城市轨道交通列车无线通信系统
城市轨道交通城轨通信系统的组成
城市轨道交通城轨通信系统的组成城轨通信系统主要由下列子系统组成：传输系统、公务电话系统、专用电话系统、无线集群通信系统、闭路电视监控系统、有线广播系统、时钟系统、乘客导乘信息系统、通信电源和接地系统、城轨地下部分的公共覆盖系统。
一、传输系统城轨的传输网是城轨通信网的基础。
城轨传输网要求具有高可靠性和丰富的业务接口。
城轨传输网的低层一般采用SDH光纤自愈环路，在光纤切断或故障时能自动进行业务切换，故具有很高的可靠性。
传输业务的多样性是城轨传输系统的主要特点。
所传输的业务包括：电话（窄带音频）、广播（宽带音频）、城轨信号（中/低速数据）、视频（高速数据）等业务。
在城域网（MAN）中，传输网按其功能划分为骨干层、汇聚层与接入层。
而在城轨通信网中，传输网按其功能可分为骨干层与汇聚接入层。
城轨传输网分为城轨专用传输网和民用（GSM、CDMA接入）传输网，这是两个完全隔离的网。
在城轨专用传输网中具体传送的信息为：调度电话、广播、公务电话、集群无线基站的2Mbit∕s的数字链路；RS-232、RS-422,RS-485接口点对点低速电路数据业务；10/100/1000MbitZS的以太网业务；ATM业务。
二、公务电话系统城轨的公务电话相当于企业总机，采用通用的程控数字用户交换机组网，并通过中继线路接入当地市话网。
一般情况下，中心交换机安装在控制中心和车辆段，而在各车站配置车站交换机或中心交换机的远端模块。
中心交换机与车站交换机之间通过城轨专用传输网进行点对点的连接。
为减少城轨通信设备的类型，目前城轨多数采用具有调度功能的交换机组成公务电话网。
三、专用电话系统专用电话系统包括：调度、站内、站间和区间（轨旁）电话子系统。
城轨的调度电话子系统主要包括调度总机、调度台和调度分机三部分，并通过传输系统或通信电缆相连接。
在控制中心安装有调度机或交换/调度机作为调度总机，为调度人员提供专用直达通信服务。
一般在城轨中设有行车调度、电力调度、维修调度、环控调度、公安调度的（虚拟）调度专网和调度台（其中行车调度专网设2个调度台）。
轨道交通系统的无线通信技术研究
轨道交通系统的无线通信技术研究在当今快节奏的社会中，轨道交通系统已成为人们日常出行的重要方式之一。
从地铁、轻轨到有轨电车，这些高效、便捷的交通方式在改善城市交通拥堵、提高出行效率方面发挥着关键作用。
而在轨道交通系统的背后，无线通信技术则是保障其安全、高效运行的重要支撑。
无线通信技术在轨道交通系统中的应用十分广泛。
首先，列车与控制中心之间需要实时、稳定的通信，以确保列车的运行状态、位置等信息能够准确无误地传递给控制中心，同时控制中心的指令也能及时下达给列车。
其次，乘客在列车内也希望能够享受到稳定的网络服务，如上网、通话等。
再者，轨道交通系统中的各种设备，如信号设备、监控设备等，也需要通过无线通信技术进行数据传输和协同工作。
在众多无线通信技术中，GSMR（铁路全球移动通信系统）是一种专门为铁路通信设计的技术。
它具有良好的可靠性和稳定性，能够满足列车控制和调度等关键业务的需求。
GSMR 采用专用频段，减少了外界干扰，确保通信的安全性和保密性。
通过 GSMR，列车司机可以与调度员进行清晰、流畅的语音通信，及时获取行车指令和路况信息。
同时，列车的运行数据，如速度、位置等也可以通过 GSMR 实时传输到控制中心，为调度决策提供依据。
LTE（长期演进技术）在轨道交通系统中的应用也逐渐增多。
LTE具有更高的数据传输速率和更低的延迟，能够为乘客提供更好的网络体验。
例如，在地铁车厢内，乘客可以通过LTE 网络流畅地观看视频、浏览网页。
此外，LTE 还可以用于列车的视频监控系统，实现高清视频的实时传输，提高安全监控的效果。
除了 GSMR 和 LTE，WiFi 技术在轨道交通系统中也扮演着重要角色。
在车站、候车区域等场所，WiFi 为乘客提供了免费的网络接入服务，方便乘客查询列车时刻表、路线信息等。
同时，一些轨道交通系统还利用 WiFi 实现列车与站台之间的数据传输，如列车的故障信息、维护数据等。
然而，轨道交通系统中的无线通信技术也面临着一些挑战。
城市轨道交通通信与信号系统
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总结
总结
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城市轨道交通通信与信号系统是城 市轨道交通的重要组成部分，它保 障了列车的安全、高效和有序运行
通信系统采用了多种通信技术，实现 了列车与车站之间、车站与控制中心 之间、列车与列车之间的实时通信； 信号系统采用了多种信号技术，实现 了对列车的速度控制、距离控制、方
向控制等功能
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未来，随着技术的不断进步和应用 需求的不断变化，城市轨道交通通 信与信号系统将会不断进行升级和
通信系统
卫星通信
卫星通信是城市轨道交通通信系 统中较为高端的方式之一。它通 过卫星进行信息的传输，具有覆 盖范围广、通信距离远、可靠性 高等优点。在城市轨道交通中， 卫星通信主要应用于控制中心和 列车之间的通信，以及控制中心 和车站之间的通信
