摘要：为了提高城市轨道交通信号控制能力，提出基于有限区域同时同频全双工跳频控制的城市轨道交通信号运维控制方法。构建城市轨道交通信号模型，采用有限区域全双工跳频自组网的方法实现对城市轨道交通信号的频谱分离和特征分解，在传输容量指标约束下，通过大尺度路径损耗调制方法，实现城市轨道交通信号的滤波检测和频带分离，构建衡量网络性能的指标体系，采用同频全双工的稳态控制方法，实现城市轨道交通信号智能化运维自动控制。对市域铁路信号系统无线传输性能的关键影响因子进行分析，建立了基于GBSM(基于几何的随机模型)的无线信道仿真模型，针对关键影响因子提出相应措施对LTE(长期演进)系统网络性能进行优化，搭建仿真测试平台。仿真测试结果验证了在市域铁路环境下LTE技术能够满足信号系统的传输需求。 关键词：LTE技术；轨道交通；信号；设计
1导言
《中华人民共和国网络安全法》明确了对于涉及公共利益的关键信息基础设施，在网络安全
等级保护制度的基础上，实行重点保护。随着工业互联网时代的到来，CBTC各个子系统互联互通的程度越来越高，各子系统间的信息安全也逐渐开始受到行业和相关管理部门(包括中共中央网络安全和信息化委员会办公室、公安部、工业和信息化部等)的高度重视。
2控制系统设计总体构架和信号分析
构建城市轨道交通信号模型，采用有限区域全双工跳频自组网的方法实现对城市轨道交通信号的频谱分离和特征分解，设计的城市轨道交通信号智能化运维自动控制系统包括硬件结构模块、CAN总线模块、软件结构模块、物联网总线调度模块、数据总线传输模块、信号分析模块以及数据结构总线，通过引入自适应传输总线上的LVDS时钟，采用动态数据调制和误差反馈控制方法，建立交通信号的滤波模型,在不同频率的传输总线上，结合物联网总线调度，采用自适应时钟频率调制的方法，进行城市轨道交通信号的运维自动化控制。系统的总体结构如图1所示。
图1 系统总体结构设计
3无线传输性能关键影响因子分析
3.1多普勒频移的影响
热泵热水
LTE系统是通过多个频宽为15 kHz的子载波进行数据的传输，其发射端和接收端需要在对应的频率上进行调制解调无线信号。当频率发生偏移时会导致接收端无法正确解调，从而造成不同子载波之间的载波干扰及其相应码元之间的干扰。在SINR(干扰信噪比)为10 dB时，基于传输带宽5%频偏相较与没有频偏情况下，接收端误码率高25%。列车在运行时，列车和轨旁进行相对运动，列车接收到的无线频率与发出的频率并不相同，同时接收到的无线频率与列车发出的频率也不相同。
3.2小区切换异常的影响
每个覆盖一定的区域(以下简称“小区”)。列车在线路上运行时，需要在不同小区内运行，并根据接收的无线信号功率执行切换操作。
手指假肢整个切换操作流程按照3GPP(第三代合作伙伴计划)TS 24.301中定义，从终端进行测量上报开始，到终端RRC(无线资源控制)重配完成，期间涉及到终端、源服务小区、目的服务小区及核心网等多个网元。
当列车运行速度为250 km/h时，总计切换距离为42.85 m。在小区切换过程中终端接收的无线信号功率会发生巨大变化，可能导致小区切换异常，包括过早切换(由于目标服务小区发射功率过低导致误码率提升、吞吐量下降)、过晚切换(由于源服务小区发射功率过低导致误码率提升、吞吐量下降)、乒乓切换(在源服务小区和目标服务小区之间反复切换，每次切换均带来误码率提升)或者切换失败。小区切换异常均会影响传输性能。
3.3信道多径急剧变化的影响
无线信号在传输过程中，除在发射端和接收端之间直线传输外，还通过周围环境中物体折射、反射，使得各路径信号到达接收端的时间、相位和到达角度不同，从而造成接收信号功率的加强或者衰落。在噪声保持不变的情况下，这将导致信噪比的上升或者降低。
LTE系统根据信噪比对数据包进行编码后发送。在信噪比为9.84 dB时可选择码率为0.455 1微型核电池
的64QAM(64正交幅相调制)进行编码，在信噪比为7.40 dB时可选择码率为0.540 0的16QAM进行编码[6]。即保持噪声不变条件下，信号接收功率降低2.44 dBm, 吞吐量降低21%,且在低信噪比情况下采用高码率的编码方式，会提高误码率。
vb连接sql数据库按照3GPP TR 38.901协议中的CDL(集延迟线)模型，在视距传输情况下，除主径外其他多径最多可占总接收功率的11%,在非视距传输情况下，首先到达的信号功率最多仅占总接收功率的14%。
