干擾地鐵無線通信系統(tǒng)的相關(guān)因素和對策探析

楊興

摘 要：基于無線通信的列車運行控制系統(tǒng)（CBTC）是地鐵安全運行的保障，在運行過程中，如果無線通信系統(tǒng)受到干擾，就會影響地鐵的運行安全。因此，必須要加大對地鐵無線通信系統(tǒng)信號干擾因素的分析，以便在出現(xiàn)問題時能夠及時采取改善方法或相應(yīng)預防措施，保證地鐵的安全運行。主要分析了干擾地鐵無線通信系統(tǒng)的相關(guān)因素，并提出了具體的控制措施。

關(guān)鍵詞：地鐵通信；無線；信號干擾；控制措施

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0136-02

隨著城市交通擁擠狀況的日益加劇和科學技術(shù)的不斷革新，地鐵開始在人們的生活和城市交通中扮演著重要角色。而無線通信系統(tǒng)對地鐵的安全運行起著決定性的影響，特別是基于無線通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC），直接控制列車的運行和安全。CBTC系統(tǒng)通過部署在列車上和軌道旁的無線設(shè)備，實現(xiàn)了車、地間不中斷的雙向通信，控制中心可以根據(jù)列車實時的速度、位置動態(tài)計算和調(diào)整列車的最大制動距離，2輛相鄰列車能以很小的間隔同時前進，從而提高運營效率。但是在地鐵運行過程中，車地無線通信信號會受到電流、磁場或輻射等的影響，致使信號系統(tǒng)出現(xiàn)故障，這樣一來就會影響地鐵的運行。比如2012年深圳地鐵因信號系統(tǒng)受干擾發(fā)生的暫停故障，就是因為車地無線信號受干擾而引發(fā)的。現(xiàn)就地鐵車地無線通信的干擾因素和應(yīng)對措施進行探析。

1 CTBC無線通信系統(tǒng)信號的干擾因素

目前，地鐵CBTC系統(tǒng)的無線通信多采用公共的2.4 GHz頻段，而2.4 GHz頻段也是無線局域網(wǎng)、無線接入系統(tǒng)、藍牙技術(shù)設(shè)備、點對點或點對多點擴頻通信系統(tǒng)等各類無線電臺站的共用頻段。因此，對地鐵CBTC無線通信系統(tǒng)造成干擾的主要是外部信號，當然，也會存在內(nèi)部干擾。

1.1 無線局域網(wǎng)（WLAN）干擾

通過對干擾地鐵無線通信系統(tǒng)因素的研究，發(fā)現(xiàn)干擾源可以分為WLAN干擾和非WLAN干擾。區(qū)分前者與后者的方法是看干擾源發(fā)送的信號是否符合802.11標準：符合的就是WLAN干擾，不符合的就屬于非WLAN干擾。WLAN主要存在于ISM頻段，主要是一些WLAN設(shè)備發(fā)出的。另外，有一些非WLAN設(shè)備也存在于該頻段，包括人們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降乃{牙設(shè)備、無繩電話和一些無線游戲控制系統(tǒng)等，這些都會對地鐵中正在運行的WLAN系統(tǒng)造成干擾。當然，有些設(shè)備對信號系統(tǒng)的干擾可以忽略不計，比如藍牙設(shè)備，其發(fā)射頻率較低，只要其與WLAN系統(tǒng)距離超過3 m，干擾就基本可以忽略。

綜合來看，對地鐵無線通信系統(tǒng)信號造成干擾的主要是WLAN網(wǎng)絡(luò)自身造成的同頻干擾。乘客在乘坐地鐵時喜歡用便攜式的3G無線路由器，這種路由器主要為手機和平板電腦提供移動信號，但是這種無線數(shù)據(jù)傳輸頻段和地鐵信號系統(tǒng)所使用的傳輸頻段均采用的是面向公眾的免費頻段。隨著人們需要使用的無線通信設(shè)備的增多，地鐵上攜帶便攜式無線路由器的乘客也會增多，當這一數(shù)量超過地鐵信號的抗干擾界限時，就會影響無線通信系統(tǒng)的信號。這樣一來，在地鐵運行的過程中，當進行無線數(shù)據(jù)交換時，無線通信系統(tǒng)就會受到同頻段信號的干擾，造成數(shù)據(jù)傳輸不暢，繼而造成信號系統(tǒng)故障。

1.2 天線的分布對無線通信系統(tǒng)信號的干擾

地鐵隧道對于電波來說，相當于一個理想的波導，或者說具有波導效應(yīng)。由于天線基本安裝在隧道壁上，直射波傳播困難，且隧道內(nèi)有吸收衰減和多徑效應(yīng)，所以會導致極化紊亂、傳播衰減大。列車行駛在隧道中，車體將阻擋電波傳播。車體阻擋時，場強覆蓋將隨著距離的增加而快速降低，衰耗值呈曲線上升。天線的作用就是用來收發(fā)信號的，天線布局不合理會影響信號的強弱。由于隧道內(nèi)電波傳播的特殊性，可能會因為天線的分布不合理、頻點設(shè)置不科學，造成系統(tǒng)的同頻干擾、互調(diào)干擾等，從而影響車地信號的傳輸。

2 提高地鐵無線通信系統(tǒng)信號抗干擾能力的措施

2.1 優(yōu)化地鐵的無線通信設(shè)備，采用調(diào)頻技術(shù)