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信号系统Βιβλιοθήκη 信号系统01城市轨道交通信号 系统是保障列车安 全、高效运行的关
心之间、列车与列车之间的实时通
信
通信系统
无线通信
无线通信是城市轨道交通通信系统中最常用的方式之一 。它通过无线电波进行信息的传输，包括语音、数据、 图像等信息。在城市轨道交通中，无线通信主要应用于 列车和车站之间的通信，以及车站和控制中心之间的通 信
通信系统
有线通信
有线通信是城市轨道交通通信系统的另一种 常用方式。它通过有线网络进行信息的传输 ，具有较高的稳定性和可靠性。有线通信主 要应用于列车和控制中心之间的通信，以及 车站和车站之间的通信
完善
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城市轨道交通通信与信号系 统
城市轨道交通无线通信系统
无线通信是一种利用无线电波在空中传播信息的通信方式。无线电波通过 发射天线向外辐射出去，天线就是波源。无线电波中的电磁场随着时间的 变化而变化，从而把辐射的能量传播至远方。 （1） 传播方式。无线电波常见的传播方式有以下几种： ① 波导方式。当电磁波的频率在30 kHz以下（波长在10 km以上）时，大 地犹如一个导体，电磁波不能进入电离层，因此，电磁波被限制在电离层 的下层与地球表面之间的空间内传输，称为波导方式。 ② 地波方式。沿地球表面传播的无线电波称为地波（或地表波）。这种传 播方式比较稳定，受天气影响小。 ③ 天波方式。射向天空经电离层折射后又折返回地面（还可经地面再反射 回天空）的无线电波称为天波。天波可以传播到几千千米之外的地面，也 可以在地球表面和电离层之间多次反射，实现多跳传播。
城市轨道交通无线通信系统由专用无线、消防无线和公安无线3部分组成。专 用无线是高速行驶的城市轨道交通列车与行车调度系统之间唯一的通信方式， 承担着保障城市轨道交通列车正常运行、城市轨道交通系统安全运营及乘客生 命的重要责任。消防无线是消防队在火场救火抢险的主要通信手段，城市轨道 交通内部消防无线信号的覆盖充分满足了消防队在城市轨道交通中救火抢险的 需要。公安无线为公安部门在城市轨道交通中的值勤、巡逻及突发事件的处理 提供了通信保障。 最简单的无线通信系统由一个发射机和一个接收机配以麦克风、扬声器和天线 组成。语音通过麦克风转换成电信号，发射机和天线将话音信号转换成相应的 高频电磁波，并发射出去；接收端通过天线、接收机和扬声器完成发送端的反 向变换，如图4-3所示。
④ 空间波方式。空间波主要指直射波和反射波。在空间中按直线传播的无线电波， 称为直射波。当无线电波在传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时，其还会 像光一样发生镜面反射，称为反射波。 ⑤ 绕射方式。由于地球表面是个弯曲的球面，因此无线电波的传播距离受到地球 曲率的限制，但无线电波也能同光的绕射传播现象一样，形成视距以外的传播。 ⑥ 对流层散射方式。地球大气层中的对流层，其物理特性的不规则性或不连续性 会对无线电波起到散射作用。利用对流层散射作用进行无线电波的传播，称为对 流层散射方式。 （2） 电磁波的波长。对于在空间中传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强 度方向相同，其量值最大为两点之间的距离，即电磁波的波长λ，如图4-2所示。
浅谈城市轨道交通中无线通信系统的应用(定稿版))
浅谈城市轨道交通中无线通信系统的应用清远磁浮交通有限公司通信工程师王瑾摘要：无线通信系统主要用于解决OCC（控制中心）行车调度员、段场信号调度员、车站值班员与列车司机等移动用户之间的通话以及信息传递。
为了提高城市轨道交通运行效率、保障行车安全及应对紧急事件的必要传输工具，在城市轨道交通中无线通信系统可以通过不同的技术来实现信息数据的传递。
本文主要将简要陈述城市轨道交通中的TETRA数字集群系统（简称“TETRA系统”）和LTE技术的应用。
关键词：城市轨道交通；无线通信系统； TETRA系统； LTE技术什么是无线通信系统？无线通信(Wireless c ommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。
目前，城市轨道交通中无线通信系统主要采用TETRA数字集群系统和LTE技术。
一、TETRA数字集群系统在城市轨道交通中的应用在城市轨道交通中TETRA系统是基于数字时分多址（TDMA）技术的专业移动通信系统，是欧洲电信标准协会( European Telecommunications Standards Institute, ETSI)设计、制定的开放性通信系统，便于欧洲各国集群用户的使用，初步形成无线数字集群通信系统的标准化。
目前，随着TETRA数字集群系统技术在城市轨道交通广泛应用，技术十分成熟。
