楊興

摘 要：基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）是地鐵安全運(yùn)行的保障，在運(yùn)行過(guò)程中，如果無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)受到干擾，就會(huì)影響地鐵的運(yùn)行安全。因此，必須要加大對(duì)地鐵無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)干擾因素的分析，以便在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)采取改善方法或相應(yīng)預(yù)防措施，保證地鐵的安全運(yùn)行。主要分析了干擾地鐵無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)；信號(hào)干擾；控制措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）02-0136-02

隨著城市交通擁擠狀況的日益加劇和科學(xué)技術(shù)的不斷革新，地鐵開(kāi)始在人們的生活和城市交通中扮演著重要角色。而無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)對(duì)地鐵的安全運(yùn)行起著決定性的影響，特別是基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)控制系統(tǒng)（CBTC），直接控制列車(chē)的運(yùn)行和安全。CBTC系統(tǒng)通過(guò)部署在列車(chē)上和軌道旁的無(wú)線(xiàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了車(chē)、地間不中斷的雙向通信，控制中心可以根據(jù)列車(chē)實(shí)時(shí)的速度、位置動(dòng)態(tài)計(jì)算和調(diào)整列車(chē)的最大制動(dòng)距離，2輛相鄰列車(chē)能以很小的間隔同時(shí)前進(jìn)，從而提高運(yùn)營(yíng)效率。但是在地鐵運(yùn)行過(guò)程中，車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信信號(hào)會(huì)受到電流、磁場(chǎng)或輻射等的影響，致使信號(hào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，這樣一來(lái)就會(huì)影響地鐵的運(yùn)行。比如2012年深圳地鐵因信號(hào)系統(tǒng)受干擾發(fā)生的暫停故障，就是因?yàn)檐?chē)地?zé)o線(xiàn)信號(hào)受干擾而引發(fā)的?，F(xiàn)就地鐵車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的干擾因素和應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行探析。

1 CTBC無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)的干擾因素

目前，地鐵CBTC系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信多采用公共的2.4 GHz頻段，而2.4 GHz頻段也是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)等各類(lèi)無(wú)線(xiàn)電臺(tái)站的共用頻段。因此，對(duì)地鐵CBTC無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)造成干擾的主要是外部信號(hào)，當(dāng)然，也會(huì)存在內(nèi)部干擾。

1.1 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）干擾

通過(guò)對(duì)干擾地鐵無(wú)線(xiàn)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(hào)是否符合802.11標(biāo)準(zhǔn)：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{(lán)牙設(shè)備、無(wú)繩電話(huà)和一些無(wú)線(xiàn)游戲控制系統(tǒng)等，這些都會(huì)對(duì)地鐵中正在運(yùn)行的WLAN系統(tǒng)造成干擾。當(dāng)然，有些設(shè)備對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的干擾可以忽略不計(jì)，比如藍(lán)牙設(shè)備，其發(fā)射頻率較低，只要其與WLAN系統(tǒng)距離超過(guò)3 m，干擾就基本可以忽略。

綜合來(lái)看，對(duì)地鐵無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)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(shí)喜歡用便攜式的3G無(wú)線(xiàn)路由器，這種路由器主要為手機(jī)和平板電腦提供移動(dòng)信號(hào)，但是這種無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸頻段和地鐵信號(hào)系統(tǒng)所使用的傳輸頻段均采用的是面向公眾的免費(fèi)頻段。隨著人們需要使用的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備的增多，地鐵上攜帶便攜式無(wú)線(xiàn)路由器的乘客也會(huì)增多，當(dāng)這一數(shù)量超過(guò)地鐵信號(hào)的抗干擾界限時(shí)，就會(huì)影響無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的信號(hào)。這樣一來(lái)，在地鐵運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)交換時(shí)，無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)就會(huì)受到同頻段信號(hào)的干擾，造成數(shù)據(jù)傳輸不暢，繼而造成信號(hào)系統(tǒng)故障。

1.2 天線(xiàn)的分布對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)的干擾

地鐵隧道對(duì)于電波來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于一個(gè)理想的波導(dǎo)，或者說(shuō)具有波導(dǎo)效應(yīng)。由于天線(xiàn)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(huì)導(dǎo)致極化紊亂、傳播衰減大。列車(chē)行駛在隧道中，車(chē)體將阻擋電波傳播。車(chē)體阻擋時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋將隨著距離的增加而快速降低，衰耗值呈曲線(xiàn)上升。天線(xiàn)的作用就是用來(lái)收發(fā)信號(hào)的，天線(xiàn)布局不合理會(huì)影響信號(hào)的強(qiáng)弱。由于隧道內(nèi)電波傳播的特殊性，可能會(huì)因?yàn)樘炀€(xiàn)的分布不合理、頻點(diǎn)設(shè)置不科學(xué)，造成系統(tǒng)的同頻干擾、互調(diào)干擾等，從而影響車(chē)地信號(hào)的傳輸。

