南京地鐵二號線無線丟失故障分析探討

南京地鐵運營有限責任公司 江蘇 南京210012

摘要：西門子的列車自動控制系統（CBTC）廣泛應用于城市軌道交通信號系統。本文以南京地鐵二號線為例，對CBTC系統中信號無線丟失故障進行了探討分析。

關鍵詞：無線丟失 網卡 場強覆蓋 發射功率

一、概述

南京地鐵二號線采用西門子的列車自動控制系統（CBTC），通過車-地通信，周期傳遞列車位置信息和移動授權。當車-地之間通信中斷，造成無線丟失故障，列車緊制、降級，多數情況會有晚點發生。二號線開通后，無線丟失故障頻發，對地鐵運營和服務造成了很大的負面影響。無線丟失屬于CBTC系統的一個難題，南京地鐵信號技術人員一直致力于無線丟失故障原因的查找，經過多次分析、探討，并針對多方面故障原因進行整改，取得了一定的成果。目前，無線丟失的數量不斷減少，處于可控狀態。

二、工作原理

二號線CBTC系統使用的是基于IEEE802.11b/g標準的WLAN，頻率范圍為ISM頻段2.4GHz，該頻道是公用頻段，外界其它通信系統的干擾以及自身系統的干擾和加密，對線路的正常運營都會造成很大的影響。

信號技術人員繪制了無線數據流程圖，從各個傳輸節點入手，總結所有可能影響的原因，以便制訂相應的應對措施。軌旁的無線數據通過ATS交換機、無線系統路由器、骨干網交換機、光纖環路交換機、室內熔纖盒由光纜傳輸到室外AP箱熔纖盒，然后經AP箱交換機、CPU板到達無線網卡。最終軌旁數據由無線網卡通過饋纜連接的AP天線發送無線信號由車載無線天線接收。車載無線天線接收到的信息通過饋纜連接的無線單元加分器板，至無線網卡、信號加密版、CPU板，傳輸至車載ITF、ATP、ATO，完成了軌旁至車載的數據傳輸。車載至軌旁數據傳輸反方向進行。

三、故障分析及應對

信號技術人員經過持續不懈的努力，依靠自身力量及廠家協助，將無線丟失這一廣泛存在的難題不斷分解，變換為許多互相聯系的單元，逐一研究分析；將無線通信這一抽象的問題具體化，落腳在不同設備，針對性的處理，對整個CBTC信號系統有了深入的掌握和理解。

通過不斷的試驗總結和分析，對無線數據流所經由的設備進行逐一分析排查，信號技術人員發現無線丟失的原因有6類，并針對6類原因制定了相應的整改措施。

1、車載無線軟件設計缺陷。

無線單元不冗余，使得頭端無線單元連接失敗時，無法切換至尾端進行無線傳輸，所以在軟件功能中對增加無線丟失OBCU冗余。

換端易造成無線單元連接（CRU link）中斷，經數據分析發現列車在運行過程中特別是換端時存在CRU link中斷引起的無線丟失故障，所以在新版本軟件中對該問題進行優化。

無線接收閾值設置與場強覆蓋實際不匹配，經統計分析發現之前版本無線軟件由于對軌旁場強要求較高，篩選無線閾值條件較高，所以在新版本中對無線閾值進行適當調整，以符合南京地鐵二號線實際情況。

2、高溫引起網卡性能不良造成無線發射功率下降。

經多次現場調研發現，由于軌旁AP的網卡和驅動電源安裝在一個設備箱內，電源發熱量較大，尤其夏季，受環境高溫和電源散熱共同影響，地面和高架區間AP箱內溫度過高，晴熱天氣下箱內溫度接近60度，加速了網卡功率衰耗和性能下降，導致無線故障高發。

針對此問題，信號技術人員擬對地面、高架區間AP箱進行改造，將網卡移除與驅動電源分離單獨立盒放置，進一步改善網卡工作環境，以達到減少地面、高架區間夏季無線故障發生的效果。

3、無線場強覆蓋問題及無線干擾問題。

由于室外環境導致無線網卡性能下降以及二號線沿線干擾較大（特別是馬群站干擾嚴重），經無線場強測試驗證無線丟失故障發生頻率較高的位置，確實存在無線場強覆蓋較弱或無線干擾的嚴重問題。

針對此問題，信號技術人員聯系西門子對二號線全線場強覆蓋情況進行檢查測試，一方面，對無線強度的標準參數上進一步提高要求，軌旁從0～-60db提高為0～-40db，車載由0～-40db提高為0～-35db，通過提高性能降低列車在無線場強覆蓋較弱或無線干擾嚴重區域的無線丟失故障率；另一方面，在無線丟失頻率較高、場強覆蓋較差的區域（如油坊橋折返線、仙鶴門至學則路區間）加裝AP天線，減少列車因無線連接超時導致的無線丟失故障。

4、車載無線單元連接效率問題。

由于西門子設定無線連接中斷>5.5秒即視為無線丟失，通過減少連接時間、提升連接效率，有效降低越區切換、無線篩選或無線瞬時連接中斷導致的無線丟失故障。

針對此問題，信號技術人員通過研究分析后采取中繼器配置靜態IP和綁定MAC地址的方式減少連接時間、提升連接效率。

5、列車出庫無線丟失問題。

經統計分析發現列車在喚醒或重啟無線后車載無線單元啟動程序會一定概率的進入死循環或出現CRU link down的問題，所以導致相當數量的列車帶故障出庫，影響后續運行。

針對此問題，在管理上進行了強化，對信號車載出庫檢提出了新標準和新要求，修訂了檢修規程，在原有日檢的基礎上，增加每日3：30-5：00，14：30-16：00兩次出庫檢查，確保帶病列車及時得到處理，消除列車出庫時發生無線丟失可能帶來的影響。

6、車載相關硬件問題。

經驗證發現無線數據存儲卡（CF卡）在覆蓋無線數據或讀取無線軟件時，由于舊2GCF卡傳輸速率及容量的問題，會降低無線連接成功率并且有時無線系統會存在無法正常啟動的問題。

針對此問題，對無線單元的CF卡進行擴容。

四、處置效果

車地通信是一個簡單重復的過程，但是可能影響到其正常通信的因素特別多，涉及到軌旁、車載設備、設備軟硬件性能，以及外界環境。這些因素相互作用，導致故障原因復雜多變。在處理無線丟失的過程中，信號技術人員一直采取擴散性的思維、針對性的處理、以及逐個排除法，通過不斷的對比分析，將互相聯系的原因逐漸剝離開來，轉變為獨立的故障點。通過對上述6大類故障點的分析處理，無線丟失故障得到了很好的解決，故障率不斷降低，晚點情況逐漸減少，更重要的是掌握了無線丟失故障處理的方法，為其他線路以及其他類故障的處理提供了參考依據。

五、結束語

在以后的新建線路中，通過優化新線設計匯編相關條目，及時增加針對CBTC無線系統的設計需求，爭取在新線建設時就將設備缺陷解決，從而避免再次二號線無線丟失類似問題，提高CBTC系統可靠度，降低設備維保難度。

參考文獻

[1]林瑜筠. 城市軌道交通信號設備.北京：中國鐵道出版社，2006.

[2] 何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通通信信號系統運行與維修.北京：中國建筑工業出版社，2006.