TETRA 系统可以满足各种不同的系统配置和对信号覆盖的需求，即可以实现单站和多站的配置，可以在25KHz的带宽内提供4个通信信道；根据工业和信息化部文件要求，TETRA系统工作频段采用350MH和800MHz。
在城市轨道交通中TETRA系统频率的配置原则：（1）降低和减少各种类型的频率干扰和提高频率资源的利用率。
（2）应考虑如何降低同频干扰、邻道干扰、互调干扰等，特别是三阶互调干扰。
（3）应有效利用包括射频的窄带调制、话音的压缩编码、信道的时分多址复用、多信道共用（集群）、频率的复用等。
城轨通信系统—无线集群调度系统
4.集群通信系统的基本网络结构
(4)带状网、面状网 根据服务对象、地形的分布及干扰等因素，可 以将小区制移动通信网划分为：带状服务区、面状服务区。 ①带状服务区 指用户的分布呈带状，如铁路，轨道交通，公路、狭长城市、河流 等，其频率配置方式为每个基地台覆盖范围设置一个频点，可进行 A、B两点的复用方式。
单区、多点、单中心网络
4.集群通信系统的基本网络结构
(3) 多区、多中心、多层次网络 ，由多个控制中心和多基站组成而 形成整个服务区。控制中心主要处理所管辖区内基站和越区至本基 站内移动用户的业务用户的业务。
多区多中心网络
将越区用户识别码的登记，控制频道分配、有线或无线用户 寻找越区用户的业务交由区域控制中心处理就形成了二级管 理区域网。
双向异频(双频)双工方式
2.集群通信系统的工作方式
传统的专用业务移动通信系统使用的频率是固定的，一旦用户 选择了某信道，那么它的通话就只能在这一信道上进行，直到通话 结束；如果这一信道已被其他用户占用，则它就不能选择其他空闲 信道，从而出现拥堵。
集群调度通信系统的主要业务是调度台的收发信机与一群移动 台之间建立一条单工或半双工的无线通信线路，或移动台用户（车 载台或手持台）之间建立 一条单工或半双工的无线通信线路。在一 个多信道调度无线系统中，“集群”是指向正在申请服务的用户自 动分配信道。
带状服务区及频率配置方式
②面状服务区 指用户分不成一个宽广的平面，又称蜂窝网。频率配置基本原则为 每个基地台覆盖范围设置的频点与相邻基地台设置频点不能相同， 以免造成干扰。
面状服务区
5. 无线集群调度系统在城市轨道交通中的应用
城市轨道交通中无线集群调度通信系统1. 移动通信的工作方式
城市轨道交通列车无线通信系统
目录摘要 (5)第1章绪论 (6)1.1选题的背景和意义 (6)1.2本文的主要内容 (6)第2章DCS数据传输系统 (7)2.1数据传输系统的组成 (7)2.1.1有线网络 (7)2.1.2无线网络 (7)2.1.3网管系统 (7)第3章数据传输系统的功能 (9)3.1DCS有线网络功能 (9)3.2DCS无线网络功能 (9)3.3安全性 (10)第4章数据传输系统原理 (12)4.1 DCS有线系统原理 (12)4.2DCS无线网络系统原理 (13)4.3DCS无线系统冗余结构 (15)第5章列车无线系统的应用 (20)5.1列车自动控制系统（ATC） (20)5.1.1列车自动驾驶系统（ATO） (20)5.1.2列车自动防护系统（ATP） (20)5.1.3列车自动监督系统（ATS） (21)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)摘要随着科学技术的发展和社会文明的进步，城市轨道交通已经逐渐在各个城市中兴起，并逐渐普及。
从刚开始的采用国外的信号系统设备系统CTC（西门子），到如今的采用国产化设备信号系统CBTC（卡斯柯），代表着我国的城市轨道交通技术迎来了飞速发展、CBTC系统是列车基于无线通信下的列车自动控制系统，该系统不同与之前的轨道电路列车控制系统，CBTC系统的无线通信利用车地之间的通信，来确定列车的位置，并提供给列车推荐速度、进路信息、发车时间等。
其安全、高效、便捷的优点已经远远超过轨道电路。
CBTC系统对改善行车安全，提高运营效率、减少故障发生等发面有了重大的提升。
关键词：无线通信自动控制行车安全第1章绪论1.1选题的背景和意义伴随着科学技术的发展，列车运行自动化程度不断提高，列车自动控制已经成为未来轨道交通进步的趋势，其中列车自动控制又离不开列车无线通信系统，列车与轨旁设备的通信、列车与ATS的通信、轨旁与ATS的通信等，通过各个设备间不间断的保持通信来保证列车的安全运行。
城市轨道交通通信信号系统—通信系统
6.4.4 时钟系统
时钟系统是通信系统的基本组成 部分，用其他各系统提 供统一的定时同步信号，使整个城市 轨道交通系统执行统一的定时标准， 确保通信系统及其他重要控制系统协 调一致。
• 除了传统的语音通信需求外，还可以利用无线系线统提供的 无线数据传输通道，在地面系统与车载系统之间提供数据传 输通道。
6.4.3 广播系统
• 广播系统简称PA，是城市轨道交通运营行车组线识的必要手段，是实现集中管理的重要组 成部分，广播系统应保证控制中心调度员和车站值班员向乘客通告列车运行，以及安全、 向导等服务信息，向工作人员发布作业命令和通知。
6.4.3 广播系统
• 主要作用： • ① 正常情况下调度中心和车站对乘客广播，通知列车到站、离站、线路换乘、时间表变更、
列车误点、安全状况，播放音乐改善候车环境； • ②在突发紧急情况时进行防灾等安全导向信息广播，组织指挥事故抢险，提高应急响应能力。 • ③ 对运营人员广播，发布有关通知信息，协同配合工作。
