城市轨道交通CBTC干扰处理方法研究报告

摘要：随着无线技术的迅猛发展，基于通信的列车控制技术CBTC已成为轨道交通信号系统的关键技术。但是，由于列车控制信号的传输是基于自由空间无线信道为传输通道的，因此，如何在当前开放的无线环境下，保证无线CBTC系统安全、有效和可靠地运行，是我们必须要面对和解决的问题。 本文对CBTC系统的干扰源进行分析，并从频段选择、设备选用及运营维护等几方面分析，重点提出了一些解决CBTC无线干扰的思路和策略，本文是对当今城市轨道交通信号系统无线安全领域的一次探索，具有深刻现实的意义。

关键词：信号系统；CBTC；抗干扰

中图分类号： U45 文献标识码： A

1.CBTC的应用

随着计算机技术（computer）、通信技术（communication）和控制技术（control）的飞跃发展，传统的以轨道电路作为信息载体的列车控制系统逐步以利用3C技术为基础的“基于通信的列车控制系统”——CBTC所取代。

CBTC比之于传统的基于轨道电路的列车控制系统，有两个基本特点：

连续的、大容量的列车---轨旁双向数据通信技术。

不以轨道电路作为信息传输媒介，以应答器、计轴或其他形式能传送无线信号的装置作为降级的处理。

通信技术与控制技术的结合重新规划了城市轨道交通信号系统的结构与组成，为列车运行控制的未来发展开辟新的空间。目前国内CBTC的无线通信系统使用的2.4GHz ( 2.4 GHz～ 2.4835 GHz) 工作频段是国家规定的公用频段。此频段内，在限定发射功率指标下，无需申请批准就能使用，因此造成该频段应用业务和用户大量集中，潜在无线干扰普遍存在。

CBTC系统干扰源分析

便携式Wi-Fi

在信息高速发展的今天，利用移动终端随时随地实现无线上网（Wi-Fi）已逐渐成为人们生活中的必需品。通信运营商推出便携Wi-Fi设备（3G便携式段利用便携Wi-Fi实现无线上网）Wi-Fi无线上网亦采用2.4GHz开放频段，一旦引入地铁很可能会对CBTC无线传输系统带来干扰，从而严重影响地铁运营的安全性。

民用设备

地铁附近使用的微波医疗等设备会对地铁CBTC无线数据传输产生干扰，目前国内地铁曾经发生过类似医疗设备对CBTC系统干扰，从而对正常运营产生影响。

移动、电信运营商

移动、电信运营商的Wi-Fi系统引入地铁，在地铁内构建Wi-Fi公众使用的无线局移动域网，对车地数据传输产生干扰，一定程度上对列车正常运行产生影响。当然目前国内城市尚未全面无线覆盖，所以暂时地铁尚未引入Wi-Fi系统。

PIS系统。

PIS系统是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站显示终端和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统。无线的频段采用接入点（AP）天线作为和列车进行通信的手段，西安地铁2号线PIS系统采用5.8 GHz频段。

地铁线路间干扰

地铁形成线网后，换乘站（特别是同站台换乘）或者是联络线的同频干扰问题比较突出。因为两条线路的CBTC系统都采用相同的频段和信道，信号会相互渗漏，当渗漏的信号功率足够大时就会产生同频干扰。

不论是何种干扰源，也不论干扰源的功率大小，对地铁CBTC信号系统始终形成威胁，因此必须深入研究避免或者减少干扰的影响。

防止无线干扰的措施

CBTC 系统始终面对一个复杂的无线电磁环境，无线干扰是一个无法避免的问题，需要从以下3 个方面解决无线干扰对系统安全性的影响。

1． 在现行频段使用方式下，通过对性能指标参数的调整，完善优化无线技术，增强设备的抗干扰能力，适应更恶劣的环境要求。

2． 通过相应行政管理手段，为CBTC 无线通信系统设置专用频段，将使用公用频段引发的风险降到最低。但是存在频率规划和审批，以及在技术上和产品上能否取得设备厂商的支持等问题，需要进行详细研究和论证。

