地鐵CBTC車地無線通信系統中防WiFi干擾的措施

石軍

摘 要 近年來CBTC列車控制系統在地鐵運營中發揮著重要作用，但隨著移動WiFi的廣泛應用，對CBTC車地無線通信系統產生了明顯干擾。本文先簡要分析WiFi信號對地鐵CBTC車地無線通信系統產生干擾的原因，并在此基礎上提出地鐵CBTC車地無線通信系統中防WiFi干擾的可行性措施，為地鐵的健康運營與管理提供一定理論參考。

關鍵詞 地鐵；CBTC車地無線通信系統；WiFi干擾；預防措施

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）200-0124-02

隨著我國城市化進程的不斷發展，地鐵因其高速、便捷、經濟的優勢迅速在城市公共交通領域占據重要位置，并且成為緩解各個城市交通擁擠問題的關鍵工具。地鐵的順利運行主要依靠其核心控制系統即信號系統，其中基于通信的移動閉塞系統CBTC因具有良好的信息傳輸速度與巨大的信息傳輸量，并且性價比高等優點，在短時間內成為各個城市地鐵建設中廣泛使用的無線系統。地鐵CBTC車地無線通信系統在信息傳輸過程中使用的是2.4GHz開放頻段，無需審核或付費，在地鐵運行過程中的任何時間都能使用。

在當今信息技術時代，在各類移動終端中使用WiFi已成為日常普遍現象之一，為了方便人們在無WiFi熱點鋪設的地點也能上網，運營商開發出各類便攜WiFi設備，因此在人流量巨大的地鐵空間中經常有不同的WiFi信號，此類信號使用的也是2.4GHz開放頻段，對地鐵的CBTC車地無線通信系統帶來很大干擾，在上海、深圳等地鐵線路中均出現過因信號干擾被近暫停運行的事件，對地鐵的安全穩定運營帶來很大隱患。

1 WiFi信號對地鐵CBTC車地無線通信系統產生干擾的原因

CBTC屬于十分先進的基于無線通信的列車信號控制技術，在國內各大城市的軌道交通領域發揮著重要作用，而WiFi也是當前人們日常出行中不可缺少的網絡工具，幾乎每個人每天都會用到這一工具。地鐵中使用CBTC系統可以大幅提高其運行效率，但在實踐中發現，由于大量乘客攜帶具有WiFi功能的電子產品搭乘地鐵，該系統受WiFi信號干擾的現象也經常發生，造成地鐵的通信質量受到影響，甚至多次出現地鐵被迫急停的后果，這一現象還有日益增加的趨勢，因此，解決WiFi信號對地鐵CBTC車地無線通信系統產生的干擾問題刻不容緩。這就需要了解WiFi信號對地鐵CBTC車地無線通信系統產生干擾的主要原因。

首先，WiFi信號分布極其廣泛，當大量移動用戶使用WiFi連接服務時，該信號需求就會與CBTC系統爭奪數量有限的無線信道，進而雙方之間產生相互干擾作用。并且無論其使用頻段是否與地鐵CBTC車地無線通信系統頻段是否一致，因為CBTC系統的主要接口方式中會用到WLAN技術，該技術與WiFi技術特征很像，一旦CBTC系統周邊存在WiFi信號，就會受到其同頻或鄰頻干擾，導致CBTC系統出現誤碼率增加、抗干擾能力減弱及信號包丟失等情況，甚至會使CBTC系統的通信能力完全喪失。

其次，由于地鐵CBTC系統的AP與移動通信系統的WiFi處于相同空間內，并且兩者的覆蓋范圍出現重疊性。在正常情況下兩套系統內的AP間不會出現干擾，但當移動用戶數量不斷增加的過程中，移動數據業務量急劇增加，此時乘客使用的WiFi信號AP就會對地鐵CBTC車地無線通信系統AP產生一定干擾。

2 地鐵CBTC車地無線通信系統中防WiFi干擾的可行性措施

可以從以下4個方面預防WiFi干擾地鐵CBTC車地無線通信系統的正常運行。

2.1 合理分配無線電頻譜資源的時間、空間與頻率三要素

地鐵CBTC車地無線通信系統中受到WiFi干擾主要與無線電頻率譜資源的三要素時間、空間及頻率有關，并且三要素既有獨特性又有相互制約性，為了減少WiFi干擾，必須同時從3個要素的角度出發，制定合理的改善對策。

2.1.1 時間方面

客觀來講，當地鐵CBTC車地無線通信系統與WiFi信號處于地鐵這一相同空間內時，無論兩者的工作頻率是否一致，都可能會出現相互干擾現象，尤其是當兩者的工作時間相同時，這種干擾可能會達到發生概率最大且效果最嚴重的程度，為了避免這一情況，可以通過時間隔離實現地鐵CBTC車地無線通信系統防WiFi干擾的目標，合理調整兩種系統信號的工作時間，使其工作狀態處于不同的時間段。從實踐預期來看，這一措施的應用難度相對較大，在地鐵運行過程中必須使CBTC車地無線通信系統處于實時工作狀態，只能調整WiFi信號源的工作時間，但這類信號源通常與各類乘客有關，呈現出很強的復雜性、多樣性和動態性，很難制定全面的政策規范其使用WiFi的時間。因此，這一措施只能從道德等非強制性層面應用，具體實踐效果與地鐵乘客的個人素質及管理機構出臺的地鐵乘坐制度有很大關系。