6.4.1 通信传输系统
通信传输系统是连接行车调度指挥 中心与车站、车站与车站之间信息传输 的主要手段是组建轨道交通通信网的基 础和骨干。同时，通信传输系统也是为 通信系统各子系统及列车自动控制系统 、电力监控系统、自动售检票系统、综 合监控系统等提供语音、文字、数据和 图像信息的传输通道。
6.4.2 无线调度通信系统
6.4.3 广播系统
广播系统由控制中心（OCC） 广播、车站广播、车辆段广播三个 相互独立又相互联系的子系统构成， 包括控制中心设备、车站设备、车 辆段设备。
6.4.3 广播系统
1.车站（车辆段）播音 车站（车辆段）广播控制台配有播音区 域选择键盘和送话器，可以向特定播音区广 播；每个播音区域内的扬声器，其中一个扩 大器故障时，仍能不间断地播音；注意：车 站广播控制台对本站的播音具有优先权，可 以中断控制中心的广播。
城市轨道交通通信系统介绍
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轨道交通通信系统介绍 一、轨道交通通信系统概述 二、轨道交通通信系统构成 三、各子系统介绍 四、通信系统工程施工
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➢ 一、轨道交通通信系统概述
为了保证城市轨道交通系统能可靠、安全、高 效运营，并有效地传输地铁运营、维护、管理相 关的语音、数据、图像等各种信息，就必须建立 可靠的、易扩充的、独立的通信网。
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四、通信系统工程施工 1、通信系统设备安装应具备条件 ➢ 进行了施工图交底 ➢ 机房已装修完毕，其施工用电、防尘、湿度、预
留孔洞等满足设备安装需要。 ➢ 设备、材料已经到货，并经测试检验合格。 ➢ 施工用机具、仪表已备齐。 ➢ 具有完备的组织机构 ➢ 制定详细的实施计划和安全质量保证体系
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➢ （3）、集群无线系统组成
➢ 集群控制器
➢ 无线交换机
➢ 调度台
➢ 基站收发信机
➢ 天馈线系统
➢ 机车电台
➢ 漏泄电缆
➢ 维护终端
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➢ 5、广播系统
➢ （1）、功能：对乘客广播（到发站信息、意外 情况疏导）
➢ 对工作人员广播（通知信息）
➢ （2）、结构：广播系统采用二级广播控制方式 （控制中心、车站）
容量/线路利用率 话音质量/干扰
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（ 3）、分类 按传输媒介分：
光纤数字通信系统 微波数字通信系统 卫星数字通信系统
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按采用技术分 PDH（异步数字通信系统） SDH（同步数字通信系统） OTN（开放的传输网络） ATM（异步传输模式）
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（4）、传输系统构成 硬件：终端设备
中继设备 光缆 网管及维护终端 软件：系统软件、管理维护软件
城市轨道交通无线通信系统的维护及故障处理
2 城市轨道交通无线通信系统的故障处理
1. 调度台常见故障处理
当调度台出现故障时，首先应判断是软件问题造成的还是硬件问题造成的。如果是软 件问题造成的，可通过重启调度台软件或调度台系统来解决。如果是硬件问题造成的， 可通过紧固连接线、更换连接线或更换相应的故障板件（如调度台主机、调度服务器、 接口板等）来解决。 判断和处理故障时要有依据，严禁盲目重启和复位设备或程序，导致故障扩大。如果 行车调度台出现故障，并经初步判断，认定其无法立即恢复时，应采用“先通后复” 的原则，即在其他调度台上启用行车调度的角色，以确保行调对列车的调度指挥。
谢谢观看
2 城市轨道交通无线通信系统的故障处理
1. 调度台常见故障处理
（2） 调度台死机。 ① 故障现象。调度台屏幕显示正常，鼠标能动，但任何操作均无效；或 者鼠标不能动，按Ctrl+Alt+Delete组合键也不起作用。 ② 处理方法。当调度台死机时，唯一的解决办法就是“冷关机”——直 接按压主机的电源开关键，将整台计算机关闭，然后重启。启动完毕后 重新登录调度台应用程序。 （3） 调度台与中心交换设备链路故障或服务器故障。 ① 故障现象。调度台出现连接链路通信告警。 ② 处理方法。检查网络及服务器状况，如果是链路故障，则更换新的链 路；如果是服务器故障，则重启服务器，如果重启还不能恢复，则必须 更换服务器的故障件（更换服务器的操作不要求初级人员掌握）。
城市轨道交通无线通信系统的维护
城市轨道交通无线通信系统的故障处理
1 城市轨道交通无线通信系统的维护
城市轨道交通无线通信系统设备维护的基本要求如表4-3所示。
1 城市轨道交通无线通信系统的维护
