《华为列控系统的列车定位和地车通信方式》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华为列控系统的列车定位和地车通信方式（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西门子列车控制系统本学期我们学习了城市轨道交通列车运行控制系统这门课程，列车运行控制系统包括列车自动防护系统（ATP） 、列车自动运行系统(ATO)、列车自动监控系统(ATS)。从中也了解到有西门子、华为、日立、阿尔卡特等许多这样的公司研发了列车自动运行控制系统，他们的系统各有各的优缺点。下面介绍一下华为列控系统。中国列车运行控制系统（CTCS）是在我国铁路高速线路和客运专线上，保证列车行车安全，提高列车运行效率的重要技术装备之一。C3 列控系统基于 GSM-R 无线通信技术，兼容 C2 列控系统，符合 C3 级标准要求，满足最高运营速度 350km/h、列车正向运行追踪时间间隔 3 分钟的要
2、求华为公司自主研发的“CTCS-3 级中国列车运行控制系统”（简称 C3 列控系统）。C3 列控系统包括车载设备和地面设备两大部分。车载设备负责接收地面命令，生成速度模式曲线，监控列车运行，保证列车行车安全。地面设备主要根据联锁办理的进路，给车载设备发出行车许可、紧急行车等命令。其中，车载安全计算机和 RBC是 C3 列控系统的关键设备，负责处理大部分 C3 业务，二个硬件平台的功能直接影响系统运行的性能。，国内厂商大都采取和国外厂商合作的方式共同开发 C3 列控系统，尤其是关键设备。与此同时，华为凭借多年的科研积累及成熟的软硬件平台，在深入理解 ETCS及 CTCS 标准的基础上，自主研发了
3、包括安全计算机和 RBC 在内的C3 列控系统。1、列车定位高速铁路列车定位技术有更高的要求，列车的速度达到350kmh，最小追踪间隔为 3min，并且 300kmh 及以上动车组不装设列车运行监控装置，在 300kmh 及以上线路，列控系统车载设备速度容限规定为超速 2kmh 报警、超速 5kmh 触发常用制动、超速 15kmh 触发紧急制动。这些技术原则要求高速铁路列车运行控制系统必须在任何时刻、任何地方都能确定列车的准确位置，包括列车的行车安全的相关间隔、速度、加速度及轨旁设备和车载设备资源的分配。由这些信息来确定是否需要采取制动措施，保证安全间隔。目前，陀螺、加速度计、里程仪、GPS
4、接收机等传感器已经普遍应用于列车测速定位系统。高速铁路技术的发展是多种多样的，各个国家根据其路况、地形、运营需求采用不同的定位技术。法国 AS-TREE 系统采用多普勒雷达进行测速定位；北美 ARES，PTC，PTS 系统采用 GPS(全球定位系统)进行定位；欧洲 ETCS、日本 CARAT 系统采用查询应答器和速度传感器进行定位；德国 LZB 系统采用轨间电缆进行列车定位；美国AATC 系统采用无线测距进行定位。2、车地通信 2.1在地铁的高速发展过程中，CBTC(基于通信的列车控制技术)发挥了极其重要的作用，它保证了地铁控制信号的实时和稳定传输，对提供安全、高效和舒适的轨道交通出行体验发挥
5、了至关重要的作用。从蒸汽动力火车到电力机车，再到自动驾驶列车，为满足不同时期的列车运营需求，CBTC 技术也在不断发生变化。当前，地铁 CBTC 系统主要由 TETRA+WiFi 网络来承载，其中TETRA 主要提供语音调度，WiFi 负责列控承载和 PIS 等数据业务。然而，这种组网方式的弊端随着近年来多起地铁事故的发生而逐渐浮出水面，这对以安全为第一要务的轨道交通行业来说，毫无疑问是不可接受的。WiFi 抗干扰性能差，存在安全隐患WiFi 作为一种无线通信技术标准，在对安全性拥有极高要求的地铁车地通信应用中具有先天缺陷。首先，从频点数来看，国内主流的 WiFi 频段 2.4G 共约 80M
6、Hz 带宽，22MHz 带宽的信道，完全不重叠信道为仅为 3 个。这意味着 AP 密集分布时，不同 AP 相同信道之间的同频干扰是必然。然而，在 TETRA+WiFi 组网模式下，由于WiFi 在城区的有效覆盖距离一般只有 200 米左右，这使得地铁沿线需要大量、密集地部署热点(AP)，来提供持续、完整的信号覆盖。如果 WiFi 热点同频干扰问题不能得到有效解决，必然给地铁运营留下安全隐患。WiFi 同频干扰示意图其次，从信道结构层面来说，WiFi 使用的是载波侦听/冲突检测方式进行资源分配，设备发送信息前进监听(载波监听)，如果通道正被使用，设备在发送前必须等待，在多用户情况下，系统资源的利
