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南京地铁运营有限责任公司 江苏 南京210012
摘要：西门子的列车自动控制系统（CBTC）广泛应用于城市轨道交通信号系统。本文以南京地铁二号线为例，对CBTC系统中信号无线丢失故障进行了探讨分析。
关键词：无线丢失 网卡 场强覆盖 发射功率
一、概述
南京地铁二号线采用西门子的列车自动控制系统（CBTC），通过车-地通信，周期传递列车位置信息和移动授权。当车-地之间通信中断，造成无线丢失故障，列车紧制、降级，多数情况会有晚点发生。二号线开通后，无线丢失故障频发，对地铁运营和服务造成了很大的负面影响。无线丢失属于CBTC系统的一个难题，南京地铁信号技术人员一直致力于无线丢失故障原因的查找，经过多次分析、探讨，并针对多方面故障原因进行整改，取得了一定的成果。目前，无线丢失的数量不断减少，处于可控状态。
二、工作原理
二号线CBTC系统使用的是基于IEEE802.11b/g标准的WLAN，频率范围为ISM频段2.4GHz，该频道是公用频段，外界其它通信系统的干扰以及自身系统的干扰和加密，对线路的正常运营都会造成很大的影响。
信号技术人员绘制了无线数据流程图，从各个传输节点入手，总结所有可能影响的原因，以便制订相应的应对措施。轨旁的无线数据通过ATS交换机、无线系统路由器、骨干网交换机、光纤环路交换机、室内熔纤盒由光缆传输到室外AP箱熔纤盒，然后经AP箱交换机、CPU板到达无线网卡。最终轨旁数据由无线网卡通过馈缆连接的AP天线发送无线信号由车载无线天线接收。车载无线天线接收到的信息通过馈缆连接的无线单元加分器板，至无线网卡、信号加密版、CPU板，传输至车载ITF、ATP、ATO，完成了轨旁至车载的数据传输。车载至轨旁数据传输反方向进行。
三、故障分析及应对
信号技术人员经过持续不懈的努力，依靠自身力量及厂家协助，将无线丢失这一广泛存在的难题不断分解，变换为许多互相联系的单元，逐一研究分析；将无线通信这一抽象的问题具体化，落脚在不同设备，针对性的处理，对整个CBTC信号系统有了深入的掌握和理解。
通过不断的试验总结和分析，对无线数据流所经由的设备进行逐一分析排查，信号技术人员发现无线丢失的原因有6类，并针对6类原因制定了相应的整改措施。
1、车载无线软件设计缺陷。
无线单元不冗余，使得头端无线单元连接失败时，无法切换至尾端进行无线传输，所以在软件功能中对增加无线丢失OBCU冗余。
换端易造成无线单元连接（CRU link）中断，经数据分析发现列车在运行过程中特别是换端时存在CRU link中断引起的无线丢失故障，所以在新版本软件中对该问题进行优化。
无线接收阈值设置与场强覆盖实际不匹配，经统计分析发现之前版本无线软件由于对轨旁场强要求较高，筛选无线阈值条件较高，所以在新版本中对无线阈值进行适当调整，以符合南京地铁二号线实际情况。
2、高温引起网卡性能不良造成无线发射功率下降。
经多次现场调研发现，由于轨旁AP的网卡和驱动电源安装在一个设备箱内，电源发热量较大，尤其夏季，受环境高温和电源散热共同影响，地面和高架区间AP箱内温度过高，晴热天气下箱内温度接近60度，加速了网卡功率衰耗和性能下降，导致无线故障高发。
针对此问题，信号技术人员拟对地面、高架区间AP箱进行改造，将网卡移除与驱动电源分离单独立盒放置，进一步改善网卡工作环境，以达到减少地面、高架区间夏季无线故障发生的效果。
3、无线场强覆盖问题及无线干扰问题。
由于室外环境导致无线网卡性能下降以及二号线沿线干扰较大（特别是马群站干扰严重），经无线场强测试验证无线丢失故障发生频率较高的位置，确实存在无线场强覆盖较弱或无线干扰的严重问题。
针对此问题，信号技术人员联系西门子对二号线全线场强覆盖情况进行检查测试，一方面，对无线强度的标准参数上进一步提高要求，轨旁从0～-60db提高为0～-40db，车载由0～-40db提高为0～-35db，通过提高性能降低列车在无线场强覆盖较弱或无线干扰严重区域的无线丢失故障率；另一方面，在无线丢失频率较高、场强覆盖较差的区域（如油坊桥折返线、仙鹤门至学则路区间）加装AP天线，减少列车因无线连接超时导致的无线丢失故障。
4、车载无线单元连接效率问题。
