地铁CBTC系统的无线测试解析.doc

.都市快轨交通第23卷第2期2010年4月 机电工程 doi:10.3969/j.issn.1672。6073.2010.02.023地铁CB T C系统的无线测试吴海峰1 (1.中国铁路通信信号集团公司北京赵红礼2100071;2.北京交通大学北京100044摘 要 论述无线传输在基于通信的列车控制 (CBTC系统中的创新和重要作用。对北京地铁10号 线进行CBTC系统中的无线测试,包括无线传榆测试、 场强覆盖测试等,发现问题并提出改进措施,从而对 CBTC系统的工程实施进行指导。关键词地铁基于通信的列车控制(CBTC 数据 通信系统无线测试中图分类号U231+.7文献标志码A文章编号1672。6073(2010020097021项目背景北京地铁10号线(含奥运支线采用了基于通信 的列车控制(communication based train control,CBTC 系统,在该系统中采用了基于IEEE 802.3标准的有线 局域网和IEEE 802.1l标准的无线局域网的数据通信 系统(data communication system,DCS。由于DCS实现 了车-地之间双向、实时、大量的数据传输,从而使移动 闭塞的CBTC系统的功能得以实现。在CBTC系统中,通信的一方是高速移动中的车 载无线设备,无线传输受多径衰落、传播损耗、阴影衰 落和多普勒频移的影响,使通信性能下降,同时列车高 速运行对数据传输的实时性、可靠性提出了更高的要 求。而在北京地铁10号线之前,国内还没有成功采用 2.4GHz频段IEEE 802.11标准的无线局域网应用于 CBTC系统的案例,对于如何在CBTC系统中进行无线 网络覆盖设计还没有经验,因此无线测试就很重要。 在CBTC系统工程实施前进行无线测试,可以确定无 线的设计方案和无线接入点(access point,AP的布置。 在工程实施后的无线测试,可以对系统的无线覆盖进 行优化,调整系统的设计方案。收稿日期:200907-13修回日期:2009-0816作者简介:吴海峰,男.工程师,从事轨道交通信号系统的研究和工 程实施.wuhaifen91972126.corn对北京地铁lO号线CBTC系统的无线通信性能进 行测试,可以为判定该无线系统的传输性能是否满足 不同速度列车运行控制的要求提供实测数据支持,及 时发现通信系统中可能存在的问题,并提出合理化改 善建议,因此对lO号线的顺利开通具有重要现实 意义。2测试内容2.1隧道中的无线传输测试在北京地铁10号线CBTC系统工程实施之前,因 为隧道还不具备条件,因此利用北京地铁5号线的隧 道测试了2.4GHz频段在隧道中的传输性能,以指导 北京地铁10号线的无线网络设计。在测试中,测试了 距离AP从50750m之间无线信号的场强和信噪比, 图l为在隧道中的信噪比随距离变化的曲线。图1信噪比随距离的变化曲线由图1可以看出,在地铁隧道中,当AP的覆盖距 离为650m时仍然可以满足10dB信噪比的要求,考虑 到系统的余量以及CBTC系统要求的冗余覆盖设计, 因此建议AP的距离以300m左右为宜。另外,还测试了不同速度下的传输速率、丢包率和 越区切换的中断时间,见表1。从测试结果可以看出,随着移动速度的增加,丢包 率有所增加,但是增加不多,在70km/h的移动速度下 完全可以满足CBTC系统的要求。URBAN RAPID RAIL TRANSIT 97 万 方数据都市快轨交通第23卷第2期2010年4月表1不同移动速度下的丢包率和切换时间黔移动速度/(km/h藐静态305070丢哺%切篙裟嚣:以10.00l500.06580.076760.093852.2型式试验和EMC测试安装在列车上和地面的无线设备必须满足高低温 的要求,要求无线设备在一2570的环境温度范围 内能够正常工作。测试时参照铁道部的机车信号设备 标准,标准号TB/T 3021-2001。经过测试,北京地铁 10号线CBTC系统采用的无线设备符合要求。城市轨道交通线路和车辆的电磁环境比较复杂, 特别是列车上有很多电磁辐射,因此要保证无线设备 不受电磁辐射的影响,且对其他设备也没有电磁辐射 的影响。为此,需要对CBTC中采用的无线设备进行 电磁兼容性(electromagneticcompatibility,EMC测试,测试要按照铁道部TB/T 30732003行业标准进行。 经过测试,北京地铁10号线CBTC系统采用的无线设 备符合EMC要求。2.3场强覆盖测试要满足CBTC系统无线传输的要求,AP接收的信噪 比必须大于10dB。考虑到在隧道里由于多径效应的影 响使信号不稳定,以及列车的移动和其他干扰的影响, 因此要有一定的衰落余量。在场强覆盖测试时,要求沿 线的信噪比大于30dB。图2是北京地铁10号线万柳车 辆段一芍药居站之间无线信噪比的测试情况,测试结果 表明,北京地铁10号线的无线场强覆盖基本满足要求。的地点。在进行乒乓切换的判断时,需对切换策略做如 下假设:假定车载无线电台(STA已关联至信噪比最大 的APi,STA接收到APi信号的信噪比为Si;在下一时刻 STA在同一信道上接收到另一个APi,STA接收到APi信 号的信噪比为si,如果JsiSi3dB,则STA切换至APi。如果在某一时刻检测到多个AP(接收信号的信噪 比大于特定门限,则可判断所有接收信号信噪比集合 中的最大值与其他值的差距。如果最大值与其他值的 差距都大于3dB,则说明该AP的信号强度远大于其他 信号,STA关联至该AP,发生乒乓切换的概率较低;如 果存在与最大值差距小于3dB的信号,则说明有AP 的信号强度接近于STA当前关联AP的信号强度,基于 信号快衰落的特性,则判定发生乒乓切换的概率较高。图3是奥运支线的一个测试结果,可以看出奥运 支线某些AP的架设位置不合理,导致场强覆盖不合 理。如果采用依据信噪比门限的切换策略,则出现乒 乓切换的几率较高。时间/s图3乒乓切换的预判和定位3测试结论 根据北京地铁10号线CBTC系统无线测试的数据 和结果,可以得到如下结论:1由于CBTC系统的要求,所采用的无线设备必 须能够高稳定、可靠地工作,且能够适应地铁线路的环 境条件,因此必须经过型式试验和EMC测试。