地鐵信號系統(tǒng)車—地?zé)o線通信傳輸抗干擾問題分析

摘要：目前地鐵已在城市中占據(jù)很大地位，然而地鐵的主要通信信號傳輸問題一直存在。地鐵建設(shè)或運(yùn)營時(shí)，因其車-地的獨(dú)特信號傳輸方式極易受到不同程度的信號干擾。文章對地鐵信號的基本車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)中的信號受干擾問題展開了探討，根據(jù)分析出的各干擾信號源進(jìn)行研究，找出對應(yīng)車-地?zé)o線信號傳輸?shù)膽?yīng)對措施實(shí)用解決方案。

關(guān)鍵詞：地鐵信號系統(tǒng)；車-地?zé)o線傳輸；傳輸干擾源；應(yīng)對方案；信號干擾 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2016）17-0092-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.044

1 地鐵車-地?zé)o線通信傳輸系統(tǒng)概括

地鐵無線傳輸系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，作為主要地鐵信號傳輸之一的車-地?zé)o線通信系統(tǒng)開始隨著國家技術(shù)的快速進(jìn)步，逐漸形成車-地?zé)o線通信傳輸?shù)莫?dú)立信號傳輸網(wǎng)。車-地形式的無線傳輸信號系統(tǒng)主要由車軌旁的無線AP及地鐵車體所載天線將地面信號進(jìn)行連接，使整個(gè)車-地信號系統(tǒng)合理運(yùn)作。地鐵無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

2 車-地?zé)o線通信傳輸應(yīng)需安全標(biāo)準(zhǔn)

車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)作為列車狀態(tài)信息和列車移動時(shí)授權(quán)信息的關(guān)鍵，直接決定了地鐵行車效率和安全性，必須保證車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的幾種安全性需求。

2.1 車-地?zé)o線傳輸安全可靠可利用性

無線傳輸信號系統(tǒng)作為地鐵安全控制系統(tǒng)，掌控地鐵行駛速度及移動授權(quán)，車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)受到任何干擾都會使無線傳輸信號出現(xiàn)無法可靠執(zhí)行的問題，使地鐵無法安全正常行駛，因此嚴(yán)格要求信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全傳輸標(biāo)準(zhǔn)是保證地鐵安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.2 地鐵信號數(shù)據(jù)傳輸必須實(shí)時(shí)

地鐵屬運(yùn)行性有線無線聯(lián)合傳輸系統(tǒng)，追蹤地鐵運(yùn)行信息，前后車狀態(tài)需進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞。如果地鐵運(yùn)行中系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸出現(xiàn)時(shí)間無法實(shí)時(shí)傳輸，所出現(xiàn)的時(shí)差將整個(gè)影響信號系統(tǒng)效率，時(shí)差越長效率越受影響，若行駛出現(xiàn)緊急情形時(shí)勢必會影響地鐵行駛安全。

2.3 高速移動無線傳輸必須滿足系統(tǒng)信息速率

地鐵運(yùn)行常處于最高時(shí)速80～90km的行駛狀態(tài)。地鐵在快速行駛時(shí)，將會受到多徑效應(yīng)等原因影響，降低系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)傳遞效率。車-地?zé)o線傳輸必須在這種情況下保證設(shè)備正常傳輸，保證無線傳輸系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.4 地鐵移動中傳輸數(shù)據(jù)丟包及無線網(wǎng)接入源問題

車-地?zé)o線通信傳輸時(shí)會因?yàn)榱熊囆旭偹俣仍诟咚偾闆r從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟包活數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送現(xiàn)象，作為影響系統(tǒng)運(yùn)行效率原因之一，情況嚴(yán)重時(shí)會直接導(dǎo)致地鐵因所接收信息不完整被迫停止運(yùn)行，給運(yùn)行效率和乘客造成影響。無線傳輸系統(tǒng)屬于開放式傳輸空間，若不法分子使用與地鐵系統(tǒng)設(shè)備相同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備極有可能強(qiáng)制介入，擾亂系統(tǒng)安全運(yùn)行。地鐵無線局域網(wǎng)安全性及保密性必須加強(qiáng)控制，才能保障車-地?zé)o線信號傳輸

