CTCS-3級無線連接超時典型故障分析及措施

林德志

(中鐵建軌道運營有限公司，北京 100038)

1 概述

隨著國內高速鐵路建設的全面推進和發展， 以GSM-R、MT 電臺、RBC 無線閉塞中心為核心的鐵路無線通信技術在CTCS-3 級列控系統中得到了廣泛應用。GSM-R 作為專用移動通信系統在鐵路建設和運營中發揮的作用越來越大，為鐵路調度通信提供了話音通信業務、分組域數據業務以及用于CTCS-3級列控信息傳輸的電路域數據業務。

在CTCS-3 級列控系統下的高鐵實際運行中，“無線連接超時”故障問題時而發生，影響列車運行效率，發生“無線連接超時”后ATP 車載設備將輸出常用制動，在條件許可下可降級為CTCS-2 級運行，因此解決無線連接超時問題，在故障預防、降低設備故障率以及減小列車運營影響各方面占據越來越重要的地位，并且為今后發展完全基于無線傳輸信息的CTCS-4 級列控系統奠定扎實的基礎。

2 無線連接超時概述及分析

CTCS-3 列控系統是基于無線閉塞中心（RBC）設備、通信基站地面設備、車載、GSM-R 電臺、信息接收模塊來實現無線通信工作， CTCS-3 列控系統框架示意如圖1 所示，其中車載設備以全路裝車率最高的300T 型ATP 列控車載設備為例。

圖1 CTCS-3列控系統框架示意圖Fig.1 Schematic diagram of CTCS-3 system framework

通過CTCS-2 級與CTCS-3 級采用的設備不同之處可以看出，無線傳輸信息控制是CTCS-3 級的主要表現特征，因此“無線連接超時”現象也自然成為CTCS-3 級列控系統運用中一項重要表現特征。

2.1 CTCS-3級車地通信原理

CTCS-3 列控系統車地之間通信示意如圖2 所示，在運行過程中涉及到的主要過程如下：

1）ATP 設備開機，MT 模塊附著G 網，完成位置更新；

2）ATP 控制MT 模塊呼叫RBC，建立物理通道；

3）MT 與RBC 建立安全數據鏈接；

4）MT 與RBC 進行雙向數據傳輸，檢測到丟幀后重傳；

5）MT 在G 網下完成越區切換，保持通信接續；

6）MT 斷開安全數據鏈接，釋放物理通道。

2.2 無線連接超時的產生

無線鏈接超時是指CTCS-3 級列控系統車地信息傳輸超時（T_NCVONTACT=20 s），在T_NVCONTACT 時間內未與RBC 建立有效信息交互，多次重新鏈接無效后導致列車施加常用制動。當列車運行速度降至CTCS-2 級運行允許速度時，提示司機確認后，系統將自動轉換為CTCS-2 級控車運行，影響列車運行整體時間和后續列車運營。

圖2 車地之間通信示意圖Fig.2 Schematic diagram of communication between ATP and RBC

2.3 無線連接超時分析

2.3.1 分析無線連接超時故障的關鍵過程

在日常處理無線連接超時故障時，要首先確定故障發生的區段地點，通過后臺數據查看MT 電臺在G 網模式下的電平質量，并查看通信三接口數據，分析MT 電臺與無線閉塞中心間的數據交互情況，重點分析交權區過程數據，最終確認故障點。

2.3.2 分析無線連接超時故障需要獲得的數據

通過無線連接超時分析步驟中所提到的信息可知，如果要確定清楚故障原因，要從以下數據著手分析：

1）MT 電臺在運行區段G 網覆蓋電平和通信質量；

2）MT 電臺與G 網的信令交互詳細情況；

3）MT 電臺與無線閉塞中心數據交互情況；

4）各單元模塊的工作質量。

通過查看分析上述數據和設備工作質量，確定故障點及故障原因，快速處置。

2.3.3 用于故障分析的數據來源

無線鏈接超時故障需分析ATP-LOG、JRU、電臺設備、GSM-R 網絡監測（包括Abis 接口、A 接口和Pri 接口）、無線閉塞中心等處數據。

結合工作實際和經驗，通信三接口的數據分析最為重要和有效，較為全面的反應了列車運行中無線通信質量和交互狀況。GSM-R 網絡質量及數據傳輸過程是分析無線連接超時的重要數據指標，從三接口數據中可以分析出信息傳輸在哪個環節出現的問題，然后根據這個環節中所關聯的設備，進一步確定故障原因。

