城市軌道交通無線通信系統(tǒng)研究

導(dǎo)語：城市軌道交通無線通信系統(tǒng)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】近年來，隨著公共交通的快速發(fā)展，城市軌道交通逐漸成為緩解城市交通擁堵的重要方式。無線通信技術(shù)在城市軌道交通中發(fā)揮了越來越重要的作用，如保障列車安全、準(zhǔn)點運行。保證乘客乘車安全離不開無線通信系統(tǒng)的正常工作，所以抗干擾問題成為無線通信系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題。基于此，論文就可能對無線通信系統(tǒng)造成干擾的干擾源進(jìn)行了分析，并列舉了幾種解決該干擾的方法，并對這些方法進(jìn)行簡單介紹。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；無線通信系統(tǒng)；抗干擾

1城市軌道交通無線通信系統(tǒng)概況

為解決城市道路交通擁堵的問題，許多城市都將城市軌道交通建設(shè)作為解決問題的關(guān)鍵，對于當(dāng)今各個城市的軌道交通規(guī)劃和建設(shè)，會大面積應(yīng)用無線通信技術(shù)。城市軌道交通中會有多個無線通信系統(tǒng)，如常見的PIS車地?zé)o線通信系統(tǒng)和CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)，車地?zé)o線通信系統(tǒng)是整個城市軌道交通中的重中之重，車地?zé)o線通信系統(tǒng)的正常工作是保證列車安全運行的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的工作質(zhì)量也決定著整條線路的運營水平。所以面對復(fù)雜的無線通信系統(tǒng)環(huán)境，通過各種調(diào)試、建設(shè)的經(jīng)驗，找出并分析無線系統(tǒng)之間的干擾是很重要的。針對形成的干擾，要采取恰當(dāng)?shù)姆绞絹斫鉀Q問題，提高無線通信系統(tǒng)的質(zhì)量、提高數(shù)據(jù)的傳送速度，這樣才能提升無線通信系統(tǒng)整體的抗干擾能力。

2無線通信系統(tǒng)的干擾源

當(dāng)前，無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用使城市軌道交通無線通信系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，會對通信系統(tǒng)造成干擾的因素也多種多樣，以下分別對城市軌道交通無線通信系統(tǒng)內(nèi)部和外部進(jìn)行干擾分析。

2.1內(nèi)部干擾

由上文可知，在城市軌道交通無線通信系統(tǒng)中還包含多個無線通信系統(tǒng)，它們之間互相影響就容易產(chǎn)生同頻、鄰頻干擾。設(shè)計無線通信系統(tǒng)時，為增加頻率的利用率和系統(tǒng)容量，經(jīng)常采用頻率復(fù)用技術(shù)，即在一定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，存在著許多使用同一頻率的小區(qū)，稱為同頻小區(qū)，而同頻小區(qū)之間的干擾就叫做同頻干擾。同頻干擾的大小與同頻小區(qū)的間隔有關(guān)，同頻小區(qū)離得越近，同頻干擾就越大，但頻率利用率就越高。所以在處理頻率分配時要同時考慮頻率利用率和同頻干擾。鄰頻干擾就是相鄰頻率之間的干擾，一般信道間的頻率間隔設(shè)置得都非常小，以達(dá)到提高頻譜利用率的目的。例如，軌道交通專用頻段1.8GHz，緊鄰民用通信頻段，極容易對專用頻段造成干擾，進(jìn)而影響軌道線路的正常運營。

2.2外部干擾

當(dāng)列車在隧道內(nèi)運行時，信號會在隧道墻壁、列車表面上反射，電磁波各分量通過不同路徑到達(dá)接收端的時間不同，造成干擾，也成為多徑干擾。除此之外，在手持路由器盛行的時代，如果使用手持路由器的乘客很多，就容易造成同頻干擾。這種事故在當(dāng)時時有發(fā)生，其根本原因就是列車CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)被外界干擾，干擾造成列車緊急制動，造成列車延誤，耽誤乘客的時間，影響線路正常運營。當(dāng)前，大功率路由器、藍(lán)牙等軌道交通無線通信系統(tǒng)之外的無線通信設(shè)備所產(chǎn)生的信號，也會對城市軌道交通通信系統(tǒng)造成干擾。

