天津地铁2号线信号车地通信系统概述

天津市地下铁道运营有限公司 肖 楠

1.引言

随着城市的飞速发展，轨道交通事业日益成为城市发展的重要标志。地铁作为便捷、环保的绿色出行工具愈来愈受到城市人们的青睐，由此，也推动了全国范围内地铁的高速发展。信号系统作为地铁行业中最为重要的子系统，扮演着举足轻重的角色，信号系统的优劣直接关乎地铁运营的效率和服务质量。

在信号系统中，基于通信的列车控制系统(简称CBTC系统)在城市轨道交通运输系统中得到了日益广泛的应用，其稳定的车地通信系统[1]则是CBTC系统的基础和关键。天津地铁2号线的信号系统采用的是庞巴迪CITYFLO650 CBTC移动闭塞列车控制系统，该系统的设计是基于全自动无人驾驶系统设计的。

2.系统构成

CITYFLO 650自动列车控制系统(ATC)是一种基于无线通信的列车控制系统(CBTC)，车地通信(TWC)以无线通信作为传输手段。通过该系统，特定格式的数据信息能够在一定的传输速度和容错率下在轨旁与列车之间进行双向传输。在TWC系统中，数据传输采用以太网并基于无线通信信道(2.4GHZ)传输。

图1 TWC系统轨旁设备示意图（漏缆方式）

TWC通信子系统设备组成：

(1)无线通信处理器：设置于RATP中，采用Power PC CPU，用于接收RATP的信息并发送给RAP(无线网络接入点)，监测RAP的信息正确性，并根据当前的状态向RAP发送信息，发送报警信息至OCC。

(2)TWC网络机柜：包括TWC系统的主网络交换机，该交换机用于发送信息，并保证与RATP之间的冗余通信。

(3)RAP：无线网络接入点，包括配置为轨旁应用的2.4G无线电台，PLC和电源。RAP通过光缆连接到网络交换机，采用环形网络，保证在故障的情况下系统仍能正常工作。

(4)功率分配器：用于无线接入点与漏缆之间的连接，每对功率分配器以一种特殊的方式连接到漏缆，从而使冗余的电台可以监督工作台中电台的状况。

(5)漏缆[2]/LOS天线：在隧道中使用漏缆作为车地信息传输方式，在敞开段采用LOS天线，以保证全线范围内车地之间无线通信的连续性。

(6)车载天线：车载天线可采用多种类型的天线，车载ATC根据列车位置选择激活的天线。车载天线的选择取决于轨旁天线的类型(LOS天线和漏缆天线)。

(7)车载移动数据电台：采用2.4G无线电台，接收轨旁发送给列车的信息，当列车收到来自轨旁的信息时，车载ATC同样将列车的信息发送给轨旁设备。

(8)车载串行通信处理器：采用Power PC CPU，发送车载ATP/ATO信息至移动数据电台，并将车载数据电台接收到的轨旁信息发送至车载ATP/ATO。

3.系统工作原理概述

当轨旁设备与列车建立通信之后，无线通信处理器将轨旁信息通过TWC网络交换机发送至轨旁无线接入点，该设备的无线电台通过漏缆(或LOS天线)及车载漏缆天线(或车载LOS天线)，以无线通信的方式传输至车载ATC设备，车载ATC同样将列车信息(列车位置、列车速度等)发送至轨旁ATC设备，完成列车与地面的数据交换。

庞巴迪的车地通信系统不使用跳频技术，而采用的是直接序列调制技术(DSSS)。该系统的信号链路估算被设计与干扰信号之间保持理想的比率。漏缆中的定向列车天线同样可提供额外的余量。此外，如果出现干扰信号，每台无线设备的频率将被重新设置，该方式有非常强的抗干扰性。DSSS可提供信道中可用性最好的信噪比，也可允许多重发射器同时操作。

另外，庞巴迪使用的无线通信协议，与广泛用于防止易接入数据网的协议有所不同，是针对城市轨道交通信号系统的特殊需求和实际需要自有开发的。与802.11[3]不同之处在于，信息传送不基于IP地址。每辆装有ATC的列车在系统中都有其独有的编号地址，用于轨旁设备与列车之间的ATC信息包交换。

该系统无线通信的切换是车载ATC完成的，不同区域的轨旁ATC设备通过轨旁无线设备广播发送信息，列车在经过不同频率区域时，自动切换自身频率与相同频率的区域建立通信，这样不需要轨旁设备与车载ATC之间存在IP连接，一定程度上提高了系统的抗干扰性。

4.结语

车地通信系统担负着提高地铁运营效率、保障行车安全的重要使命，为此，各个地铁信号系统供货商都致力于寻求最优的解决方法。庞巴迪采用的车地通信系统具有其自身的特点且应用性也得到了广泛的认可，在西班牙、台湾和深圳等地都有着应用。车地通信系统作为信号系统发展的一个方向，更多应该考虑在保障安全的前提下，提高系统的抗干扰能力，除了提升设备本身性能外，应该更多考虑频率的规划、干扰主动避让以及软件更新等手段上。总之，高可靠性、高安全性及高抗干扰性的信号系统将是今后的重大议题之一。

[1]黄文彦.浅谈CBTC系统中的车地通信技术[J].城轨交通,2009(2):38-40.

[2]王金贵.漏泄电缆在地铁CBTC信号系统中的应用[J].城轨交通,2010(10):54-57.

[3]朱力,宁滨.基于802.11g的CBTC车地通信子系统建模与分析[J].2011(5):73-77.