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(基于通信的列車控制)車地?zé)o線通信系統(tǒng)實際應(yīng)用中存在的問題，提出了針對FHSS制式車地?zé)o線通信系統(tǒng)的維護(hù)建議，并提出了相應(yīng)的維護(hù)檢測平臺設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞:城市軌道交通;FHSS;車地?zé)o線通信;維護(hù)檢測

城市軌道交通信號系統(tǒng)是集行車指揮和列車運(yùn)行控制為一體的非常重要的機(jī)電系統(tǒng)，直接關(guān)系到城市軌道交通的運(yùn)營安全、運(yùn)營效率和服務(wù)質(zhì)量。上海軌道交通信號系統(tǒng)均采用了CBTC(基于通信的列車自動控制)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車地?zé)o線通信系統(tǒng)，目前國內(nèi)及國際上均沒有測試儀表和工具能對其無線性能進(jìn)行有效檢測，從而導(dǎo)致在工程建設(shè)中無法便捷地對采用FHSS技術(shù)的車地?zé)o線通信系統(tǒng)的無線性能進(jìn)行驗收測試，在運(yùn)營維護(hù)期間無法便捷地進(jìn)行維護(hù)和故障診斷。因此，針對FHSS制式的車地?zé)o線通信系統(tǒng)維護(hù)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(tǒng)中，部分線路采用了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 個信道，每個信道帶寬為1MHz。采用FHSS技術(shù)的CBTC信號系統(tǒng)，在通信過程中其載頻會不斷地跳變，因此能提高其抗干擾能力。但同時，由于載頻不斷變化，因此很難對其無線信號進(jìn)行跟蹤，從而對其無線性能質(zhì)量進(jìn)行評估缺乏有效的手段。

2 用戶面臨的實際問題

全國范圍內(nèi)已經(jīng)有多條地鐵線路的CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)使用了FHSS技術(shù)。也遇到過由于缺乏FHSS技術(shù)性能質(zhì)量評價手段，而難以對故障進(jìn)行檢測和診斷的問題。主要表現(xiàn)在:① 雖然出現(xiàn)大量的車地通信數(shù)據(jù)包故障，但是無法找到具體原因和位置，單純依靠檢查軌旁設(shè)備和車載設(shè)備的工作狀態(tài)均未發(fā)現(xiàn)異常;② 在某些疑似故障區(qū)段進(jìn)行定點(diǎn)長時間檢測卻未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)過前期調(diào)研和技術(shù)分析，在出現(xiàn)CBTC車地?zé)o線通信故障的線路上密集布放AP(無線接入點(diǎn))，且有雙網(wǎng)冗余覆蓋。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)軌旁AP和車載設(shè)備的工作狀態(tài)均很穩(wěn)定，理論上接收到的無線信號應(yīng)該也是穩(wěn)定的，這與用戶反映的問題不符。使用頻譜儀對線路現(xiàn)場進(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，普通頻譜儀無法區(qū)分信號來源，也無法給出具體某個車地?zé)o線鏈路的連續(xù)場強(qiáng)，很難判斷其信號的覆蓋質(zhì)量。通過對FHSS設(shè)備進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其車載設(shè)備具有監(jiān)控接口，可以使用計算機(jī)串口與其連接;通過發(fā)送特定命令，可以查詢當(dāng)前設(shè)備所在無線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，其中就包括了場強(qiáng)信息和漫游狀態(tài)信息。因此，可以利用連續(xù)查詢的方式，采集這些關(guān)鍵參數(shù)，來幫助分析無線網(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，完成了無線場強(qiáng)覆蓋圖，并發(fā)現(xiàn)了問題的根本原因。圖2 為根據(jù)首次測試采集數(shù)據(jù)完成的某線路無線場強(qiáng)覆蓋圖。經(jīng)過整理的漫游狀態(tài)信息見表1 。可以看出，車載設(shè)備在原關(guān)聯(lián)軌旁AP場強(qiáng)較低時才向新的軌旁AP發(fā)起漫游，而列車所在區(qū)間的其他軌旁AP的場強(qiáng)遠(yuǎn)高于原AP，這導(dǎo)致的結(jié)果是漫游次數(shù)比較少，但每次漫游前的一段時間，列車均在與場強(qiáng)較差的AP保持通信。由此判斷導(dǎo)致該問題的原因可能是列車的車載AP設(shè)置的漫游門限值過低，導(dǎo)致漫游太晚。在討論以后，測試人員調(diào)整了車載AP的漫游門限:Parameters:ＲoamingDecisionＲSSIThreshold=60 →85JoiningDecisionＲSSIThreshold=76 →90 然后進(jìn)行了第二次動態(tài)測試。圖3 為根據(jù)第二次測試采集數(shù)據(jù)完成的無線場強(qiáng)覆蓋圖。經(jīng)過整理的漫游狀態(tài)信息見表2 。可以看出，經(jīng)過調(diào)整，車載設(shè)備的漫游次數(shù)增加了;在發(fā)現(xiàn)軌旁AP場強(qiáng)輕微減弱時，車載設(shè)備就漫游到了無線覆蓋質(zhì)量更好的臨近AP，保證了車地?zé)o線通信始終工作在較強(qiáng)的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里。借助FHSS車載設(shè)備的監(jiān)控端口，采集到了FHSS制式無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵參數(shù)，并依靠這些關(guān)鍵參數(shù)成功解決了用戶的實際問題。最終確認(rèn)車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的丟包率從原來的5 ．7%減少到0 ．3%，成功解決了丟包率高的問題。

