线通信（TWC）网络核心设备、轨旁无线接入点（WNRA）、信号耦合器、漏缆、可视天线（LOS天线）。

车载无线设备主要包括车载无线处理器（RCP）、移动数据电台（MDR）、车载无线天线以及车载漏缆天线。

3车-地通信应用的原理TWC为车-地通信系统的无线传输网络，用于轨旁设备与车载设备的无线信息传输。

该系统基于ISM的2.4G开放频段以及私有通信协议，采用直接序列扩频方式（DSSS），利用专用的工业级无线设备组件，构建一个高可靠性、高可用性和高可维护性的车-地无线通信网络。

每个区域的轨旁区域控制设备（ATC）控制该区域内通信列车的队列，并通过设在区域ATP机柜内的无线通信处理器（RCP）向队列中的列车发送信息。

RCP周期性扫描传输数据缓冲区内的所有列车的信息。

如果有更新的列车信息，它将生成一个无线数据报文，将该列车信息嵌入到无线数据报文中的有效载荷中。

该无线数据报文将广播至系统内所有的基础数据电台（BDR），通过报文中的一个标记来确定是通过A电台还是B电台来处理并响应这个报文。

然后，RCP将等待从所有基础电台反馈的无线数据响应报文。

它可能会收到一个响应报文，也有可能会出现超时。

如果RCP超时，它将进入下一个列车的列车信息传输数据缓冲区并如上述方式进行处理。

如果RCP收到一个无序的响应信息，它将继续处理该信息。

轨旁区域防护设备（RATP）负责确认和校验列车的响应信息。

3.1无线区域切换原理传统的IEEE802.11WLAN无线切换是根据移动无线射频多径传输环境中信号强度的剧烈波动以及误码率门限进行的，而庞巴迪车地通信系统的切换原理与IEEE802.11不同，车地信息传送不是基于IP地址。

每列装有车载控制设备（VATC）的列车在系统中都有其唯一的列车和车辆地址，列车和车辆地址的使用替代了IP地址，用于区域和车载之间的ATC信息包传递。

无线设备不负责移交列车，因为VATC将通知无线设备每个周期轮询哪个列车。

各无线区域内的移交由VATC设备完成，从而更好地确保列车在无线区域内的“无缝”可靠漫游。

VATC使用车载地图数据，并根据列车所处的位置决定工作频率。

当列车运行时，VATC将自动调整无线频率以匹配所处的无线区域。

由于切换过程基于列车位置，是可以预测的。

车载无线设备根据列车的位置，自动进行漏缆天线与LOS天线间的切换以及两个定向LOS天线间的切换。

3.2WNRA冗余工作原理轨旁WNRA采用冗余设计和“乒乓”工作方式，每个轨旁WNRA内设置一个基础数据电台，电台的状况可在控制中心得到实时监测。

基础数据电台可在以下4种不同的模式下工作。

No.2罗载荣：

简谈庞巴迪CITYFLO650移动闭塞的车-地无线通信系统UrbanMassTransit城轨交通501）主用模式：

所有周期都遵循“主用”周期的工作模式。

2）备用模式：

所有周期都遵循“备用”周期的工作模式。

3）A侧“乒乓”模式：

如果数据报文内包含“A-side”标记，则电台将工作在“主用”周期；反之，则处于“备用”周期。

4）B侧“乒乓”模式：

如果数据报文内包含“A-side”标记，电台将工作在一个“备用”周期；反之，则处于“主用”周期。

主用周期：

电台重新定义数据包格式，并利用经过预设置的射频传输参数（信道、天线、功率、速率）的射频来传输。

在射频传输的末端，电台通过预设置射频接收参数（信道、天线）工作在接收模式。

备用周期：

电台将其天线设置为监听天线状态，并只是侦听射频传输。

当收到一个报文，无论是下行报文（例如：

相邻的主用电台发射的轮询信号）或是来自于车载电台响应下行轮询报文的信息，此时它只是侦听。

RCP将确定传输数据的主用无线电台，并进行周期循环。

主用的无线电台对RCP的指令进行响应并传送给RCP。

备用无线电台监测当前主用无线电台的数据传输。

RCP统计每个无线电台的成功活跃周期。

如果一个无线电台的成功计数低于预先设定的阈值，RCP将推断该无线设备已经失效或将要失效。

这种成功轮询周期数的差异将决定该台设备是否从A/B模式转换到主/备模式。

在这种情况下，RCP会将失效的无线设备设置为固定的备用模式，在这种模式下，失效设备将不会向RCP传输列车信息以及对RCP指令做出答复。

同时另外一台无线设备会被设置为固定的主用模式，在主用模式下，该台设备会被一直用来传输列车信息以及对RCP的指令做出答复。

一旦重新设定以后，无线设备将继续工作在各自的主用和备用模式，直到RCP重启或某个无线设备重新启动。

如果无线设备重新启动，则这对无线设备将被重置为交替工作模式下。

RCP将根据最新的无线模式更新无线记分卡。

RCP会收集和整理一张关于无线状况的记分卡，该无线记分卡，作为运行、维护、测试和故障排除的依据。

因为WNRA单元是全部冗余的，不需要故障时及时维修功能。

所有的WNRA具有各种诊断信息通过数据通信网络回发给区域列车自动运行控制设备（RATO）和控制中心ATS。

诊断信息能够识别WNRA位置信息，在一些情况下还可以识别故障类型。

由于完全冗余，因此在运营时段内无需对无线设备进行维修。

4配置方式4.1隧道段无线设备配置隧道内线路采用漏缆传输方式。

如图2所示，系统中基于漏缆传输方式的部分被划分为若干个无线区域。

典型的配置为沿着每侧轨道设置漏缆，并由一对冗余的WNRA驱动，并通过信号耦合器将WNRA和漏缆天线系统连接在一起。

?

