CTCS-3级无线连接超时典型故障分析及措施

林德志

(中铁建轨道运营有限公司，北京 100038)

1 概述

随着国内高速铁路建设的全面推进和发展， 以GSM-R、MT 电台、RBC 无线闭塞中心为核心的铁路无线通信技术在CTCS-3 级列控系统中得到了广泛应用。GSM-R 作为专用移动通信系统在铁路建设和运营中发挥的作用越来越大，为铁路调度通信提供了话音通信业务、分组域数据业务以及用于CTCS-3级列控信息传输的电路域数据业务。

在CTCS-3 级列控系统下的高铁实际运行中，“无线连接超时”故障问题时而发生，影响列车运行效率，发生“无线连接超时”后ATP 车载设备将输出常用制动，在条件许可下可降级为CTCS-2 级运行，因此解决无线连接超时问题，在故障预防、降低设备故障率以及减小列车运营影响各方面占据越来越重要的地位，并且为今后发展完全基于无线传输信息的CTCS-4 级列控系统奠定扎实的基础。

2 无线连接超时概述及分析

CTCS-3 列控系统是基于无线闭塞中心（RBC）设备、通信基站地面设备、车载、GSM-R 电台、信息接收模块来实现无线通信工作， CTCS-3 列控系统框架示意如图1 所示，其中车载设备以全路装车率最高的300T 型ATP 列控车载设备为例。

图1 CTCS-3列控系统框架示意图Fig.1 Schematic diagram of CTCS-3 system framework

通过CTCS-2 级与CTCS-3 级采用的设备不同之处可以看出，无线传输信息控制是CTCS-3 级的主要表现特征，因此“无线连接超时”现象也自然成为CTCS-3 级列控系统运用中一项重要表现特征。

2.1 CTCS-3级车地通信原理

CTCS-3 列控系统车地之间通信示意如图2 所示，在运行过程中涉及到的主要过程如下：

1）ATP 设备开机，MT 模块附着G 网，完成位置更新；

2）ATP 控制MT 模块呼叫RBC，建立物理通道；

3）MT 与RBC 建立安全数据链接；

4）MT 与RBC 进行双向数据传输，检测到丟帧后重传；

5）MT 在G 网下完成越区切换，保持通信接续；

6）MT 断开安全数据链接，释放物理通道。

2.2 无线连接超时的产生

无线链接超时是指CTCS-3 级列控系统车地信息传输超时（T_NCVONTACT=20 s），在T_NVCONTACT 时间内未与RBC 建立有效信息交互，多次重新链接无效后导致列车施加常用制动。当列车运行速度降至CTCS-2 级运行允许速度时，提示司机确认后，系统将自动转换为CTCS-2 级控车运行，影响列车运行整体时间和后续列车运营。

图2 车地之间通信示意图Fig.2 Schematic diagram of communication between ATP and RBC

2.3 无线连接超时分析

2.3.1 分析无线连接超时故障的关键过程

在日常处理无线连接超时故障时，要首先确定故障发生的区段地点，通过后台数据查看MT 电台在G 网模式下的电平质量，并查看通信三接口数据，分析MT 电台与无线闭塞中心间的数据交互情况，重点分析交权区过程数据，最终确认故障点。

2.3.2 分析无线连接超时故障需要获得的数据

通过无线连接超时分析步骤中所提到的信息可知，如果要确定清楚故障原因，要从以下数据着手分析：

1）MT 电台在运行区段G 网覆盖电平和通信质量；

2）MT 电台与G 网的信令交互详细情况；

3）MT 电台与无线闭塞中心数据交互情况；

4）各单元模块的工作质量。

通过查看分析上述数据和设备工作质量，确定故障点及故障原因，快速处置。

2.3.3 用于故障分析的数据来源

无线链接超时故障需分析ATP-LOG、JRU、电台设备、GSM-R 网络监测（包括Abis 接口、A 接口和Pri 接口）、无线闭塞中心等处数据。

结合工作实际和经验，通信三接口的数据分析最为重要和有效，较为全面的反应了列车运行中无线通信质量和交互状况。GSM-R 网络质量及数据传输过程是分析无线连接超时的重要数据指标，从三接口数据中可以分析出信息传输在哪个环节出现的问题，然后根据这个环节中所关联的设备，进一步确定故障原因。

