cbtc车地通信信道建模与系统优化

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1、CBTC车地通信信道建模与系统优化1绪论1.1研究背景城市轨道交通信号系统能保障列车安全运行和线路通过能力的提高。从1971年我国第一条地下铁道一北京地铁一期通车到现在，我国的城市轨道交通信号已经发展了40多年。限于国情我国初期的城市轨道交通信号都是自主研制的⑴。随着社会的进步，经济的发展，城市人口的增长，早期的国产信号设备技术水平较低，不足以满足日益增长的运能需求。因此，在20世纪90年代，我国逐渐开始引入国外更加先进的地铁信号设备，缩小了行车间隔，在一定程度上缓解了运能紧张的问题。然而，国外设备造价高昂且技术壁皇严重，制式混乱的问题也十分突出。在1999年我国开

2、始推行城市轨道交通信号系统的国产化进程[2]，要求城市轨道交通项目，无论使用何种建设资金，其全部轨道车辆和机电设备的1平均国产化率要确保不低于70%。2010年，北京地铁亦庄线正式开通运行，标志着北京交通大学协同其他相关单位研制开发的具有完全自主知识产权的基于通信的列车运行控制系统示范工程取得成功，使中国成为继德国西门子公司、法国阿尔斯通公司、加拿大庞巴迪公司后第四个成功掌握该项核心技术并成功应用于实际运营线路的国家，极大地提升了我国在城市轨道交通运行控制系统领域的知名度与影响力。信号系统从根本上来讲是通过和地面控制中心的信息交互实现对列车速度的控制，达到安全、高效

3、的目的。地面控制中心和列车之间的车地通信扮演着非常重要的角色。在很长的时间内，轨道电路作为车地通信的主要方式。由于牵引电流干扰、频率特性和频带宽度的限制、传输距离的制约，以及工作环境的影响，轨道电路传输的信息量比较小，且只能实现地到车的单向传输[31。随着计算机技术（puter)、通信技术（munication)和控制技术（Control)的发展，无线通信的可靠性和可用性已经得到了保障，其性能除能满足列控系统的需求之外，还能实现调度指挥信息的传输，也能满足铁路信息化所带来的车地之间大容量的信息交换需求。因此车地之间双向、连续、大容量的无线通信的实现变成了可能，这也催

4、生了新一代信号技术的产生，即基于通信的列车控制(munication-basedTrainControl，CBTC)。.1.2CBTC车地通信系统研究现状CBTC系统的基本结构如图1.1所示，主要分为中央控制系统，地面控制子系统、车载控制子系统和数据通信子系统（DigitalmunicationSystem,DCS)。中央控制系统指的是控制中心列车自动监控系统ATS，ATS作为安全系统，提供了可视化的人机接口界面，监督和控制列车的运营。地面控制子系统主要包括地面区域控制器（ZoneController,ZC)、计算机联锁（puterInterlocking,CI)、

5、数据存储单元（DataStorageUnit，DSU)和车站ATS。车载控制子系统主要是车载控制器（VehicleOn-BoardController,VOBC)及其附属设备，根据功能的不同，VOBC又可以分为车载ATP和车载ATO。DCS子系统，即车地通信系统，分为地面骨干网和无线通信部分。地面骨干网基于以太网802.3实现，无线通信部分是基于IEEE802.11协议族，并通过地面的无线接入点（AccessPoint，AP)和车载移动体（MobileStation,MS)实现的。在CBTC系统中，列车实现安全、高效运行，追踪列车需要时刻根据前行列车的相关信息来改变

6、自己的行车策略，以使得两列列车之间保持一定的安全距离。在列车运行控制系统中，空间间隔法得到了广泛的使用『9〗。该法将铁路线路划分为多个区间，其中每个区间内只准许一列列车运行。因此连续的两列列车（前行列车和追踪列车）之间可以保持一定的距离，从而有效地保障列车的运行安全。以空间间隔法为基础，辅助以相应的规定和信号技术，就产生了闭塞行车法，简称闭塞。..2车地通信系统QoS和CBTCQoS之间的关系2.1CBTCQoS基于通信的列车控制（munication-basedTrainControl，CBTC)是城市轨道交通应用的主流技术。然而在城市轨道交通的相关领域内，针对衡

7、量CBTC性能的指标还有没有明确的定义和解释。众所周知，CBTC所提供的服务是将乘客从始发站运送到目的站，此类服务可称为是运营服务。因此，需要衡量的是CBTC运营服务的质量，此处借用通信系统中的QoS来表示。CBTCQoS需要从服务对象一乘客的角度予以定义和说明。乘客最本质的需求是能安全、快捷、舒适地到达目的地。从这一需求来看，安全性、快捷性和舒适性都足以成为衡量CBTCQoS的相关指标。基于城市轨道交通的特性，CBTCQoS可以通过以下几个指标来衡量。运能体现的是一条线路或者一个网络的列车通过能力。从控制角度看，运能取决于列车的运行速度、列车的运行时间、列车的