1 城市轨道交通无线通信系统的维护
2 城市轨道交通无线通信系统的故障处理
城市轨道交通无线通信原理
城市轨道交通无线通信原理1. 引言城市轨道交通系统是现代城市中重要的交通工具之一，为了保证乘客的安全和顺畅的运营，轨道交通系统需要进行实时的通信和控制。
传统的有线通信方式存在一些问题，如成本高、维护困难等。
因此，无线通信技术被广泛应用于城市轨道交通系统中。
本文将详细介绍与城市轨道交通无线通信原理相关的基本原理，包括无线通信技术的分类、信道分配、调制解调和编码解码等内容。
2. 无线通信技术分类城市轨道交通无线通信技术主要包括微波通信、红外通信和无线局域网（Wi-Fi）技术等。
这些技术在不同的场景下有不同的应用。
2.1 微波通信微波通信是一种通过微波频段进行通信的技术。
它具有传输距离远、传输速率高的特点，适用于城市轨道交通系统中的远距离通信。
微波通信主要包括点对点通信和广播通信两种方式。
在点对点通信中，一对天线通过微波信号进行通信。
发送端将数据转换为微波信号并发送给接收端，接收端将接收到的微波信号转换为数据。
微波通信可以实现高速、稳定的通信，适用于城市轨道交通系统中的信号控制、车辆调度等场景。
在广播通信中，一台发射器通过微波信号向周围的接收器发送信号。
微波信号可以穿透建筑物和障碍物，适用于城市轨道交通系统中的广播通知、紧急广播等场景。
2.2 红外通信红外通信是一种通过红外线进行通信的技术。
它具有传输距离短、传输速率低的特点，适用于城市轨道交通系统中的短距离通信。
红外通信主要包括红外遥控和红外数据传输两种方式。
在红外遥控中，一台遥控器通过红外信号向车辆或设备发送指令。
车辆或设备通过接收红外信号来执行相应的操作。
红外遥控适用于城市轨道交通系统中的车辆控制、设备操作等场景。
在红外数据传输中，数据通过红外信号进行传输。
发送端将数据转换为红外信号并发送给接收端，接收端将接收到的红外信号转换为数据。
红外数据传输适用于城市轨道交通系统中的数据交换、信息传递等场景。
2.3 无线局域网（Wi-Fi）技术无线局域网技术是一种通过无线信号进行通信的技术。
城市轨道交通无线通信系统的作用及应用
城市轨道交通无线通信系统的作用及应用摘要：时代在进步，城市轨道交通建设也在进步，地铁、轻轨这些快速便捷的交通工具深受人们的喜爱，保障城市轨道交通安全运行，为人们提供安全舒适有保障的乘车条件是我们应该做的。
而无线通信系统作为城市轨道交通中的重要子系统，就变得尤为重要。
如果该系统发生故障不仅会影响到正常的列车运行，严重时，还会造成重大的交通事故造成人员伤亡。
因此要有一个科学合理的方法来保障设备的安全运行，准确知晓可能存在的潜在威胁，并提前做好防护维修工作，防止系统发生故障，对保障列车安全运行具有重要意义。
关键词：城市轨道交通；无线通信系统；作用及应用随着时代的不断进步和发展，我国的城市轨道交通得到了迅速的发展，城市轨道交通对于我国轨道交通发展来说非常重要，占有重要的地位，并且城市轨道交通与我们的日常息息相关，我们的生活离不开城市轨道交通。
我国城市轨道交通的客流量逐年在增加，截止到2019年12月，据统计显示出我国内地城市轨道交通运营线路长度增长共计6730.27公里，而且从省政府发布的2020年重点投资项目计划表中可以看出，投资的主要部分是对城市轨道交通的建设，可见城市轨道交通建设的重要性。
1无线通信系统在城市轨道交通中的作用在列车的运行过程中，无线通信系统的状态直接影响着轨道交通的运行，例如，所发生的地铁瘫痪事故中，查询其影响因素后，得知绝大部分都是因为无线通信系统和信号系统出现故障。
再比如2012年在深圳，WIFI逼停地铁的事件中，当时地铁的车地通信功能主要依赖于无线局域网，而该通信技术采用的是公用频段，容易遭受干扰，无法得到优先级的保障，加之运行速度过快，系统的稳定性也是无法保障的，不适用于综合承载。
无线通信系统对轨道交通安全运行的重要性显而易见。
要具有较强的抗干扰性，无线通信系统的合理有效应用在一定程度上保障了通信系统的安全运行。
除此之外，提高无线通信系统效率的同时还可以进一步满足社会的需求。
高速运行的城市轨道交通车地宽带无线通信系统研究
25网络通信技术Network Communication Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering目前，国内城市轨道交通已开通运行的线路的运行速度主要为100km/h 及以下，为缩短旅行时间，城市轨道交通已逐渐向高速化发展，近期规划建设的线路运行速度提高到140km/h 、160km/h 及更高，在高速运行下的乘客信息系统车地传输比低速状态下的车地传输通信面临更多的问题，如多普勒效应和快速切换带来的影响是高速环境下不得不解决的两个重要的难题。
目前轨道交通大都采用802.11系列WLAN 技术承载乘客信息系统，基于802.11系列的WLAN 技术由于其技术标准体制的限制，存在切换频繁、干扰大、移动场景带宽小等问题。
因此，当列车在140km/h （～48m/s ）高速运行时，会带来诸多的挑战如多普勒频移、隧道的多径效应、切换等，分析和探讨如何解决这些挑战是燃眉之急。
