CTCS-3無線通信超時分析與優化建議

鄭 濤

（中國鐵路蘭州局集團有限公司銀川電務段，銀川 750000）

1 概述

CTCS-3（簡稱C3）等級下動車組運行過程中，ATP將自身的運行速度、列車位置等信息轉發給MT電臺，通過GSM-R無線網絡，以無線通信方式發送給RBC。RBC收到列車數據后，結合軌道電路列車占用情況，生成移動授權、線路數據等信息返回給動車組，完成對動車組的運行控制。相比于以前的軌道電路、應答器信息傳輸方式，無線通信具有實時雙向、大容量等傳輸特點，但也存在無法攻克的難題——無線通信超時。

2 無線通信超時

在ATP和RBC中設定兩個定時器T_NVCONTACT，定時器時間參數設定為20 s，ATP或RBC在此設定時間內如果沒有收到對方發送的應用層消息，即判斷為無線通信超時。無線通信超時后，動車組將采用常用制動降低運行速度，在運行速度降低值達到50 km/h或40 s內仍未恢復無線通信連接時，ATP判斷應降為CTCS-2（簡稱C2）等級運行，在DMI上輸出文本確認信息，提示司機手動確認由C3降為C2等級運行。

3 無線通信超時分析

3.1 數據統計

對以往發生的無線通信超時統計分析發現，C3級無線通信超時故障原因如下：車載設備問題共發生310件，占問題總數39%；GSM-R網絡問題共發生323件，占到總數41%；RBC設備發生問題共118件，占到總數15%；循環冗余校驗（CRC）漏檢發生問題44件，占到總數5%。C3超時分布如圖1所示。

3.2 分析流程

動車組運行過程中發生無線通信超時故障時，車載設備人員由于無法第一時間對設備狀態進行檢查，應按照“由簡至難”故障處理原則，對安裝空口監測設備（AMS）的動車組，及時通知廠家下載三接口數據進行分析，排除是否受到外界無線電干擾及其他原因，并出具分析報告。與此同時，告知RBC及通信人員，對地面設備進行檢查，發現故障及時排除。待動車組入庫后，車載設備人員及時上車進行數據下載并檢查車載設備工作狀態是否正常，最終確定故障原因。故障分析流程如圖2所示。

3.3 原因分析

3.3.1 車載設備

1）軟件方面

ATP異常拆鏈。IGSM-R及Um接口數據中記錄有ATP發送的DISC拆鏈數據幀（數據顯示：HDLC DISC）、 156 號 數 據 包（ 數 據 顯 示 ：156 Termination of a communication session）、SABME幀（數據顯示：SABME：B）等，故障期間數據測量報告上/下行電平、場強以及車-地C3數據交互正常，說明此類無線通信超時是由ATP異常拆鏈引起。

MT異常拆鏈。Um接口數據中記錄MT電臺異常發送信令拆鏈（數據顯示：DISCONNECT），IGSM-R接口數據顯示車-地間C3數據交互正常，卻看不到ATP發送的156號通信結束會話包、傳輸層發送的DR拆鏈、鏈路層發送的DISC等消息，說明此類無線通信超時是由MT電臺發送DISCONNECT拆鏈信令引起。

MT未轉發測量報告。Um接口數據中記錄MT電臺未按照規范時間（480 ms）發送測量報告（ 數 據 顯 示 ：SYSTEM INF ORMATION TYPE），故障期間上、下行電平，場強以及ATP與MT電臺數據交互正常，說明此類無線通信超時是由MT電臺工作異常導致。

單MT運行。MT1注冊到GSM-R網絡并與RBC1建立連接后，即處于工作狀態，此時的MT2雖然也注冊在GSM-R網絡中，但未與RBC1建立連接，直至動車組運行至RBC2管轄區，MT2發起通信連接請求，當MT2與RBC2通信連接成功后，MT1與RBC1斷開連接，動車組進入RBC2管轄區。在此過程中，如果MT1或MT2任一未成功注冊到GMS-R網絡，都無法完成RBC1與RBC2的交權，將引發無線通信超時。

