地铁信号系统中车地无线通信传输抗干扰分析

地铁信号系统中车地无线通信传输抗干扰分析

赵红

赵红

天津市地下铁道运营有限公司天津市300380

摘要：城市化的发展也带动了城市公共交通的快速发展，尤其是地铁轨道技术的不断进步。在地铁的实际应用中，无线通信信号的稳定与否直接影响到整个地铁的安全运行。对于地铁的安全性和稳定性而言，由于环境特殊性的影响，这些信号在实际使用中往往得不到很好的保证，这在一定程度上影响了数据传输的准确性和可靠性。因此，迫切需要探讨如何运用技术手段来提高信号的抗干扰能力。

关键词：地铁；信号系统；车地；无线通信；传输；抗干扰

引言

随着国内经济建设的不断发展，各个城市地铁建设的步伐也在不断加快。信号系统作为控制列车运行的关键系统，其安全越来越被人们所高度重视。与传统固定闭塞、准移动闭塞相比，基于无线通信的移动闭塞CBTC信号系统通过其部署在列车以及轨旁的无线设备，有效地实现了车-地间连续的双向通信，使控制中心可以根据列车实时的速度和位置，动态计算和调整列车的最大制动距离，缩短行车间隔，从而更为有效地提高运营效率和进一步确保列车的运行安全。CBTC信号系统的高安全性和高可靠性，使得信号系统在任何情况下均不允许出现系统故障。作为信号关键子系统的车-地无线通信传输子系统，其安全性和可靠性同样也成为了不容忽视的内容之一。

1无线通讯网络概念

无线通信网络指的就是利用网络手段，实现双方的无线交流传输。发展历程经过了模拟化到数字化的这一阶段，现在市场上比较常见的一些通信模式有：GSM网络；无线通信网络中的基站子系统BSS；网络子系统NSS；操作支持系统OSS以及移动台MS，下文所涉及的内容就是无线通讯网络技术的抗干扰性分析。

2信号干扰对于无线通信的影响

2.1自身干扰因素

地铁信号系统中车地无线双向通信传输的自身干扰因素主要由通信网络系统产生。根据其干扰频率的范围又可以将自身干扰分为同频干扰和邻频干扰两种类型。自身同频干扰由字面意思可以理解为网络通信系统的工作过程中不同通信设备在同一频段上产生的互相干扰，由于车地无线双向通信网络在设置无线网络终端时，同一信道由不同的无线终端覆盖，终端之间覆盖范围的互相重叠会给设备产生很强的同频干扰，不利于通信网络的正常运行。自身邻频干扰即指网络通信系统的工作过程中通信设备在不同信道上设备之间产生的信号干扰。例如在2．4GHz的ISM频段的13个信道中选择相距较近的信道，其产生的频率重叠便会产生较高的邻频信号干扰。除此之外，即使选择发射频率不同的信道，由于无线设备发射的信号强度是逐渐减弱的，信道之间的信号频率之间还会产生邻频干扰，这两种干扰对车地无线双向通信传输产生显著的影响。

2.2外部干扰因素

车地无线双向通信网络的外部干扰因素主要由地铁信号系统的通信网络之外的无线设备引起，比如无线路由器、手机无线网络设备等，这些无线网络设备的逐渐普及，尤其是手机无线路由器的应用，它可以将移动3G信号通过调试转换为WiFi信号，方便人们的使用和操作。然而，由于其信号的发射频率与地铁无线通信的信号频段相同，均为2．4GHz，因此同频段产生的信号干扰对地铁信号的传输工作带来了极大阻碍。比如深圳市部分地铁集团发布通告称由于地铁信号系统受到部分乘客所携带的3G无线路由器的信号干扰，不利于列车的安全运行，因此，排除干扰因素迫在眉睫。