2.1.2 空間方面

當AP可以接入無線網絡之后，地鐵CBTC車地無線通信系統WiFi處于同一空間區域，與地鐵CBTC車地無線通信系統被WiFi信號干擾的本質就是無線系統兼容共存的邊界條件遭到破壞，導致原本隔離兩類信號的空間受損，雙方失去了明顯的界限，干擾必然發生并且非常明顯。為了防止WiFi對地鐵CBTC車地無線通信系統產生干擾，必須從空間隔離的源頭出發。在實際調查分析中發現，地鐵車廂頂端兩側和車窗附近等部位最容易泄露干擾信號，并且泄露出的干擾信號功率明顯高于其他部位泄露出的信號功率，所以可以通過把信號源設備轉移空間的做法減少WiFi干擾，比如可以將地鐵的車載天線安置在地鐵車頭的正前方，提高地鐵無線控制信號和WiFi干擾信號間的相互隔離效果。

2.1.3 頻率方面

WiFi干擾地鐵CBTC車地無線通信系統的類型包括同頻干擾和鄰頻干擾兩種，無論哪一種干擾方式都會造成CBTC車地無線通信系統的信號丟包后果，造成系統誤碼率大幅增加，從而導致CBTC車地無線通信系統的抗干擾能力進一步降低，最終引起地鐵出現暫停等控制故障。為了防止這類干擾，必須從改善信號頻率的角度入手。endprint

在同頻干擾中，由于地鐵CBTC車地無線通信系統和WiFi信號都是采用IEEE802.11標準2.4GHz公用頻段，因此產生相互干擾的概率更大，可以通過改變其中一種信號頻率的方式避免這一情況，在此過程中可以在有必要的情況下請當地相關機構協助解決。比如可以通過擴頻碼技術完成對同一時間同一地點及同一頻率的信號隔離，或者利用功率控制及功率分配技術使得同一頻段的不同信號能穩定共存，并且彼此不交叉影響。

在鄰頻干擾中，可以通過進一步擴大不同信號間的工作頻率差達到減少干擾的目標，由于WiFi信號的頻段相對固定，地鐵控制技術人員可以開發出與其頻段不相鄰的地鐵CBTC車地無線通信系統最佳應用頻段，通過頻率完成不同信號間的有效隔離，進而減少相互影響。

2.2 保證CBTC車地無線通信系統充分的冗余備份

保證CBTC車地無線通信系統充分的冗余備份可以大大提高地鐵CBTC車地無線通信系統防WiFi干擾的效果，在地鐵CBTC中一般是通過兩套完全獨立的無線網絡將其接入無線系統，如果可以同時選擇通過第1和第13頻率作為信號的傳輸應用信道，CBTC內的控制命令會在兩套各自獨立的系統中分別傳輸，只要有一套系統傳輸成功就能使地鐵控制命令正常發揮作用。由于其中使用的是兩個獨立信道，其中一個信道可以作為冗余備份信道，這樣能夠大幅減少地鐵CBTC車地無線通信系統受到WiFi干擾的概率，進而從根本上提高地鐵通信的可靠性與穩定性。

2.3 采用定向天線強化有用信號并弱化干擾信號

可以在地鐵CBTC車地無線通信系統安裝過程中采用小角度的高增益定向天線，以此強化來自軌道方向的有用信號并弱化干擾信號，提高載干比。還可以通過車載雙天線的方式全面消除WiFi多徑干擾信號。

2.4 借助社會各界力量提高地鐵搭乘管理水平

WiFi信號是地鐵CBTC車地無線通信系統中通信傳輸的主要干擾類型，而WiFi又是當今人們廣泛使用的工具之一，為了在最大程度上避免其對地鐵CBTC車地無線通信系統使用產生不良干擾，需要社會各界力量共同配合努力，地鐵相關管理部門應該對其無線系統的應用構建更加完善且嚴格的制度體系，統一規劃地鐵上公共網絡系統的使用情況，平衡網絡資源。與此同時，政府可以通過公益廣告等方式為乘客提供安全意識教育及公德心教育，提醒乘客在乘坐地鐵期間盡量減少對WiFi設備的使用，并構建全面的相互監督機制，鼓勵乘客們彼此監督，避免WiFi干擾引發地鐵CBTC車地無線通信系統運行遇障。

3 結論

調查中發現西方發達國家的地鐵中也廣泛使用了CBTC車地無線通信系統，但是很少有該系統被其他信號干擾的報道。我國地鐵CBTC車地無線通信系統被WiFi信號干擾的現象卻日益嚴重，并對地鐵的正常運營帶來諸多故障。在此情況下，詳細分析雙方產生干擾作用的根源，深入查找出現干擾的原理，才能對癥下藥，找出最有效的解決對策，提高我國地鐵CBTC車地無線通信系統的安全性。隨著地鐵及移動網絡設備的不斷更新與進步，未來可能會出現更多干擾問題，需要通信工作者繼續深入研究，掃除地鐵CBTC車地無線通信系統發展中的更多現實障礙。

參考文獻

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