2因为地铁隧道的波导效应,在隧道中的无线传 输不受微波视距传播的限制。图2劢一芍一噪比大名焉萎羹譬艺麓姚髓场嗽撒2.4乒乓切换的预判和定位4在地铁隧道中,AP的布置以300m左右为宜, 根据对北京地铁lO号线(含奥运支线的场强测试 但在干扰严重的区段(如车站、弯道可以适当缩短。结果,可以判断是否会发生乒乓切换以及可能发生切换(下转第108页98URBAN RAPID RAILTRANSIT万 方数据都市快轨交通第23卷第2期2010年4月成的影响程度也不同,般情况下接触线线面会出现拉 弧烧伤痕迹,严重时可能出现接触线局部烧融。对柔性 接触网而言,这种情况下存在断线的可能性,必须进行 处理;对刚性接触网而言,如接触线线面烧伤出现麻点、 不光滑,虽不至于影响运行,但当后续列车通过时容易 出现托弧,同时也会增大机械磨耗。另外,拉弧产生的 热量会使接触线局部发热、材质变软、易被磨损,因此当 后续列车通过时,该处接触线就很容易出现磨耗。这也 是造成刚性接触网局部磨耗严重的一个原因。4绪语城市轨道行车密度大,影响范围广,请点、停电所 涉及的程序较多,需要的时间也较多。正线发生直流 开关跳闸故障后,接触网专业需要第一时间启动应急 预案,组织故障处理人员,准备抢修工器具、材料及备 件;除此之外,还应首先派技能等级较高的23人携 带简单工器具前往故障现场进行前期准备工作,搜集 故障信息,根据相关信息初步判断故障原因及故障点, 以缩短故障处理时间,尽量减少对列车运营的影响。参考文献1肖伟强.广州地铁2号线1500V直流开关的控制保护 J.机车电传动,2006(1:5053.2黄玉章.电气化铁路接触网系统绝缘雷击损坏分析J. 内蒙古科技与经济,2008(16:119121.3喻展.刚性接触网磨耗分析J.都市快轨交通.2009 (5:8486.4董斌.地铁直流牵引供电系统中的di/dt和,保护J. 机车电传动,2003(3:3853,(编辑:郭洁Treatment of Tripping Faults for DC 1500V Circuit Breakers in Metro Yu Zhan(Guangzhou Metro Corporation,Guangzhou 510030Abstract:The securityreliability of power system is the prerequisite for safe operation of metro system.DC 1500V ckcu矗breaker tripping is common证metro power system.This article expounds the reason and the treatment methods for the tripping faults证 view ofOCSKey words:metro;power supply system;overhead catenary system(OcS;DC 1500V ckcuit breaker;tripping;fault(上接第98页4工程指导经过北京地铁lO号线CBTC系统中的无线测试, 对CBTC系统加以指导。1通过隧道中的无线测试,得到了2.4GHz频段 在地铁隧道中的传输损耗和覆盖,对CBTC系统工程 实施中AP的布置提供指导。2测试中,发现奥运支线的AP场强覆盖不合 理,存在乒乓切换的可能,对CBTC系统提出了改进 意见。3在测试中发现,AP本身存在着休眠等问题,对 AP性能的改进有所帮助。 参考文献1TB/T 3021-2001铁道机车车辆电子装置s.北京:中 国铁道出版社.2001.2TB/T 3073-2003铁道信号电气设备电磁兼容性试验及 其限值S.北京:中国铁道出版社,2003.3赵红礼,昊昊,黄清.无线局域网M.北京:中国科学出 版社.2004.4北京市城市轨道交通建设管理有限公司.北京地铁10号 线一期(含奥运支线信号系统招标文件G.北 京.2005.5北京交通大学.北京地铁lO号线一期(含奥运支线 CBTC信号系统第三方委托测试报告R.北京,2008. (编辑:郭洁Radio Test of CBTC System on Beijing SubwayWu Haifen91Zhao Hon酉i2(1.China Railway Communication&Signal Group Company,Beijing 100037;2.Beijing Jiaotong University,Beijing 100044 Abstract:CErrC System,compared with the traditional signal system,call improve the capability of subway.Radio transmission is the movation and important part of C13TC system.The wncless system of C13TC was tested on Beijing subway Line 10,mchdmg radio transmission testhag,radio&Id intcnsity testhg,ere.Based Oil the radio test,probhns证wireless part of CBTC wefe found and advices were put forward for the system.Key words:me仃o;Communication Based Train Control(03rc;DamCommunication System(DCS;radio test1URBAN RAPID RAIL TRANSIT一一 一/ 万 方数据 地铁CBTC系统的无线测试作者:吴海峰 , 赵红礼 , Wu Haifeng, Zhao Hongli作者单位:吴海峰,Wu Haifeng(中国铁路通信信号集团公司,北京,100071 , 赵红礼,Zhao Hongli(北 京交通大学,北京,100044刊名:都市快轨交通英文刊名:URBAN RAPID RAIL TRANSIT年,卷(期:2010,2