3無線通信系統(tǒng)干擾的解決辦法

3.1使用波導(dǎo)管

波導(dǎo)管是一種用來傳輸超高頻電磁波的內(nèi)壁光潔的空心金屬管或內(nèi)部鍍金屬的非金屬導(dǎo)管，常見的有矩形波導(dǎo)管、圓形波導(dǎo)管，其內(nèi)徑大小由波導(dǎo)管所傳輸信號的波長決定。波導(dǎo)管可分為普通波導(dǎo)管和裂縫波導(dǎo)管，根據(jù)使用范圍和安裝地點選擇安裝不同波導(dǎo)管。例如，在地鐵線路的列車控制系統(tǒng)中，使用的是裂縫波導(dǎo)管。相比于同樣在地鐵信號系統(tǒng)中常見的漏泄電纜，裂縫波導(dǎo)管的傳輸帶寬更寬、傳輸損耗更小，極大地減少了電磁波在傳輸過程中的損耗，使電磁波順利傳輸。在城市軌道交通信號系統(tǒng)中，大多采用基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC），車地?zé)o線通信系統(tǒng)的正常工作，是保證列車安全運行和乘客人身安全的關(guān)鍵，要求系統(tǒng)具有過硬的抗干擾能力，裂縫波導(dǎo)管技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，波導(dǎo)管需根據(jù)要求鋪設(shè)在地面鋼軌的中間或者軌道一旁，車載天線與波導(dǎo)管垂直，這也減少了一定的干擾。不只是在列車的車地?zé)o線通信系統(tǒng)中，在一些同站臺換乘車站等電磁干擾強的地段，也可以使用波導(dǎo)管技術(shù)來增強無線通信系統(tǒng)的抗干擾性能。

3.2同頻干擾控制

在當(dāng)前的城市軌道交通中，CBTC系統(tǒng)是最常見的信號系統(tǒng)，該信號系統(tǒng)中的車地?zé)o線通信技術(shù)通常采用2.4GHz無線頻段，這就造成其他在2.4GHz頻段工作的通信系統(tǒng)和設(shè)備會對CBTC信號系統(tǒng)造成干擾。2012年深圳地鐵就曾因為信號干擾造成列車被逼停。為車地?zé)o線通信系統(tǒng)申請專用頻段，是解決這種問題的一種方法。通過申請2.4GHz以外的頻段，不過這需要對新頻段進(jìn)行深入研究。例如，提供專用頻段設(shè)備的供應(yīng)商數(shù)量較少、設(shè)備費用較高、維護(hù)成本也會相應(yīng)增加，新頻段的使用申請過程也相對煩瑣，而且還需要進(jìn)行大量的測試，以此來判斷新頻段是否適合用于無線通信系統(tǒng)。在同站臺換乘車站，物理空間相對開放，可通過在無線通信系統(tǒng)的頻點上進(jìn)行區(qū)分，在不同的線路上使用不同頻點的信號制式設(shè)備，或使用不同的通信方式，如漏泄電纜、裂縫波導(dǎo)管等，減少電磁波外泄和干擾，以此來減少不同線路之間不同信號系統(tǒng)的同頻干擾。使用擴頻技術(shù)也是一種解決方法。信號傳遞所占用的帶寬往往大于其所需的最小帶寬，在信號發(fā)端使用擴頻編碼進(jìn)行調(diào)制，并在接收端使用相關(guān)解調(diào)技術(shù)接收信號，這樣就可以為不同的系統(tǒng)分配不同的擴頻編碼，既可以區(qū)分不同的系統(tǒng)也可以防止干擾。跳頻擴頻和直序擴頻是2種常用的擴頻方法。跳頻擴頻（FHSS），采取移頻鍵控（FSK）調(diào)制方法，使載波頻率跳頻。例如，在CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)中，F(xiàn)HSS可以把系統(tǒng)使用頻段劃分為79個信道，每個信道帶寬為1MHz，3個信道同時發(fā)送，并且為了確定接收端與發(fā)送端接發(fā)的信道順序，二者必須使用相同的PN碼。跳頻擴頻技術(shù)最大的特點就是抗干擾能力強，由于可以使用2.4GHz頻段的無線通信系統(tǒng)很多，電磁環(huán)境很復(fù)雜，正是因為FHSS使載波頻率按偽隨機序列跳變，且序列種類也有很多種，有效地避免了車地?zé)o線通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)之間的干擾。直序擴頻（DSSS），利用高速率擴頻序列在發(fā)射端擴展信號頻譜，信號經(jīng)過發(fā)射端擴頻后，頻譜被擴展，根據(jù)香農(nóng)定理可知，信道容量一定，帶寬越寬，信噪比越低，信號甚至可以混在噪聲里，實現(xiàn)低信噪比傳輸，對同頻段其他通信系統(tǒng)的信號不會造成干擾，信號到達(dá)接收端通過與發(fā)射端相同的PN碼進(jìn)行解擴，同時，可以抑制與PN碼不相關(guān)的干擾信號，以此保證傳輸?shù)男盘栍休^強的抗干擾性能。