為了提高無線通信系統(tǒng)信號的抗干擾能力，可以選擇具有較強方向性和旁瓣較少的定向天線，這樣就可以降低干擾，提高無線通信系統(tǒng)的信號接收能力，也可以增加無線通信系統(tǒng)的功率，提高信號的覆蓋場強。此外，還可以使用跳頻技術(shù)。當然，市面上應(yīng)用的跳頻技術(shù)是802.11n技術(shù)，它采用的是雙頻AP。在正常情況下，其采用信道進行通信，同時還能夠?qū)罩薪涌诔霈F(xiàn)的噪聲和地鐵通信網(wǎng)絡(luò)外的WLAN信號實施監(jiān)控。當發(fā)現(xiàn)干擾源時，它便可以利用跳頻技術(shù)對其進行調(diào)整，將其調(diào)整到空閑的信道進行通信，這樣就可以降低信號干擾因素的影響。調(diào)頻技術(shù)雖然能夠降低同頻干擾對無線通信信號的影響，但是其本身的特點決定了它無法從根本上避免同頻干擾問題。

2.2 選擇合適的濾波器

濾波器是針對無線通信系統(tǒng)信號干擾設(shè)計的一款設(shè)備，其作用在于消除干擾。通過它的過濾作用可以得到純凈的直流電，它能夠?qū)μ囟l率以外的頻率進行過濾，這樣就能達到消除特定頻率之外頻率的目的。隨著科學技術(shù)的不斷進步，各種濾波器開始出現(xiàn)，在地鐵無線通信系統(tǒng)中可以考慮采用濾波器。

2.3 合理布局天線位置

合理地布局天線能夠改善或增強無線通信系統(tǒng)的信號，降低干擾。為了確保信息傳輸?shù)目煽啃裕仨氁M行詳細的上下行鏈路計算，重點考慮下行鏈路、上行鏈路的電纜損耗、接頭損耗和傳輸損耗等，保證各點的無線信號接收強度滿足車地信息傳輸需求，并應(yīng)考慮一定的冗余覆蓋。同時，在進行鏈路計算時，不僅要考慮每個（無線）訪問接入點（AP）之間移交點的信號（2個AP正中間位置），還應(yīng)考慮相隔AP之間移交點的信號（下一個AP位置），確保在某個AP出現(xiàn)故障的情況下鏈路計算仍能滿足車地信息傳輸需求，以確保行車安全。當然，在進行頻點設(shè)置時，應(yīng)先避免系統(tǒng)內(nèi)的同頻干擾、互調(diào)干擾等。

2.4 加強電磁干擾控制

加強電磁干擾控制的途徑有2個：①可以選擇性能較好的電機。這是因為電機的頻率要低于無線通信系統(tǒng)的頻率，這樣才不會對無線通信系統(tǒng)造成較大的影響。②要加強電源供電時的干擾控制。具體操作時，可以在電源部分使用濾波器或薄膜合金技術(shù)，當然，也可以對信號源進行處理，這樣就可以提高相位噪聲，降低對頻率的干擾。endprint

2.5 實現(xiàn)頻段專網(wǎng)專用化

為了進一步保障地鐵CBTC無線通信系統(tǒng)的安全，未來可以逐步采用專用無線通信頻段，這是其安全運行的有效保障。特別是隨著各地經(jīng)濟的發(fā)展，城市軌道建設(shè)將進入一個嶄新的發(fā)展時期，地鐵建設(shè)也必將進入一個發(fā)展的新時期。地鐵CBTC無線通信系統(tǒng)應(yīng)該采用專用頻段，這樣就可以避免其他信號源在該頻段對無線通信系統(tǒng)造成干擾，保證地鐵車地無線信息的傳輸安全，從而保證地鐵安全運行。

2.6 采用高科技提高無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>

在未來，隨著地鐵運行效率的不斷提高和新技術(shù)的應(yīng)用，地鐵的無線通信系統(tǒng)將采用綜合調(diào)度通信業(yè)務(wù)，這種業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠保證地鐵在高速運行的情況下還可以進行準確的無線數(shù)據(jù)傳輸，以滿足區(qū)間通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。當然，隨著科學技術(shù)的進一步革新，將會出現(xiàn)新的無線通信技術(shù)，比如可以采用以O(shè)FDM為核心的LTE技術(shù)。這種傳輸技術(shù)具有很多優(yōu)點，其數(shù)據(jù)傳輸效率較高，能夠分組進行傳送，這樣可以在最大程度上保證信號的安全性，提高信號的可靠性。

3 結(jié)束語

綜上所述，地鐵在城市交通中的作用日益凸顯，地鐵的安全問題開始引起人們的廣泛重視。地鐵采用無線通信系統(tǒng)運行的性質(zhì)決定了必須要提高無線通信系統(tǒng)的安全性，盡量避免運行中可能出現(xiàn)的信號干擾。這就要求相關(guān)人員加大對信號干擾源的研究，準確地分析產(chǎn)生干擾的信號源，并采取適當?shù)募夹g(shù)措施進行改善，盡量減少信號干擾，從而為無線通信系統(tǒng)的正常運行創(chuàng)造條件，保證地鐵的安全運行，保證人民群眾的生命安全和財產(chǎn)安全。

參考文獻

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〔編輯：曹月〕

The Related Factors of Subway Wireless Communication System and the Countermeasures

Yang Xing

Abstract： The train operation control system based on wireless communication（CBTC）is the protection of the safe operation， in the operation process， if the wireless communication system is disturbed， it will affect the safety of subway operation. Therefore， we must intensify the analysis on the signal to interference of radio communication system in Metro factor， in order to be able to take timely improvement method and corresponding prevention measures in case of problems， to ensure the safe operation of the subway. The main analysis of the relevant factors in subway wireless communication system， and puts forward the concrete measures to control the.

Key words： metro communication； wireless； signal interference； control measuresendprint