安全。

3 地鐵信號傳輸干擾源分析

地鐵運(yùn)行時(shí)采取的無線信息傳輸因其開放式很容易受到干擾，如乘客所帶電子設(shè)備干擾、列車信號和乘客信息系統(tǒng)干擾、站臺換乘時(shí)信號頻率及高速移動時(shí)多普勒效應(yīng)及多徑效應(yīng)干擾等。

3.1 信號及乘客信息信號干擾

乘客信息系統(tǒng)由多媒體網(wǎng)絡(luò)依靠計(jì)算機(jī)用顯示車站終端滿足乘客所需位置信息的服務(wù)系統(tǒng)。因其與地鐵車-地?zé)o線傳輸信號系統(tǒng)的相同性，在列車頂部安裝位置與列車安全系統(tǒng)接收天線較近，極易出現(xiàn)信號干擾現(xiàn)象。

3.2 同站臺換乘頻率干擾問題

地鐵中同臺換乘情況極為普遍，當(dāng)兩條線路用同樣的傳輸方式傳輸時(shí)，本線信號和另線信號覆蓋極易出現(xiàn)矛盾干擾，站臺屬于開放式空間而無線傳輸系統(tǒng)信號電磁波的穿透力和反射力也會對信號產(chǎn)生干擾。

3.3 乘客所帶電子設(shè)備干擾

目前無線網(wǎng)已經(jīng)越來越普遍，人們所攜帶的電子設(shè)備越來越多。無線網(wǎng)因其開放式導(dǎo)致無線信號很容易被乘客所帶電子設(shè)備搜索到，使地鐵信號系統(tǒng)信息及系統(tǒng)加密信息泄漏。倘若有不法分子用非法技術(shù)入侵地鐵無線傳輸信號網(wǎng)，控制行車信息，使地鐵行駛處于極大的危險(xiǎn)中。

3.4 無線區(qū)域協(xié)議或頻段相同電子設(shè)備干擾

無線信號傳輸系統(tǒng)屬于開放式，車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)線路周圍的電子產(chǎn)品人地鐵周圍家用無線設(shè)備、商用無線設(shè)備和運(yùn)營商熱點(diǎn)設(shè)備、乘客所帶手機(jī)、電子藍(lán)牙設(shè)備等都會對信號造成物理干擾。

3.5 高速移動多普勒效應(yīng)及隧道多徑效應(yīng)

地鐵行駛速度在80～90km/h，這種高速移動會使在接近和遠(yuǎn)離信號發(fā)送端時(shí)出現(xiàn)頻率高低不同的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會造成系統(tǒng)誤碼率提升，系統(tǒng)的帶寬及頻率偏移也是高速移動中的多普勒效應(yīng)影響，威脅信號系統(tǒng)安全。地鐵形式隧道內(nèi)，無線信號傳輸時(shí)因隧道內(nèi)多經(jīng)通道原因使信號傳輸?shù)竭_(dá)接收點(diǎn)時(shí)間不同，隧道內(nèi)通信由于反射過程及幅度變化出現(xiàn)變?nèi)跏д妫詈蟪霈F(xiàn)通信無法穩(wěn)定現(xiàn)象。

4 車-地?zé)o線信號傳輸系統(tǒng)干擾防范方法

4.1 無線信號及乘客信息系統(tǒng)防范方法

乘客信息系統(tǒng)屬于PIS系統(tǒng)，因?yàn)槲恢门c無線信號接收安裝較近較易使信號受到干擾。鑒于PIS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)多，信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸少，可由此點(diǎn)作出將頻點(diǎn)進(jìn)行隔離，將兩者輸出頻率分離的措施。但此種方法在實(shí)用性試驗(yàn)時(shí)難度較大，也會影響帶寬。應(yīng)盡量以改變不同頻段的信號系統(tǒng)作為出發(fā)點(diǎn)，完善無線信號及乘客信息系統(tǒng)干擾問題。

