城市軌道交通無線通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究

范博銳

【摘 ?要】近年來，隨著公共交通的快速發(fā)展，城市軌道交通逐漸成為緩解城市交通擁堵的重要方式。無線通信技術(shù)在城市軌道交通中發(fā)揮了越來越重要的作用，如保障列車安全、準(zhǔn)點運行。保證乘客乘車安全離不開無線通信系統(tǒng)的正常工作，所以抗干擾問題成為無線通信系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題?；诖?，論文就可能對無線通信系統(tǒng)造成干擾的干擾源進行了分析，并列舉了幾種解決該干擾的方法，并對這些方法進行簡單介紹。

【Abstract】In recent years， with the rapid development of public transport， urban rail transit has gradually become an important way to alleviate urban traffic congestion. Wireless communication technology plays an increasingly important role in urban rail transit， such as ensuring train safety and punctuality. Ensuring the safety of passengers on the train can not be separated from the normal work of the wireless communication system， so anti-interference problem becomes a key problem of wireless communication system. Based on this， the paper analyzes the interference sources that may cause interference in wireless communication system， and lists several methods to solve this interference， and introduces these methods briefly.

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通;無線通信系統(tǒng);抗干擾

【Keywords】urban rail transit; wireless communication system; anti-interference

【中圖分類號】U231+.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）07-0179-02

1 城市軌道交通無線通信系統(tǒng)概況

為解決城市道路交通擁堵的問題，許多城市都將城市軌道交通建設(shè)作為解決問題的關(guān)鍵，對于當(dāng)今各個城市的軌道交通規(guī)劃和建設(shè)，會大面積應(yīng)用無線通信技術(shù)。城市軌道交通中會有多個無線通信系統(tǒng)，如常見的PIS車地?zé)o線通信系統(tǒng)和CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)，車地?zé)o線通信系統(tǒng)是整個城市軌道交通中的重中之重，車地?zé)o線通信系統(tǒng)的正常工作是保證列車安全運行的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的工作質(zhì)量也決定著整條線路的運營水平。所以面對復(fù)雜的無線通信系統(tǒng)環(huán)境，通過各種調(diào)試、建設(shè)的經(jīng)驗，找出并分析無線系統(tǒng)之間的干擾是很重要的。針對形成的干擾，要采取恰當(dāng)?shù)姆绞絹斫鉀Q問題，提高無線通信系統(tǒng)的質(zhì)量、提高數(shù)據(jù)的傳送速度，這樣才能提升無線通信系統(tǒng)整體的抗干擾能力。

2 無線通信系統(tǒng)的干擾源

當(dāng)前，無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用使城市軌道交通無線通信系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，會對通信系統(tǒng)造成干擾的因素也多種多樣，以下分別對城市軌道交通無線通信系統(tǒng)內(nèi)部和外部進行干擾分析。

2.1 內(nèi)部干擾

由上文可知，在城市軌道交通無線通信系統(tǒng)中還包含多個無線通信系統(tǒng)，它們之間互相影響就容易產(chǎn)生同頻、鄰頻干擾。

設(shè)計無線通信系統(tǒng)時，為增加頻率的利用率和系統(tǒng)容量，經(jīng)常采用頻率復(fù)用技術(shù)，即在一定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，存在著許多使用同一頻率的小區(qū)，稱為同頻小區(qū)，而同頻小區(qū)之間的干擾就叫做同頻干擾。同頻干擾的大小與同頻小區(qū)的間隔有關(guān)，同頻小區(qū)離得越近，同頻干擾就越大，但頻率利用率就越高。所以在處理頻率分配時要同時考慮頻率利用率和同頻干擾。

鄰頻干擾就是相鄰頻率之間的干擾，一般信道間的頻率間隔設(shè)置得都非常小，以達到提高頻譜利用率的目的。例如，軌道交通專用頻段1.8GHz，緊鄰民用通信頻段，極容易對專用頻段造成干擾，進而影響軌道線路的正常運營。