3车地无线通信传输中干扰源及相应的安全保护措施

3.1排除自身干扰因素的措施

随机误差产生的干扰车载通信系统，这一点是不可避免的，但可以减少和削弱，如果想消除干扰因素，相关部门需要有一定的技术手段和方法，通过合理的规划排除车地无线通信传输中其自身的干扰因素。如果在现实的传播中出现了此类问题，就一定要遵循合理的科学手段和要求，一定要选择一些合理，距离较远的信道进行控制，如选择1，6，13这3个信道，就可以很好的避开一些繁琐的问题。与此同时，采用一些合理的调频技术，也有助于提高系统的抗干扰能力。

3.2设备环境

一个无线发射器的自然环境如果不好，那么后期再多的维护和保养，也无法大幅度的提高一个基站的使用寿命，更加不用说减少设备发生故障的几率，所以对一个基站来说，使用的环境一定是最为重要的，首先一定要保持周围环境的干净整洁，其次要避免一些潮湿的地区，尤其是一些酸碱度比较高的地区，这些设备一定要避免在以上地区出现，同时也一定要保障无线发射设备的供电稳定性，一定要有备用的电源，一旦发生断电的现象，就一定要及时供应；最后就是要和当地的维修站点和物业处理好关系，只有这样，后期人们才会第一时间的帮助抢修。

3.3同站台换乘频率干扰的安全防范

对于同站台换乘的车站，由于物理空间的相对开敞，使得对同站台换乘信号频率存在一定的干扰，通常可采取以下措施减少和防范干扰。（1）在信号系统无线通信的频点上进行区分，即本线和相邻线使用不同频点的信号制式设备。如5GHz以上的频段。因5GHz以上的频段的独立信道数量比2.4GHz的要多很多，在频点使用上灵活性要大大的增加。（2）如各线无线系统用户采用同频段（如ISM频段）时，亦可采取以下措施以尽量减少相互间的干扰。①选择不同极化方向天线，垂直极化无线电波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化无线电波要用具有水平极化特性的天线来接收。当微波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中都要产生极化损失，通常都不能有效地通信。因此，若本线信号用垂直极化天线，其他线就用水平极化天线。②采用带冲突避免的载波侦听多址协议。为了将相同频道和交叠频道干扰的影响降至最低，IEEE802.11标准定义并应用了带冲突避免的载波侦听多址协议（CSMA/CA），该协议为每个接入点和客户端定义了“传输前先侦听”的顺序。CSMA/CA强制规定在连续2次帧发送之间，介质上必须要有一段退避间隔。在发送数据前，应检测介质上是否有其他工作站正在发送数据。若介质空闲则工作站就可以发送数据。如果介质检测表明处于忙状态时，工作站将推迟其数据发送，直至当前帧发送完毕。这样就保证了两线信号系统数据包的有序发送和接收。

3.4多径效应的安全防范

多径效应使得车-地信息传输的信号产生衰落失真，最终造成通信的不稳定。采用正交频分复用等技术，利用多子载波交织冗余同时传递数据。在传输的过程中，即使某个子载波出现频率偏移或者干扰，甚至丢失此载波所有数据。但接收端通过子载波的联合编码，可恢复出丢失子载波数据，达到子信道间的频率分集的作用，OFDM技术增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力，因此具有良好抗多径效应能力。

结语

城市化的发展使得城市公共交通也得到了很好的发展，尤其是地铁轨道技术在不断进步。在地铁的实际使用中，无线通讯信号是否稳定将直接影响到整个地铁的安全运行，地铁的安全性和稳定性，无线通信网络指的就是利用网络手段，实现双方的无限交流传输。发展历程经过了模拟化到数字化的这一阶段，对于目前我国地铁线路无线通信的发展有很大帮助，所以，笔者针对这一问题和现象展开阐述，从而推动交通运输行业的持续发展。

参考文献：

［1］李春．城市轨道交通基于通信的列车控制系统车地无线通信优化方［J］．城市轨道交通研究，2015（6）：251－252．

［2］吴招锋，周俊林，林必毅．地铁无线通信技术的研究［J］．现代城市轨道交通，2015（3）：133－134．