但現實故障發生時，分析原因是個復雜且涉及專業范圍較廣的過程，通過以下幾個典型的故障案例來闡述無線連接超時故障分析方法。

3 無線連接超時典型事例分析

3.1 車載設備MT電臺故障

這類故障的表現特征為：在每一個RBC 移交區均發生無線連接超時。下面通過數據進行一下分析。

案例：2015 年9 月18 日，CRH380AL-2553 動車組擔當G501 次運行任務，北京西站開車后多次發生無線連接超時。

1）車載設備數據（ATPcuLog）分析

113 15-09-18 07：54：10；984F I D：B-Channel LID: 0 TID:SMGM_LogTask

005285311 ATP A 7011R000[RS]Apply handover via one channel

114 15-09-18 07：53：36；774FID： wi_a_RBChand LID: 252 TID:SMGM_LogTask

005251125 ATP A 5281R000 handover already done，9371649 is active!

“Handover already done”表示車載設備進行RBC 移交，“Apply handover via one channel”表示移交的時候只有一個通道可用。從車載運行數據來看，其中的一個電臺已經故障，不能連接GSM-R網絡與RBC 進行通信。

2）通信三接口數據分析

通過三接口數據中的Pri 口的呼叫記錄或者A口的呼叫記錄中，均能發現只有一個車載MT 在工作，如圖3、4 所示：呼叫RBC 時只有一個MT 的號碼，證明當時只有一個MT 能正常工作。

圖3 Pri口呼叫記錄Fig.3 Port Pri call record

圖4 A口的呼叫記錄Fig.4 Port A call record

通過上述車載和通信數據可以看出，如果車載設備單電臺工作，即一個MT 電臺故障時，數據記錄上具有明顯的特征，動車組入庫檢修時需要及時更換MT 電臺模塊。

3.2 GSM-R網絡干擾

網絡干擾表現特征為突發性和故障重復性，動車組在運行中經過干擾區域突然發生無線連接超時，駛出該區域后，又能自動恢復正常，后續列車經過同一地點時都發生此類故障。

在分析無線連接超時過程中，發現有些固定地點經常發生無線連接超時，經過現場勘查、測試，發現附近有電信部門運營商基站或者存在干擾信號，排除干擾后，大大降低故障率。當出現這類運行場景時，重點分析排查GSM-R 網絡干擾。案例分析如下。

案 例：2015 年8 月16 日，CRH380A-2519 動車組擔當G6744 次運行任務，在京廣高鐵上行線135 km+740 m 處，發生無線連接超時。

1）車載設備JRU 數據分析

如圖5 所示可以看出，在20:27:30 收到RBC 最后一個回復后，車載設備連續向RBC 發送了4 次信息如圖5 紅框所示，均沒有收到回復，導致無線連接超時。

圖5 JRU數據分析截圖Fig.5 JRU data analysis screenshot

2）通信三接口數據分析

根據車載數據分析情況，結合通信三接口數據進一步分析。通過Abis 接口對GSM-R 網絡的測量報告如圖6 所示，在20:27:32 時，“RxQualDown”字段數據值均為7，該字段含義為下行電平質量，衡量電平質量好壞分為0 ～7 級，0 級電平質量最好，7 級電平質量最差。通過三接口數據可以看出，發生無線連接超時的時候，當時下行電平質量為7 級，說明當時該地點可能存在干擾，需要結合后續經過該地點的列車進一步觀察，如果后續持續發生，需要安排人員到現場進行網絡質量測量；如果后續該地點不再發生，可能為突發干擾，重點盯控即可。

