淺析地鐵既有線路PIS與CBTC無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)干擾防護(hù)

謝大昕

摘 要：地鐵軌道交通是現(xiàn)代都市公共交通中的重要組成部分，尤其是對于一些大型、特大型都市通過進(jìn)行地鐵建設(shè)將有助于緩解城市擁堵所帶來的交通壓力，保障民眾的正常出行。地鐵系統(tǒng)由多部分所組成，各部分之間相互協(xié)作共同保障地鐵安全、高效的運(yùn)行。地鐵PIS與CBTC系統(tǒng)的信號(hào)傳輸主要依靠的是無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，在對既有地鐵線路運(yùn)營的過程中，需要結(jié)合PIS系統(tǒng)和CBTC系統(tǒng)的信號(hào)傳輸需求與傳輸特點(diǎn)來做好無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，確保信號(hào)傳輸質(zhì)量與傳輸效率。

關(guān)鍵詞：地鐵；PIS CBTC；無線網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào) ：U285 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)是地鐵運(yùn)行中的兩大重要系統(tǒng)，目前部分新建地鐵線路采用LTE綜合承載方案避免PIS與CBTC的干擾問題，但許多運(yùn)營線路仍然采用基于802.11b或是802.11g標(biāo)準(zhǔn)的WLAN方案承載PIS及CBTC業(yè)務(wù)，應(yīng)用過程中需要積極做好基于WLAN的無線組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，以確保PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)與地鐵主控系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸與控制。在地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線組網(wǎng)的過程中需要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速率、無線系統(tǒng)的信號(hào)傳輸安全以及信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性等多個(gè)方面進(jìn)行考慮，并注意相鄰無線組網(wǎng)系統(tǒng)之間的信號(hào)干擾防護(hù)。

1 既有地鐵線路PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線組網(wǎng)技術(shù)

PIS系統(tǒng)在構(gòu)建過程中以多媒體網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架，采用計(jì)算機(jī)來作為網(wǎng)絡(luò)計(jì)算核心以車載終端與車站終端為交互端實(shí)現(xiàn)地鐵系統(tǒng)與乘客之間的信息服務(wù)與信息共享。PIS系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中結(jié)合地鐵的實(shí)際運(yùn)行情況向乘客反饋列車運(yùn)行的相關(guān)信息（如列車預(yù)計(jì)到站時(shí)間、站點(diǎn)換乘信息等）。此外，PIS系統(tǒng)還可以借助于各信息終端播報(bào)天氣、廣告以及新聞資訊等的實(shí)時(shí)信息。PIS系統(tǒng)還可以與地鐵系統(tǒng)中的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相配合將列車各車廂中的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面?zhèn)鬏斨量刂浦行姆奖銓τ诘罔F各運(yùn)行列車的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)所監(jiān)測到的信息來掌握各車廂內(nèi)乘客流量的變化特點(diǎn)便于對地鐵列車的運(yùn)行進(jìn)行智能調(diào)控。

在PIS系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建上采用WLAN方式時(shí)，將沿地鐵沿線布設(shè)無線AP設(shè)備，各AP設(shè)備與配置在車站的交換機(jī)相連接用于與AP設(shè)備之間的通信，無線控制設(shè)備將配置在控制中心，行駛的地鐵列車上安裝無線通信天線與無線接入設(shè)備用于與AP設(shè)備之間的雙向通信.CBTC系統(tǒng)的構(gòu)建于運(yùn)行監(jiān)控借助于無線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備與地鐵列車之間的雙向通信，現(xiàn)行的CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建主要基于802.11b或是802.11g標(biāo)準(zhǔn)， 在CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建上以無線AP下的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為主要方案.PIS系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)搭建對于帶寬有著一定的要求且能夠支持快速移動(dòng)通信及漫游切換.在PIS系統(tǒng)無線帶寬的計(jì)算上主要分為車載視頻信息與車載監(jiān)控視頻兩大部分，由于車載視頻與監(jiān)控的信息量較大對圖像采用MPEG編碼時(shí)最小帶寬需要達(dá)到13MHz。

2 既有地鐵線路PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)對比與信號(hào)干擾

2.1 既有地鐵線路PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建對比

地鐵PIS系統(tǒng)其主要用于地鐵與乘客之間的信息交互，其宗旨在于提高乘客的乘坐體驗(yàn)，因此要求地鐵PIS系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以保持信號(hào)傳輸質(zhì)量避免無故中斷。相較于地鐵PIS系統(tǒng)CBTC系統(tǒng)對于信號(hào)的傳輸速率較低，其傳輸速率達(dá)到45kbps～110kbps即可滿足需求，但是其對于無線信號(hào)的安全性和信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求較高。

2.2 地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)所面臨的干擾與安全防護(hù)