3. 城市轨道交通运营维护部门对地铁沿线的环境进行检测，通过周边环境制定相应的措施。

根据以上分析，以后在系统的选型、设计等方面可以从以下几方面深入考虑。

（1）双网双信道冗余设计

车-地无线通信网络采用双网冗余覆盖方案，沿线部署2 套完全独立的WLAN 无线网络，2 个网络分别使用信道1 ( 2401～2423 MHz) 和信道11 ( 2446～2468 MHz) ，2 个无线网络完全隔离，互为冗余。每列车车头与车尾安装2 套车载无线单元，分别接入轨旁2 个无线网络。2 个车-地无线通信网络并行工作，同步传递相同的数据报文，即使出现故障，单网通信中断，也不会影响数据报文的传输。

（2）跳频扩频设计

现有的WLAN技术，相对于直序扩频（DSSS），跳频扩频（FHSS）技术规避频率干扰的能力稍强于直序扩频技术，跳频技术具有更好的保密性和抗干扰性能。因此跳频技术具有带宽窄、功率谱密度高的特点，从而具有较强的抗干扰能力。此外跳频扩频技术是经由载波快速在不同频率中切换，并在接收与发射端使用一种虚拟随机的过程，所以可以很好的抵御外界同频干扰的问题。但是，由于它的信道不得大于1MHz，限制了它最大传输速度不能大于2Mbps。另外，FHSS必须在2.4GHz整个频段内周期性跳频，因此它也带来跳频上的开销。

（3）无线覆盖方式选择

采用合理的无线覆盖方式，有效增大有用信号强度，降低外界干扰信号强度，可以提高系统抗干扰能力。无线信号覆盖通常有3 种方式: 天线、漏泄同轴电缆和波导管。其中，车载天线使用定向天线，在保证自身设备场强覆盖要求下，降低覆盖范围; 而漏泄同轴电缆和波导管信号覆盖具有较强的方向性和较短的垂直覆盖距离，通过合理的布设可以有效减低外界干扰信号强度，提高系统的抗干扰能力。考虑到车厢内乘客使用设备的无线干扰，为了减少车厢内部无线漏油的干扰，可以考虑采取将车头、车尾与客室之间的隔板加装屏蔽措施，比如加装金属网格等，这样可以将便携式WiFi漏油器的干扰进一步屏蔽，减少了对CBTC系统的无线干扰。当然这种方式需要进行测试，对抗干扰的效果进行评定。

（4）城市轨道交通运营维护部门，也可以做以下工作，以减少无线干扰对行车产生的影响。

1）地铁维护部门根据无委的规定，定期对地铁内部环境进行检测，纳入设备维护管理的一部分内容。

2）考虑到车厢内乘客使用设备的无线干扰，为了减少车厢内部无线漏油的干扰，可以考虑采取将车头、车尾与客室之间的隔板加装屏蔽措施，比如加装金属网格等，这样可以将便携式WiFi漏油器的干扰进一步屏蔽，减少了对CBTC系统的无线干扰。当然这种方式需要进行测试，对抗干扰的效果进行评定。

3）使用频段环境清洁的5.8G频段

主要考虑5.8G频段相对2.4G频段来说，使用环境较为清洁，但是5.8G频段传输距离较短，无线覆盖范围较小，无线产品性能和无线场强覆盖方式都需要经过试验研究，以保证系统的可用性，满足CBTC 性能指标要求。

结束语

随着地铁建设事业的发展，越来越多的城市加入到地铁建设的大潮中，信号系统也由最初的固定闭塞发展到准移动闭塞、再到如今的移动闭塞系统，无线技术在地铁信号系统的应用标志着列车自动控制系统智能化程度进一步提高，同时随着无线设备在各行各业以及民用移动系统的普及，无线干扰问题对CBTC信号系统的威胁也日益突出。在这里提出这个问题，也是希望和同行们进行交流，以便大家探讨出较好的无线抗干扰措施。

参考文献

[1] 孙思南，轨道交通基于通信的列车控制无线系统干扰性研究[学士论文]，上海交通大学，2007.7

[2]林瑜筠.城市轨道交通信号（第二版）[M].北京.中国铁道出版社，2010.7.

[3]贾毓杰.城市轨道交通通信与信号[M].北京.机械工业出版社，2009.7

[4] 陈鼎鼎译.现代通信干扰原理与技术. 电子工业出版社