3.3 RBC設備故障

圖6 GSM-R網絡的測量報告截圖Fig.6 Screenshot of measurement report of GSM-R network

此類表現特征為普遍性，RBC 故障范圍內所有運行動車組均發生無線連接超時， 故障原因多為RBC 設備通信中斷或重啟所致。通過RBC 中心專業人員對運行數據進行重點分析，給出結論。下面介紹如何通過三接口數據來判斷RBC 設備故障。

案例：2015 年7 月7 日，CRH380AL-2569 動車組擔當G67 次運行任務，運行至京廣高鐵下行線正定機場站至石家莊站間，發生無線連接超時。

該故障發生后，對后續動車組運行情況進行重點關注，發現多列動車組運行至該地點后均發生無線連接超時，經RBC 專業確認，RBC 設備因故障發生重啟。下面通過三接口數據進行重點分析。

三接口數據中的PRI 接口記錄了RBC 與MSC之間的通信情況，如圖7 所示。

圖7 RBC與MSC之間的通信記錄Fig.7 Communication record between RBC and MSC

通過圖7 可以看出，“信令/C3 數據類型”字節連續重復出現“連接（connect）”、“斷開（Disconnect）”數值，說明MSC 與RBC 反復嘗試進行通信，但是均不能成功，即MSC 或RBC 設備存在問題，再結合通信和RBC 日志即可判斷是通信側還是RBC 側存在問題。

4 采取措施

4.1 車載設備故障

通過無線連接超時故障的分析、處理、統計，車載設備故障主要分為STU-V 類模塊故障、MT 電臺故障（軟件和硬件問題）。

1)如果是軟件問題，需要通過技術人員升級軟件來克服缺陷和改善問題。

2)如果是設備硬件故障，通過加強設備測試、檢查，重點檢查項目包括SIM 卡松動檢查處理、駐波比測量和單呼試驗。

3)對于MT 電臺模塊中SIM 通信卡松動問題，現場中采取加厚SIM 卡卡槽措施，定期對SIM 芯片進行擦拭，去除芯片表面氧化層，也能預防SIM 卡故障引起的無線連接超時。

4)對于駐波比測量數值超出范圍問題，重點檢查車頂GSM-R 天線工作狀況及天線與接收模塊間連接電纜的彎曲角度，該天線安裝在動車組頂部，工作環境惡劣，動車組在高度運行時，容易開裂積水，導致駐波比超標。

4.2 GSM-R通信故障

該類故障主要由無線通信干擾和設備本身故障引起。處置方法如下。

1)確認干擾的性質，排除網內干擾。無線干擾發生后，根據實際干擾性質進行GSM-R 網絡優化，調整基站切換參數和基站發射功率，提升抗干擾能力和質量。

2)加強設備檢修質量水平，協調生產企業通過升級改造杜絕設備質量普遍問題。

4.3 無線閉塞中心RBC設備故障

故障包括RBC 間通信中斷、RBC 重啟、ISDN服務器故障和非移交區RBC 主動發送結束通信會晤消息等情況。通過對無線閉塞中心設備軟件優化和硬件升級改造，來提升設備工作穩定性，降低故障概率。

5 結束語

在目前高鐵C3 級運行下，無線鏈接超時仍屬于高發故障，故障原因復雜，分析處理難度大，根據工作經驗提出幾點建議，僅供參考。

1）規范管理，強化無線連接超時不良信息處理能力。制定無線連接超時不良信息跟蹤監測、分析處理制度；信號與通信專業積極配合，明確電務段與通信段之間的溝通機制，協調處理。

2）強化數據統計分析。建立機車號、模塊類型、小區CI、告警時間為關鍵字的數據庫，通過數據庫進行歸類、查詢，為后續無線連接超時分析處理提供數據支持。

3）增加車載設備通信檢測。動車組車載設備加裝空口通信數據監測裝置，可以準確判斷C3 通信超時是地面還是車載原因，便于采取針對性措施。

4）提高車載終端設備抗干擾能力。在車載MT模塊加裝濾波器，使MT 模塊只接收鐵路GSM-R頻段的信號，從而提高MT 模塊的抗下行干擾能力，有效解決外界無線干擾造成的C3 超時問題。