由于西门子设定无线连接中断>5.5秒即视为无线丢失，通过减少连接时间、提升连接效率，有效降低越区切换、无线筛选或无线瞬时连接中断导致的无线丢失故障。
针对此问题，信号技术人员通过研究分析后采取中继器配置静态IP和绑定MAC地址的方式减少连接时间、提升连接效率。
5、列车出库无线丢失问题。
经统计分析发现列车在唤醒或重启无线后车载无线单元启动程序会一定概率的进入死循环或出现CRU link down的问题，所以导致相当数量的列车带故障出库，影响后续运行。
针对此问题，在管理上进行了强化，对信号车载出库检提出了新标准和新要求，修订了检修规程，在原有日检的基础上，增加每日3：30-5：00，14：30-16：00两次出库检查，确保带病列车及时得到处理，消除列车出库时发生无线丢失可能带来的影响。
6、车载相关硬件问题。
经验证发现无线数据存储卡（CF卡）在覆盖无线数据或读取无线软件时，由于旧2GCF卡传输速率及容量的问题，会降低无线连接成功率并且有时无线系统会存在无法正常启动的问题。
针对此问题，对无线单元的CF卡进行扩容。
四、处置效果
车地通信是一个简单重复的过程，但是可能影响到其正常通信的因素特别多，涉及到轨旁、车载设备、设备软硬件性能，以及外界环境。这些因素相互作用，导致故障原因复杂多变。在处理无线丢失的过程中，信号技术人员一直采取扩散性的思维、针对性的处理、以及逐个排除法，通过不断的对比分析，将互相联系的原因逐渐剥离开来，转变为独立的故障点。通过对上述6大类故障点的分析处理，无线丢失故障得到了很好的解决，故障率不断降低，晚点情况逐渐减少，更重要的是掌握了无线丢失故障处理的方法，为其他线路以及其他类故障的处理提供了参考依据。
五、结束语
在以后的新建线路中，通过优化新线设计汇编相关条目，及时增加针对CBTC无线系统的设计需求，争取在新线建设时就将设备缺陷解决，从而避免再次二号线无线丢失类似问题，提高CBTC系统可靠度，降低设备维保难度。
参考文献
[1]林瑜筠. 城市轨道交通信号设备.北京：中国铁道出版社，2006.
[2] 何宗华，汪松滋，何其光.城市轨道交通通信信号系统运行与维修.北京：中国建筑工业出版社，2006.
摘要：西门子的列车自动控制系统（CBTC）广泛应用于城市轨道交通信号系统。本文以南京地铁二号线为例，对CBTC系统中信号无线丢失故障进行了探讨分析。
关键词：无线丢失 网卡 场强覆盖 发射功率
一、概述
南京地铁二号线采用西门子的列车自动控制系统（CBTC），通过车-地通信，周期传递列车位置信息和移动授权。当车-地之间通信中断，造成无线丢失故障，列车紧制、降级，多数情况会有晚点发生。二号线开通后，无线丢失故障频发，对地铁运营和服务造成了很大的负面影响。无线丢失属于CBTC系统的一个难题，南京地铁信号技术人员一直致力于无线丢失故障原因的查找，经过多次分析、探讨，并针对多方面故障原因进行整改，取得了一定的成果。目前，无线丢失的数量不断减少，处于可控状态。
二、工作原理
二号线CBTC系统使用的是基于IEEE802.11b/g标准的WLAN，频率范围为ISM频段2.4GHz，该频道是公用频段，外界其它通信系统的干扰以及自身系统的干扰和加密，对线路的正常运营都会造成很大的影响。
信号技术人员绘制了无线数据流程图，从各个传输节点入手，总结所有可能影响的原因，以便制订相应的应对措施。轨旁的无线数据通过ATS交换机、无线系统路由器、骨干网交换机、光纤环路交换机、室内熔纤盒由光缆传输到室外AP箱熔纤盒，然后经AP箱交换机、CPU板到达无线网卡。最终轨旁数据由无线网卡通过馈缆连接的AP天线发送无线信号由车载无线天线接收。车载无线天线接收到的信息通过馈缆连接的无线单元加分器板，至无线网卡、信号加密版、CPU板，传输至车载ITF、ATP、ATO，完成了轨旁至车载的数据传输。车载至轨旁数据传输反方向进行。
三、故障分析及应对
信号技术人员经过持续不懈的努力，依靠自身力量及厂家协助，将无线丢失这一广泛存在的难题不断分解，变换为许多互相联系的单元，逐一研究分析；将无线通信这一抽象的问题具体化，落脚在不同设备，针对性的处理，对整个CBTC信号系统有了深入的掌握和理解。
