第七节　通信信号

自20世纪90年代开始，在铁道部的统一安排下，依托京沪高速铁路前期技术研究，开展了我国高速铁路通信信号制式的研究和论证工作，尤其是对欧洲ETCS标准列控、法国TVM430列控、日本数字ATC列控、德国LZB列控各自的特点作了认真分析对比，结合我国高速铁路列车运行控制无线通信的需求，对GSM-R与TETRA（terrestrial trunked radio，陆地集群无线电）两种技术制式作了专门考察研究，决定选用GSM-R作为我国高速铁路无线通信的设计方案，确定了具有中国特色的CTCS（Chinese train control system）列控制式，形成了具有中国自主知识产权的CTCS-3级列控技术。

CTCS-3级列控技术采用无线闭塞中心RBC（radio block center）生成行车许可，通过GSM-R实现车地列控信息双向传输，应答器设备提供列车定位修正基准信息，轨道电路完成轨道区段占用及列车完整性检查。CTCS-3级列控将CTCS-2级列控作为降级条件下的备用手段，满足列车最高运营速度350km/h、正向3分钟最小运行间隔的设计要求，满足200～250km/h动车组上线运行条件。

通过京沪高速铁路的工程实践，将GSM-R数字移动通信和CTCS-3级列控技术成熟应用于时速350km及以上的高速铁路，为中国高速铁路列控技术快速持续发展奠定了坚实基础。

一、链型MSP1+1传输组网技术

传输网的可靠性将会影响到高速铁路的行车安全。传输设计一般采用双光缆开设MSP1+1（mixed signal processor，混合信号处理器）保护的方案，但由于车站节点为单设备节点，存在一定的安全隐患。京沪高速铁路传输网在进行设计方案论证时，充分利用沿铁路两侧敷设光缆的有利条件，结合站间传输业务的运用特点，最终选择链型MSP1+1站间组网作为设计推荐方案。该方案进行了双光缆、双节点的网络结构设计，车站第二节点利用区间接入层传输网在车站的汇聚节点，未额外增加投资，有效地克服了传统传输网方案的弊端，也避免了因传输网节点故障导致的全线通信通道中断，提高了通信子系统的整体可靠性。

二、CTCS-3级列控线路并线区段GSM-R组网技术

京沪高速铁路与沪宁城际、合蚌客专等CTCS-3级列控线路在并线区段要满足各线对GSM-R信号冗余覆盖、系统容量、频率规划、服务质量QoS（quality of service）、可靠性等方面的需求。京沪高速铁路在CTCS-3级列控并线区段GSM-R组网方案中打破了高速铁路通常采用的GSM-R单一的单网交织冗余覆盖方案，首次提出了“在并线区段的分岔点配置两个基站作为主备用，采用多副定向天线对各条线路方向分别进行覆盖”的设计方案。该方案中在线路分岔点同站址设置两套基站，交汇处的基站能有效避免移动终端从并线区段向分支区段前进时误切换至另一条分支线路的基站，最终导致乒乓切换而影响地—车信息传输的质量；同时双基站的配置有效地实现了一个基站宕机后仍能保障业务不中断。

三、CTCS-3（含CTCS-2）级列车运行控制技术

京沪高速铁路采用的CTCS-3级列控基于GSM-R无线网络实现长大干线上的列控信息连续双向传输，满足列车最高运行速度300km/h及以上、最小追踪间隔时间3分钟的运营需求。

京沪高速铁路列控子系统车载设备兼容两种等级的应用需求，并在特定转换点或无线超时时，可以实现CTCS-3级和CTCS-2级列控的不停车自动转换。

列控地面设备按照CTCS-3级兼容CTCS-2级模式进行统筹设计，两个等级共用一套应答器、列控中心、临时限速服务器和轨道电路等设备，应答器向CTCS-3级列控车载设备传输列车定位、等级转换、RBC切换、RBC呼叫以及调车危险、目视危险等特定信息，向CTCS-2级列控车载设备传输线路参数、临时限速、轨道区段、分相区、异物防护以及调车危险、目视危险等信息，既简化了轨旁设施的设置、节约了建设成本，同时还可以满足CTCS-3级列控车载设备故障降级或其他装备有CTCS-2级列控车载设备的动车组跨线运行的需求，与现有的信号系统制式也具有非常好的兼容性。

列控子系统采用先进的目标距离一次制动模式，车载设备通过车地信息传输媒介，实时掌握列车运行前方信号状态和线路参数等信息，并自动以前方列车所在闭塞分区入口信号机为防护点，结合列车制动性能，生成一次制动速度监控曲线，监控列车运行，较以往的分级速度控制方式相比，在行车效率、安全性与舒适性等方面的优势非常明显。

CTCS-3级列控技术规定了注册与启动、注销、行车许可、RBC切换、等级转换、自动过分相、灾害防护、调车作业、进出动车段、降级运行、重联与摘解、特殊进路共十四个运营场景，列控车载设备设置了九种运行模式，不同模式在一定条件下能够实现自动或手动转换，可以满足列车在各种运用条件下的控车需求。

CTCS-3级列控技术建立了完善的设备冗余、信息冗余、传输通道冗余、安全信息传输、信息校验与纠错、密钥防护等机制，地面RBC、列控中心、临时限速服务器、轨道电路发送接收设备等均采用双套冗余机制，主备机具备自动倒换功能，各设备间采用信号安全数据网实现信息交互，车载设备自动对地面数据进行校验，发现错误时通过DMI给出提示或输出相应的报警提示，甚至输出制动，保证列车行车安全。

CTCS-3级列控技术设置了完善的监测手段。通过数据接口方式（RS422/485或RJ45方式），对列控子系统的地面设备工作状态、各类硬件板卡状态、列控中心与车站计算机联锁、CTC（centralized traffic control，调度集中）、TSRS（temporary speed restriction server，临时限速服务器）和相邻列控中心等之间的通信接口状态、列控业务接口信息、列控控制输出信息和维护报警信息等进行监测；以GSM-R接口监测设备和RBC维护终端为主，对RBC与车载设备间交互的控车信息、RBC与车站计算机联锁间交互的行车许可信息等进行监测；以车载ATP（automatic train protection，列车超速防护系统）司法/数据记录仪或DMS（dynamic monitoring system，列控设备动态监测系统）为主，对车载设备工作状态进行监测与记录。完善的监测数据，为列控子系统的维护提供了技术支持。