在这种配置下，每个无线区域可以在单线覆盖至600m。

根据牵引供电方式的不同，在项目实施中可以将漏缆安装在走行轨的一侧、走行轨之间或隧道的顶部。

4.2地面和高架段区间无线设备配置在地面段和高架段区间范围内，采用LOS天线进行车-地信息传输，A和BWNRA分别与独立的天线进行连接，如图3所示。

LOS天线安装在轨旁天线抱杆的顶部。

A和BWNRA分别设置各自的天线和天线抱杆，以防止遭遇雷击导致单点的故障影响车-地无线通信系统的正常工作。

相邻WNRA之间的距离取决于车载的顶部天线与轨旁天线之间是否能提供良好的传输视线。

如铁路通信信号工程技术（RSCE）2013年4月51UrbanMassTransit城轨交通?

果线路相对较直且没有障碍物，系统设计时就允许列车运行距轨旁天线300m远的位置再切换至下一个无线区域，即相邻WNRA之间最大距离可达到600m。

4.3地面和高架车站无线设备配置在地面和高架车站，来自于区间LOS天线的信号可能不足以覆盖站台内的轨旁区域，尤其是在有列车停站时。

为了减轻这种潜在影响，在每个地面和高架车站都配置一对冗余的WNRA和相应的天线，以使无线覆盖站内区域。

同时该WNRA将安装在站台外部的LOS天线为站台接近区域提供无线覆盖。

站台区LOS天线配置方式如图4所示。

4.4车载无线设备配置每套VATC设置3个天线，其中两个为定向LOS天线，安装在列车顶部的前段和后端，分别面向前方和后方。

每套VATC设置一个漏缆天线，面向安装在轨旁的漏缆。

通过MDR移动数据电台实现漏缆天线与LOS天线的切换，通过天线切换开关实现两个LOS天线间的切换。

车载无线设备配置如图5所示。

?

5无线频段划分庞巴迪TWC车-地通信系统采用私有协议，设?

No.2罗载荣：

简谈庞巴迪CITYFLO650移动闭塞的车-地无线通信系统UrbanMassTransit城轨交通52备为商业通用设备，但它不同于IEEE802.11“Wi-Fi”设备，Afar无线设备使用了唯一用于庞巴迪列车控制应用的私有协议，它是Afar开发的专用于庞巴迪列控系统的解决方案。

表1为CITYFLO650TWC系统的典型频率分配。

无线是可编程的并且可按需进行重新配置，以防止与其他利用2.4G频段的设备产生冲突。

无线频道的最小间隔距离为6MHz。

表1无线系统频率规划区域频道频率132406262412392418412242451524306242448727245483024609332466103624726车-地通信系统性能CITYFLO650车-地通信系统的主要性能指标如下。

1）消息传送时间轨旁和车载之间的轮询-响应序列大约每15ms进行一次。

这是一个起/止于无线通信处理器（RCP）的时间。

2）端到端的消息时延此处端到端的消息时延是指消息从轨旁RCP发出进入DTS网络到被车载ATC接收的传输时间，其小于3ms。

3）消息更新速率每列车的轮询时间大约是15ms一次。

一个更新消息到达同一列车的频率取决于在这个区域中有多少列车在运行。

可以通过以下公式进行计算。

更新率=N15ms对于有60列车的区域，更新率即为900ms。

4）传输功率/接收灵敏度无线设备最大传输功率为20dBm（ERIP）。

接收灵敏度为-95dBm。

系统设计链路余量为10dB。

7结语通过对CITYFLO650车-地通信系统的分析，得出以下结论。

1）基于漏缆传输方式以及基于车载VATC的主动区域切换，有着高可靠性和高可用性，这也是庞巴迪在全球各地全无人驾驶系统成功应用的基础。

2）采用直接序列扩频技术，具有抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址、设计可预测性好、抗多径干扰等优点。

3）采用私有通信协议，不具备IEEE802.11x兼容性，避免了与其他通用设备的通信，实现了无线区域的切换由车载ATC控制，而非通过无线设备软件进行控制，并在一定程度上限制了数据通信系统网络入侵的敏感性。

但采用私有通信协议，不能满足国内多数用户对无线通信系统采用开放协议的要求。

4）对WNRA的工作状态进行实时监视，并在控制中心ATS工作站上实现故障报警，并可实现对WNRA的远程复位、重启或软件升级，避免了运营时段在轨行区的维护作业，对运营维护有着显著的意义。

5）无线子系统用先进的可编程技术，且无线频段的带宽要求较小，在必要时，可以根据用户要求和现场际情况进行调整，从而确保灵活地避免与区域内其他服务和设备的频率计划发生冲突。

参考文献1李向荣CBTC系统中的车-地通信技术分析J科技资讯，2010

（1）:

17.2李瑞芳，唐寿成浅谈轨道交通车-地通信技术J铁道通信信号，2009，45（5）：

56-58.（收稿日期：

2012-12-24）铁路通信信号工程技术（RSCE）2013年4月