基于车-车通信技术的既有信号系统改造研究

基于车-车通信技术的既有信号系统改造研究

李钰杰

浙江省宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司,浙江省 宁波市 315100

摘要：城市轨道交通信号系统一般采用基于通信的移动闭塞列车控制系统。城市轨道交通既有信号系统升级改造是一项复杂工程，将面临诸多挑战。首先，改造后系统的性能要与新线相当，受限于既有线的基础设施，很多问题需要创造性地在有限的条件下加以解决。

关键词：车-车通信技术；信号系统；改造

引言

当前，既要保证旧系统的正常运营，又要兼顾新系统的顺利开通，边运营、边改造，在新旧系统之间反复倒切的条件下，要在确保安全的同时保证调试效率，这对系统设计与开发、现场实施方案及施工组织等都提出了更高的要求。

1在使用传统CBTC系统对既有信号系统进行升级改造存在的问题

（1）系统功能耦合度高，增加了系统调试的难度。列车运行对ATS和ZC依赖程度高，一旦ATS设备和ZC设备发生故障，列车无法自动运行。（2）地面控制设备与轨旁设备数量众多，既提高了建设和维护成本，又增加了故障点。（3）系统接口多且结构复杂，导致项目施工周期长、调试过程繁杂、故障影响范围大。采用传统CBTC系统对既有信号系统进行升级改造，改造的难度与工作量非常大。

2基于车-车通信技术的既有信号系统改造分析

2.1自主调整

若列车在实际运行过程中出现晚点或因列车故障导致与计划运行时刻表出现偏差时，目标列车可实时接收ATS自动下发的更新运行计划，也可以接收中心调度员人工下发的调整站停时间、区间运行等级等指令；列车根据更新计划或调整指令，自主调整列车运行路径，自主申请或释放线路资源，以控制列车输出牵引、惰行、制动指令的内容和时机，从而实现列车自主调整。

2.2基于LTE技术的地铁车地无线通信的干扰

2.2.1同频干扰优化

针对LTE系统在应用过程中相互之间所产生的同频干扰，将主要分析其所造成的影响程度以及其对周边信号传输的吞吐能力以及信号的覆盖范围之间的影响。该条线路所采用的主要是同频组网的方式，在进行分析对比的过程中主要参照同方向隧道内同频区域之间相互干扰的问题。而针对车站上下行两个区域之间的干扰，则需要结合同频隔离程度来进行计算分析，了解信号的损耗。在前后相邻区域的同频信号范围内，如果边缘的信噪比最低值达到0，那么此时就需要进行抗同频干扰的措施，避免因为降低上下行之间的干扰造成更大的危害。

2.2.2干扰源

我们以某城市的地铁一号线为例，通过现场实际了解到该地铁线路中LTE车地无线通信系统直接覆盖了沿线的各个车站和区间，主要采用泄露电缆式覆盖，而其他公网则采用全球移动通信、数字蜂窝系统以及其他不同的信号源。包括PIS专用网络系统以及公网系统，很多专网系统中信号传输过程中采用的是1805MHz，与之非常相近的是DCS所用到的频段下行传输为1830MHz，上行传输为1735MHz，从数据可以看出二者之间上下行频率相对接近，所以干扰信号更加明显。

2.3车车通信优化

5G网络为满足不同通信场景及需求，引入SDN/NFV技术，将通信软硬件平台虚拟化转变，同时进行解耦处理，5G网络底层采用NFVI云基础设施，并借助SDN控制器提升网络内部资源调度灵活性。5G通信技术R16版本增强了蜂窝车联网通信功能，将5GNR新空口与蜂窝车联网通信功能进行衔接整合。通常情况下，不同终端间的连接需通过基站，而城市轨道列车间的通信同样需构建基站，对轨道道路的时延及可靠性提出了更高要求，为保障列车间的通信效果，提升轨道安全性，可跳过基站，直接实现列车间通信，还可设置路侧基础设施，用以辅助通信，以此降低时延。C-V2X在5G通信技术R16版本中得到了增强，可实现终端间的直接通信，即城市轨道列车直接通信，稳定了列车通信链路。在城市轨道交通中，地车通信始终为重点发展内容，在新时代5G通信技术中，应以注意弥补车车通信短板，但列车间的通信环境区别于地车通信环境，只有相邻的列车间才能够实现稳定的车车通信，因此要求在5G通信技术应用中，结合轨道交通场景及实际运行环境进行5G通信技术网络设计。

