C3线路通信覆盖方式的研究

C3线路通信覆盖方式的研究

刘小强

关键词：C3系统；通信；覆盖方式

就目前的技术选择而言，高铁列车会采用CTCS-3系统作为列车运行控制管理系统，即所谓的C3系统，该系统可以实现列车整个运行期间安全间隔的实时准确控制，以避免列车因为超速或低速运行导致安全事故问题，是高铁最为核心的安全保障装备。在实际的系统建设以及运用的过程中，会充分考虑通信方式覆盖的问题，如果通信覆盖问题处理不好，会严重影响到列车整个控制系统的稳定运行，需要引起相关部门的高度关注。

1.C3系统运营及通信覆盖技术特点

从构成的角度看，C3系统的控制设备主要包括两个部分：一是车载设备，二是地面设备。C3系统车载设备主要用于接收来自地面的各种命令，实时生成列车的速度曲线，以实现对列车目前运行状态的调整。而地面设备则利用联锁系统的信号进路，向车载设备及时发送运行状态调整的命令。在整个C3系统中，超速保全系统及无线关断中心是最为重要的通信及控制设备。无线关断系统会按照轨道交通的电路等实时信息迅速生成相应的行车指令，并利用GSM-R通信网络将列车运营指令、相关参数、限速要求等内容及时传给列车的车载超速保全系统。并利用GSM-R通信网络直接接收列车的车载设备实时传送的具体位置以及列车运行相关的数据等内容。超速保全系统会依照地面设备发送的行车指令等信息，结合自身的运营参数，根据目标实际距离调整运行的速度曲线。整个过程中，通信网络必须确保安全稳定，相关指令信息能够及时发送并传输，确保列车安全稳定运行。

一般情况下，C3系统须满足列车运行速度360km/h，保证列车最小间隔不大于2.5min，车载控制设备通信目标的控制距离保持在连续控制状态下，并设定制动选择优先的控制方式。对于通信覆盖技术而言，CTCS-2系统（即C2系统）是关键的备用系统，如果无线通信网络发生故障时，可以接替对列车的控制运行。超速保全系统设备要全部统一进行设置，GSM-R无线通信网络会覆盖所有，包括全线所有的车站。整个C3系统的通信方式应答设备自动进行分相操作处理，C3系统的各通信设备均采用标准接口。为确保通信的实际覆盖效果，对安全等指令性信息的传输需要采用标准安全通信协议，关键设备冗余配置。系统安全性、可靠性、可用性、可维护性满足相关标准的要求。

2.对C3系统线路通信覆盖方式的研究

2.1C3系统常用通信覆盖方式

就目前C3系统通信覆盖方式来说，主要包括三种主要的选择方式，这三种情况各有利弊，可针对实际情况进行相应的选取。

（1）公网方式覆盖

所谓公网方式，就是利用公共通信网络，实现高铁C3系统通信的实际需要。其优势显而易见，可节约大量的硬件建设费用，对高速铁路的初期建设投资成本控制有很大的便利，而且可以在较短时间内实现应用，大幅缩短工程的建设时间。但问题也比较突出，一是覆盖范围受限，通信公网建设以服务密集人口居住区为主，高铁运行线路很多地方没有公网提供服务；二是使用带宽受限，公网的运行带宽和稳定性较差，对于高铁运行的C3系统安全需求，这是至关重要的关键问题。

（2）专网方式覆盖

基于公网的缺陷，一般会采用专网通信方式覆盖，是利用专门建设的网络实现列车C3系统无线通信需要。专网独立于所有公网的通信基站设备和相关的系统，在设置中可根据自己需要完成，实现更稳定可靠的组网运行方式，且更加灵活高效，质量也得到了根本的保证，但最大的问题是建设成本非常高，且建设周期也比较长。

（3）混合覆盖方式

为满足高铁C3系统无线通信的实际，专网覆盖方式是必然的选择，但在一些公网建设成熟稳定的区域内，也可以考虑借助公网实现通信的具体需要，采用公网和专网相混合的方式实现通信需要，这样既照顾到运行的稳定性和安全性，又兼顾了建设成本的问题，是实际建设过程中经常采用的方案。

