无线通信干扰分析

1前言

近年来，随着城市规模和经济建设的快速发展，我国大中型城市出现的道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱等现象，已严重影响城市的健康发展。因此，建设轨道交通成了解决交通问题的重要途径。随着无线通信技术的快速发展，轨道交通告别了以往红旗、哨子指挥车辆的年代，更为先进、高效的无线电通信系统承担了车辆控制和信息传输任务。为确保轨道交通运行安全，无线通信系统的运行安全问题就显得尤其重要。本文分析了轨道交通中无线通信系统的潜在干扰，并提出了相应的解决方案。

2轨道交通无线通信系统介绍

2.1基于WLAN的CBTC信号系统CBTC系统（CommunicationBasedTrainControlSystem）是一种基于无线通信的列车自动控制系统。它的优点是可以实现车地（列车与地面）之间的双向通信，并且传输速度快，容易实现移动自动闭塞系统。目前国内新建轨道交通项目中的CBTC系统多采用基于IEEE802.11的WLAN技术，且大部分是采用以无线AP(无线接入点)方式接入的组网结构，使用频段为2.4GHz或者5.8GHz（在实际应用中以2.4GHz频段为主）。图1为CBTC网络结构图。

2.2基于WLAN的PIS系统PIS系统（Passengerinformationsystem）是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统。它不仅可以向乘客播放列车到达预告、换乘信息等与乘车有关的信息，还可以播放重要新闻、天气预报、广告等资讯。利用车地无线网络，PIS系统还可以实现对列车的实时视频监视，将驾驶室和车厢内的监控画面实时传送到控制中心。这便于控制中心的工作人员及时了解司机的驾驶情况和乘客流量状况，从而提高了运营管理水平及安全管理能力。PIS系统多采用基于IEEE802.11的WLAN技术，使用频率为2.4GHz或者5.8GHz。图2为PIS系统网络

2.3轨道交通专用无线通信系统轨道交通专用无线通信系统为固定用户和移动用户、移动用户和移动用户之间的语音和数据信息交换提供可靠的通信手段，它对行车安全、提高运输效率和管理水平、改善服务质量提供了重要保证。同时，在轨道交通运营出现异常情况和有线通信出现故障时，该系统也能迅速提供防灾救援和事故处理等指挥所需要的通信手段。以浙江省宁波市为例，轨道交通采用了800MHz频段的TETRA数字集群调度系统。图3为轨道交通专用无线通信网络结构图。

2.4公安350MHz集群系统公安通信系统引入轨道交通之后，可以为公安部门在轨道交通内快速、准确、高效地执行安全保卫任务提供重要的通信手段和基础设施；为市民的出行、轨道交通列车的运行提供了有力的安全保障。以宁波市为例，宁波轨道交通结合宁波市公安无线网采用350MHz模拟集群的现状，在各地下站区设置无线分基站设备，在轨道交通公安分局设置无线调度台，在派出所及车站警务室也配备了相应的设备。图4为宁波市公安350MHz模拟集群网络结构。

2.5无线公众通信网目前，国内无线公众通信网主要有三家，分别是中国电信、中国移动和中国联通。由于手机2G、3G技术的推广使用，

2.6个人无线电设备在轨道交通系统内使用的个人无线电设备主要是手机、无线蓝牙和无线路由（Wi-Fi发射器）等，这些设备功率较小，覆盖范围也较小。

3轨道交通无线系统的干扰分析3.1PIS系统与CBTC系统间的潜在干扰PIS系统在轨道交通项目中的主要作用是提高服务质量，即使车地无线网络出现干扰问题甚至中断的情况，也不会影响行车安全。而CBTC系统作为轨道交通的安全控制系统，如果发生干扰、中断或者非法入侵的情况，都将直接影响列车的行驶安全。由此可见，CBTC系统对无线网络安全性和实时性的要求比PIS系统高很多。表1给出了PIS和CBTC车地无线网络系统在速度、安全性和实时性等方面的对比情况。由于轨道交通的信号系统特别重要，PIS系统需要避免与信号系统冲突。一般情况下，PIS会采用工作在5.8GHz频段的802.11a技术，也可以采用802.11b/g技术（与信号系统的频点错开使用）。目前这两种方式在轨道交通已建和在建的项目中均有使用。采用第一种方式，两个系统不会产生干扰，但成本较高；采用第二种方式，两个系统工作在同一个频段，虽然在设计时已经考虑了频点错开技术，但依然不可避免地会出现同频干扰。

