地鐵車地無線通信系統(tǒng)電磁兼容研究

林于新，朱 杰，陳弘揚

（國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站，福建 廈門 361004）

1 地鐵車地無線通信系統(tǒng)的干擾

當今世界地鐵系統(tǒng)已成為各大城市通勤出行的重要工具，其穩(wěn)定運行的重要性不言而喻。目前，國內(nèi)外地鐵系統(tǒng)主要利用無線通信方式來完成車地數(shù)據(jù)傳輸交換，在高效便捷運行的同時也帶來一定的電磁兼容風險。國內(nèi)地鐵曾發(fā)生過多起外來信號干擾地鐵車地無線通信系統(tǒng)造成列車緊急制動的事故。隨著電磁環(huán)境日趨復雜，地鐵車地無線通信系統(tǒng)所面臨的電磁兼容問題將日益突出。

海島型城市中，出于其特殊的地形及施工條件考慮，在地鐵跨海鏈接島內(nèi)外過程中，不可避免受到周邊公路鐵路橋梁影響。為此，本文從干擾源、干擾途徑、敏感設備出發(fā)，分析了某地地鐵跨海段所面臨的電磁兼容風險，并就如何提升電磁兼容性能提出了相關建議。

2 地鐵車地無線通信系統(tǒng)電磁兼容分析

2.1 基本情況

某地地鐵全長30多千米，呈南北走向，設有20余座地下及地面站點。設計過程中，考慮其地形及施工條件，該地鐵通過改造既有海堤解決跨海運行問題。但該跨海段緊挨公路大橋及鐵路橋，最近處僅有數(shù)米，公路大橋日常車流量較大，鐵路橋動車組列車進出頻繁。相比地下封閉線路，開放的空間加上較近的距離導致地鐵車地無線通信系統(tǒng)構(gòu)存在一定的電磁兼容風險。

圖1 某地地鐵跨海運行圖

2.2 系統(tǒng)主要敏感設備

地鐵在用無線通信系統(tǒng)主要包括專用無線通信系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)（PIS）及列車控制系統(tǒng)（CBTC）。其中，專用無線通信系統(tǒng)的為數(shù)字集群無線系統(tǒng)，工作在860 MHz附近頻點，提供 行車人員及地鐵沿線數(shù)據(jù)通信及語音服務；PIS系統(tǒng)主要以顯示終端為媒介向乘客提供出行換乘、緊急提示、視頻監(jiān)控信息，采用TD-LTE制式，工作頻率為1790-1800 MHz。CBTC系統(tǒng)利用車地數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)連續(xù)自動的列車運行控制的信號系統(tǒng)，基于WLAN技術，使用頻段為2.4 GHz。

在該線路中，專用無線通信系統(tǒng)及PIS主要采用漏泄同軸電纜實現(xiàn)場強覆蓋。其中，在隧道區(qū)段內(nèi)漏泄同軸電纜采用專用卡具敷設于隧道壁；在高架路基區(qū)段采用專用卡具敷設于中間疏散平臺或兩側(cè)電纜支架上；在跨海段，由于空間限制，采用了單條同軸泄露電纜。CBTC系統(tǒng)主要通過車載天線及軌道線路上的應答器實現(xiàn)通信。由分析可知，無論是同軸泄露電纜還是軌道應答器，其信號覆蓋及傳輸均需使用無線方式，因此較容易受到電磁干擾的影響。[1-3]

2.3 潛在騷擾源

在地下站點及隧道中，車地無線通信系統(tǒng)受混凝土墻體、屏蔽門保護，隔離性較好，電磁兼容性能較好；在跨海段，由于其開放性的布置方式，同時與公路、鐵路大橋距離較近，機動車及電氣化鐵路所帶來的電磁兼容風險不可忽視。

機動車輛產(chǎn)生的電磁噪聲主要來自高壓點火系統(tǒng)、DC/DC變換器、DC/AC逆變器等車載電子電氣系統(tǒng)。其中，點火系統(tǒng)在火花放電過程中產(chǎn)生的電磁干擾頻段在1 MHz-1 GHz；DC/DC變換器中非線性開關開閉過程中產(chǎn)生的電磁噪聲也可能以輻射方式對周邊環(huán)境產(chǎn)生干擾。[4]

電氣化鐵路主要電磁噪聲包括弓網(wǎng)離線、不平衡牽引電流、牽引逆變器以及各種專用無線系統(tǒng)如GSM-R、無線列調(diào)、列尾防撞系統(tǒng)等。其中，由工頻電場所引發(fā)的不平衡牽引電流、牽引逆變器干擾，其干擾頻率較低；專用無線通信系統(tǒng)均工作在專用通信頻段，且滿足無線通信系統(tǒng)型號核準標準，故上述系統(tǒng)不會對地鐵車地系統(tǒng)產(chǎn)生太大影響；列車弓網(wǎng)離線所產(chǎn)生的噪聲為瞬發(fā)信號，頻譜較寬，覆蓋頻率從30 MHz-1 GHz，應當引起重視。[5]

3 地鐵車地無線通信系統(tǒng)電磁兼容實驗分析

3.1 電磁干擾源測試

本實驗主要通過對運行在大橋上的機動車輛及電氣化鐵 路列車進行測 試，分析驗 證其 在860MHz、1790-1800 MHz、2400-2483 MHz等頻段的干擾特性。

在機動車與電氣化鐵路測試結(jié)果中，相關頻段所出現(xiàn)的信號均為集群或ISM常發(fā)信號，機動車輛與列車經(jīng)過瞬間并未引起電平抬升，可見機動車輛與電氣化鐵路在上述頻段對車地無線通信系統(tǒng)的干擾較小。

3.2 地鐵車地無線通信系統(tǒng)測試

測試分為地鐵車地無線通信系統(tǒng)頻譜特性實驗和電磁敏感性實驗。

（1）頻譜特性實驗選取多個地下封閉式站點測試，地下封閉式站點系統(tǒng)隔離較好，電磁干擾較少，經(jīng)分析比對可了解地鐵車地系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下的頻譜特性，以此作為參照樣本。測試結(jié)果如圖2～圖4所示。

圖2 860 MHz測試結(jié)果

圖3 1790-1800 MHz測試結(jié)果

圖4 2400-2483 MHz測試結(jié)果

（2）電磁敏感性實驗地點選取跨海運行的地鐵列車，觀察其與機動車輛及列車交匯時頻譜變化情況。經(jīng)多次往返測試，頻譜顯示信號波形基本保持不變，未發(fā)現(xiàn)其他干擾波形，這表明機動車輛和電氣化鐵路對地鐵車地無線通信系統(tǒng)電磁干擾較小。

此外，我們還可以觀察到，專用無線通信系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)信號電平與地下車站測試結(jié)果相比均有不同程度下降，分析是由于基站布設在站點側(cè)，跨海段通過線纜保障覆蓋，線纜較長導致信號衰減較為明顯。這是一個潛在的風險點，應加強日常測試巡檢，保障信號覆蓋處于正常范圍；同時積極關注干擾信號，及時溝通解決可能出現(xiàn)的電磁干擾。

4 結(jié)束語

本文從電磁兼容三要素出發(fā)分析車了機動車和電氣化鐵路對車地無線通信系統(tǒng)可能存在的電磁干擾，通過實驗測試研究了車地無線通信系統(tǒng)及騷擾源在特定頻段的頻譜特性，對比實驗結(jié)果說明車地系統(tǒng)在開放空間及近距離條件下對機動車和電氣化鐵路該仍具有較好的電磁兼容性。同時，針對測試過程中所出現(xiàn)的電磁兼容隱患提出了建議。