CTBC的数据通信系统综述

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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ CTBC的数据通信系统综述陈顾远摘 要：基于通信的列车控制技术CBTC在保证行车安全的前提下，可以极大地提高行车效率，满足城市轨道交通列车高密度快速运行的需要，许多新建线路采用这一技术作为控车方案。尤其是在基于无线通信CBTC技术的新建项目中，采用了不同的车地通信方案，并且在具体工程项目上还没有形成统一的方案标准，哪一种方案最优，目前还无定论。针对这一情况，首先对广泛使用的无线CBTC系统的组成以及无线通信技术进行了分析，最后描述了相关单位在规划阶段需要考虑的问题。关键词：CBTC；数据通信系统；车地通信；无线通信目前，我国的城市轨道交通建设呈现

2、了迅猛发展的趋势。首先，有20多个城市正在建设或规划建设地铁等轨道交通项目，在建线路总长则超过340km，北京、上海、广州、深圳、武汉、天津、南京、重庆、长春和大连等10个城市已建成轨道交通420km。其次，各领域的高新技术层出不穷。在通信信号领域，随着计算机和通信技术在运行控制领域的应用，基于通信的列车控制系统（CBTC）因其网络化、智能化以及通信信号一体化等特点，已经得到了业界广泛的认可。基于无线通信的列车控制系统这一思想的萌芽出现在20世纪60年代。1999年9月，IEEE将CBTC定义为：“利用高精度的列车定位，双向连续、大容量的车地数据通信，车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自

3、动列车控制系统”。1 CBTC概述城市交通通信信号系统是一种故障安全系统，能够保证行车安全，并且对提高运输效率有很大的帮助因此被人们誉为轨道交通的神经系统。从铁路出现初期的烛光信号到现在的ATS系统指挥列车的运行城市轨道交通系统经过了一个漫长的过程。日前我国大多数城市轨道交通系统主要采用的是TBTC系统，然而当轨道交通运输发展到高速、高密度和重载的情况时，TBTC系统的缺点就表现了出来它需要大量的信息设备来传输信息码，而其最大的特点就是利用轨道电路的占用情况来确定列车的位置轨道电路的工作稳定性易受环境影响、传输信息量小、难以实现车对地的信息传输，以及一个固定分区只能被一列列车占用等特点都制约着

4、城市轨道交通的运输效率。近年来随着无线通信技术的飞速发展基于通信的列车控制系统的移动闭塞系统克服了固定闭塞的种种缺点，并打破了固定闭塞对于追踪间隔的限制，大幅度的缩短了列车的追踪间隔，行车密度也得到了大大的提高从而提高了运输效率。基于无线通信的CBTC系统采用无线数据传输代替了轨道电路的地位，实现连续、双向数据通信。数字技术的优势在于信息量大，可同时实现多重任务的传输与交换。由此可见，为了提高行车安全性和运输效率，车地之间传输的信息量不断增大。我国引进UM71，推广和应用18信息移频自动闭塞，研究数字编码轨道电路，都是为了满足多信息传输需求。目前的应用和发展已经证明，无线移动通信是一个具有高可

5、靠性、高安全性的技术，其灵活性、经济性、少维护等特点，成为现代列车控制系统首选的车地信息传输方式，而且也是现代轨道交通移动信息基础设施的重要组成部分。2 CBTC的系统结构CBTC系统是基于无线通信的系统，主要由移动通信系统、定位子系统和列车控制系统这3个模块组成。其中列车控制系统包含中央控制子模块，车载子系统模块和无线闭塞中心模块(RBC，RadioBlockCenter)，如图1所示1。图1 CBTC系统结构CBTC系统移动通信系统的核心任务是在地面控制设备和运行的列车之间，实现行车参数的实时双向交互。列车通过地面的通信设备，获知自身的速度、位置等运行参数，然后通过移动通信系统，将这些关键

6、数据发送给无线闭塞中心；无线闭塞中心的核心任务是追踪列车并向其发送最优化的移动参数。由此可见，在基于通信技术的列车控制系统中，数据传输方式的选择趋势正逐步向移动通信方式过渡2,3。在说明了CBTC的系统结构之后，本文将主要阐述目前CBTC系统中的车地通信的技术和应用，并着重分析各种无线传播方式的特点。3 CBTC系统中主要的车地信息交换在固定闭塞技术中，线路上有固定的区段划分，这一区段只要有车占用，就意味着整个区段是占用的。而移动闭塞在线路上没有区段的划分，其以前车的尾部或进路边界为追踪的目标，这就是固定闭塞和移动闭塞的区别。所以，在固定闭塞技术中一定要采用轨道空闲检查设备来检查列车的位置，而

7、移动闭塞则靠车载设备自主定位来描述轨道的占用情况。固定闭塞和移动闭塞从数学描述的角度来看对线路的划分是量的区别。原来的固定闭塞，在城市轨道交通中可以达到200300m的区段划分；基于感应环线的移动闭塞，根据环线的特性，以6。25m的精度对线路进行划分；CBTC实现以后，现在车载计算机可以实现以米为单位的列车定位4。从车地信息交换的角度来看，移动闭塞与固定闭塞不同，线路固定数据都存储在车载设备的数据库中，在进入正常的CBTC移动闭塞模式之后，车地双向通信的关键内容包括：（1）轨旁到车载的移动授权信息（亦称MA，EOA等）；（2）车载到轨旁的位置报告；（3）运营调整信息及维护信息等。位置报告是移动