列车运行过程中，在发射端保持发射功率不变的情况下，信号经过不同路径到达接收端，导致接收信号功率的巨大变化，从而影响系统的吞吐量及误码率。
4LTE技术在城市轨道交通信号系统的设计与应用
4.1系统硬件设计
在嵌入式的DSP控制组件环境下实现对城市轨道交通信号智能化运维自动控制系统的集成开发设计，采用IO配置总线，自动适应不同频率的传输总线，提高城市轨道交通信号运维管理过程中的无线收发和转换能力，在信号的输出端，通过BUFIO2单端时钟转换控制的
方法，建立数据通路上的分频检测和时钟控制电路，在数据的最小存储单元中，将LVDS数据的差分随路分配到轨道交通信号的智能化运维控制的BUFIO2中，动态调节延迟，并交交通信号运维管理的分频系数设置为8,即产生差分时钟的8分频，通过动态调整相位，极大地提高数据传输能力。
4.2CBTC 系统互联互通
二次沉淀池
实现城轨信号系统互联互通是多年来行业发展的热点和难点。国际上，欧洲铁路行业协会(UNIFE)陆续开展了“互联互通”列车控制技术的相关研究，旨在统一标准规范体系下，实现不同厂家系统相互融合，满足跨线、共线运营需求，降低列车控制系统全生命周期成本，并先后在纽约、伦敦进行了探索和尝试。但受限于松散的厂家合作形式，缺少行业协会和用户单位强有力的引导和推动，最终都未能获得成功。而我国随着自主化CBTC系统技术成熟应用，具备了开展互联互通工作的物质基础。2015年，中华人民共和国国家发展和改革委员会将重庆环线、4号、5号、10号线建设为国家互联互通示范工程，在中国城市轨道交通协会的指导下，重庆地铁组织相关行业单位，全面立足于CBTC系统自主创新技术力量，采用从技术路线的制定、规范体系建设、系统设计、产品研发、系统测试与验证、产
品安全认证“正向研发策略”，规划“单线运营-共线运营-跨线运营”3个建设阶段，相互衔接，一体化推进。
4.3CBTC 与 CTCS 系统互联互通
全部视频列播放表本站从世界范围来看，基于干线铁路和城轨技术相结合，满足多网融合轨道交通运行需要正在成为行业未来发展热点。欧盟提出的“欧洲铁路合作伙伴”(Railway European Partnership)计划所要达成的愿景目标就是开发互联互通、即插即用、模块化、可扩展、可升级的信号和列控系统；提高铁路(包括区域和郊区铁路、高速铁路、货运铁路、轻轨等)运输能力、准时性、铁路系统弹性和灵活性，降低运营成本和能耗，满足用户需求和运营要求。而我国随着建设干线铁路网、城际铁路网、市域(郊)铁路网、城市轨道交通网“四网融合”综合交通网络上升为国家战略，面对我国干线铁路、城际铁路采用的信号制式为中国列车控制系统(CTCS)技术体系，城轨采用的信号制式为CBTC技术体系，两者互不兼容的现状，研制一种能够满足多制式运行需求的通用列控系统成为行业共识。2021年，中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通发展战略与“十四五”发展思路》研究报告中，将研究“新一代智能地铁列车多系统融合控制方案”及“跨制式通用列车控制系统”纳入重点任务。
近年来，有关行业单位结合京津冀、珠三角、长三角等都市圈“四网融合”轨道交通建设需求，开展了相关技术研究与验证，已经制定出跨制式互联互通列控系统总体方案，装备研制也取得阶段性进展。
列控系统能够兼容并根据列车运行线路自动适配CBTC与CTCS-2的地面设备接口，在不同制式的线路上可处理接收到的相关信息并做出适当的反应，同时在CTCS-2与CBTC的重叠区域(区间或车站)，车载系统可做到CTCS-2与CBTC运行制式间的无缝切换。兼容CBTC及CTCS-2的互联互通车载设备，能够满足通过1套车载设备兼容CTCS-2线路与CBTC线路2种制式的全功能运行。
在CBTC运行制式线路上，列控系统具备CBTC制式下的所有车载功能；在CTCS-2运行制式线路上，具备CTCS-2制式下的所有车载功能；在CTCS-2与CBTC运行制式的共管区域，根据列车的运行方向及地面信息自动识别列车动向并无缝切换到相应运行制式，包括适配接口和转换模块等；使用一套驾驶台显示屏显示列车在不同制式下的各种运行数据，并为驾驶员提供辅助驾驶信息。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议