摘要：地铁信号系统作为行车指挥和列车运行控制设备，关系到地铁运行的安全性，是地铁系统的重要组成部分。车地通信系统作为地铁信号系统的中枢神经，与城市轨道交通系统的安全性，速度，传输能力和效率密切相关。车—地通信传输技术对于其安全有效运行非常重要。现在，我们将简要讨论和分析天津地铁3号线信号系统的车地通信技术。
关键词：轨道交通、信号、车地通信
一、地铁信号系统数据通信子系统
地铁信号系统是保证地铁运行安全的关键控制装置。由于地铁站之间的距离短，地铁运营密度大，运行间隔小，对信号设备的安全要求高。如今，地铁信号系统已广泛用于基于通信的列车控制系统（基于通信的列车控制系统，CBTC系统）中。CBTC系统主要由自动监视子系统（ATS），自动操作子系统ATO和自动保护子系统（ATP）组成。这三个子系统通过数据通信子系统（DCS）交换数据以实现列车的运行管理。
数据通信子系统（DCS）是CBTC系统的中央神经网络。它是一种专有的通信系统，由数据传输系统（DTS）和车地通信系统（TWC）组成。它负责为控制中心，轨旁系统和车载子系统设备之间提供的双向，安全、可靠的数据交换。
二、车—地通信系统
在CBTC系统中，使用独立的通信系统来实现地面与车辆之间的双向通信，以及一种可靠的列车定位方法，以克服轨道电路结构中唯一的物理块间隔限制的限制。列车主动确定其在线路上的位置，并通过“车-地”通信将其报告给轨旁区域控制器。
轨旁区域控制器根据列车的位置信息和联锁路线的状态通过“地面车辆”进行通信向其他列车发送“移动授权”。
在天津地铁三号线，轨旁设备和车载设备的车地无线传输网络采用安全可靠的泄漏电缆传输网络进行车地双向无线通信，并具有高可靠性，高可用性和高可靠性。
车—地铁通信系统由轨旁无线设备和车载无线设备构成。轨道侧无线设备主要包括轨道侧无线通信处理器RCP，车地无线通信网络核心设备，轨道侧无线接入点（WNRA），信号耦合器，泄漏电缆和信标。车载无线设备主要包括车载无线处理器RCP，移动数据无线电（MDR），车载无线天线。
三、车—地通信的点式通信和无线通信方式
（1）点式通信
线路中央设置无源信标，无源信标的主要功能是为列车提供系统初始化，列车定位和精确停车。位置报告的生成取决于信标提供的位置信息。
当信标通过车辆信标读取器在地面上传递时，它会向每个信标发送2.4GHz无线电载波频率，并接收信标返回的调制信息。该调制信息为读取器提供一个精确地列车位置信息，该位置与车载地图上的相对应。信标读取器验证信标中每个数据的准确性，然后通过RS-485串行端口将其传输到每个车载ATP通道。
列车速度和距离测量的误差会随着距上一个信标校准点的距离而增加。
当读取信标时，车载ATP将确认信标位置与列车的计算位置之间的误差，然后更新列车位置和重置位置误差，确定列车的准确位置，并生成位置报告，并通过无线通信网络发送到轨旁区域控制器。轨旁区域ATP系统连续向每列列车发送“移动授权”，以使列车达到较小的运行间隔，从而提高整条线路的运输能力和运营效率。
如果在一定的范围内未能读取到信标的位置信息，列车会因不能获得准确的位置信息而停车。
（2）无线通信
目前，天津地铁3号线主要使用泄漏电缆作为的车地双向无线通信传输媒介。它基于ISM的2.4G开放频段，使用特殊的工业级无线设备组件构建的，用于车辆和地面的高可靠性，高可用性和高维护性无线通信网络。
漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。单点AP的控制距离通常最长为560m（泄漏电缆长度的每一侧为280m）。对于使用泄漏电缆的系统，需要将贯穿整条线路的泄漏电缆铺设在隧道的顶部或侧壁上，这不会对轨道和附近的设备造成影响，通讯速率很高，抗干扰能力强。
泄漏电缆的典型安装是将泄漏电缆沿着每个侧轨放置，并由一对冗余的WNRA驱动。信号耦合器用于将WNRA和漏缆天线系统连接在一起。在这种配置下，每个无线区域可以在单线覆盖至560米。每个无线区域中有两个WNRA（A/B），一个为主用，另一个为备用。每个区域中的WNRA-A和WNRA-B在同一频带上工作。WNRA-A或WNRA-B均可与列车通信，但不同时进行。如果使用WNRA-A，则WNRA-B 处于热备状态，并监测A和B的无线射频信道的状态。
四、车—地通信技术抗干扰性
车载ATC使用车载地图根据列车天线的位置确定其适当的射频。车载ATC将通知无线设备每个周期轮询哪个列车。在无线区域中完成切换，以确保列车在无线区域中的可靠运行。车载ATC使用车载地图数据，根据所处位置决定频率。当列车通过系统时，将自动调频匹配所处区域。当每个无线设备都工作在非重叠的频段内时，该信息将同时全频段发送。一旦VATC检测到正确的频率，它将与以定义好地址编号的轨旁设备通信。
天津地铁3号线庞巴迪系统的无线通信协议中使用的直接序列扩频系统（DSSS）与802.11的不同之处在于，信息传输不是依靠于IP地址。每辆配备ATC的列车在系统中都有其唯一的编码地址，该地址用于在区域和车辆之间传输ATC数据包。在某种程度上，它限制了数据通信系统对级联故障或网络入侵的敏感性，并提高了系统的抗干扰性。
TMC系统无线通信处理器RCP利用内置的数据完整性检测技术，保证TWC系统交换信息的安全性和完整性。在规定的时间内车载移动数据电台（MDR）如果没有收到有效信息，车载ATP则认为与轨旁丢失通信。一旦车载ATP确定无线丢失，车载ATP将实施常规制动，一旦列车停车则不允许列车启动，仅能使用人工模式（NRM模式）。通信恢复后，车载ATP重新开始正常运行。
五、结语
车辆-地面通信系统的重要任务是确保驾驶安全和运营效率。因此，每个地铁信号系统供应商都致力于寻找最佳解决方案。车地通信系统作为信号系统的发展方向，应在保证安全的前提下，尽可能提高系统的抗干扰能力。简而言之，高可靠性和高抗干扰信号的车地通信系统将是未来的主要问题之一。
参考文献
[1] 戚磊 基于地铁信号系统中的通信系统，《科学大众：科学教育》 2006年第5期
[2]黄文彦 浅谈CBTC系统中的车一地通信技术，《铁路通信信号工程技术》 2009年第2期