7、用率较低。并且，WiFi 只能做整个信道带宽级(20/40/80MHZ)的信号强度检测，颗粒度粗，反馈不及时，只能时分反馈信道质量，无法及时跟踪信道质量。在同频干扰无法避免的情况下，这种粗线条的干扰检测机制更为地铁安全运营带来诸多不确定性。再次，在干扰控制方面，WiFi 仅通过 TPC 约束 AP 和 STA 的最大发射功率，并无其他干扰控制技术。由于 WiFi 所用的 2.4GHz 是非牌照频段，符合发射功率限制等技术要求的各类无线电通信设备及工业、科学和医疗等非无线通信设备均可使用。因此在对地铁网络进行规划时，很难找到一片 WiFi“净土” 。这样一来，前期规划的网络因为后期加入 AP 而
8、可能导致干扰控制变得不可控，或者由于临时个人 AP 的引入而导致网络干扰增加。如今，带 WiFi 功能的手机大都可以随时“变身”临时 AP，地铁沿线可能充斥着各种靠 WiFi通信的设备和仪器，便携式路由器，甚至是各种蓝牙设备等，都可能会对地铁 WiFi 信号发起冷不丁的干扰冲击。总之，无法统一规划导致随意出现的 WiFi 干扰源很难控制，时刻对列车的安全运行构成威胁，2012 年 11 月深圳地铁遭便携式 WiFi 路由器逼停便是现实的案例。而根据国家有关规定，在该频段内的无线电台站之间产生干扰，原则上不受保护，应由被干扰方自行解决或双方协商解决。 2.2、LTE 拥有完善的抗干扰技术，可靠性
9、高相比 WiFi 网络，LTE 有着完善的抗干扰技术，在干扰检测、干扰避免、干扰控制三个层面均优于 WiFi。首先，从干扰检测层面来说，不同于 WiFi 只能提供系统带宽(20/40/80MHZ)级的信号强度检测和反馈，LTE 采用 OFDM 直载波调度，领先的导频设计使得时频域均匀分配，保证了对信道时频域变化的及时跟踪，能够实现 2ms 的快速调度响应，使干扰检测更及时、更准确。拿一个苹果作比喻，如果苹果中出现了一个虫眼,在 WiFi 基于系统带宽级信号强度检测和反馈机制下,整个苹果就会烂掉。而 LTE 基于 OFDM 子载波调度的机制,能够将未坏的部分充分利用,妥善处理。另外，LTE 采用
10、周期或非周期的及时反馈机制，多个终端可同时反馈，使得干扰反馈更及时。其次，在干扰避免方面，LTE 也明显优于 WiFi。LTE 网络具有完善的编码、重传和 IRC(干扰抑制合并)机制，并拥有毫秒级的调度机制，可根据干扰情况动态调度资源。在检测到干扰后，LTE 可以通过频选调度，根据每个终端的信道状况，优先分配干扰小、信号质量高的子带频率资源。同时，LTE 还可以采取 AMC(自适应调制编码)，根据信道干扰情况自适应调整调制与编码策略。而 WiFi 只能提供固定的、系统带宽级(如 20MHZ)的信道选择，而且由于频点不足，该功能的实际效果非常有限。再次，从干扰控制角度来说，LTE 拥有完善的功率
11、控制机制，能够有效控制整个网络的干扰水平。为了控制信号干扰，LTE 采取了多种干扰抑制算法和机制来降低网络的整体干扰水平，如ICIC(小区干扰协调)干扰抑制算法和 CoMP(协同多点)上行干扰控制等。而 WiFi 只能通过 TPC 来约束 AP 和 SAT 的最大发射功率，干扰控制能力十分有限。综上不难看出，无论是发现干扰，规避干扰，还是控制干扰，LTE 都具有独特的优势，这大大提升了其抗干扰能力。基于以上三点，在同样的干扰环境下，LTE 的接收灵敏度更高，吞吐率随用户增减变化更平稳。在多小区业务的干扰测试中，WiFi 网络无论是单流 AP 还是双流 AP，随着用户数的增加，小区吞吐率急剧衰减
12、(并发用户数增加到 5,小区容量下降 88.4%以上)。而 LTE 由于其良好的物理信道结构和抗干扰技术，用户数增加，小区吞吐率影响较少。在单小区业务干扰测试测试中，在 FTP、UDP、HTTP 业务方面，随着用户的增加，WiFi 网络性能急剧下降，而 LTE 网络变化不大。 2.3LTE：地铁 CBTC 的理想选择除了抗干扰性外，LTE 在移动性方面也要优于 WiFi。这是因为WiFi 受协议本身限制，在列车高速运行时其带宽和稳定性都无法保证。WiFi 的覆盖范围较小，列车在运行过程中需要频繁地重选和关联新的 AP，由此带来的高时延会直接影响到网络接入的稳定性。归根结底，无论是抗干扰性还是高
13、速移动状态下的稳定性，最终都会反映到到地铁 CBTC 系统的可靠性，并进一步影响到地铁的可靠性和安全性。而安全和可靠，从来都是乘客对轨道交通最基本的要求，也是地铁运营商最不容忽视的地方。对地铁运营商而言，当前最主要需求是在保证安全的前提下提高运能，并进一步提高乘客的出行满意度。为此，新时代的 CBTC 需要能够胜任以下任务：通过通信系统承载列控信息，根据流量实时调配列车，以更加高效的集群通信提高调度效率;通过车厢和轨道的视频监控提高运输安全性，以车载 PIS(乘客信息系统)业务和车内宽带接入业务提升乘客的出行体验。面对这些需求，传统的 TETRA 窄带集群显然已经无法满足需求，而 TETRA+WiFi 的方案在可靠性和移动性方面弊端凸显。因此，集语音、视频和数据为一体的 LTE 宽带数字集群技术必将成为地铁运营调度和应急指挥的必然选择。可预见，在移动宽带浪潮的推动下，与其它各行各业的信息化过程一样，轨道交通车地通信也将步入LTE 时代。