4.2 同站臺換乘頻率干擾防范方法

同站臺換乘頻率干擾主要是因?yàn)檎九_空間較為開放式，可以采取以下方式進(jìn)行防范：

4.2.1 可以車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)采取將信號系統(tǒng)頻點(diǎn)區(qū)分開，將本線和相鄰縣頻點(diǎn)信息采用不同的信號制式設(shè)備。可將其中一個(gè)頻段提升使用5GHz以上頻段，可以有效增加頻點(diǎn)使用靈活性。

4.2.2 車-地通信方式的改變也可以改善同站臺頻率干擾現(xiàn)象。如無線電臺方式在本線使用，相鄰線采用感應(yīng)環(huán)線等。也可以將本線和相鄰線均采用非無線電臺信息傳輸系統(tǒng)方式，如使用波導(dǎo)管、感應(yīng)環(huán)線、漏纜，可以均勻改善無線覆蓋性，將線路干擾降到不影響系統(tǒng)安全行駛的最小程度，使同站臺換成頻率問題得到解決。

4.2.3 選擇合適方向角安置定向天線，站臺空間開放，環(huán)境混亂復(fù)雜造成的各種干擾無法準(zhǔn)確控制。若根據(jù)線路指定相應(yīng)角度的定向天線，增強(qiáng)軌道的實(shí)用信號，削弱干擾方向信號，可以有效保證通信質(zhì)量及安

全性。

4.3 非法入侵無線干擾解決方法

地鐵屬于公共開放場合，無線通信也處于局域網(wǎng)。應(yīng)采取相應(yīng)方法防止各類人群侵入竊聽加密信息，如：

4.3.1 設(shè)置禁用標(biāo)志廣播功能，禁止客戶端接入地鐵AP。設(shè)置媒體介入允許用戶，防止非法介入。

4.3.2 使用更高強(qiáng)度交換機(jī)，將網(wǎng)絡(luò)區(qū)段分解小段，減少非法用戶鏈接集線器的可能性，防止信息數(shù)據(jù)被監(jiān)測。

4.3.3 將密碼設(shè)置更高級動態(tài)化。設(shè)置防火墻或檢測系統(tǒng)監(jiān)測無線網(wǎng)絡(luò)入侵情況。

4.4 開放空間相同協(xié)議干擾和多普勒及多徑效應(yīng)干擾解決方法

4.4.1 開放空間非主動攻擊可采取二層控制技術(shù)控制干擾。多普勒效應(yīng)因高速影響參數(shù)及系統(tǒng)誤碼率，可采取將糾錯(cuò)碼應(yīng)用到通信系統(tǒng)中，有效降低誤碼率，增加通信系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

4.4.2 由于地鐵隧道的多徑性，車-地?zé)o線傳輸信號出現(xiàn)的失真和衰弱現(xiàn)象可采取OFDM技術(shù)，增強(qiáng)信號對干擾抵抗力，也可采取正交頻分復(fù)方法使多子載波交織傳輸信號數(shù)據(jù)，即使出現(xiàn)丟失情況也接收端可通過聯(lián)合編碼還原數(shù)據(jù)，更好地解決多徑效應(yīng)問題。

5 結(jié)語

地鐵車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)是否完善使提高地鐵運(yùn)營的重中之重，本文對各類信號問題進(jìn)行了分析，并提出了眾多安全可用性防范措施。隨著社會科技進(jìn)步及無線信號發(fā)展完善，相信可以更好地將車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)做出更完善的防護(hù)措施，為地鐵運(yùn)行及乘客提供更安全的保障。

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作者簡介：楊方遒（1969-），男，深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部安技部主任，工程師，研究方向：鐵路信號技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：小 燕）