1 高速运行的轨道交通车地宽带无线通信系统需求1.1 轨道交通车地宽带无线通信系统需求高速运行的城市轨道交通的车地无线通信主要包括CBTC （列车控制业务）、列车紧急文本下发业务、列车运行状态监测、CCTV 列车视频监控业务、PIS 系统业务、集群调度业务等，还有车厢内乘客上网的需求。
PIS 系统车地实时传输的内容一般可分为三类：首先是车载PIS 实时播放视频信息，从地面到列车上，一般带宽为5~8Mbps ，二类，实时视频监视信息，从列车上到地面，每路带宽为512kbps~4Mbps ，此外还包括车辆状态信息，带宽约为0.2Mbps.系统提供的双向传输的有效带宽应不低于16Mb/s 。
在应急情况下,指挥中心需要了解更多的现场情况，需将紧急情况下的车载图像信息全部上传，将需要更大的传输带宽。
车厢内乘客上网，每节车厢按照旅客100人同时接入和并发应用，车厢接入用户按照50%并发访问外网，每个接入用户有200kbps 外网访问带宽，需要的带宽为40Mbps 。
城轨无线集群调度通信系统的功能
无线电禁止：又称遥毙，系统可以将遗失或有问题的电台关机， 使其失去正常通话功能，可以防止非法用户进入系统工作。
动态重组：中央控制器通过控制信道发送指令，更改移动台的 组别。
5）系统可靠性能
多信道：按申请分配，一个信道故障，其他信道仍正常工作。
（4）故障报警功能：系统故障管理软件实时监控整个系统设 备运行状态，具有声、光显示方式同时报警功能。
（5）基站无人值守：基站信息全部由中央管理软件监控，不 需要现场人员监控基站信息。
接收机干扰关闭：当接收机受干扰或故障时自动关闭。
发射机故障关闭：当发射机故障时系统自动将其关闭。
统自我诊断：系统可进行各种参数的自我诊断，出现软件故障 时可自动重新修复，出现硬件故障时提供报警或将其自动关闭。
故障弱化：系统中央控制器出现故障后，系统保持常规通信状 态，不能进行跨区漫游通信。
6）系统维护管理功能
限时通话：系统可设置用户通话时间，当到达通话设 定时间后，系统将释放占用信道。
私密通话：移动用户之间通过拨打对方身份号即ID号 码进行通话。
3）优先级别 系统有5～8个优先级别，特权用户具有强插、通话不
限时、全呼、选呼功能；普通用户不具备强插通话、全呼、 选呼功能。
4）特殊功能
常用扫描：移动台可设置对几个通话组进行扫描监听，当某一 组有通话时自动建立通话。
城市轨道交通 无线集群调度通信
l 城轨无线集群调度通信系统的功能
1）通话功能
（1）无线用户可与有线用户进行通话，通过移动台呼叫调度 台实现。
（2）有线用户可与无线用户选址通话，包括个人直呼和组呼， 通过调度台呼叫移动台实现。
（3）无线用户之间进行通话（个人选呼和组呼），移动台通 过拨打移动台号码进行选呼，还可进行同组移动台之间的组呼。
城市轨道交通无线通信系统
双工通信是指通信双方可以同时进行收信和发信。这一功能一般通 过双工器来实现，这时收信与发信采用不同的频率，如图4-5所示。 全双工通信是指在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双 向信号传输。全双工通信允许信号同时在两个方向上传输，又称双 向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。在全双工方 式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制 信号同时在两个方向上传送。全双工方式无须进行方向切换，因此， 没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误的交互 式应用十分有利。
城市轨道交通无线通信系统由专用无线、消防无线和公安无线3部分组成。专 用无线是高速行驶的城市轨道交通列车与行车调度系统之间唯一的通信方式， 承担着保障城市轨道交通列车正常运行、城市轨道交通系统安全运营及乘客生 命的重要责任。消防无线是消防队在火场救火抢险的主要通信手段，城市轨道 交通内部消防无线信号的覆盖充分满足了消防队在城市轨道交通中救火抢险的 需要。公安无线为公安部门在城市轨道交通中的值勤、巡逻及突发事件的处理 提供了通信保障。 最简单的无线通信系统由一个发射机和一个接收机配以麦克风、扬声器和天线 组成。语音通过麦克风转换成电信号，发射机和天线将话音信号转换成相应的 高频电磁波，并发射出去；接收端通过天线、接收机和扬声器完成发送端的反 向变换，如图4-3所示。
电磁波的传播速度c为光速（3×108 m/s），电磁波每秒钟变动的次数，即电磁波 的频率f。电磁波的波长、频率、传播速度之间的关系为
c=λf 由上式可以得出，电磁波的波长越长，其衰减越少，也越容易绕过障碍物继续传播。 （3） 电磁波频率波段的应用。无线电管理局对无线频谱资源进行统一规划，分配 给无线通信各项业务使用，如表4-1所示。
1. 电磁波