2.4车路协同技术构建智能公交系统

车路协同技术及自动驾驶技术的快速进步推动智能公交系统的出现，基于车路协同基础设施升级与通讯网络系统搭建，构建行人、公交车辆、路侧设施的完整通讯链路，建立不同车路协同通信环境下动态自组网与可靠传输机制，通过实时采集乘客公共交通出行需求，提供乘客出行方式选择建议、换乘站点内部路线指引、公交到站时间提醒等面向乘客实时需求的精准服务。依托信号灯与公交车辆可靠信息交互机制，车载终端能够接受信号灯配时方案、交通事件、道路运行状态等实时交通信息，基于高级辅助驾驶技术向公交驾驶员提供车速、挡位、换道等建议信息，实现公交车行驶过程精准管控。车路协同技术对于交通状态、车辆状态及乘客需求信息的采集与识别是构建智能公交系统的一个关键要素。基于车辆运行状态大数据，识别公交车辆油耗与排放的关键影响因素和作用机理，通过辨识与预测车路协同环境下的交通状态，进行公交车辆绿色出行线网规划，实现高可靠、低油耗的公交线路选择。另一方面，融合系统内多车行驶状态信息与载客信息，解析乘客公交出行规律，挖掘乘客出行模式与行为特征。针对乘客出行需求密集区域与时段，调配其他线路剩余运力服务更多乘客出行需求，提高乘客出行满意度，从本质上提高公共交通服务水平和吸引力，进一步缓解城市交通拥堵。

2.5TETRA技术

TETRA数字集群系统是欧洲电信标准协会（ETSI）制定的数字集群移动无线通信标准，适用于组建数字集群专业网（PMR）和共用网（PAMR）。采用时分多址（TDMA）技术可支持多用户，大大增加了容量。使用/4-DQPSK调制技术达到36Kbit/s的调制速率，执行ACELP编码，运行速率可达4.8bit/s。采用4：1D的TDMA时分多址技术，单载频25kHz带宽，1个载频带4个信道，频率利用率高。TETRA数字集群系统可工作于380MHz~400MHz、410MHz~430MHz、450MHz~470MHz、806MHz~821MHz（上行）/851MHz~866MHz（下行）以及870MHz~876MHz（上行）/915MHz~921MHz（下行）。TETRA的设备可以组成最简单网，给定功能性和必要的接口，可以组成一个完整的单站系统。单交换中心多基站系统由交换机、多个基站、移动台以及调度台组成。TETERA系统内部接口具有基于电路交换、基于帧中继以及基于IP三种方式。其中，基于IP的TETRA系统配置灵活，可以从小网络逐步扩容为大网络，其相关网关、调度台可配置在网络中的任何位置。TETRA技术在轨道交通系统中多用于语音业务和数据业务。支持单呼、组呼以及固定呼叫的语音业务。

结语

基于车-车通信的信号系统优化了系统架构，控制更安全，突破进路限制，运营组织更灵活，对资源进行细化管理，线路利用率更高，对道岔进行细分管理，提升列车的追踪折返效率，精简了地面设备，降低了改造的难度，缩短了改造工期，相对于传统CBTC系统，基于车-车通信的新型信号系统更适用于既有线改造，为既有信号系统的改造提供了一个更优的选择。

参考文献

[1]刘宏杰，王海峰，李开成，等.一种新型列控系统方案探讨[J].铁道通信信号，2016，52（10）：1-5.

[2]李士祥，卢佩玲，唐世军.列控联锁一体化系统设计技术研究[J].铁路通信信号，2016，52（3）：1-3.