在地鐵PIS系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中為避免信號(hào)干擾地鐵PIS系統(tǒng)主要采用兩種方式對信號(hào)干擾進(jìn)行規(guī)避：地鐵PIS系統(tǒng)分別采用802.11a與802.11b/g技術(shù)，并通過將地鐵PIS系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的頻點(diǎn)與信號(hào)系統(tǒng)的頻點(diǎn)進(jìn)行錯(cuò)落布置與錯(cuò)開使用，用以保障地鐵PIS系統(tǒng)的安全性。其中使用802.11a技術(shù)時(shí)其頻段主要分布在5.8GHz，這一頻段與信號(hào)系統(tǒng)的2.4GHz頻段相差較大，兩者之間并不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)干擾。如采用這一方式進(jìn)行避免信號(hào)干擾能夠優(yōu)化地鐵PIS系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)之間接口更加優(yōu)化。

802.11b/g技術(shù)帶寬較小其無法滿足地鐵PIS系統(tǒng)對于帶寬的需求，而工程中常采用的802.11g技術(shù)其與地鐵CBTC系統(tǒng)的工頻段相重疊同樣為2.4GHz，802.11g技術(shù)是一種相對成熟的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是無需進(jìn)行頻段申請即可使用，而不足之處則是其使得地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)之間的接口更趨復(fù)雜，由于地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)同處于2.4GHz頻段需要進(jìn)行頻點(diǎn)協(xié)調(diào)并解決好信號(hào)系統(tǒng)之間的干擾。根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定可以使用的2.4GHz頻段上只有3個(gè)不重疊的頻點(diǎn)，而處于這3個(gè)頻點(diǎn)上時(shí)無線信號(hào)系統(tǒng)之間可以同時(shí)運(yùn)行且相互之間無干擾。

在地鐵CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)為避免AP設(shè)備之間的同頻干擾提高無線信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性在地鐵CBTC系統(tǒng)構(gòu)建中將采取相鄰AP設(shè)備不同信道的布設(shè)原則。地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)中的任一系統(tǒng)都將會(huì)采用2.4GHz頻段上3頻點(diǎn)中的兩個(gè)，而另一系統(tǒng)則使用1個(gè)頻點(diǎn)。當(dāng)?shù)罔FPIS系統(tǒng)占用1個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，地鐵PIS系統(tǒng)所使用的頻點(diǎn)應(yīng)為6，而CBTC系統(tǒng)所使用的AP設(shè)備將占據(jù)頻點(diǎn)1和頻點(diǎn)11，在AP設(shè)備的布設(shè)上不論是軌旁還是車載AP設(shè)備都應(yīng)采用小角度定向天線來進(jìn)行信號(hào)的雙向傳輸。

采用定向天線可以減少信號(hào)在隧道中的反射，從而使得多徑干擾問題得到一定的優(yōu)化。在地鐵PIS系統(tǒng)使用頻點(diǎn)6和11時(shí)，CBTC系統(tǒng)將使用同頻頻1，在干擾防護(hù)相需要采用天線極化方案。地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)的天線極化方式需要有著較大的差異用以避免同頻信號(hào)干擾，地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)采用兩種不同的極化方式實(shí)現(xiàn)難度較大并未在地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中加以應(yīng)用。

3 地鐵無線WiFi信號(hào)干擾測試

WiFi是現(xiàn)代通信中重要方式之一，將WiFi應(yīng)用于地鐵中將為民眾提供極大的便利。需要注意的普通WiFi信號(hào)與PIS系統(tǒng)通信同采用的是2.4GHz的公共頻段，當(dāng)普通手機(jī)轉(zhuǎn)換的WiFi熱點(diǎn)在大數(shù)據(jù)通信時(shí)將會(huì)極大地占用2.4GHz的公共頻段，進(jìn)而影響到PIS系統(tǒng)的無線信號(hào)傳輸，尤其是當(dāng)?shù)罔F車輛中有多人使用手機(jī)WiFi熱點(diǎn)時(shí)這一現(xiàn)象更加明顯突出。為做好地鐵PIS系統(tǒng)無線信號(hào)的傳輸，需要對WiFi信號(hào)的影響進(jìn)行評估，通過使用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測試發(fā)現(xiàn)構(gòu)建WiFi熱點(diǎn)時(shí)其對PIS系統(tǒng)的信號(hào)傳輸會(huì)產(chǎn)生一定的影響，造成PIS系統(tǒng)的圖形信號(hào)產(chǎn)生輕微抖動(dòng)，但并不影響PIS系統(tǒng)的正常使用。在地鐵WiFi建設(shè)時(shí)需要采取積極的措施來避免其與PIS系統(tǒng)、CBTC系統(tǒng)之間的無線干擾，通過合理規(guī)劃三者之間的通信頻段用以確保無線信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。

結(jié)語

地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是地鐵信息系統(tǒng)建設(shè)中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。本文在分析地鐵PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對如何做好既有地鐵線路PIS系統(tǒng)與CBTC系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建并做好信號(hào)干擾防護(hù)。地鐵將引入WiFi建設(shè)用以方便民眾出行，在WiFi建設(shè)中需要做好PIS和CBTC的共存處理，確保無線信號(hào)傳輸質(zhì)量。

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