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目录摘要 (5)第1章绪论 (6)1.1选题的背景和意义 (6)1.2本文的主要内容 (6)第2章DCS数据传输系统 (7)2.1数据传输系统的组成 (7)2.1.1有线网络 (7)2.1.2无线网络 (7)2.1.3网管系统 (7)第3章数据传输系统的功能 (9)3.1DCS有线网络功能 (9)3.2DCS无线网络功能 (9)3.3安全性 (10)第4章数据传输系统原理 (12)4.1 DCS有线系统原理 (12)4.2DCS无线网络系统原理 (13)4.3DCS无线系统冗余结构 (15)第5章列车无线系统的应用 (20)5.1列车自动控制系统（ATC） (20)5.1.1列车自动驾驶系统（ATO） (20)5.1.2列车自动防护系统（ATP） (20)5.1.3列车自动监督系统（ATS） (21)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)摘要随着科学技术的发展和社会文明的进步，城市轨道交通已经逐渐在各个城市中兴起，并逐渐普及。
从刚开始的采用国外的信号系统设备系统CTC（西门子），到如今的采用国产化设备信号系统CBTC（卡斯柯），代表着我国的城市轨道交通技术迎来了飞速发展、CBTC系统是列车基于无线通信下的列车自动控制系统，该系统不同与之前的轨道电路列车控制系统，CBTC系统的无线通信利用车地之间的通信，来确定列车的位置，并提供给列车推荐速度、进路信息、发车时间等。
其安全、高效、便捷的优点已经远远超过轨道电路。
CBTC系统对改善行车安全，提高运营效率、减少故障发生等发面有了重大的提升。
关键词：无线通信自动控制行车安全第1章绪论1.1选题的背景和意义伴随着科学技术的发展，列车运行自动化程度不断提高，列车自动控制已经成为未来轨道交通进步的趋势，其中列车自动控制又离不开列车无线通信系统，列车与轨旁设备的通信、列车与ATS的通信、轨旁与ATS的通信等，通过各个设备间不间断的保持通信来保证列车的安全运行。
本文对城市轨道交通无线通信系统展开学习讨论，对无线通信系统设备的组成和无线系统在城市轨道交通中的应用展开介绍。
1.2本文的主要内容CBTC系统（基于无线的列车自动控制系统）包含ATS系统、MSS系统、连锁系统、ATP/ATO系统、计轴系统、电源系统、DCS系统。
本文主要针对DCS系统对无线系统进行介绍。
图1-1 CBTC系统第2章 DCS数据传输系统DCS数据通信系统包含大量的CBTC数据，CBTC数据在DCS系统内进行数据交互、信息计算，并有如下特点：1．采用专用的接口设备COTS和符合国家规定的标准协议；2．DCS系统对于CBTC内的各个子系统数据透明可用；3．DCS为系统内的数据交互提供以太网接口；4．DCS内有多个无线传输方案；5．DCS系统内有有线以太网传输，便于后期的拓展和维护；6．网络设备采用工业级别，具有抗震、防冲击、防电磁干扰等优点，可用于不同环境；7．CBTC数据传输的稳定高效可靠；8.列车与地面间的通信符合国家标准协议。
2.1数据传输系统的组成按照通信方式，DCS子系统由以下三部分组成：1．有线网络部分，即骨干网，包括：交换机、中继器（信号放大作用，部分列车过长时使用）、光电模块转换器。
2．无线网络部分，包括：轨旁无线网络：定向天线，轨旁AP天线，功率放大器等车载无线网络：由车载无线调制解调器及天线组成。
3．网管系统部分，即：IP网络管理系统。
2.1.1有线网络DCS有线网络由车载交换机和光电模块转换器组成。
2.1.2无线网络DCS无线网络主要的作用是用于车载和轨旁CBTC系统之间的数据交换，他们的设备组成主要是轨旁AP、轨旁天线、车载的无线天线，和车载的无线调制解调器构成。
2.1.3网管系统在控制中心、维修中心设有DCS网络管理综合工作室，用来管理整条线路的以太网设备的网络。
以太网设备包括：车载猫、交换机、AP。
网管设备管理容量很大，足以支撑信号系统的容量，并未网络系统的升级留有余量。
第3章数据传输系统的功能DCS子系统为的信息传输在安全相关和非安全相关都建立了独立、透明、稳定的数据传输通道，DCS系统有线部分和无线部分分别采用不同的符合国家规定的标准协议，用来保证各个信号系统之间数据高效、稳定的信息交互，其传输的容量足够满足信号系统各个设备之间的传输要求，并为后期功能拓展留有余量。
3.1 DCS有线网络功能有线网络子系统：信号系统的信息交互平台，将车厂、车站、OCC（控制中心）、停车场连接起来。
DCS有线网络的功能介绍：1骨干网交换机配置在设备集中站，整条线路的骨干网交换机构成两个独立的环网结构。
优点是高冗余、高宽带、高可靠性；2信号设备、列车监控和MSS网络与骨干网交换机连接的连接，划分VLAN进行网络隔离；3在设备集中站地区配置数量不等的光电交换机（2台或者4台按实际情况来定）；4用于接入远端无线接入点；5在设备非设备集中站，通过光电转换模块，将设备与以太网交换机进行连接。
环网结构是采用的工业以太网设备，并在集中站配置两台可靠的骨干网交换机，假如一台骨干网交换机发生故障，另一台骨干网交换机便会冗余，用来避免骨干网交换机故障时设备集中站发生大面积设备瘫痪问题，提高了设备运行的稳定性，保障了行车安全。
同时，在设备集中站配置数量不等的光交换机（2台或者4台），通过接口与轨旁设备相连接；6 非设备集中站的ATS各个设备可以通过独立的光电线缆由光电转换模块接入到设备集中站的ATS网络中；3.2 DCS无线网络功能DCS无线系统主要功能：为列车CC和轨旁系统提供双向信息交互和命令传输平台。
