城市轨道交通信号数据通信系统分析

城市轨道交通信号数据通信系统分析

摘要：城市轨道交通通信系统是城市轨道交通的通信中枢，是指挥车辆运行的

运营管理和信息传递的重要工具，城市轨道交通通信系统能够对车辆运行中所涉

及的各项信息数据（诸如信号、图像、语音、文字等的信息）进行传输。在城市

轨道交通通信系统的施工中应当注意做好城市轨道交通通信系统施工质量和技术

的控制，做好城市轨道交通通信系统的防护避免城市轨道交通通信系统受到外界

因素的干扰，保障城市轨道交通通信系统的安全运行。因此，本文主要对城市轨

道交通信号数据通信系统进行分析研究。

关键词：城市轨道交通；信号数据；通信系统

一、城市轨道交通信号系统无线通信现状

轨道交通信号系统主要采用基于通信的列车自动控制系统（CBTC系统）。CBTC信号系统主要由列车自动监控子系统（ATS子系统）、列车自动防护子系统（ATP子系统）、列车自动运行子系统（ATO子系统）、计算机联锁子系统（CI

子系统）、以及数据通信子系统（DCS子系统）等构成。其中DCS子系统中的无

线通信系统是沟通地面信号设备与车载信号设备的关键系统，必须安全、可靠、稳定的运行。

目前开通运营的城市轨道交通CBTC信号系统中，无线通信系统大部分采用免费开放的2.4GHｚ频段无线局域网络（WLAN）技术。该技术满足城市轨道交通运营的需要，但是也存在一定局限性，主要问题如下。

1.1易受同频段其他设备干扰

因为信号系统采用开放频段，外界同频段设备会与信号系统抢占传输通道，

甚至阻断信号系统传输，导致信号系统采取紧急停车措施，影响正常运营。

1.2对高速移动支持不足

根据各地现有城市轨道交通发展规划，各地开始大力发展市郊轨道交通，列

车运行最高速度可达120KM／h甚至更高。WLAN技术标准制定之初的定位是提

供室内场景下的无线宽带接入，没有针对高速移动下设备的接入及传输进行优化，无线信号在高速移动下由于多普勒频移效应而使传输误码率增大，影响正常的无

线信息传输。

1.3轨旁无线设备较多

列车运行速度越高，WLAN设备的可靠传输距离越短，最高速度80kｍ／h工

程中一般每200ｍ设置一个ＡＰ，一条30km的地铁线路需要设置300多个ＡＰ

设备，轨旁设备较多，系统潜在故障点较多。当轨旁无线设备发生故障时，维修

人员往往无法及时到达故障点展开抢修工作，无线设备日常维护及抢修困难。

二、信号系统无线通信需求

根据信号系统总体需求以及工程实际经验，信号系统对无线通信传输的通信

速率、传输延时、数据丢包率等需求如下。

2.1《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范———数据通信子系统规范》中提到，“在非切换区域，CBTC业务的单列车无线网络信息传输上下行总速率不

小于１mb／ｓ”，因此单列车CBTC业务传输速率需求为上、下行各512kb／ｓ。

2.2数据传输延时小于150ｍ/ｓ。

2.3数据丢包率小于0.5％。

三、城市轨道交通信号数据通信系统分析

3.1LTE系统控制分析

LTE移动通信技术的目标是建立一个能够获得高传输速率，低时延，支持增

强型多媒体广播组播业务（ｅ－MBMS）、基于包优化的可演进的无线接入架构。LTE技术优势如下:

（1）扁平化的网络：LTE网络采用ｅNodeB（BBU和RRU）和EPC两层扁平

的网络架构，网元节点少，时延小，满足低时延、低复杂度和低成本的要求。（2）传输带宽高：LTE系统支持在成对和非成对频段上部署，0～120km／h移动

场景下平均吞吐速率达到60Mb／ｓ，上行速率16Mb／ｓ，下行速率44Mb／ｓ。（3）移动接入性强：采用自动频率校正确保高速移动（＞120km／h）场景下的

无线链路质量，具备优良的高速移动状态下的宽带接入能力，接入速度快。（4）极高的切换成功率及接通成功率：LTE技术可以很好地规避多普勒频移及切换带

来的问题，提高切换成功率，保证高速切换场景下的带宽稳定，提高覆盖质量及

业务质量。（5）抗干扰能力强：采用ICIC技术有效降低小区边缘频率干扰，提

高小区吞吐率。

通过分析可以看到，LTE技术相比于现在城市轨道交通信号系统采用的WLAN

技术具有明显的优势。

3.2ATS子系统控制分析

现代城市交通一般会采用列车的自动控制系统ATC，ATC系统包含三个方面，分别是列车指挥系统，列车运行的控制系统和列车运行综合化，主要包含三个子

系统：列车自动监控系统ATS，列车自动运行系统ATO，列车自动防护系统ATP。

随着信息技术的发展，时实监控的集中方式也在向分散控制转化，控制方式

多样化。对于城市交通控制系统来说，集中控制的最大缺点就是车站间实时数据

传输量较大，中央计算机的负荷量大，对数据传输的质量要求较高，同时还涉及

到数据传输的安全性等问题，现今已经定型的传输系统的媒介主要是电缆传播，

需要有独立的传输系统，数据的传播质量有限，会影响到整体运行效率。最大的

影响因素是，如果OCC系统出现问题，将会影响列车的整体运行。中央集中监控

和分散控制系统在科技日新月异的今天，OCC系统与车站间数据传输主要利用光

数字传输系统，传输的速度可以达到2Mbps，因此随着科技的发展，可以使得ATS系统实现更强大的监控能力。由于ATS系统需要在各个车站设置较多的计算

机设备，需要加大成本投入，所以在控制方式选择的过程中，要考虑资金成本的

因素，合理采用中央控制系统和分散系统结合的方式。ATS系统还可以通过授权

的方式，获得与集中控制同等效果的控制方式。

（1）分级速度信号控制系统

在列车运行的过程中，可以采用列车速度分级控制系统，列车的速度被控制

为阶梯状的速度曲线形式。ATP的地面设备可以为列车传递出下一闭塞区的速度

信息，列车的运行设备可以根据实际情况来调整列车的运行速度，即列车在下一

闭塞区的进口和出口的速度，追踪列车需要控制列车的速度，和前车间隔几个闭

塞区运行。闭塞分区可以根据行车的速度、线路数据、信号设备等方面的信息来

设定，对于一些使用出口速度来控制整个系统，需要在行车规定的闭塞区再增加

一个闭塞区来保证安全性。

（2）目标距离信号控制系统

当列车采用目标距离的信号系统控制列车速度时，列车通常情况下会使用一

次模式的行车速度，ATP地面设备可以给列车传输前进的数据信息，相应的区间

数据和线路数据，列车的车载设备可以通过对路段信息的处理，按照距离合理规

划行车速度，制定出列车一次模式下的行车速度，或者可以使用ATP的地面设备