再谈轨道交通2.4G和5.8G频段与Wi―Fi干扰问题

【摘要】在国内轨道交通行业，曾经出现过地铁列车被Wi-Fi逼停事件，之后媒体一片呼声，众说纷纭，有人认为地铁使用Wi-Fi免费频点是为了省钱，有人认为地铁设计者当初缺乏长远规划，没有使用需要付费的5.8G频段。本文作者通过对2.4G和5.8G频段及Wi-Fi技术的基本概念分析，结合对国内管理部门颁布的与这两个频段相关的政策性解读，清晰地论述了2.4G和5.8G频段与Wi-Fi使用频点之间的相互关系及发生干扰的机理，明确地表达了如果没有相关管理部门的统一规划，无论地铁车地通信系统使用2.4G或5.8G频段中的哪一个频段，无论免费与付费，都会发生Wi-Fi干扰地铁列车的情况。针对这种情况，作者也依据自己在地铁行业从业多年的经验，给出了避免Wi-Fi干扰地铁列车车地通信系统的几点建议，对地铁规划设计和建设及既有线路的安全运营都具有一定的参考意义和价值。

【关键词】ISM频段；CBTC；MiFi；Wi-Fi干扰

1.2.4G、5.8G频段频道分配的基本情况

2.4G频段和5.8G频段均属于ISM频段范围，与Wi-Fi共处于一个频段范围内。ISM频段是由ITU-R（International Telecommu-nications Union-Radiocommunication Sectorv，国际电信联盟无线电通信部门）定义的。此频段主要是开放给工业、科学、医学（Industrial、Scientific、Medical）三个主要机构使用，简称ISM频段。该频段属于免费使用，无需授权许可（Free License），只需要遵守一定的发射功率，并且不要对其它频段造成干扰即可。ISM频段在各国的规定并不统一，表1归纳总结了与我国密切相关的ISM频段的信道分配情况及国家相关使用政策。

2.轨道交通行业使用2.4G和5.8G频段的情况

众所周知，轨道交通行业内基于通信的列车控制系统（列车车-地之间的通信，简称CBTC-Communication-Based Train Control）和乘客信息显示系统（简称PIDS-Passenger Information Displayed System）的车-地之间通信，还有部分城市轨道交通的屏蔽门控制系统均使用了基于802.11b/g标准的无线局域网技术。其实现车-地通信的方式是通过在地铁线路轨旁相隔一定距离重复建设无线AP来实施。CBTC系统的无线AP在轨旁的间隔距离约为300-500米，PIDS系统的无线AP在轨旁的间隔距离约为150-200米（以使用2.4G频段为例）。这种建设方式的优势是基于802.11b/g标准的无线局域网技术，其技术成熟度高，而采用AP接入具有成本较低、通信带宽高、可部分使用商用设备、安装调试方案灵活和施工时间短等优点。例如：北京地铁4号线，10号线；深圳地铁蛇口线、环中线和龙岗线；上海地铁6号线到11号线；广州地铁4、5、6号线、广佛线和APM线等的CBTC系统均使用了基于2.4G频段802.11b/g技术标准；广州地铁所有线路的PIDS系统、1号线的屏蔽门系统也使用了相同的技术。

由于5.8G频段开放的时间比较短，而能完善支持5.8G的协议还比较少（802.11a或私有协议），相对2.4G频段来说，成熟的商用设备也比较少，从而导致应用在轨道交通或大型工程上的案例还较少。据了解，深圳地铁龙华线的CBTC系统使用了5.8G频段。

3.地铁列车受到干扰的原因分析

地铁线路在建设规划阶段，已经按照2.4G频段的三个互不重叠的频点（1、6、11）进行了频率规划，不会形成本系统内的相互干扰。但是，按照IEEE802.11的规定，目前市场上大部分的无线路由器，部分医疗设备（例如微波治疗仪等）均工作在ISM频段，并且以802.11b/g为标准的产品占了主流，而802.11b/g均工作在2.4G频段，一旦这些设备接近地铁线路，必然会发生频道的重复或交叉，同频干扰和邻频干扰也就必然会发生。