3.2无线公众通信网与CBTC系统的潜在干扰基于无线AP通信技术的CBTC信号系统如果采用2.4GHz频段，那么轨道交通隧道内的无线公众网CMDA800、GSM900使用频率较低，且其多阶互调也不会对信号系统CBTC产生干扰。但无线公众网中的中国联通DCS1800、WCMDA，中国移动DCS1800和TD-SCDMA，所采用的频段和2.4GHz频段较为接近，根据理论计算，其三阶互调将落入CBTC所采用频段。其中，中国联通WCDMA与中国移动DCS所产生的三阶互调信号为2400MHz~2535MHz，中国联通WCMDA与中国联通DCS所产生的三阶互调信号为2370MHz~2510MHz，具体如表2所示。

3.3其他轨道交通无线系统与CBTC系统的潜在干扰轨道交通无线通信网、公安350MHz模拟集群的频段间隔较大，且其多阶互调或者谐波也不会干扰CBTC系统。此外，个人无线电设备主要是无线蓝牙和无线Wi-Fi，其使用频段恰为2.4GHz频段，理论上存在同频干扰的可能。但蓝牙和Wi-Fi使用功率小，且CBTC系统抗干扰性能较好，因此，个人无线电设备一般不会对CBTC系统产生干扰。

4相应的解决方案针对轨道交通中无线系统对CBTC系统的潜在干扰，可以从减少干扰和抗干扰两个方面制订解决方案。

4.1建设初期进行合理的频点规划在轨道交通项目的建设初期，应对无线频点进行合理规划，特别是应加强轨道交通自身系统的频率规划，如果采用基于无线AP通信技术的CBTC信号系统，就应该合理规避信号系统与PIS系统可能产生的无线干扰。由于2.4GHz是一个开放的ISM（企业、科学、医疗）频点，只要其无线接入点（AP）的发射功率及带外辐射满足相关规定的要求，则无须提出专门的申请。此外，基于2.4GHz的配套设备较多、技术成熟，运营维护成本低，同时考虑到信号系统传输的数据较少，因此建议信号CBTC系统采用2.4GHz频段。PIS系统是非安全系统，对传输数据的可靠性要求不是很高，即使信息完全中断也不会影响轨道交通系统的正常运营，丢失的数据包可以通过错误重传机制来补齐，以保证图像的连续性，因此建议PIS系统采用5.8GHz频段。

4.2加强无线公众通信网的管理对于无线公众网可能对轨道交通信号系统产生的干扰，建议从以下两方面加强管理。管理措施。建设单位作为轨道交通的所有者和管理者，除利用空间资源收取合理的租让费用外，还应对电信运营商、银行、商铺等加强组织管理，特别是对三家电信运营商进行统一规划，在轨道交通隧道空间内进行必要的整合，对整个网络及终端基站的设计进行审批。技术措施。公众通信无线信号在隧道内通过多频合路器发送、接收，所以应对多频合路器加装滤波装置，将落在某些特殊频段（例如落在2.4GHz频段）的多阶互调干扰信号从发送端滤除，同时应在确保轨道交通乘客手机通话质量的前提下，降低各手机运营商基站的发射功率。

4.3CBTC系统的技术处理选择合适的频道。我国2.4GHz采用13个频道，在对CBTC信号系统频段进行规划时，在保证主备频道无重叠、无干扰的前提下，考虑到边频的防护性较差，应尽量采用有缓冲余地的频道。提高信噪比，较低灵敏度。CBTC系统要避免三阶互调干扰，应在2.4GHz频段允许的范围内，提高AP天线发射功率，即将信噪比维持在一定值以上，以保证系统能够正常地接收信号。同时降低接收灵敏度：来自轨道方向的有用信号增强，来自干扰方向的信号减弱。提高CBTC系统抗干扰能力。CBTC无线系统要提高系统抗干扰能力，必须在系统设计阶段引入重复累积码和感知无线电技术，在系统运营阶段引入巡检机制。另外需采用加密措施，以保证传输信息的安全性、可靠性和可用性。