2.2 外部干擾

當(dāng)列車在隧道內(nèi)運行時，信號會在隧道墻壁、列車表面上反射，電磁波各分量通過不同路徑到達接收端的時間不同，造成干擾，也成為多徑干擾。除此之外，在手持路由器盛行的時代，如果使用手持路由器的乘客很多，就容易造成同頻干擾。這種事故在當(dāng)時時有發(fā)生，其根本原因就是列車CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)被外界干擾，干擾造成列車緊急制動，造成列車延誤，耽誤乘客的時間，影響線路正常運營。當(dāng)前，大功率路由器、藍牙等軌道交通無線通信系統(tǒng)之外的無線通信設(shè)備所產(chǎn)生的信號，也會對城市軌道交通通信系統(tǒng)造成干擾。

3 無線通信系統(tǒng)干擾的解決辦法

3.1 使用波導(dǎo)管

波導(dǎo)管是一種用來傳輸超高頻電磁波的內(nèi)壁光潔的空心金屬管或內(nèi)部鍍金屬的非金屬導(dǎo)管，常見的有矩形波導(dǎo)管、圓形波導(dǎo)管，其內(nèi)徑大小由波導(dǎo)管所傳輸信號的波長決定。波導(dǎo)管可分為普通波導(dǎo)管和裂縫波導(dǎo)管，根據(jù)使用范圍和安裝地點選擇安裝不同波導(dǎo)管。例如，在地鐵線路的列車控制系統(tǒng)中，使用的是裂縫波導(dǎo)管。相比于同樣在地鐵信號系統(tǒng)中常見的漏泄電纜，裂縫波導(dǎo)管的傳輸帶寬更寬、傳輸損耗更小，極大地減少了電磁波在傳輸過程中的損耗，使電磁波順利傳輸。

在城市軌道交通信號系統(tǒng)中，大多采用基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC），車地?zé)o線通信系統(tǒng)的正常工作，是保證列車安全運行和乘客人身安全的關(guān)鍵，要求系統(tǒng)具有過硬的抗干擾能力，裂縫波導(dǎo)管技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，波導(dǎo)管需根據(jù)要求鋪設(shè)在地面鋼軌的中間或者軌道一旁，車載天線與波導(dǎo)管垂直，這也減少了一定的干擾。

不只是在列車的車地?zé)o線通信系統(tǒng)中，在一些同站臺換乘車站等電磁干擾強的地段，也可以使用波導(dǎo)管技術(shù)來增強無線通信系統(tǒng)的抗干擾性能。

3.2 同頻干擾控制

在當(dāng)前的城市軌道交通中，CBTC系統(tǒng)是最常見的信號系統(tǒng)，該信號系統(tǒng)中的車地?zé)o線通信技術(shù)通常采用2.4GHz無線頻段，這就造成其他在2.4GHz頻段工作的通信系統(tǒng)和設(shè)備會對CBTC信號系統(tǒng)造成干擾。2012年深圳地鐵就曾因為信號干擾造成列車被逼停。為車地?zé)o線通信系統(tǒng)申請專用頻段，是解決這種問題的一種方法。通過申請2.4GHz以外的頻段，不過這需要對新頻段進行深入研究。例如，提供專用頻段設(shè)備的供應(yīng)商數(shù)量較少、設(shè)備費用較高、維護成本也會相應(yīng)增加，新頻段的使用申請過程也相對煩瑣，而且還需要進行大量的測試，以此來判斷新頻段是否適合用于無線通信系統(tǒng)。在同站臺換乘車站，物理空間相對開放，可通過在無線通信系統(tǒng)的頻點上進行區(qū)分，在不同的線路上使用不同頻點的信號制式設(shè)備，或使用不同的通信方式，如漏泄電纜、裂縫波導(dǎo)管等，減少電磁波外泄和干擾，以此來減少不同線路之間不同信號系統(tǒng)的同頻干擾。