但现实故障发生时，分析原因是个复杂且涉及专业范围较广的过程，通过以下几个典型的故障案例来阐述无线连接超时故障分析方法。

3 无线连接超时典型事例分析

3.1 车载设备MT电台故障

这类故障的表现特征为：在每一个RBC 移交区均发生无线连接超时。下面通过数据进行一下分析。

案例：2015 年9 月18 日，CRH380AL-2553 动车组担当G501 次运行任务，北京西站开车后多次发生无线连接超时。

1）车载设备数据（ATPcuLog）分析

113 15-09-18 07：54：10；984F I D：B-Channel LID: 0 TID:SMGM_LogTask

005285311 ATP A 7011R000[RS]Apply handover via one channel

114 15-09-18 07：53：36；774FID： wi_a_RBChand LID: 252 TID:SMGM_LogTask

005251125 ATP A 5281R000 handover already done，9371649 is active!

“Handover already done”表示车载设备进行RBC 移交，“Apply handover via one channel”表示移交的时候只有一个通道可用。从车载运行数据来看，其中的一个电台已经故障，不能连接GSM-R网络与RBC 进行通信。

2）通信三接口数据分析

通过三接口数据中的Pri 口的呼叫记录或者A口的呼叫记录中，均能发现只有一个车载MT 在工作，如图3、4 所示：呼叫RBC 时只有一个MT 的号码，证明当时只有一个MT 能正常工作。

图3 Pri口呼叫记录Fig.3 Port Pri call record

图4 A口的呼叫记录Fig.4 Port A call record

通过上述车载和通信数据可以看出，如果车载设备单电台工作，即一个MT 电台故障时，数据记录上具有明显的特征，动车组入库检修时需要及时更换MT 电台模块。

3.2 GSM-R网络干扰

网络干扰表现特征为突发性和故障重复性，动车组在运行中经过干扰区域突然发生无线连接超时，驶出该区域后，又能自动恢复正常，后续列车经过同一地点时都发生此类故障。

在分析无线连接超时过程中，发现有些固定地点经常发生无线连接超时，经过现场勘查、测试，发现附近有电信部门运营商基站或者存在干扰信号，排除干扰后，大大降低故障率。当出现这类运行场景时，重点分析排查GSM-R 网络干扰。案例分析如下。

案 例：2015 年8 月16 日，CRH380A-2519 动车组担当G6744 次运行任务，在京广高铁上行线135 km+740 m 处，发生无线连接超时。

1）车载设备JRU 数据分析

如图5 所示可以看出，在20:27:30 收到RBC 最后一个回复后，车载设备连续向RBC 发送了4 次信息如图5 红框所示，均没有收到回复，导致无线连接超时。

图5 JRU数据分析截图Fig.5 JRU data analysis screenshot

2）通信三接口数据分析

根据车载数据分析情况，结合通信三接口数据进一步分析。通过Abis 接口对GSM-R 网络的测量报告如图6 所示，在20:27:32 时，“RxQualDown”字段数据值均为7，该字段含义为下行电平质量，衡量电平质量好坏分为0 ～7 级，0 级电平质量最好，7 级电平质量最差。通过三接口数据可以看出，发生无线连接超时的时候，当时下行电平质量为7 级，说明当时该地点可能存在干扰，需要结合后续经过该地点的列车进一步观察，如果后续持续发生，需要安排人员到现场进行网络质量测量；如果后续该地点不再发生，可能为突发干扰，重点盯控即可。

