林德志

(中鐵建軌道運(yùn)營(yíng)有限公司，北京 100038)

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路建設(shè)的全面推進(jìn)和發(fā)展， 以GSM-R、MT 電臺(tái)、RBC 無線閉塞中心為核心的鐵路無線通信技術(shù)在CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。GSM-R 作為專用移動(dòng)通信系統(tǒng)在鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮的作用越來越大，為鐵路調(diào)度通信提供了話音通信業(yè)務(wù)、分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及用于CTCS-3級(jí)列控信息傳輸?shù)碾娐酚驍?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

在CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)下的高鐵實(shí)際運(yùn)行中，“無線連接超時(shí)”故障問題時(shí)而發(fā)生，影響列車運(yùn)行效率，發(fā)生“無線連接超時(shí)”后ATP 車載設(shè)備將輸出常用制動(dòng)，在條件許可下可降級(jí)為CTCS-2 級(jí)運(yùn)行，因此解決無線連接超時(shí)問題，在故障預(yù)防、降低設(shè)備故障率以及減小列車運(yùn)營(yíng)影響各方面占據(jù)越來越重要的地位，并且為今后發(fā)展完全基于無線傳輸信息的CTCS-4 級(jí)列控系統(tǒng)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 無線連接超時(shí)概述及分析

CTCS-3 列控系統(tǒng)是基于無線閉塞中心（RBC）設(shè)備、通信基站地面設(shè)備、車載、GSM-R 電臺(tái)、信息接收模塊來實(shí)現(xiàn)無線通信工作， CTCS-3 列控系統(tǒng)框架示意如圖1 所示，其中車載設(shè)備以全路裝車率最高的300T 型ATP 列控車載設(shè)備為例。

圖1 CTCS-3列控系統(tǒng)框架示意圖Fig.1 Schematic diagram of CTCS-3 system framework

通過CTCS-2 級(jí)與CTCS-3 級(jí)采用的設(shè)備不同之處可以看出，無線傳輸信息控制是CTCS-3 級(jí)的主要表現(xiàn)特征，因此“無線連接超時(shí)”現(xiàn)象也自然成為CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)運(yùn)用中一項(xiàng)重要表現(xiàn)特征。

2.1 CTCS-3級(jí)車地通信原理

CTCS-3 列控系統(tǒng)車地之間通信示意如圖2 所示，在運(yùn)行過程中涉及到的主要過程如下：

1）ATP 設(shè)備開機(jī)，MT 模塊附著G 網(wǎng)，完成位置更新；

2）ATP 控制MT 模塊呼叫RBC，建立物理通道；

3）MT 與RBC 建立安全數(shù)據(jù)鏈接；

4）MT 與RBC 進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，檢測(cè)到丟幀后重傳；

5）MT 在G 網(wǎng)下完成越區(qū)切換，保持通信接續(xù)；

6）MT 斷開安全數(shù)據(jù)鏈接，釋放物理通道。

2.2 無線連接超時(shí)的產(chǎn)生

無線鏈接超時(shí)是指CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)車地信息傳輸超時(shí)（T_NCVONTACT=20 s），在T_NVCONTACT 時(shí)間內(nèi)未與RBC 建立有效信息交互，多次重新鏈接無效后導(dǎo)致列車施加常用制動(dòng)。當(dāng)列車運(yùn)行速度降至CTCS-2 級(jí)運(yùn)行允許速度時(shí)，提示司機(jī)確認(rèn)后，系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換為CTCS-2 級(jí)控車運(yùn)行，影響列車運(yùn)行整體時(shí)間和后續(xù)列車運(yùn)營(yíng)。

圖2 車地之間通信示意圖Fig.2 Schematic diagram of communication between ATP and RBC

2.3 無線連接超時(shí)分析

2.3.1 分析無線連接超時(shí)故障的關(guān)鍵過程

在日常處理無線連接超時(shí)故障時(shí)，要首先確定故障發(fā)生的區(qū)段地點(diǎn)，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)查看MT 電臺(tái)在G 網(wǎng)模式下的電平質(zhì)量，并查看通信三接口數(shù)據(jù)，分析MT 電臺(tái)與無線閉塞中心間的數(shù)據(jù)交互情況，重點(diǎn)分析交權(quán)區(qū)過程數(shù)據(jù)，最終確認(rèn)故障點(diǎn)。