3FHSS制式車地?zé)o線通信維護(hù)建議

通過以上案例可以認(rèn)為，為了達(dá)到對FHSS制式車地?zé)o線通信系統(tǒng)的性能質(zhì)量進(jìn)行檢測評估和故障診斷的目的，可以設(shè)計一個維護(hù)檢測平臺用以針對CBTCFHSS制式車地?zé)o線通信系統(tǒng)進(jìn)行檢測評估，其主要技術(shù)能力應(yīng)包括無線性能測試和網(wǎng)絡(luò)性能測試兩個部分。

4 維護(hù)檢測平臺的設(shè)計構(gòu)想

無線性能測試主要是對FHSS無線信號質(zhì)量進(jìn)行性能檢測，這類檢測的主要內(nèi)容即為ＲSSI場強(qiáng)測試。該測試不僅包括了車載設(shè)備當(dāng)前所在服務(wù)小區(qū)的場強(qiáng)值，也應(yīng)包括相同時刻鄰小區(qū)的場強(qiáng)值。同時，由于列車是在整個區(qū)間進(jìn)行動態(tài)運(yùn)行，必然存在車載設(shè)備在多個地面AP之間的連續(xù)切換漫游的情況，因此漫游切換成功率、漫游切換時間等技術(shù)參數(shù)的測試和評估也非常重要。網(wǎng)絡(luò)性能測試主要是對FHSS制式車地?zé)o線通信系統(tǒng)作為地鐵信號系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載時工作能力的檢測評估，這類檢測的主要項目應(yīng)包括IP網(wǎng)絡(luò)丟包率、時延等技術(shù)參數(shù)的測試和評估。同時，如果能考察相同位置和區(qū)域里ＲSSI場強(qiáng)、漫游和網(wǎng)絡(luò)性能的相應(yīng)關(guān)系，則可以更加有效地確定無線性能質(zhì)量，更加準(zhǔn)確地找出問題，并提出有效的處理意見。最后，維護(hù)檢測平臺還應(yīng)具備自動的數(shù)據(jù)處理能力，可以快速方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)分析、報表生成等功能，較快地幫助用戶將測試結(jié)果轉(zhuǎn)化為檢測分析和故障診斷的依據(jù)。維護(hù)檢測平臺的設(shè)計目標(biāo)分解見表3 。維護(hù)檢測平臺的主要組成部分應(yīng)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(hù)檢測平臺設(shè)備的對外采集接口進(jìn)行選擇及參數(shù)配置(包括串口和以太網(wǎng)口)。串口的主要工作是與FHSS車載設(shè)備的監(jiān)控端口互聯(lián)，以太網(wǎng)口的主要工作是與CBTC車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)口互聯(lián)。2)檢測模塊。①FHSS無線性能測試模塊，其主要作用是與FHSS車載設(shè)備進(jìn)行信令交互，以便快速查詢和采集無線性能數(shù)據(jù);② 網(wǎng)絡(luò)性能測試模塊，其主要作用是與CBTC車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shù)據(jù)處理模塊。① 數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，其主要作用是將地面AP參數(shù)配置信息、檢測模塊檢測到的原始信息導(dǎo)入測試數(shù)據(jù)分析模塊，并進(jìn)行必要的設(shè)定;② 測試數(shù)據(jù)分析模塊，其主要作用是對測試原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，按照要求繪制曲線，分類統(tǒng)計;③ 結(jié)果導(dǎo)出模塊，其主要作用是將測試數(shù)據(jù)分析模塊繪制的曲線或統(tǒng)計的結(jié)論輸出成文件。整個研究過程應(yīng)該基本按照以上模塊的功能設(shè)計，完成軟硬件的開發(fā)和整合，然后進(jìn)行各模塊的獨(dú)立測試和協(xié)同測試，最終形成維護(hù)檢測平臺。

5 結(jié)語

CBTC信號系統(tǒng)車地?zé)o線通信系統(tǒng)的性能直接影響列車的安全、高效運(yùn)行。本文著眼于對車地?zé)o線通信系統(tǒng)性能的檢測，設(shè)計了一套集采集、測試、分析、結(jié)果輸出于一體的針對CBTC的FHSS制式的維護(hù)檢測平臺方案，便于對信號系統(tǒng)工程建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行有效判定，便于后期維護(hù)和故障診斷，以此滿足工程驗收及運(yùn)營維護(hù)的需要。

［1 ］GASTMS．802 ．11 無線網(wǎng)絡(luò)權(quán)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 ．