3.1 地下线路受到干扰的原因分析

随着3G的发展，为了随时随地享受到3G无线网络带来的便利，MiFi产品（简称“个人热点”，是一个便携式宽带无线装置）大量上市。通过对市场的调查，发现该产品的无线传输标准为IEEE802.11b/g/n，工作在2.4G频段和5.8G频段。就目前市场情况看，工作在2.4G频段的产品占了主流，随着今后的发展，预计5.8G的产品也会越来越多。由于该产品的便利性，使得人们可以随时随地将它带入办公室、地铁列车、高铁、咖啡馆等一切人类可以到达的地方。一旦将它带入地铁列车，它使用的频点与地铁CBTC系统或PIDS系统使用的频点发生重复的可能性就不可避免，其发射出的2.4GHz频段信号可能覆盖该频段的所有信道，极容易对地铁现有2.4GHz无线通信网络造成同频或邻频干扰。这就必然会形成对地铁CBTC系统、PIDS系统和屏蔽门系统的干扰。对CBTC系统而言，会导致地铁列车信号系统故障，表现出来的现象是紧急制动或停车；对PIDS系统来说，会表现出来列车无法正常显示PIDS视频信息，控制中心无法观看列车内的视频监控图像；对屏蔽门系统而言，屏蔽门无法正常开闭。

3.2 地面线路受到干扰的原因分析

相比于地下线路，地面线路受到的干扰因素会更多，这是由于地面线路会穿越于城市中的高楼大厦之中或郊区的空旷地域中。地面线路沿线分布着许多公办室、住宅楼、医院、厂房等。在这些楼宇里，会有无线AP，各种家用电器、医疗设备等存在。其中，无线AP还好，由于其产品标准限制了其发射功率的最大值，加之不像在地下线路车厢中的MiFi那样距离地铁设备那么近，因此无线AP的干扰会相对较小。但是家用电器的微波炉、医疗设备（例如微波功率治疗仪）的功率却很大（最大可到100W），其工作频率为2.4G频段，它们会对地铁线路的轨旁无线设备形成较大的干扰，这已经是被证明的事实。

3.3 5.8G频段受到干扰的原因分析

2012年8月至11月，深圳地铁2号线、5号线发生多列列车因无线信号干扰而紧急制动的事件，这给地铁运营安全带来极大的风险。在经过认真分析和总结后，国际国内专家一致认为，工作于2.4G频段的无线AP、MiFi、医疗设备微波治疗仪等是造成干扰的元凶。于是，许多媒体和社会人士建议地铁建设者不要再节约那一点点频率使用费，应该避开频率拥挤的2.4G免费频段，转而去使用需要付费的5.8G频段。那么，5.8G频段真的干净吗？是否使用了5.8G付费频段，就可以使地铁列车不受干扰而一劳永逸呢？

通过表1：《ISM频段信道分配及中国国家标准一览表》可以看出，在我国5.8G（5.725-5.850GHz）频段有5个信道可以使用，按照【工信部无[2002]277号】文《关于使用5.8GHz频段频率事宜的通知》中的相关规定，该频段是点对点或点对多点扩频通信系统、高速无线局域网、宽带无线接入系统、蓝牙技术设备及车辆无线自动识别系统等无线电台站的共用频段，原则上用于公众网无线接入通信，运营企业只要取得相应的基础电信业务经营许可即可。

由上述可见，国家对该频段也没有统一的分配，文中并没有指定该频段中的哪些频点给轨道交通行业专用，哪些频点给其它业务专用，因此各厂家之间的设备将会产生非常严重的干扰，会降低系统的可用性。

另外，依据IEEE802.11各标准的频段划分可知，采用IEE802.11a和IEE802.11n标准生产的产品都可以工作在5.8G频段，从目前的市场上看，各大电信运营商为争夺5.8G这个新的频段均推出了不同的产品，中国移动利用其网络无处不在的覆盖优势，推出了以5.8G频段上的WLAN技术为基础的“GPRS+WLAN无线数据业务捆绑方案”；中国联通在博鳌亚洲论坛实现了3G网络“HSPA+”全网覆盖方案，中国电信也推出了一项名为“天翼通”的方案并已经实施。

