無(wú)線(xiàn)通信系統維護檢測平臺設計研究

摘要:介紹了FHSS(跳頻展頻)技術(shù)的特點(diǎn)，分析了采用THSS技術(shù)的CBTC(基于通信的列車(chē)控制)車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統實(shí)際應用中存在的問(wèn)題，提出了針對FHSS制式車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統的維護建議，并提出了相應的維護檢測平臺設計方案。

關(guān)鍵詞:城市軌道交通;FHSS;車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信;維護檢測

城市軌道交通信號系統是集行車(chē)指揮和列車(chē)運行控制為一體的非常重要的機電系統，直接關(guān)系到城市軌道交通的運營(yíng)安全、運營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量。上海軌道交通信號系統均采用了CBTC(基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制)技術(shù)，其中一部分的CBTC制式是采用FHSS(跳頻展頻)技術(shù)。對于采用IEEE802 ．11FHSS技術(shù)的CBTC車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統，目前國內及國際上均沒(méi)有測試儀表和工具能對其無(wú)線(xiàn)性能進(jìn)行有效檢測，從而導致在工程建設中無(wú)法便捷地對采用FHSS技術(shù)的車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統的無(wú)線(xiàn)性能進(jìn)行驗收測試，在運營(yíng)維護期間無(wú)法便捷地進(jìn)行維護和故障診斷。因此，針對FHSS制式的車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統維護檢測平臺的研究是非常必要的。

1FHSS技術(shù)特點(diǎn)

目前上海在建和新建的軌道交通CBTC信號系統中，部分線(xiàn)路采用了FHSS技術(shù)。FHSS技術(shù)是IEEE802 ．11 初期采用的一種技術(shù)，其工作頻段為2 ．4GHz，共使用79 個(gè)信道，每個(gè)信道帶寬為1MHz。采用FHSS技術(shù)的CBTC信號系統，在通信過(guò)程中其載頻會(huì )不斷地跳變，因此能提高其抗干擾能力。但同時(shí)，由于載頻不斷變化，因此很難對其無(wú)線(xiàn)信號進(jìn)行跟蹤，從而對其無(wú)線(xiàn)性能質(zhì)量進(jìn)行評估缺乏有效的手段。

2 用戶(hù)面臨的實(shí)際問(wèn)題

全國范圍內已經(jīng)有多條地鐵線(xiàn)路的CBTC車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統使用了FHSS技術(shù)。也遇到過(guò)由于缺乏FHSS技術(shù)性能質(zhì)量評價(jià)手段，而難以對故障進(jìn)行檢測和診斷的問(wèn)題。主要表現在:① 雖然出現大量的車(chē)地通信數據包故障，但是無(wú)法找到具體原因和位置，單純依靠檢查軌旁設備和車(chē)載設備的工作狀態(tài)均未發(fā)現異常;② 在某些疑似故障區段進(jìn)行定點(diǎn)長(cháng)時(shí)間檢測卻未發(fā)現異常。經(jīng)過(guò)前期調研和技術(shù)分析，在出現CBTC車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信故障的線(xiàn)路上密集布放AP(無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn))，且有雙網(wǎng)冗余覆蓋。監測發(fā)現軌旁AP和車(chē)載設備的工作狀態(tài)均很穩定，理論上接收到的無(wú)線(xiàn)信號應該也是穩定的，這與用戶(hù)反映的問(wèn)題不符。使用頻譜儀對線(xiàn)路現場(chǎng)進(jìn)行測量后得到的頻譜圖如圖1 所示。從圖1 中可以看出，對于FHSS的跳變信號，普通頻譜儀無(wú)法區分信號來(lái)源，也無(wú)法給出具體某個(gè)車(chē)地無(wú)線(xiàn)鏈路的連續場(chǎng)強，很難判斷其信號的覆蓋質(zhì)量。通過(guò)對FHSS設備進(jìn)行研究發(fā)現，其車(chē)載設備具有監控接口，可以使用計算機串口與其連接;通過(guò)發(fā)送特定命令，可以查詢(xún)當前設備所在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的相關(guān)信息，其中就包括了場(chǎng)強信息和漫游狀態(tài)信息。因此，可以利用連續查詢(xún)的方式，采集這些關(guān)鍵參數，來(lái)幫助分析無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的質(zhì)量。對首次測試得到的信息進(jìn)行后期的人工整理和分析，完成了無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強覆蓋圖，并發(fā)現了問(wèn)題的根本原因。圖2 為根據首次測試采集數據完成的某線(xiàn)路無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強覆蓋圖。經(jīng)過(guò)整理的漫游狀態(tài)信息見(jiàn)表1 ?？梢钥闯?，車(chē)載設備在原關(guān)聯(lián)軌旁AP場(chǎng)強較低時(shí)才向新的軌旁AP發(fā)起漫游，而列車(chē)所在區間的其他軌旁AP的場(chǎng)強遠高于原AP，這導致的結果是漫游次數比較少，但每次漫游前的一段時(shí)間，列車(chē)均在與場(chǎng)強較差的AP保持通信。由此判斷導致該問(wèn)題的原因可能是列車(chē)的車(chē)載AP設置的漫游門(mén)限值過(guò)低，導致漫游太晚。在討論以后，測試人員調整了車(chē)載AP的漫游門(mén)限:Parameters:ＲoamingDecisionＲSSIThreshold=60 →85JoiningDecisionＲSSIThreshold=76 →90 然后進(jìn)行了第二次動(dòng)態(tài)測試。圖3 為根據第二次測試采集數據完成的無(wú)線(xiàn)場(chǎng)強覆蓋圖。經(jīng)過(guò)整理的漫游狀態(tài)信息見(jiàn)表2 ?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)調整，車(chē)載設備的漫游次數增加了;在發(fā)現軌旁AP場(chǎng)強輕微減弱時(shí)，車(chē)載設備就漫游到了無(wú)線(xiàn)覆蓋質(zhì)量更好的臨近AP，保證了車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信始終工作在較強的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境里。借助FHSS車(chē)載設備的監控端口，采集到了FHSS制式無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵參數，并依靠這些關(guān)鍵參數成功解決了用戶(hù)的實(shí)際問(wèn)題。最終確認車(chē)地無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的丟包率從原來(lái)的5 ．7%減少到0 ．3%，成功解決了丟包率高的問(wèn)題。