2.3.2 分析無線連接超時(shí)故障需要獲得的數(shù)據(jù)

通過無線連接超時(shí)分析步驟中所提到的信息可知，如果要確定清楚故障原因，要從以下數(shù)據(jù)著手分析：

1）MT 電臺(tái)在運(yùn)行區(qū)段G 網(wǎng)覆蓋電平和通信質(zhì)量；

2）MT 電臺(tái)與G 網(wǎng)的信令交互詳細(xì)情況；

3）MT 電臺(tái)與無線閉塞中心數(shù)據(jù)交互情況；

4）各單元模塊的工作質(zhì)量。

通過查看分析上述數(shù)據(jù)和設(shè)備工作質(zhì)量，確定故障點(diǎn)及故障原因，快速處置。

2.3.3 用于故障分析的數(shù)據(jù)來源

無線鏈接超時(shí)故障需分析ATP-LOG、JRU、電臺(tái)設(shè)備、GSM-R 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)（包括Abis 接口、A 接口和Pri 接口）、無線閉塞中心等處數(shù)據(jù)。

結(jié)合工作實(shí)際和經(jīng)驗(yàn)，通信三接口的數(shù)據(jù)分析最為重要和有效，較為全面的反應(yīng)了列車運(yùn)行中無線通信質(zhì)量和交互狀況。GSM-R 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及數(shù)據(jù)傳輸過程是分析無線連接超時(shí)的重要數(shù)據(jù)指標(biāo)，從三接口數(shù)據(jù)中可以分析出信息傳輸在哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，然后根據(jù)這個(gè)環(huán)節(jié)中所關(guān)聯(lián)的設(shè)備，進(jìn)一步確定故障原因。

但現(xiàn)實(shí)故障發(fā)生時(shí)，分析原因是個(gè)復(fù)雜且涉及專業(yè)范圍較廣的過程，通過以下幾個(gè)典型的故障案例來闡述無線連接超時(shí)故障分析方法。

3 無線連接超時(shí)典型事例分析

3.1 車載設(shè)備MT電臺(tái)故障

這類故障的表現(xiàn)特征為：在每一個(gè)RBC 移交區(qū)均發(fā)生無線連接超時(shí)。下面通過數(shù)據(jù)進(jìn)行一下分析。

案例：2015 年9 月18 日，CRH380AL-2553 動(dòng)車組擔(dān)當(dāng)G501 次運(yùn)行任務(wù)，北京西站開車后多次發(fā)生無線連接超時(shí)。

1）車載設(shè)備數(shù)據(jù)（ATPcuLog）分析

113 15-09-18 07：54：10；984F I D：B-Channel LID: 0 TID:SMGM_LogTask

005285311 ATP A 7011R000[RS]Apply handover via one channel

114 15-09-18 07：53：36；774FID： wi_a_RBChand LID: 252 TID:SMGM_LogTask

005251125 ATP A 5281R000 handover already done，9371649 is active!

“Handover already done”表示車載設(shè)備進(jìn)行RBC 移交，“Apply handover via one channel”表示移交的時(shí)候只有一個(gè)通道可用。從車載運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，其中的一個(gè)電臺(tái)已經(jīng)故障，不能連接GSM-R網(wǎng)絡(luò)與RBC 進(jìn)行通信。

2）通信三接口數(shù)據(jù)分析

通過三接口數(shù)據(jù)中的Pri 口的呼叫記錄或者A口的呼叫記錄中，均能發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)車載MT 在工作，如圖3、4 所示：呼叫RBC 時(shí)只有一個(gè)MT 的號(hào)碼，證明當(dāng)時(shí)只有一個(gè)MT 能正常工作。

圖3 Pri口呼叫記錄Fig.3 Port Pri call record

圖4 A口的呼叫記錄Fig.4 Port A call record

通過上述車載和通信數(shù)據(jù)可以看出，如果車載設(shè)備單電臺(tái)工作，即一個(gè)MT 電臺(tái)故障時(shí)，數(shù)據(jù)記錄上具有明顯的特征，動(dòng)車組入庫(kù)檢修時(shí)需要及時(shí)更換MT 電臺(tái)模塊。