由上述可见，5.8G频段尽管需要取得许可经营证和付出频率使用费，但是，由于新频段的产品具有传输速率快，传输带宽高等的优势，用户的需求会催生越来越多新产品的上市，例如5.8G无线网桥，大区域覆盖的Wi-Fi无线基站，5.8G的数字微波设备等等。所以说，付费的5.8G频段并不能给地铁的无线网络带来一片“安静”的净土。

4.地铁列车避免受到干扰的建议

由上述分析可见，无论是免费的2.4G频段还是付费的5.8G频段，每个频段内完全不重复的频点数量都是有限的。在付费的5.8G频段，国家又没有统一分配各个行业使用的频点，这两个频段范围内的产品会越来越丰富，各个产品放在一起时相互之间产生同频和邻频干扰的可能性是非常大的，要想使得地铁中基于IEEE802.11b/g/n标准的无线局域网不受到外部和内部的干扰，笔者认为需要考虑以下几方面的内容，方可尽量减少地铁受到干扰的可能性。

4.1 在既有的地铁线路上引进新的无线局域网设备要谨慎进行

在既有的地铁线路上，有两种情况会遇到，一是向乘客开放3G网络，这会导致MiFi进入地铁列车，前面已经分析过，MiFi对地铁的CBTC和PIDS系统使用的无线局域网会形成干扰，但是否会导致列车产生紧急制动，影响到乘客的安全，这要看MiFi产品的技术指标是否符合国家规范，如果遇到以增加发射功率，达到以覆盖距离远为卖点的产品，这种可能性就会非常大。所以建议在地铁线路内，要谨慎开放电信运营商的3G或4G网络。第二种情况是地铁内部自建新的基于IEEE802.11/b/g/n的无线网络时，必须对原有的无线局域网络的频点规划非常清楚，新增加的无线网络使用的频点不能与原有的频点重复，并且一定要做好预建频点的干扰测试，以免干扰情况的发生。

4.2 呼吁国家无线电管理部门尽快出台轨道交通行业车地通信（CBTC）系统的专用无线频点

正如前面所分析的结果，2.4G频段一直是免费开放的，该频段有13个频点，其中只有三个频点是互不重复的频道。5.8G频段也只有5个频点可以使用，虽然需要付费和取得经营许可，但是【工信部无[2002]277号】文中并没有指定该频段中的哪些频点给地铁建设专用，哪些频点给其它业务专用，因此，无论采用那个频段作为轨道交通行业的CBTC系统或PIDS使用，同频干扰的可能性都是存在的。因此，建议轨道交通建设部门和政府相关职能管理部门呼吁国家无线电管理部门尽快出台轨道交通行业无线局域网接入系统的专用无线频点是唯一避免地铁列车受到干扰的简洁途径。

4.3 在新建地铁线路上，需要做好频率规划，合理布局和规划地铁线路上的无线网络

在国家没有指定分配给轨道交通行业使用的专用频点前，新建的地铁线路需要做好频率规划，合理布局和规划地铁线路上的无线网络，使得本系统之间不会产生干扰。

例如：在地铁隧道中，使用1、6、11频道做成链型小区，依次重复这样的链型小区实现整个隧道区间的覆盖。

4.4 在新建地铁线路上，地铁建设者应在无线接入网络设备技术选型上多下功夫，大胆创新

一是从技术上直接避开2.4G及5.8G这两个拥挤的频段，选用其它的车地无线通信接入方案。例如，郑州地铁采用的华为eLTE技术，具有Wi-Fi无线接入系统无法比拟的抗干扰能力，实现了150兆带宽的语音、图像、数据同步通信调度系统，允许列车速度从80公里到200公里运行，使得调度更具有准确性、快捷性。在建设上，原来的站点基本上200米一个，现在可以支持到一到两公里之间，降低了建设成本。二是即使采用了5.8G付费频段的频点，也要从其协议的抗干扰技术上多加考察和试验，以实际试验结果的好坏作为是否采用的准则。据了解，尽管目前能完善支持5.8G的协议还比较少，但是许多技术先进的公司在5.8G频段上，使用了自己开发的私有协议，以提高系统性能。某些公司的系统，已做到在120km/h的速度上仍能够获得10M以上的带宽。

参考文献

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