浅析无线通信系统对无线CBTC的潜在干扰

摘要：鉴于地铁区间隧道内分布有民用通信系统（手机运营商）、PIS系统、专用无线通信系统以及信号系统CBTC模式下的AP天线车-地无线通信，将形成空间无线波的多阶互调干扰，对CBTC模式下的列车运行安全造成不良影响，为此，论文介绍了轨道交通中的几种无线通信系统，分析了它们对无线CBTC的潜在干扰，并提出了相应的解决方案，旨在确保信号系统的正常使用。

关键词：无线通信；无线CBTC；潜在干扰

中图分类号：TN92文献标识码： A 文章编号：

0 引言

随着地铁信号技术的发展，基于无线通信的列车控制系统（无线CBTC）已成为国内外地铁信号系统研究与应用的主流。与固定闭塞系统相比，无线CBTC系统在保证行车安全的情况下，最大限度地缩短了列车的行车间隔，提高了行车效率。目前，轨道交通中最常用的是采用WLAN技术来实现无线CBTC的，由于列车控制信号的传输是基于无线信道为传输通道的，因此，如何能在当前这种开放的无线环境下，甚至在今后越来越恶劣的无线电磁环境中，依然可以保证无线CBTC系统的安全、有效和可靠的运行，是我们必须要面对和解决的难题。

1.轨道交通无线通信系统介绍

1.1 基于 WLAN 的 CBTC 信号系统

这种列车自动控制系统是一种基于无线通信的系统，可以实现快速的车地（列车与地面）之间的双向通信，容易实现移动自动闭塞系统。目前国内轨道交通项目中的CBTC系统采用的WLAN技术一般基于802.11b或802.11g标准，工作频段为2.4GHz。

1.2 基于 WLAN 的 PIS 系统

PIS 系统（Passenger information system）是向乘客提供信息服务的系统，它依托多媒体网络技术，核心是计算机系统，媒介为车站和车载显示终端。它既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，又可以播放重要新闻、天气预报、广告等资讯。

PIS 系统还可以通过车地无线网，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。

1.3 Wi-Fi

Wi-Fi（WirelessFidelity）无线保真技术，该技术使用的是2.4GHz附近的频段，最高带宽为11Mb/s，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5、2和1 Mb/s，带宽的自动调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性，同时也与已有的各种802.11DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum直接序列扩频）设备兼容。其主要特性为速度快，可靠性高，在开发性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76～122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网成本更低。

目前，在深圳地铁1号线实现的无线宽带网络，使得列车无论在站台位置还是高速运行中，都可以在地面与列车之间实现清晰的数字视频流实时播放、控制中心对车厢内的情况观察、列车火灾报警信息实时上传等功能。

1.4 PDT

PDT(PoliceDigitalTrunking)警用数字集群通信系统采用TDMA时分多址方式，4FSK调制方式，大区制覆盖，全数字语音编码和信道编码，具有灵活的组网能力和数字加密能力；拥有开放的互联协议，能够实现不同厂家系统之间的互联和与MPT-1327模拟集群通信系统的互联。它保证了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，也为市民的出行、轨道交通列车的运行提供了有力的安全保障。

2 轨道交通无线系统的干扰分析

2.1 PIS 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。

表 1 PIS 和 CBTC 车地无线网络要求的对比

由于轨道交通中信号系统的特殊性和重要性，PIS 系统需要避免与信号系统的冲突。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（需要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，远离了信号系统的2.4GHz频段，不会对信号系统产生干扰，同时也减少了与信号系统的接口问题，便于工程的实施。它的缺点是5.8GHz的频段需要向无线电管理委员会申请许可，每年需要交纳一定的频率使用费。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。

2.2 无线公众通信网与CBTC系统的潜在干扰

地铁隧道环境中可能对CBTC系统的2.4GHz WLAN网络产生干扰的无线公众通信网主要有以下几种:

第一，民用无线系统: 地铁隧道环境中民用无线系统主要有位于 900/1800 MHz 频段的GSM、1900MHz频段的CDMA系统、2010～2025 MHz频段的TD－SCDMA系统以及1940～2145 MHz频段的WCDMA系统。这些系统对2.4GHz频段基本上不会产生干扰。

第二，个人无线设备( 如蓝牙无线信号) : 乘客个人蓝牙无线信号的功率在地铁隧道环境中非常小，因此对CBTC的影响可以忽略不计。

第三，其它隧道设备的电磁干扰: 隧道环境复杂，设备多（如CCTV、基于Wi-Fi AP的无线局域网、带蓝牙和Wi-Fi无线接口的个人数字助理等）不可避免会对无线CBTC系统产生一定的电磁干扰。

2.3 其它轨道交通无线系统与 CBTC 系统的潜在干扰

其它一些轨道交通无线系统的频段间隔较大，如公安的800MHz/350 MHz模拟集群系统、350MHz PDT系统等，并且CBTC 系统也不会被其多阶互调或者谐波所干扰。

3 相应的解决方案

解决轨道交通中无线系统对CBTC系统的潜在干扰问题，可以从减少干扰和抗干扰两个方面着手。

3.1 减少干扰

错频使用原则。国内规定可以使用的2.4GHz频段上只有3个不重叠的频点。系统工作在这三个频点上时，相互之间没有干扰可以同时运行。为避免相邻AP之间无线信号的同频干扰，提高无线系统整体性能，构建CBTC无线系统时应采用按相邻AP设置不同信道的原则，即CBTC系统必须使用3个不重叠的频点中的2个频点，而PIS系统使用剩余的那个频点。或者PIS系统采用5.8GHz频段。

行政管理审批原则。政府有关部门要加强无线公众通信网的建设管理，尤其对几家电信运营商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。

其它技术支持。对多频合路器加装滤波装置，从发送端滤除落在某些特殊频段（例如落在2.4GHz频段）的多阶互调干扰信号；降低各手机运营商基站的发射功率；采用具有一定高增益性的定向天线；将区间隧道的无线接入点安装在金属箱内，可以有效屏蔽区间隧道内强电系统设备对 PIS 和CBTC无线系统设备产生的电磁干扰。

3.2 抗干扰

承载CBTC应用的无线系统应该完全冗余配置，以确保系统可靠性和可用性的最大化；CBTC应用的无线系统应尽量专用，在无优先分级功能的情况下，不可为非安全性应用提供通信服务。

基于自由传播的天馈系统，轨旁设备应选择高增益定向天线，车载设备应选择定向天线；在条件具备情况下，狭窄隧道的无线覆盖和工作在2.4GHz频段的无线系统使用泄漏波导，发挥其较好的抗干扰能力。

建议无线CBTC系统采用5.8GHz频段。1）隧道环境中的无线传播质量较好；2）高增益平板天线的尺寸小于2.4GHz频段天线；3）更多信道可使用，而不会有重复（根据ETSI 301923，两个频段有19个信道，而2.4GHz频段只有3个非重叠信道）；4）在一定调制方案下，可为未来新的服务保留容量。

结论：无线通信系统对轨道交通的CBTC系统存在很多潜在的干扰，我们要正确认识这些干扰，并且从多方面降低或避免这些干扰，使无线通信系统更好的为我们服务。

参考文献：

1. 《城市轨道交通信号与通信系统》 吴汶麒

2. 《地铁PIS系统车地无线技术的探讨》 李佳，黄纯

3. 《基于通信的列车控制技术》 阿尔卡特交通自动化事业部

4. 《CBTC系统移动战略的实现》李羽翎