2 提高地鐵無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)抗干擾能力的措施

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

為了提高無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)的抗干擾能力，可以選擇具有較強(qiáng)方向性和旁瓣較少的定向天線(xiàn)，這樣就可以降低干擾，提高無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的信號(hào)接收能力，也可以增加無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的功率，提高信號(hào)的覆蓋場(chǎng)強(qiáng)。此外，還可以使用跳頻技術(shù)。當(dāng)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(jìn)行通信，同時(shí)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(hào)實(shí)施監(jiān)控。當(dāng)發(fā)現(xiàn)干擾源時(shí)，它便可以利用跳頻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，將其調(diào)整到空閑的信道進(jìn)行通信，這樣就可以降低信號(hào)干擾因素的影響。調(diào)頻技術(shù)雖然能夠降低同頻干擾對(duì)無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的影響，但是其本身的特點(diǎn)決定了它無(wú)法從根本上避免同頻干擾問(wèn)題。

2.2 選擇合適的濾波器

濾波器是針對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)干擾設(shè)計(jì)的一款設(shè)備，其作用在于消除干擾。通過(guò)它的過(guò)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(jìn)行過(guò)濾，這樣就能達(dá)到消除特定頻率之外頻率的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種濾波器開(kāi)始出現(xiàn)，在地鐵無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中可以考慮采用濾波器。

2.3 合理布局天線(xiàn)位置

合理地布局天線(xiàn)能夠改善或增強(qiáng)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的信號(hào)，降低干擾。為了確保信息傳輸?shù)目煽啃裕仨氁M(jìn)行詳細(xì)的上下行鏈路計(jì)算，重點(diǎn)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(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)接收強(qiáng)度滿(mǎn)足車(chē)地信息傳輸需求，并應(yīng)考慮一定的冗余覆蓋。同時(shí)，在進(jìn)行鏈路計(jì)算時(shí)，不僅要考慮每個(gè)（無(wú)線(xiàn)）訪(fǎng)問(wèn)接入點(diǎn)（AP）之間移交點(diǎn)的信號(hào)（2個(gè)AP正中間位置），還應(yīng)考慮相隔AP之間移交點(diǎn)的信號(hào)（下一個(gè)AP位置），確保在某個(gè)AP出現(xiàn)故障的情況下鏈路計(jì)算仍能滿(mǎn)足車(chē)地信息傳輸需求，以確保行車(chē)安全。當(dāng)然，在進(jìn)行頻點(diǎn)設(shè)置時(shí)，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(qiáng)電磁干擾控制

加強(qiáng)電磁干擾控制的途徑有2個(gè)：①可以選擇性能較好的電機(jī)。這是因?yàn)殡姍C(jī)的頻率要低于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的頻率，這樣才不會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)造成較大的影響。②要加強(qiáng)電源供電時(shí)的干擾控制。具體操作時(shí)，可以在電源部分使用濾波器或薄膜合金技術(shù)，當(dāng)然，也可以對(duì)信號(hào)源進(jìn)行處理，這樣就可以提高相位噪聲，降低對(duì)頻率的干擾。endprint

2.5 實(shí)現(xiàn)頻段專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用化

為了進(jìn)一步保障地鐵CBTC無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的安全，未來(lái)可以逐步采用專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信頻段，這是其安全運(yùn)行的有效保障。特別是隨著各地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市軌道建設(shè)將進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期，地鐵建設(shè)也必將進(jìn)入一個(gè)發(fā)展的新時(shí)期。地鐵CBTC無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)應(yīng)該采用專(zhuān)用頻段，這樣就可以避免其他信號(hào)源在該頻段對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)造成干擾，保證地鐵車(chē)地?zé)o線(xiàn)信息的傳輸安全，從而保證地鐵安全運(yùn)行。

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

在未來(lái)，隨著地鐵運(yùn)行效率的不斷提高和新技術(shù)的應(yīng)用，地鐵的無(wú)線(xiàn)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(yùn)行的情況下還可以進(jìn)行準(zhǔn)確的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，以滿(mǎn)足區(qū)間通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。?dāng)然，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步革新，將會(huì)出現(xiàn)新的無(wú)線(xiàn)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(diǎn)，其數(shù)據(jù)傳輸效率較高，能夠分組進(jìn)行傳送，這樣可以在最大程度上保證信號(hào)的安全性，提高信號(hào)的可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

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(wèn)題開(kāi)始引起人們的廣泛重視。地鐵采用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)運(yùn)行的性質(zhì)決定了必須要提高無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的安全性，盡量避免運(yùn)行中可能出現(xiàn)的信號(hào)干擾。這就要求相關(guān)人員加大對(duì)信號(hào)干擾源的研究，準(zhǔn)確地分析產(chǎn)生干擾的信號(hào)源，并采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施進(jìn)行改善，盡量減少信號(hào)干擾，從而為無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行創(chuàng)造條件，保證地鐵的安全運(yùn)行，保證人民群眾的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)國(guó)俊.談地鐵專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化[J].鐵道通信信號(hào)，2012（09）.

[2]李海濤.鐵無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)干擾分析及抗擾措施的探討[J].中國(guó)新通信，2013（15）.

[3]石啟林.基于公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)調(diào)度指揮系統(tǒng)可行性研究[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2012（03）.

〔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