3.3解決多徑干擾

在當(dāng)今的無線通信系統(tǒng)中，正交分頻復(fù)用（OFDM）是解決多徑干擾的一種非常有效的辦法。正交分頻復(fù)用是一種多載波調(diào)制，其原理是將平時的信道分成若干個子信道，將平時高速串行的數(shù)據(jù)分成若干個并行的子數(shù)據(jù)，并讓子數(shù)據(jù)在子信道上并行低速傳輸。為防止OFDM中的符號間干擾，將OFDM中符號的尾部復(fù)制下來，插入符號的開始部分，這就叫做前綴循環(huán)。使用前綴循環(huán)作為保護(hù)間隔，保證保護(hù)間隔一直大于時延擴展，使子載波具有一定的正交性，盡可能避免碼間干擾，而且使用前綴循環(huán)作為保護(hù)間隔還可以解決多徑帶來的信道間干擾。

4結(jié)語

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，其在城市軌道交通方面的運用越來越廣泛，且系統(tǒng)所處電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜，為保證人民的出行安全，無線通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)是必須解決的一項大問題。文章分析了幾種在城市軌道交通中常見的電磁干擾，簡單分析了其產(chǎn)生原因，并針對性地提出了幾種解決方法。使用波導(dǎo)管是由于其傳輸帶寬更寬、傳輸損耗更小，可以有效地減少信號在傳輸過程中的干擾，并且可以使用在同站臺換乘等電磁環(huán)境復(fù)雜的地方。對于同頻干擾，可以考慮為系統(tǒng)申請2.4GHz以外的專用頻段，但這需要考慮申請時間以及設(shè)備購買和維護(hù)成本。除此之外，擴頻技術(shù)是解決同頻干擾的一種有效技術(shù)手段。多徑干擾可以使用OFDM和DSSS技術(shù)解決，而且在預(yù)算允許的情況下，DSSS的RAKE接收技術(shù)巧妙利用了多徑干擾的不利之處，轉(zhuǎn)換成利處，這也是一種有效手段。無線通信系統(tǒng)的干擾時時刻刻都存在著，需要人們不斷改進(jìn)抗干擾技術(shù)，保證城市軌道交通正常運行。

【參考文獻(xiàn)】

【1】朱光文.地鐵信號系統(tǒng)中車-地?zé)o線通信傳輸?shù)目垢蓴_研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2012(8):112-116.

【2】鄭俊鋒.合肥城市軌道交通1號線CBTC無線子系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究[J].城市軌道交通研究,2015,18(S2):9-13.

作者：范博銳 單位：同濟大學(xué)浙江學(xué)院