3.2 GSM-R網(wǎng)絡(luò)干擾

網(wǎng)絡(luò)干擾表現(xiàn)特征為突發(fā)性和故障重復(fù)性，動(dòng)車組在運(yùn)行中經(jīng)過干擾區(qū)域突然發(fā)生無線連接超時(shí)，駛出該區(qū)域后，又能自動(dòng)恢復(fù)正常，后續(xù)列車經(jīng)過同一地點(diǎn)時(shí)都發(fā)生此類故障。

在分析無線連接超時(shí)過程中，發(fā)現(xiàn)有些固定地點(diǎn)經(jīng)常發(fā)生無線連接超時(shí)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查、測(cè)試，發(fā)現(xiàn)附近有電信部門運(yùn)營(yíng)商基站或者存在干擾信號(hào)，排除干擾后，大大降低故障率。當(dāng)出現(xiàn)這類運(yùn)行場(chǎng)景時(shí)，重點(diǎn)分析排查GSM-R 網(wǎng)絡(luò)干擾。案例分析如下。

案 例：2015 年8 月16 日，CRH380A-2519 動(dòng)車組擔(dān)當(dāng)G6744 次運(yùn)行任務(wù)，在京廣高鐵上行線135 km+740 m 處，發(fā)生無線連接超時(shí)。

1）車載設(shè)備JRU 數(shù)據(jù)分析

如圖5 所示可以看出，在20:27:30 收到RBC 最后一個(gè)回復(fù)后，車載設(shè)備連續(xù)向RBC 發(fā)送了4 次信息如圖5 紅框所示，均沒有收到回復(fù)，導(dǎo)致無線連接超時(shí)。

圖5 JRU數(shù)據(jù)分析截圖Fig.5 JRU data analysis screenshot

2）通信三接口數(shù)據(jù)分析

根據(jù)車載數(shù)據(jù)分析情況，結(jié)合通信三接口數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。通過Abis 接口對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量報(bào)告如圖6 所示，在20:27:32 時(shí)，“RxQualDown”字段數(shù)據(jù)值均為7，該字段含義為下行電平質(zhì)量，衡量電平質(zhì)量好壞分為0 ～7 級(jí)，0 級(jí)電平質(zhì)量最好，7 級(jí)電平質(zhì)量最差。通過三接口數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)生無線連接超時(shí)的時(shí)候，當(dāng)時(shí)下行電平質(zhì)量為7 級(jí)，說明當(dāng)時(shí)該地點(diǎn)可能存在干擾，需要結(jié)合后續(xù)經(jīng)過該地點(diǎn)的列車進(jìn)一步觀察，如果后續(xù)持續(xù)發(fā)生，需要安排人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測(cè)量；如果后續(xù)該地點(diǎn)不再發(fā)生，可能為突發(fā)干擾，重點(diǎn)盯控即可。

3.3 RBC設(shè)備故障

圖6 GSM-R網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量報(bào)告截圖Fig.6 Screenshot of measurement report of GSM-R network

此類表現(xiàn)特征為普遍性，RBC 故障范圍內(nèi)所有運(yùn)行動(dòng)車組均發(fā)生無線連接超時(shí)， 故障原因多為RBC 設(shè)備通信中斷或重啟所致。通過RBC 中心專業(yè)人員對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析，給出結(jié)論。下面介紹如何通過三接口數(shù)據(jù)來判斷RBC 設(shè)備故障。

案例：2015 年7 月7 日，CRH380AL-2569 動(dòng)車組擔(dān)當(dāng)G67 次運(yùn)行任務(wù)，運(yùn)行至京廣高鐵下行線正定機(jī)場(chǎng)站至石家莊站間，發(fā)生無線連接超時(shí)。

該故障發(fā)生后，對(duì)后續(xù)動(dòng)車組運(yùn)行情況進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，發(fā)現(xiàn)多列動(dòng)車組運(yùn)行至該地點(diǎn)后均發(fā)生無線連接超時(shí)，經(jīng)RBC 專業(yè)確認(rèn)，RBC 設(shè)備因故障發(fā)生重啟。下面通過三接口數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

三接口數(shù)據(jù)中的PRI 接口記錄了RBC 與MSC之間的通信情況，如圖7 所示。

圖7 RBC與MSC之間的通信記錄Fig.7 Communication record between RBC and MSC

通過圖7 可以看出，“信令/C3 數(shù)據(jù)類型”字節(jié)連續(xù)重復(fù)出現(xiàn)“連接（connect）”、“斷開（Disconnect）”數(shù)值，說明MSC 與RBC 反復(fù)嘗試進(jìn)行通信，但是均不能成功，即MSC 或RBC 設(shè)備存在問題，再結(jié)合通信和RBC 日志即可判斷是通信側(cè)還是RBC 側(cè)存在問題。

