华为列控系统的列车定位和地车通信方式.doc

西门子列车控制系统
本学期我们学习了《城市轨道交通列车运行控制系统》这门课程，列车运行控制系统包括列车自动防护系统（ATP）、列车自动运行系统(ATO)、列车自动监控系统(ATS)。
从中也了解到有西门子、华为、日立、阿尔卡特等许多这样的公司研发了列车自动运行控制系统，他们的系统各有各的优缺点。下面介绍一下华为列控系统。
中国列车运行控制系统（CTCS）是在我国铁路高速线路和客运专线上，保证列车行车安全，提高列车运行效率的重要技术装备之一。C3列控系统基于GSM-R无线通信技术，兼容C2列控系统，符合C3级标准要求，满足最高运营速度350km/h、列车正向运行追踪时间间隔3分钟的要求
华为公司自主研发的“CTCS-3级中国列车运行控制系统”（简称C3列控系统）。C3列控系统包括车载设备和地面设备两大部分。车载设备负责接收地面命令，生成速度模式曲线，监控列车运行，保证列车行车安全。地面设备主要根据联锁办理的进路，给车载设备发出行车许可、紧急行车等命令。其中，车载安全计算机和RBC是C3列控系统的关键设备，负责处理大部分C3业务，二个硬件平台的功能直接影响系统运行的性能。，国内厂商大都采取和国外厂商合作的方式共同开发C3列控系统，尤其是关键设备。与此同时，华为凭借多年的科研积累及成熟的软硬件平台，在深入理解ETCS及CTCS标准的基础上，自主研发了包括安全计算机和RBC在内的C3列控系统。
1、列车定位
高速铁路列车定位技术有更高的要求，列车的速度达到350km／h，最小追踪间隔为3min，并且300km／h及以上动车组不装设列车运行监控装置，在300km／h及以上线路，列控系统车载设备速度容限规定为超速2km／h报警、超速5km／h触发常用制动、超速15km／h触发紧急制动。这些技术原则要求高速铁路列车运行控制系统必须在任何时刻、任何地方都能确定列车的准确位置，包括列车的行车安全的相关间隔、速度、加速度及轨旁设备和车载设备资源的分配。由这些信息来确定是否需要采取制动措施，保证安全间隔。目前，陀螺、加速度计、里程仪、GPS接收机等传感器已经普遍应用于列车测速定位系统。
高速铁路技术的发展是多种多样的，各个国家根据其路况、地形、运营需求采用不同的定位技术。法国AS-TREE系统采用多普勒雷达进行测速定位；北美ARES，PTC，PTS系统采用GPS(全球定位系统)进行定位；欧洲ETCS、日本CARAT系统采用查询／应答器和速度传感器进行定位；德国LZB系统采用轨间电缆进行列车定位；美国AATC系统采用无线测距进行定位。
2、车地通信
2.1
在地铁的高速发展过程中，CBTC(基于通信的列车控制技术)发挥了极其重要的作用，它保证了地铁控制信号的实时和稳定传输，对提供安全、高效和舒适的轨道交通出行体验发挥了至关重要的作用。从蒸汽动力火车到电力机车，再到自动驾驶列车，为满足不同时期的列车运营需求，CBTC技术也在不断发生变化。
当前，地铁CBTC系统主要由TETRA+WiFi网络来承载，其中TETRA主要提供语音调度，WiFi负责列控承载和PIS等数据业务。然而，这种组网方式的弊端随着近年来多起地铁事故的发生而逐渐浮出水面，这对以安全为第一要务的轨道交通行业来说，毫无疑问是不可接受的。
WiFi抗干扰性能差，存在安全隐患
WiFi作为一种无线通信技术标准，在对安全性拥有极高要求的地铁车地通信应用中具有先天缺陷。首先，从频点数来看，国内主流的WiFi频段2.4G共约80MHz带宽，22MHz带宽的信道，完全不重叠信道为仅为3个。这意味着AP密集分布时，不同AP相同信道之间的同频干扰是必然。然而，在TETRA+WiFi组网模式下，由于WiFi在城区的有效覆盖距离一般只有200米左右，这使得地铁沿线需要大量、密集地部署热点(AP)，来提供持续、完整的信号覆盖。如果WiFi热点同频干扰问题不能得到有效解决，必然给地铁运营留下安全隐患。
WiFi同频干扰示意图

其次，从信道结构层面来说，WiFi使用的是载波侦听/冲突检测
方式进行资源分配，设备发送信息前进监听(载波监听)，如果通道正被使用，设备在发送前必须等待，在多用户情况下，系统资源的利用率较低。并且，WiFi只能做整个信道带宽级(20/40/80MHZ)的信号强度检测，颗粒度粗，反馈不及时，只能时分反馈信道质量，无法及时跟踪信道质量。在同频干扰无法避免的情况下，这种粗线条的干扰检测机制更为地铁安全运营带来诸多不确定性。
再次，在干扰控制方面，WiFi仅通过TPC约束AP和STA的最大发射功率，并无其他干扰控制技术。由于WiFi所用的2.4GHz是非牌照频段，符合发射功率限制等技术要求的各类无线电通信设备及工业、科学和医疗等非无线通信设备均可使用。因此在对地铁网络进行规