使用擴頻技術(shù)也是一種解決方法。信號傳遞所占用的帶寬往往大于其所需的最小帶寬，在信號發(fā)端使用擴頻編碼進行調(diào)制，并在接收端使用相關(guān)解調(diào)技術(shù)接收信號，這樣就可以為不同的系統(tǒng)分配不同的擴頻編碼，既可以區(qū)分不同的系統(tǒng)也可以防止干擾。跳頻擴頻和直序擴頻是2種常用的擴頻方法。

跳頻擴頻（FHSS），采取移頻鍵控（FSK）調(diào)制方法，使載波頻率跳頻。例如，在CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)中，F(xiàn)HSS可以把系統(tǒng)使用頻段劃分為79個信道，每個信道帶寬為1MHz，3個信道同時發(fā)送，并且為了確定接收端與發(fā)送端接發(fā)的信道順序，二者必須使用相同的PN碼。跳頻擴頻技術(shù)最大的特點就是抗干擾能力強，由于可以使用2.4GHz頻段的無線通信系統(tǒng)很多，電磁環(huán)境很復(fù)雜，正是因為FHSS使載波頻率按偽隨機序列跳變，且序列種類也有很多種，有效地避免了車地?zé)o線通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)之間的干擾。

直序擴頻（DSSS），利用高速率擴頻序列在發(fā)射端擴展信號頻譜，信號經(jīng)過發(fā)射端擴頻后，頻譜被擴展，根據(jù)香農(nóng)定理可知，信道容量一定，帶寬越寬，信噪比越低，信號甚至可以混在噪聲里，實現(xiàn)低信噪比傳輸，對同頻段其他通信系統(tǒng)的信號不會造成干擾，信號到達接收端通過與發(fā)射端相同的PN碼進行解擴，同時，可以抑制與PN碼不相關(guān)的干擾信號，以此保證傳輸?shù)男盘栍休^強的抗干擾性能。

3.3 解決多徑干擾

在當(dāng)今的無線通信系統(tǒng)中，正交分頻復(fù)用（OFDM）是解決多徑干擾的一種非常有效的辦法。正交分頻復(fù)用是一種多載波調(diào)制，其原理是將平時的信道分成若干個子信道，將平時高速串行的數(shù)據(jù)分成若干個并行的子數(shù)據(jù)，并讓子數(shù)據(jù)在子信道上并行低速傳輸。為防止OFDM中的符號間干擾，將OFDM中符號的尾部復(fù)制下來，插入符號的開始部分，這就叫做前綴循環(huán)。使用前綴循環(huán)作為保護間隔，保證保護間隔一直大于時延擴展，使子載波具有一定的正交性，盡可能避免碼間干擾，而且使用前綴循環(huán)作為保護間隔還可以解決多徑帶來的信道間干擾。

4 結(jié)語

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，其在城市軌道交通方面的運用越來越廣泛，且系統(tǒng)所處電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜，為保證人民的出行安全，無線通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)是必須解決的一項大問題。文章分析了幾種在城市軌道交通中常見的電磁干擾，簡單分析了其產(chǎn)生原因，并針對性地提出了幾種解決方法。

使用波導(dǎo)管是由于其傳輸帶寬更寬、傳輸損耗更小，可以有效地減少信號在傳輸過程中的干擾，并且可以使用在同站臺換乘等電磁環(huán)境復(fù)雜的地方。對于同頻干擾，可以考慮為系統(tǒng)申請2.4GHz以外的專用頻段，但這需要考慮申請時間以及設(shè)備購買和維護成本。除此之外，擴頻技術(shù)是解決同頻干擾的一種有效技術(shù)手段。多徑干擾可以使用OFDM和DSSS技術(shù)解決，而且在預(yù)算允許的情況下，DSSS的RAKE接收技術(shù)巧妙利用了多徑干擾的不利之處，轉(zhuǎn)換成利處，這也是一種有效手段。

無線通信系統(tǒng)的干擾時時刻刻都存在著，需要人們不斷改進抗干擾技術(shù)，保證城市軌道交通正常運行。

【參考文獻】

【1】朱光文.地鐵信號系統(tǒng)中車-地?zé)o線通信傳輸?shù)目垢蓴_研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2012（8）：112-116.

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