淺談地鐵信號系統無線通訊傳輸的抗干擾措施

（深圳地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518026）

淺談地鐵信號系統無線通訊傳輸的抗干擾措施

張赟昀

（深圳地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518026）

文章著重對無線通訊傳輸抗干擾技術中數據通訊的安全性進行分析，并通過對當前無線通信中遇到的幾種典型干擾源進行了介紹，針對性的提出了集中可行的防范措施。為地鐵信號無線通訊系統中的抗干擾技術發展提出了一些合理化的建議。

地鐵信號；無線通訊；數據傳輸；抗干擾

1 系統概述

在地鐵CBTC信號通訊系統中，車-地無線通訊子系統相對獨立，并且隨著信號系統的發展，該CBTC的子系統逐步轉變成了信號獨立組網，同之前的通信專業組網大為不同。該系統利用車載天線以及軌道旁無線AP將車同地面之間的信號連接起來，令車-地之間的信號形成了一個有機整體。該子系統的構成主要有：車載天線、無線AP、車載路由器、環網接入交換設備、網絡交換機以及服務器等。需要提到的是無線服務器同軌道旁無線AP之間的有效連接是通過光纜等設備因此被稱為地面有線網。此外車載頭尾通過光纜將信息冗余進行連接，因此被稱作車載有線網。而車-地之間的信息連接則通過自由波，因此被稱作無線網。

相對于無線網，有線網的技術成熟度以及安全度較高，因此在子系統中，數據的安全傳輸問題在車地無線網中相對較為集中。所以對其無線部分的數據傳輸安全性研究便成為了技術研究工作的核心內容，文章也主要針對此類問題進行了分析論述。

2 安全性需求

作為列車的狀態以及移動授權信息，車地的無線通訊直接影響了列車的形式安全以及運行效率。想要保證信號系統安全可靠、高效可行，該無線信息通信子系統需要滿足下述五點安全要求：第一，可用性高、可靠性高、安全性高；第二，數據在進行傳輸的實時性高；第三，信息在列車高速移動中的傳輸速率能夠滿足系統要求；第四，在信息傳輸過程中丟包率不能對系統有效性造成影響；最后，具備防止非法接入和無線攻擊的安全措施。

3 干擾源概述

目前的列車調度以及控制信息傳輸在CBTC系統中都是通過列車同軌道旁的無線網絡進行傳遞的，但是無線網絡相對于有線網絡開放性較強，因此容易受到外界信號源的干擾以及外界攻擊，因此無線信息的傳輸安全性成為了CBTC系統的最大問題。由于無線通訊系統中傳輸的信息均為控制和調度信息，因此信息的錯誤會導致嚴重的安全事故以及隱患，系統可用性會因此降低，是對列車運行安全的嚴重威脅。從目前所遇到的實際狀況分析，典型的干擾源有以下幾種：乘客信息系統對信號的干擾；站臺換乘信號的信號頻率干擾；乘客使用的電子設備產生的干擾；列車告訴移動產生的多普勒效應；隧道多徑效應以及開放空間中相同頻段、協議的設備物理干擾等。以下針對其中四種干擾影響較大的干擾源提出了相關解決方案。

4 安全防護措施

針對信息傳輸過程中系統的安全要求以及干擾主要來源，結合實際系統運行狀況提出了以下解決方案。

4.1 防范PIS系統安全干擾

主要的防范措施有兩種，一種是通過頻點隔離予以解決，另一種則是通過補空的方式進行解決。前者是通過對二者的輸出頻率進行分離的方式，但是會在一定程度上由于帶寬的減少對數據傳輸速率造成影響。而后者是針對PIS系統的，從理論上該種方式可行性較高，但由于PIS實際上分屬的供貨商不同，因此實施起來較大。但是可以通過令信號系統采用5.8Hz頻段，PIS系統采用2.4Hz頻段的方式徹底解決沖突以及干擾。

4.2 防范站臺換乘頻率干擾

由于物理空間的開放性造成了同站臺換乘站發出的換乘信號會在頻率上對子系統的數據通信造成干擾，可以通過以下方式對該現象進行處理。

（1）令無線通信系統的本線同相鄰線采用不同的信號制式設備以此區分信號頻點。

（2）若采用的頻段均相同時，需要采用下面的方式減少干擾：首先，應當選擇計劃方向不同的天線；其次，采用的載波偵聽多址協議應當帶有沖突避免；第三，可以選用具有差異性的車地通信方式；最后，可以選用定向天線并對其方向角進行調整。

4.3 無線攻擊及非法接入的防御

雖然由于無線局域網采用公共的電磁波作為載體，任何人都有條件竊聽或干擾信息，但通過以下相應手段，依然可以減弱或是消除非法的接入和攻擊。

（1）采用禁用服務集標志（SSID）廣播功能。以此可減小惡意用戶侵入AP的可能性。

（2）設置媒體接入子層（MAC）的允許接入用戶列表以防止非法用戶接入網絡。

（3）使用2 層或更高層的交換機，把網絡分成小的區段來減少惡意用戶通過連接上集線器而侵入網絡并監測網絡數據的可能性。

（4）采用動態刷新密碼，減少密碼被破獲的可能性。

（5）在無線網絡部分設置入侵檢測系統來檢測可疑情況和非法侵入等行為。

（6）設置防火墻以阻止非法用戶接入網絡。

4.4 多徑效應的安全防范

多徑效應使得車-地信息傳輸的信號產生衰落失真，最終造成通信的不穩定。采用正交頻分復用等技術，利用多子載波交織冗余同時傳遞數據。在傳輸的過程中，即使某個子載波出現頻率偏移或者干擾，甚至丟失此載波所有數據。但接收端通過子載波的聯合編碼，可恢復出丟失子載波數據，達到子信道間的頻率分集的作用，OFDM 技術增強了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力，因此具有良好抗多徑效應能力。

結語

通過上面的分析可以看出，地鐵運營效率以及行車安全的保證幾乎全由車地無線通信數據傳輸予以實現。因此，其安全性以及可靠性和穩定性的實現具有重大意義，這也是各大系統供貨商積極尋求技術發展的根本原因。但由于地鐵線路在各地具有差異性，且全國范圍內供貨商的核心技術也不同，因此系統的性能提高工作仍舊任重道遠。目前的解決方案中更多的將頻率規劃以及干擾源的規避、軟件更新作為主要手段，結合硬件設備一定程度的提升，還是取得了一定的成就。總之，無線網絡通信中安全問題永遠不容忽視。

[1]梁九彪.亦莊線國產CBTC信號系統工程應用[J].市政技術，2010（S2）.

[2]姜慶陽，盧佩玲，劉劍.CBTC移動授權分配研究[J].中國鐵路，2010（04）.

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