4 采取措施

4.1 車載設(shè)備故障

通過無線連接超時(shí)故障的分析、處理、統(tǒng)計(jì)，車載設(shè)備故障主要分為STU-V 類模塊故障、MT 電臺(tái)故障（軟件和硬件問題）。

1)如果是軟件問題，需要通過技術(shù)人員升級(jí)軟件來克服缺陷和改善問題。

2)如果是設(shè)備硬件故障，通過加強(qiáng)設(shè)備測(cè)試、檢查，重點(diǎn)檢查項(xiàng)目包括SIM 卡松動(dòng)檢查處理、駐波比測(cè)量和單呼試驗(yàn)。

3)對(duì)于MT 電臺(tái)模塊中SIM 通信卡松動(dòng)問題，現(xiàn)場(chǎng)中采取加厚SIM 卡卡槽措施，定期對(duì)SIM 芯片進(jìn)行擦拭，去除芯片表面氧化層，也能預(yù)防SIM 卡故障引起的無線連接超時(shí)。

4)對(duì)于駐波比測(cè)量數(shù)值超出范圍問題，重點(diǎn)檢查車頂GSM-R 天線工作狀況及天線與接收模塊間連接電纜的彎曲角度，該天線安裝在動(dòng)車組頂部，工作環(huán)境惡劣，動(dòng)車組在高度運(yùn)行時(shí)，容易開裂積水，導(dǎo)致駐波比超標(biāo)。

4.2 GSM-R通信故障

該類故障主要由無線通信干擾和設(shè)備本身故障引起。處置方法如下。

1)確認(rèn)干擾的性質(zhì)，排除網(wǎng)內(nèi)干擾。無線干擾發(fā)生后，根據(jù)實(shí)際干擾性質(zhì)進(jìn)行GSM-R 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，調(diào)整基站切換參數(shù)和基站發(fā)射功率，提升抗干擾能力和質(zhì)量。

2)加強(qiáng)設(shè)備檢修質(zhì)量水平，協(xié)調(diào)生產(chǎn)企業(yè)通過升級(jí)改造杜絕設(shè)備質(zhì)量普遍問題。

4.3 無線閉塞中心RBC設(shè)備故障

故障包括RBC 間通信中斷、RBC 重啟、ISDN服務(wù)器故障和非移交區(qū)RBC 主動(dòng)發(fā)送結(jié)束通信會(huì)晤消息等情況。通過對(duì)無線閉塞中心設(shè)備軟件優(yōu)化和硬件升級(jí)改造，來提升設(shè)備工作穩(wěn)定性，降低故障概率。

5 結(jié)束語

在目前高鐵C3 級(jí)運(yùn)行下，無線鏈接超時(shí)仍屬于高發(fā)故障，故障原因復(fù)雜，分析處理難度大，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)提出幾點(diǎn)建議，僅供參考。

1）規(guī)范管理，強(qiáng)化無線連接超時(shí)不良信息處理能力。制定無線連接超時(shí)不良信息跟蹤監(jiān)測(cè)、分析處理制度；信號(hào)與通信專業(yè)積極配合，明確電務(wù)段與通信段之間的溝通機(jī)制，協(xié)調(diào)處理。

2）強(qiáng)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。建立機(jī)車號(hào)、模塊類型、小區(qū)CI、告警時(shí)間為關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行歸類、查詢，為后續(xù)無線連接超時(shí)分析處理提供數(shù)據(jù)支持。

3）增加車載設(shè)備通信檢測(cè)。動(dòng)車組車載設(shè)備加裝空口通信數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)裝置，可以準(zhǔn)確判斷C3 通信超時(shí)是地面還是車載原因，便于采取針對(duì)性措施。

4）提高車載終端設(shè)備抗干擾能力。在車載MT模塊加裝濾波器，使MT 模塊只接收鐵路GSM-R頻段的信號(hào)，從而提高M(jìn)T 模塊的抗下行干擾能力，有效解決外界無線干擾造成的C3 超時(shí)問題。