CTCS-3无线通信超时分析与优化建议

郑 涛

（中国铁路兰州局集团有限公司银川电务段，银川 750000）

1 概述

CTCS-3（简称C3）等级下动车组运行过程中，ATP将自身的运行速度、列车位置等信息转发给MT电台，通过GSM-R无线网络，以无线通信方式发送给RBC。RBC收到列车数据后，结合轨道电路列车占用情况，生成移动授权、线路数据等信息返回给动车组，完成对动车组的运行控制。相比于以前的轨道电路、应答器信息传输方式，无线通信具有实时双向、大容量等传输特点，但也存在无法攻克的难题——无线通信超时。

2 无线通信超时

在ATP和RBC中设定两个定时器T_NVCONTACT，定时器时间参数设定为20 s，ATP或RBC在此设定时间内如果没有收到对方发送的应用层消息，即判断为无线通信超时。无线通信超时后，动车组将采用常用制动降低运行速度，在运行速度降低值达到50 km/h或40 s内仍未恢复无线通信连接时，ATP判断应降为CTCS-2（简称C2）等级运行，在DMI上输出文本确认信息，提示司机手动确认由C3降为C2等级运行。

3 无线通信超时分析

3.1 数据统计

对以往发生的无线通信超时统计分析发现，C3级无线通信超时故障原因如下：车载设备问题共发生310件，占问题总数39%；GSM-R网络问题共发生323件，占到总数41%；RBC设备发生问题共118件，占到总数15%；循环冗余校验（CRC）漏检发生问题44件，占到总数5%。C3超时分布如图1所示。

3.2 分析流程

动车组运行过程中发生无线通信超时故障时，车载设备人员由于无法第一时间对设备状态进行检查，应按照“由简至难”故障处理原则，对安装空口监测设备（AMS）的动车组，及时通知厂家下载三接口数据进行分析，排除是否受到外界无线电干扰及其他原因，并出具分析报告。与此同时，告知RBC及通信人员，对地面设备进行检查，发现故障及时排除。待动车组入库后，车载设备人员及时上车进行数据下载并检查车载设备工作状态是否正常，最终确定故障原因。故障分析流程如图2所示。

3.3 原因分析

3.3.1 车载设备

1）软件方面

ATP异常拆链。IGSM-R及Um接口数据中记录有ATP发送的DISC拆链数据帧（数据显示：HDLC DISC）、 156 号 数 据 包（ 数 据 显 示 ：156 Termination of a communication session）、SABME帧（数据显示：SABME：B）等，故障期间数据测量报告上/下行电平、场强以及车-地C3数据交互正常，说明此类无线通信超时是由ATP异常拆链引起。

MT异常拆链。Um接口数据中记录MT电台异常发送信令拆链（数据显示：DISCONNECT），IGSM-R接口数据显示车-地间C3数据交互正常，却看不到ATP发送的156号通信结束会话包、传输层发送的DR拆链、链路层发送的DISC等消息，说明此类无线通信超时是由MT电台发送DISCONNECT拆链信令引起。

MT未转发测量报告。Um接口数据中记录MT电台未按照规范时间（480 ms）发送测量报告（ 数 据 显 示 ：SYSTEM INF ORMATION TYPE），故障期间上、下行电平，场强以及ATP与MT电台数据交互正常，说明此类无线通信超时是由MT电台工作异常导致。

单MT运行。MT1注册到GSM-R网络并与RBC1建立连接后，即处于工作状态，此时的MT2虽然也注册在GSM-R网络中，但未与RBC1建立连接，直至动车组运行至RBC2管辖区，MT2发起通信连接请求，当MT2与RBC2通信连接成功后，MT1与RBC1断开连接，动车组进入RBC2管辖区。在此过程中，如果MT1或MT2任一未成功注册到GMS-R网络，都无法完成RBC1与RBC2的交权，将引发无线通信超时。

2）硬件方面

STU-V-V/N模块异常。STU-V-V/N模块转发ATP数据至MT电台，负责无线数据安全传输及对无线通信功能进行加密。发生无线通信超时后，重点检查模块ER灯（红灯：系统异常；灭灯：运行正常）以及各部连接电缆是否良好。

MT电台异常。MT电台负责车载侧无线数据的发送与接收，通过同轴电缆与车顶的GSM-R天线连接。发生无线通信超时后，重点检查天线驻波比（≤1.5）、MT模块L1、L2指示灯（L1绿闪、L2黄亮：正常注册至GSM-R网络；L1绿闪、L2黄闪：未注册至GSM-R网络）及各部连接电缆是否正常。

SIM卡异常。在MT电台中安装有两张铁路专用GSM-R SIM卡，用于完成网络注册，并传递GPRS数据。发生无线通信超时后，重点检查SIM卡是否存在弯折、厚薄不一致或芯片表面氧化现象。

3.3.2 无线网络

MSC异常拆链。PRI接口与A接口数据记录MSC向BSC、RBC发送拆链请求（数据显示：41 Temporary failure），故障期间数据测量报告上/下行电平、场强以及车-地C3数据交互正常，说明此类无线通信超时是由MSC异常拆链引起。

BSC异常拆链。Abis接口与A接口数据记录BSC向BTS、MSC发起拆链请求（数据显示：Resource unavailable/Equipment failure），故障期间数据测量报告上/下行电平、场强以及车-地C3数据交互正常，说明此类无线通信超时是由BSC异常拆链引起。

BTS异常拆链。BTS具有速率匹配、信道编码/译码、调制/解调等空中接口物理层功能。慢速随路控制信道（SACCH）在上行方向负责传送MS接收到的相关服务信息及相邻小区信号强度的测量报告，下行方向负责MS的功率监管和时间调整。在动车组运行过程中，如果SACCH信道上停止发送系统信息，下行方向C3应用数据受到影响也会中断；此外，来自ATP或RBC的数据基站若未能正常解码或由于外界无线电干扰、自身硬件故障等原因，会导致下行方向的无线电场强值下降到-110 dBm及以下。以上原因，均会引发无线通信超时降级。

3.3.3 地面设备

RBC异常发送24号包数据包。PRI接口数据记录RBC在非交权区发送结束通信会话的24号数据包（数据显示：24：General message 结束通信会话），故障期间上/下行电平、场强正常，车-地C3数据交互正常，但动车组未运行至交权拆链区即发生拆链，说明此类无线通信超时是由RBC异常发送24号数据包拆链引起。

RBC未发送CC确认。PRI接口数据记录呼叫建立过程中，ATP在TPDU层按照规范发送请求建立无线连接数据（数据显示：CR 连接请求），但未收到RBC回复的链接确认数据（正常数据显示：CC 连接确认），随后ATP发送拆链数据请求拆链（数据显示：DISC B），断开无线连接，引发无线通信超时。

RBC异常拆链。PRI接口数据显示RBC异常发送拆链信令（数据显示：DISCONNECT）,故障期间车-地C3数据交互正常，同时PRI接口、Um接口、IGSM-R接口数据显示一致，说明此类无线通信超时是由RBC异常拆链引起。

4 结束语

通过本课题的研究，引发无线通信超时的原因集中在硬件故障、无线网络干扰、软件通信异常3大方面。结合以上原因，提出以下建议。

1）在车载设备层，加装AMS设备，对三接口数据进行分析研究，及时消除通信侧、车载侧故障隐患。

2）通过滤波器等设备，提高设备的抗干扰、滤杂波性能，优化通信质量。

3）对车载设备、地面设备的硬件运行情况进行分析统计，形成设备运用质量卡控台账，合理利用经费支出，按期对设备进行更新改造。