3.3 RBC设备故障

图6 GSM-R网络的测量报告截图Fig.6 Screenshot of measurement report of GSM-R network

此类表现特征为普遍性，RBC 故障范围内所有运行动车组均发生无线连接超时， 故障原因多为RBC 设备通信中断或重启所致。通过RBC 中心专业人员对运行数据进行重点分析，给出结论。下面介绍如何通过三接口数据来判断RBC 设备故障。

案例：2015 年7 月7 日，CRH380AL-2569 动车组担当G67 次运行任务，运行至京广高铁下行线正定机场站至石家庄站间，发生无线连接超时。

该故障发生后，对后续动车组运行情况进行重点关注，发现多列动车组运行至该地点后均发生无线连接超时，经RBC 专业确认，RBC 设备因故障发生重启。下面通过三接口数据进行重点分析。

三接口数据中的PRI 接口记录了RBC 与MSC之间的通信情况，如图7 所示。

图7 RBC与MSC之间的通信记录Fig.7 Communication record between RBC and MSC

通过图7 可以看出，“信令/C3 数据类型”字节连续重复出现“连接（connect）”、“断开（Disconnect）”数值，说明MSC 与RBC 反复尝试进行通信，但是均不能成功，即MSC 或RBC 设备存在问题，再结合通信和RBC 日志即可判断是通信侧还是RBC 侧存在问题。

4 采取措施

4.1 车载设备故障

通过无线连接超时故障的分析、处理、统计，车载设备故障主要分为STU-V 类模块故障、MT 电台故障（软件和硬件问题）。

1)如果是软件问题，需要通过技术人员升级软件来克服缺陷和改善问题。

2)如果是设备硬件故障，通过加强设备测试、检查，重点检查项目包括SIM 卡松动检查处理、驻波比测量和单呼试验。

3)对于MT 电台模块中SIM 通信卡松动问题，现场中采取加厚SIM 卡卡槽措施，定期对SIM 芯片进行擦拭，去除芯片表面氧化层，也能预防SIM 卡故障引起的无线连接超时。

4)对于驻波比测量数值超出范围问题，重点检查车顶GSM-R 天线工作状况及天线与接收模块间连接电缆的弯曲角度，该天线安装在动车组顶部，工作环境恶劣，动车组在高度运行时，容易开裂积水，导致驻波比超标。

4.2 GSM-R通信故障

该类故障主要由无线通信干扰和设备本身故障引起。处置方法如下。

1)确认干扰的性质，排除网内干扰。无线干扰发生后，根据实际干扰性质进行GSM-R 网络优化，调整基站切换参数和基站发射功率，提升抗干扰能力和质量。

2)加强设备检修质量水平，协调生产企业通过升级改造杜绝设备质量普遍问题。

4.3 无线闭塞中心RBC设备故障

故障包括RBC 间通信中断、RBC 重启、ISDN服务器故障和非移交区RBC 主动发送结束通信会晤消息等情况。通过对无线闭塞中心设备软件优化和硬件升级改造，来提升设备工作稳定性，降低故障概率。

5 结束语

在目前高铁C3 级运行下，无线链接超时仍属于高发故障，故障原因复杂，分析处理难度大，根据工作经验提出几点建议，仅供参考。

1）规范管理，强化无线连接超时不良信息处理能力。制定无线连接超时不良信息跟踪监测、分析处理制度；信号与通信专业积极配合，明确电务段与通信段之间的沟通机制，协调处理。

2）强化数据统计分析。建立机车号、模块类型、小区CI、告警时间为关键字的数据库，通过数据库进行归类、查询，为后续无线连接超时分析处理提供数据支持。

3）增加车载设备通信检测。动车组车载设备加装空口通信数据监测装置，可以准确判断C3 通信超时是地面还是车载原因，便于采取针对性措施。

4）提高车载终端设备抗干扰能力。在车载MT模块加装滤波器，使MT 模块只接收铁路GSM-R频段的信号，从而提高MT 模块的抗下行干扰能力，有效解决外界无线干扰造成的C3 超时问题。