8、闭塞所特有的。车载设备通过自身的测速测距系统的计算和轨旁信标的校正，得出当前的精确位置，按照一定的通信周期发送给轨旁列车控制中心，这称为位置报告。轨旁列车控制中心根据所辖区域内所有列车的位置，为每列列车实时地计算出移动授权的终点，同样按照一定的通信周期发送给车载控制设备。移动授权与位置报告都是安全相关的信息，并且他们之间存在着因果关系。理论上移动闭塞不需要任何轨道检查设备参与闭塞的计算；而一旦失去车地通信，就失去了真正意义上的移动闭塞。当然车地信息中还包括其他的内容，如IP寻址、ATS调整、维护事件或故障报警、车站设备控制、旅客信息、校验及时间戳等。不同供货商会根据各自系统的特点有不同的信息结

9、构。4 CBTC中无线通信的传输媒介在城市轨道交通无线CBTC系统中，为了满足车地双向通信的需要，必须在线路沿线进行无线场强的覆盖，通常有以下几种传输方式可供选择，即无线电台、漏泄同轴电缆、裂缝波导管。4.1 无线电台无线电台的体积较小，安装比较灵活，受其它因素的影响小，可以根据现场条件和无线场强覆盖需要进行设计和安装，且安装和维护容易。无线电台在隧道内传输受弯道和坡道影响较大，同时隧道内的反射比较严重，需要考虑多径干扰等问题。无线电台在地面和高架线路安装比较容易，但线路周围不能有高大密级的建筑物，否则也会产生反射和衍射，从而导致传输质量下降和通信速率降低。无线电台的传输距离小，为了保证在一个

10、无线接入点(AP，Access Point)故障时，通信不能中断，提供通信的可靠性，往往需要在同一个地点设置双网覆盖，进一步缩短了AP布置间距，列车在各个AP之间的漫游和切换特别频繁，大大降低了无线传输的连续性和可靠性。同时相应的电缆使用量很大5。4.2 漏泄同轴电缆漏泄同轴电缆LCX (Leaky Coaxial Cable)是在同轴电缆外导体上开有一定形状和间距的糟，使电磁场的能量集中在同轴电缆的内外导线之间，部分能量可以从同轴电缆中的槽孔泄漏到空间中，并和附近的移动电台天线耦合构成无线通道，同轴电缆外导体上开的槽可以有许多形状，各种形状在传输损耗和耦合损耗方面各不相同6。使用泄漏同轴电缆

11、的通信方式是比较简明的，两条LCX交叉环线分别负责上行及下行的车辆通信，车上天线和LCX之间的距离很近，LCX还连接着基地台，通过泄漏同轴，各种安全调度信息和语音信息可以在地面和车辆之间双向传递。由于电磁波在同轴电缆交叉环线内传播，场强分布稳定，辐射性能由槽的形状位置控制、传输速率高、节省频率资源、受环境影响很小，因而对地形的适应性强，在数字化、大容量的移动车辆通信方面有独特的优势7。4.3 裂缝波导管裂缝波导管采用的是一种长方形铝合金材料，在其表面每隔一段距离(约6cm)刻有一条2mm宽3cm长裂缝，能够让无线电波从此裂缝中漏泄出来，因其波导管物理特性和衰减性能很好，传输距离较远，最大传输距

12、离可达到1600m，且沿线无线场强覆盖均匀，且呈现良好的方向性分布，抗干扰能力较强。其具有漏泄同轴电缆的优点，适合于狭长的地下隧道内使用。且传输距离要优于漏泄同轴电缆，减少列车在各个AP之间的漫游和切换，大大提高了无线传输的连续性和可靠性。5 CBTC系统无线传输的干扰2.4/5.8GHz作为开放频段，面临着多方面的干扰问题。简单举例说明:（1）旅客信息系统（PIS）旅客信息系统多采用WLAN技术，占用2.4/5.8GHz频段，满足IEEE802.11相关标准，对CBTC系统的传输直接造成同频干扰。目前，全国各城市正在运用不同的方式解决此问题，例如，用同一供货商解决CBTC和PIS的传输，或将

13、CBTC与PIS在频段上进行分隔等。哪种方式的效果最佳还没有一致意见。（2）城市商用移动通信引入地铁引入系统的种类如下。调频立体声广播：86108MHz；宽带无线寻呼：137285MHz；中国联通CDMA移动电话：800MHz频段；中国移动和联通GSM移动电话：900MHz频段；中国移动GPRS移动业务：1800MHz频段；第三代移动电话：2.1GHz频段；多媒体与无线局域网通信：2.4GHz频段；公安、消防等特殊性行业需要引入的系统：频率与原系统相同9。这些都对CBTC的无线传输带来了潜在干扰。基于通信的信号系统是信号领域的更新，但随之而来的是新问题。在地铁规划的初期，各有关部门需分析未来的

14、应用需求，统筹无线通信系统，才能保证整个系统的可用性10。参考文献1赵晓峰.无线CBTC信号系统工作模式分析J.城市轨道交通研究，2012，05:103-105+113.2郑莹.基于无线通信的CBTC研究综述J.通信技术，2011，12:137-138+141.3孟宇光.CBTC系统浅析J.无线互联科技，2015，01:134-135.4黄文彦.浅谈CBTC系统中的车-地通信技术J.铁路通信信号工程技术，2009，02:38-40.5魏赟，鲁怀伟，何朝晖.基于802.11协议的CBTC系统数据通信子系统的探讨J.铁道学报，2013，04:51-56.6林海香，董昱.无线CBTC系统车地通信方案研究J.兰州交通大学学报，2010，06:124-128.7罗耀云.CBTC系统中车地通信的无线信道建模及链路仿真研究D.兰州交通大学，2014.8刘晓娟.城市轨道交通CBTC系统关键技术研究D.兰州交通大学，2009.9王珮瑶，刘名元.CBTC车-地无线通信方案研究J.铁道通信信号，2013，12:50-53.10魏伟.CBTC系统中无线通信的干扰分析与仿真D.兰州交通大学，2013.5 / 5