主要特征如下：1．通过轨旁AP点以及车载DCS的冗余结构，为列车无线覆盖提供保证；2．对列车移动的各个信息提供可查看的管理。
3．同类寻址区域。
列车无线系统可以提供可靠的车-地通信数据传输，当两个车在2个相邻的AP之间运行时当轨旁的任意一个AP发生故障时候，列车和轨旁就会通过另一个AP进行冗余通信，同理，当车载的任意一端无线设备发生故障时，列车另一端的设备也会冗余，并与轨旁设备进行通信。
冗余的无线网络间通过服务识别码SSID（Service Set Identifier）来进行区分，SSID就作为每个无线网络的网络名。
每个无线基站的接入点实现以下功能：1.产生周期性的识别消息，其包含无线网络的SSID、自身的MAC地址以及最大传输速率等附加信息；2.接入点识别具有正确注册密钥的车载MODEM并建立联系。
每个车载MODEM完成的功能：3.寻找符合SSID标识的无线网络。
车载MODEM存储两组SSID标识，主用SSID和备用SSID。
含有主用SSID标识的无线网络优先被接入，在没有主用SSID标识网络的情况下接入含有备用SSID标识的无线网络；4.与第一个含有主用或备用SSID的无线网络相关的接入点进行授权和握手；5.从无线接口部分接收含有IP包的IEEE802.11g的数据包，并通过以太网接口将其中每个有效的IEEE802.3的IP包发送给车载计算机。
如果IP包无法送达目的地，则返回一个错误消息给源地址；6.从以太网接口部分（IEEE802.3）接收信息帧，提取有效的IP包通过无线接口发送给轨旁计算机。
如果IP包无法送达目的地则返回一个错误信息给源地址；7.列车从一个AP的覆盖区域进入到下一个AP覆盖区域的时候，通信不会中断，依旧保持列车无线通信；8.当与当前无线网络失去联系时，能及时寻找另一个无线网络。
3.3安全性信号系统分为安全相关层和非安全相关层图3-1 采用开放式传输系统的信号系统结构在DCS子系统中，无线通讯部分属于开放式传输系统。
可应付如下威胁1.重复：由于黑客攻击或硬件故障导致接收到重复的报文；2.删除：因黑客攻击引起的的报文删除，例如紧急停车信息；3.插入：因黑客或被授权的第三方无意地插入其它报文；4.重排序：由于黑客攻击或硬件故障导致报文的次序发生改变；5.损坏：由于黑客攻击报文被改变为其它形式上正确的报文；6.延时：由于正常通信造成的传输系统过载或由黑客生成伪装报文，以致于服务延时；7.伪装：黑客或硬件故障导致非法信息来源伪装成真实的信息来源。
关于安全需求与保密性需求，按以下原则进行区分：8.对硬件故障或大多数普通随机失效进行防护是安全防护需求；9.对授权或未授权人员，无意或恶意的行为进行防护是保密性需求。
保密性防护包含两种类型的DCS设备：1.以太网交换机；2.无线接入点和车载无线调制解调器。
对于以上设备，需输入指定的用户名和密码后才能接入。
第4章 数据传输系统原理4.1 DCS 有线系统原理4.1.1 传输原理DCS 用的以太网交换机组成两个冗余的环网，选用的骨干网通信带宽级别为2*1Gbps ，网络配置时留有一定余量以方便将来拓展功能。
对于各种不同设备所需要的宽带需要，骨干网络为不同的设备划分了不同的宽带数据传输数据，不同的VLAN 之间完全独立隔离，用来保证数据之间互不干扰高效传输。
main Station N main Station 1main Station 2图4-1 骨干网络的VLAN 宽带分配在环网上面配置了如下的应用：1．SIG 网络（含冗余功能）：如图4-1红网和篮网的通信宽带各300Mbps ，主要用于传输连锁信息、ATO/ATP 信息等2．ATS 网 络(含冗余功能) ：如图4-1深灰和浅灰网通信带宽各400Mbps ，主要用于传输列车监控信息；3．MSS 网络（无冗余功能）：采用的是100Mbps 带宽，主要用于传输MSS 的先关信息。
4.1.2自愈原理1) 设备冗余冗余网络完全按双套设备配置，正常情况下两个环形网络互为冗余，提高了系统可靠性。
每个冗余的信号设备连接至两个交换机。
设备传输的信息在设备适用上面来说是重复发送的，设备冗余无热备和冷备的说法，都是两个网络同时候工作。
当环形网络上的车辆段或者某一车站的一个交换机故障时，影响到的也仅仅是车辆段或者一个车站的网络通信，并不会影响其他地方。
当环网上任一个网络单点故障不影响其他网络节点和另一个网络的正常通信；任意一条网络出现故障不会导致另一网络功能不可用，会冗余保证设备运行的安全性。
2)HiPER-Ring为提高设备的可用性，利用自身的冗余结构，网络进行了HiPER-Ring的配置协议设置，通过该设置，可以保证在50ms内完成自身的再次配置，将数据信息传输到另一个可通过的节点位置。
在设备集中站设置两台或者两台以上的光电交换机；光接口的交换与用于连接DCS无线接入点，电接口的交换机用于连接本地的设备和非集中站设备的远程接入；SIG网络、ATS网络和MSS网络公用电接口的交换机，数据信息通过VLAN互相隔离；无骨干网的非设备集中站，骨干网交换机的连接ATS由光电模块转换器完成连接；在控制中心由三层交换机的配置，信号设备系统与其他系统之间的通信，通过设置网络管理来进行有效防护。