2）硬件方面

STU-V-V/N模塊異常。STU-V-V/N模塊轉發ATP數據至MT電臺，負責無線數據安全傳輸及對無線通信功能進行加密。發生無線通信超時后，重點檢查模塊ER燈（紅燈：系統異常；滅燈：運行正常）以及各部連接電纜是否良好。

MT電臺異常。MT電臺負責車載側無線數據的發送與接收，通過同軸電纜與車頂的GSM-R天線連接。發生無線通信超時后，重點檢查天線駐波比（≤1.5）、MT模塊L1、L2指示燈（L1綠閃、L2黃亮：正常注冊至GSM-R網絡；L1綠閃、L2黃閃：未注冊至GSM-R網絡）及各部連接電纜是否正常。

SIM卡異常。在MT電臺中安裝有兩張鐵路專用GSM-R SIM卡，用于完成網絡注冊，并傳遞GPRS數據。發生無線通信超時后，重點檢查SIM卡是否存在彎折、厚薄不一致或芯片表面氧化現象。

3.3.2 無線網絡

MSC異常拆鏈。PRI接口與A接口數據記錄MSC向BSC、RBC發送拆鏈請求（數據顯示：41 Temporary failure），故障期間數據測量報告上/下行電平、場強以及車-地C3數據交互正常，說明此類無線通信超時是由MSC異常拆鏈引起。

BSC異常拆鏈。Abis接口與A接口數據記錄BSC向BTS、MSC發起拆鏈請求（數據顯示：Resource unavailable/Equipment failure），故障期間數據測量報告上/下行電平、場強以及車-地C3數據交互正常，說明此類無線通信超時是由BSC異常拆鏈引起。

BTS異常拆鏈。BTS具有速率匹配、信道編碼/譯碼、調制/解調等空中接口物理層功能。慢速隨路控制信道（SACCH）在上行方向負責傳送MS接收到的相關服務信息及相鄰小區信號強度的測量報告，下行方向負責MS的功率監管和時間調整。在動車組運行過程中，如果SACCH信道上停止發送系統信息，下行方向C3應用數據受到影響也會中斷；此外，來自ATP或RBC的數據基站若未能正常解碼或由于外界無線電干擾、自身硬件故障等原因，會導致下行方向的無線電場強值下降到-110 dBm及以下。以上原因，均會引發無線通信超時降級。

3.3.3 地面設備

RBC異常發送24號包數據包。PRI接口數據記錄RBC在非交權區發送結束通信會話的24號數據包（數據顯示：24：General message 結束通信會話），故障期間上/下行電平、場強正常，車-地C3數據交互正常，但動車組未運行至交權拆鏈區即發生拆鏈，說明此類無線通信超時是由RBC異常發送24號數據包拆鏈引起。

RBC未發送CC確認。PRI接口數據記錄呼叫建立過程中，ATP在TPDU層按照規范發送請求建立無線連接數據（數據顯示：CR 連接請求），但未收到RBC回復的鏈接確認數據（正常數據顯示：CC 連接確認），隨后ATP發送拆鏈數據請求拆鏈（數據顯示：DISC B），斷開無線連接，引發無線通信超時。

RBC異常拆鏈。PRI接口數據顯示RBC異常發送拆鏈信令（數據顯示：DISCONNECT）,故障期間車-地C3數據交互正常，同時PRI接口、Um接口、IGSM-R接口數據顯示一致，說明此類無線通信超時是由RBC異常拆鏈引起。

4 結束語

通過本課題的研究，引發無線通信超時的原因集中在硬件故障、無線網絡干擾、軟件通信異常3大方面。結合以上原因，提出以下建議。

1）在車載設備層，加裝AMS設備，對三接口數據進行分析研究，及時消除通信側、車載側故障隱患。

2）通過濾波器等設備，提高設備的抗干擾、濾雜波性能，優化通信質量。

3）對車載設備、地面設備的硬件運行情況進行分析統計，形成設備運用質量卡控臺賬，合理利用經費支出，按期對設備進行更新改造。