摘要:介紹了FHSS(跳頻展頻)技術的特點，分析了采用THSS技術的CBTC(基于通信的列車控制)車地無線通信系統實際應用中存在的問題，提出了針對FHSS制式車地無線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。

關鍵詞:城市軌道交通;FHSS;車地無線通信;維護檢測

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

1FHSS技術特點

目前上海在建和新建的軌道交通CBTC信號系統中，部分線路采用了FHSS技術。FHSS技術是IEEE802 ．11 初期采用的一種技術，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技術的CBTC信號系統，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行跟蹤，從而對其無線性能質量進行評估缺乏有效的手段。

2 用戶面臨的實際問題

全國范圍內已經有多條地鐵線路的CBTC車地無線通信系統使用了FHSS技術。也遇到過由于缺乏FHSS技術性能質量評價手段，而難以對故障進行檢測和診斷的問題。主要表現在:① 雖然出現大量的車地通信數據包故障，但是無法找到具體原因和位置，單純依靠檢查軌旁設備和車載設備的工作狀態均未發現異常;② 在某些疑似故障區段進行定點長時間檢測卻未發現異常。經過前期調研和技術分析，在出現CBTC車地無線通信故障的線路上密集布放AP(無線接入點)，且有雙網冗余覆蓋。監測發現軌旁AP和車載設備的工作狀態均很穩定，理論上接收到的無線信號應該也是穩定的，這與用戶反映的問題不符。使用頻譜儀對線路現場進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，普通頻譜儀無法區分信號來源，也無法給出具體某個車地無線鏈路的連續場強，很難判斷其信號的覆蓋質量。通過對FHSS設備進行研究發現，其車載設備具有監控接口，可以使用計算機串口與其連接;通過發送特定命令，可以查詢當前設備所在無線網絡的相關信息，其中就包括了場強信息和漫游狀態信息。因此，可以利用連續查詢的方式，采集這些關鍵參數，來幫助分析無線網絡的質量。對首次測試得到的信息進行后期的人工整理和分析，完成了無線場強覆蓋圖，并發現了問題的根本原因。圖2 為根據首次測試采集數據完成的某線路無線場強覆蓋圖。經過整理的漫游狀態信息見表1 。可以看出，車載設備在原關聯軌旁AP場強較低時才向新的軌旁AP發起漫游，而列車所在區間的其他軌旁AP的場強遠高于原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間，列車均在與場強較差的AP保持通信。由此判斷導致該問題的原因可能是列車的車載AP設置的漫游門限值過低，導致漫游太晚。在討論以后，測試人員調整了車載AP的漫游門限:Parameters:ＲoamingDecisionＲSSIThreshold=60 →85JoiningDecisionＲSSIThreshold=76 →90 然后進行了第二次動態測試。圖3 為根據第二次測試采集數據完成的無線場強覆蓋圖。經過整理的漫游狀態信息見表2 。可以看出，經過調整，車載設備的漫游次數增加了;在發現軌旁AP場強輕微減弱時，車載設備就漫游到了無線覆蓋質量更好的臨近AP，保證了車地無線通信始終工作在較強的無線網絡環境里。借助FHSS車載設備的監控端口，采集到了FHSS制式無線網絡的關鍵參數，并依靠這些關鍵參數成功解決了用戶的實際問題。最終確認車地無線網絡的丟包率從原來的5 ．7%減少到0 ．3%，成功解決了丟包率高的問題。

3FHSS制式車地無線通信維護建議

通過以上案例可以認為，為了達到對FHSS制式車地無線通信系統的性能質量進行檢測評估和故障診斷的目的，可以設計一個維護檢測平臺用以針對CBTCFHSS制式車地無線通信系統進行檢測評估，其主要技術能力應包括無線性能測試和網絡性能測試兩個部分。

4 維護檢測平臺的設計構想

無線性能測試主要是對FHSS無線信號質量進行性能檢測，這類檢測的主要內容即為ＲSSI場強測試。該測試不僅包括了車載設備當前所在服務小區的場強值，也應包括相同時刻鄰小區的場強值。同時，由于列車是在整個區間進行動態運行，必然存在車載設備在多個地面AP之間的連續切換漫游的情況，因此漫游切換成功率、漫游切換時間等技術參數的測試和評估也非常重要。網絡性能測試主要是對FHSS制式車地無線通信系統作為地鐵信號系統業務承載時工作能力的檢測評估，這類檢測的主要項目應包括IP網絡丟包率、時延等技術參數的測試和評估。同時，如果能考察相同位置和區域里ＲSSI場強、漫游和網絡性能的相應關系，則可以更加有效地確定無線性能質量，更加準確地找出問題，并提出有效的處理意見。最后，維護檢測平臺還應具備自動的數據處理能力，可以快速方便地實現數據回放、數據分析、報表生成等功能，較快地幫助用戶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行選擇及參數配置(包括串口和以太網口)。串口的主要工作是與FHSS車載設備的監控端口互聯，以太網口的主要工作是與CBTC車載網絡設備的網口互聯。2)檢測模塊。①FHSS無線性能測試模塊，其主要作用是與FHSS車載設備進行信令交互，以便快速查詢和采集無線性能數據;② 網絡性能測試模塊，其主要作用是與CBTC車載網絡設備連接，以便與地面服務器通信，進行網絡性能的同步測試。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行處理分析，按照要求繪制曲線，分類統計;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或統計的結論輸出成文件。整個研究過程應該基本按照以上模塊的功能設計，完成軟硬件的開發和整合，然后進行各模塊的獨立測試和協同測試，最終形成維護檢測平臺。

5 結語

CBTC信號系統車地無線通信系統的性能直接影響列車的安全、高效運行。本文著眼于對車地無線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量進行有效判定，便于后期維護和故障診斷，以此滿足工程驗收及運營維護的需要。

［1 ］GASTMS．802 ．11 無線網絡權威指南［M］．南京:東南大學出版社，2007 ．

［2 ］樊昌信．通信原理［M］．北京:國防工業出版社，1998 ．