3FHSS制式車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信維護建議

通過(guò)以上案例可以認為，為了達到對FHSS制式車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統的性能質(zhì)量進(jìn)行檢測評估和故障診斷的目的，可以設計一個(gè)維護檢測平臺用以針對CBTCFHSS制式車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統進(jìn)行檢測評估，其主要技術(shù)能力應包括無(wú)線(xiàn)性能測試和網(wǎng)絡(luò )性能測試兩個(gè)部分。

4 維護檢測平臺的設計構想

無(wú)線(xiàn)性能測試主要是對FHSS無(wú)線(xiàn)信號質(zhì)量進(jìn)行性能檢測，這類(lèi)檢測的主要內容即為ＲSSI場(chǎng)強測試。該測試不僅包括了車(chē)載設備當前所在服務(wù)小區的場(chǎng)強值，也應包括相同時(shí)刻鄰小區的場(chǎng)強值。同時(shí)，由于列車(chē)是在整個(gè)區間進(jìn)行動(dòng)態(tài)運行，必然存在車(chē)載設備在多個(gè)地面AP之間的連續切換漫游的情況，因此漫游切換成功率、漫游切換時(shí)間等技術(shù)參數的測試和評估也非常重要。網(wǎng)絡(luò )性能測試主要是對FHSS制式車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統作為地鐵信號系統業(yè)務(wù)承載時(shí)工作能力的檢測評估，這類(lèi)檢測的主要項目應包括IP網(wǎng)絡(luò )丟包率、時(shí)延等技術(shù)參數的測試和評估。同時(shí)，如果能考察相同位置和區域里ＲSSI場(chǎng)強、漫游和網(wǎng)絡(luò )性能的相應關(guān)系，則可以更加有效地確定無(wú)線(xiàn)性能質(zhì)量，更加準確地找出問(wèn)題，并提出有效的處理意見(jiàn)。最后，維護檢測平臺還應具備自動(dòng)的數據處理能力，可以快速方便地實(shí)現數據回放、數據分析、報表生成等功能，較快地幫助用戶(hù)將測試結果轉化為檢測分析和故障診斷的依據。維護檢測平臺的設計目標分解見(jiàn)表3 。維護檢測平臺的主要組成部分應包括:1)接口模塊。主要包括測試配置模塊，其主要作用是對維護檢測平臺設備的對外采集接口進(jìn)行選擇及參數配置(包括串口和以太網(wǎng)口)。串口的主要工作是與FHSS車(chē)載設備的監控端口互聯(lián)，以太網(wǎng)口的主要工作是與CBTC車(chē)載網(wǎng)絡(luò )設備的網(wǎng)口互聯(lián)。2)檢測模塊。①FHSS無(wú)線(xiàn)性能測試模塊，其主要作用是與FHSS車(chē)載設備進(jìn)行信令交互，以便快速查詢(xún)和采集無(wú)線(xiàn)性能數據;② 網(wǎng)絡(luò )性能測試模塊，其主要作用是與CBTC車(chē)載網(wǎng)絡(luò )設備連接，以便與地面服務(wù)器通信，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )性能的同步測試。3)數據處理模塊。① 數據導入模塊，其主要作用是將地面AP參數配置信息、檢測模塊檢測到的原始信息導入測試數據分析模塊，并進(jìn)行必要的設定;② 測試數據分析模塊，其主要作用是對測試原始數據進(jìn)行處理分析，按照要求繪制曲線(xiàn)，分類(lèi)統計;③ 結果導出模塊，其主要作用是將測試數據分析模塊繪制的曲線(xiàn)或統計的結論輸出成文件。整個(gè)研究過(guò)程應該基本按照以上模塊的功能設計，完成軟硬件的開(kāi)發(fā)和整合，然后進(jìn)行各模塊的獨立測試和協(xié)同測試，最終形成維護檢測平臺。

5 結語(yǔ)

CBTC信號系統車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統的性能直接影響列車(chē)的安全、高效運行。本文著(zhù)眼于對車(chē)地無(wú)線(xiàn)通信系統性能的檢測，設計了一套集采集、測試、分析、結果輸出于一體的針對CBTC的FHSS制式的維護檢測平臺方案，便于對信號系統工程建設質(zhì)量進(jìn)行有效判定，便于后期維護和故障診斷，以此滿(mǎn)足工程驗收及運營(yíng)維護的需要。

［1 ］GASTMS．802 ．11 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )權威指南［M］．南京:東南大學(xué)出版社，2007 ．

［2 ］樊昌信．通信原理［M］．北京:國防工業(yè)出版社，1998 ．