2.2专网通信覆盖建设实施

专网通信是高铁建设最重要的工程项目之一，专网通信的高效无线网络高铁适应复杂无线通信环境的架构组网模式。尽管混合组网是无线网络覆盖建设的更多选择，但对于高铁运营者来说，专网建设任务的任务更重要，实际也占到整个网络建设的绝大部分时间和资源，本文中做以重点讨论。

（1）宏站组网模式的运用

在地形条件较好的开阔平原地区，无线信号在整个传播中不存在山体和地形等自然衰减和障碍。这种情况下，可以考虑合理利用所有通信资源，令其发挥最大使用效率。比如新建的宏站或已建宏站分化出一个功能小区，将其作为整个高铁C3系统线路网络的信号直接处理渠道，也能够实现非常不错的无线传输质量。由于对宏站进行通信覆盖建设时，只考虑利用定点设计的工程项目进行必要的安装调试和相关测试，并在后期做好一些必要的维护就可以满足使用需要，施工建设的操作过程相对比较容易和简单，可以节省建设成本，提高通信网络的适用效率。但该模式只适合平原地带使用，对地形地势等环境因素要求较高，在实际的建设中会受到很大的限制。

（2）直放光纤站进行组网覆盖

直放光纤站组网是利用同频放大进行数据信息传输的组网覆盖方式，其具体的运用原理就是在无线通信网络中对传输的信号强度进行放大，以强化发射及接收信号的准确性和稳定性。就直放站的组成来说，主要含近端通信设备和远端通信设备，近端通信设备负责对信号源信号的获取，具体过程就是利用对通信基站、无线天线及RRU进行信号耦合而获得必要的信息和数据。远端设备则用于对信号完成功率放大功能，通过发射端直接获取数据信号，借助低噪处理技术处理后将信号发送给近端设备。整个过程可以看出，远端设备是完成区域信号全部覆盖的关键途径。利用直放站可以实现不额外增加通信基站建设数量前提下满足全网通信覆盖的要求，且整个建设的总体造价要远远低于全部采用通信基站覆盖方式建设的造价，并具备架构较为简单且便于安装等显著优点。

（3）分布式组网覆盖

因为高铁C3系统的通信具备狭长沿线无线网络布局覆盖的整体特点，同时考虑到铁路沿线会存在的各种地形地势等复杂环境，因此会采用射频信号光纤结构拉远的通信方式，实现无线通信的全网络覆盖的建设目的。这是一种分布式的组网布局，在实现过程上与直放站的组网覆盖方式有些类似，较好地实现了铁路沿线的无线通信的彻底覆盖，并保证了信号的质量和运行稳定性。

（4）对无线网络进一步优化

火车站等区域是无线信号使用的密集区，同时也是通信公网以及专网共同覆盖的作用范围，是混合组网的衔接地带。为确保无线信号的稳定过渡，需要对无线网络进行必要的优化配置配置，以确保C3系统不会因为信号转换发生任何问题。同时，一些桥梁隧道等线路部位，都需要进行相应的优化配置，确保信号连续稳定，确保列车C3系统稳定发挥控制作用。

3.结束语

综上所述，C3系统线路通信对于整个高铁列车的正常运行至为关键，因此，通信覆盖方式的选择也是对列车安全运营极为重要的影响因素，需要高度重视。公网和专网是最主要的两种通信覆盖方式选择，并各有利弊，混合方式是目前最普遍采用的方式。其中，公网使用部分有助于降低建设成本，缩短建设周期，专网部分则提高了通信线路的稳定性和可靠性，综合使用可以取得性价比更高的运营效果。

参考文献：

[1]石先明.高速铁路CTCS-3级列控系统无线闭塞中心工程设计[J].中国铁路，2009(11)：1-6.

[2]科技运〔2008〕168号CTCS-3级列控系统GSM-R网络需求规范（V1.0）[S].

[3]铁总运〔2016〕15号CTCS-3级列控车载设备Igsm-r、Um接口监测技术条件（V1.0）[S].