通过不断的试验总结和分析，对无线数据流所经由的设备进行逐一分析排查，信号技术人员发现无线丢失的原因有6类，并针对6类原因制定了相应的整改措施。
1、车载无线软件设计缺陷。
无线单元不冗余，使得头端无线单元连接失败时，无法切换至尾端进行无线传输，所以在软件功能中对增加无线丢失OBCU冗余。
换端易造成无线单元连接（CRU link）中断，经数据分析发现列车在运行过程中特别是换端时存在CRU link中断引起的无线丢失故障，所以在新版本软件中对该问题进行优化。
无线接收阈值设置与场强覆盖实际不匹配，经统计分析发现之前版本无线软件由于对轨旁场强要求较高，筛选无线阈值条件较高，所以在新版本中对无线阈值进行适当调整，以符合南京地铁二号线实际情况。
2、高温引起网卡性能不良造成无线发射功率下降。
经多次现场调研发现，由于轨旁AP的网卡和驱动电源安装在一个设备箱内，电源发热量较大，尤其夏季，受环境高温和电源散热共同影响，地面和高架区间AP箱内温度过高，晴热天气下箱内温度接近60度，加速了网卡功率衰耗和性能下降，导致无线故障高发。
针对此问题，信号技术人员拟对地面、高架区间AP箱进行改造，将网卡移除与驱动电源分离单独立盒放置，进一步改善网卡工作环境，以达到减少地面、高架区间夏季无线故障发生的效果。
3、无线场强覆盖问题及无线干扰问题。
由于室外环境导致无线网卡性能下降以及二号线沿线干扰较大（特别是马群站干扰严重），经无线场强测试验证无线丢失故障发生频率较高的位置，确实存在无线场强覆盖较弱或无线干扰的严重问题。
针对此问题，信号技术人员联系西门子对二号线全线场强覆盖情况进行检查测试，一方面，对无线强度的标准参数上进一步提高要求，轨旁从0～-60db提高为0～-40db，车载由0～-40db提高为0～-35db，通过提高性能降低列车在无线场强覆盖较弱或无线干扰严重区域的无线丢失故障率；另一方面，在无线丢失频率较高、场强覆盖较差的区域（如油坊桥折返线、仙鹤门至学则路区间）加装AP天线，减少列车因无线连接超时导致的无线丢失故障。
4、车载无线单元连接效率问题。
由于西门子设定无线连接中断>5.5秒即视为无线丢失，通过减少连接时间、提升连接效率，有效降低越区切换、无线筛选或无线瞬时连接中断导致的无线丢失故障。
针对此问题，信号技术人员通过研究分析后采取中继器配置静态IP和绑定MAC地址的方式减少连接时间、提升连接效率。
5、列车出库无线丢失问题。
经统计分析发现列车在唤醒或重启无线后车载无线单元启动程序会一定概率的进入死循环或出现CRU link down的问题，所以导致相当数量的列车带故障出库，影响后续运行。
针对此问题，在管理上进行了强化，对信号车载出库检提出了新标准和新要求，修订了检修规程，在原有日检的基础上，增加每日3：30-5：00，14：30-16：00两次出库检查，确保带病列车及时得到处理，消除列车出库时发生无线丢失可能带来的影响。
6、车载相关硬件问题。
经验证发现无线数据存储卡（CF卡）在覆盖无线数据或读取无线软件时，由于旧2GCF卡传输速率及容量的问题，会降低无线连接成功率并且有时无线系统会存在无法正常启动的问题。
针对此问题，对无线单元的CF卡进行扩容。
四、处置效果
车地通信是一个简单重复的过程，但是可能影响到其正常通信的因素特别多，涉及到轨旁、车载设备、设备软硬件性能，以及外界环境。这些因素相互作用，导致故障原因复杂多变。在处理无线丢失的过程中，信号技术人员一直采取扩散性的思维、针对性的处理、以及逐个排除法，通过不断的对比分析，将互相联系的原因逐渐剥离开来，转变为独立的故障点。通过对上述6大类故障点的分析处理，无线丢失故障得到了很好的解决，故障率不断降低，晚点情况逐渐减少，更重要的是掌握了无线丢失故障处理的方法，为其他线路以及其他类故障的处理提供了参考依据。
五、结束语
在以后的新建线路中，通过优化新线设计汇编相关条目，及时增加针对CBTC无线系统的设计需求，争取在新线建设时就将设备缺陷解决，从而避免再次二号线无线丢失类似问题，提高CBTC系统可靠度，降低设备维保难度。
参考文献
[1]林瑜筠. 城市轨道交通信号设备.北京：中国铁道出版社，2006.
[2] 何宗华，汪松滋，何其光.城市轨道交通通信信号系统运行与维修.北京：中国建筑工业出版社，2006.