淺析地鐵既有線路PIS與CBTC無線網網絡干擾防護

謝大昕

摘 要：地鐵軌道交通是現代都市公共交通中的重要組成部分，尤其是對于一些大型、特大型都市通過進行地鐵建設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。地鐵系統由多部分所組成，各部分之間相互協作共同保障地鐵安全、高效的運行。地鐵PIS與CBTC系統的信號傳輸主要依靠的是無線傳輸網絡，在對既有地鐵線路運營的過程中，需要結合PIS系統和CBTC系統的信號傳輸需求與傳輸特點來做好無線網絡優化，確保信號傳輸質量與傳輸效率。

關鍵詞：地鐵；PIS CBTC；無線網絡

中圖分類號 ：U285 文獻標志碼：A

0 前言

PIS系統與CBTC系統是地鐵運行中的兩大重要系統，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，但許多運營線路仍然采用基于802.11b或是802.11g標準的WLAN方案承載PIS及CBTC業務，應用過程中需要積極做好基于WLAN的無線組網技術的應用，以確保PIS系統與CBTC系統與地鐵主控系統之間的信號傳輸與控制。在地鐵PIS系統與CBTC系統無線組網的過程中需要結合網絡運行速率、無線系統的信號傳輸安全以及信號傳輸的實時性等多個方面進行考慮，并注意相鄰無線組網系統之間的信號干擾防護。

1 既有地鐵線路PIS系統與CBTC系統無線組網技術

PIS系統在構建過程中以多媒體網絡為網絡結構框架，采用計算機來作為網絡計算核心以車載終端與車站終端為交互端實現地鐵系統與乘客之間的信息服務與信息共享。PIS系統在應用的過程中結合地鐵的實際運行情況向乘客反饋列車運行的相關信息（如列車預計到站時間、站點換乘信息等）。此外，PIS系統還可以借助于各信息終端播報天氣、廣告以及新聞資訊等的實時信息。PIS系統還可以與地鐵系統中的無線網絡系統相配合將列車各車廂中的實時監控畫面傳輸至控制中心方便對于地鐵各運行列車的實時監控，并根據所監測到的信息來掌握各車廂內乘客流量的變化特點便于對地鐵列車的運行進行智能調控。

在PIS系統無線網絡構建上采用WLAN方式時，將沿地鐵沿線布設無線AP設備，各AP設備與配置在車站的交換機相連接用于與AP設備之間的通信，無線控制設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備用于與AP設備之間的雙向通信.CBTC系統的構建于運行監控借助于無線通信網絡，實現地面設備與地鐵列車之間的雙向通信，現行的CBTC系統無線網絡構建主要基于802.11b或是802.11g標準， 在CBTC系統無線網絡構建上以無線AP下的組網結構為主要方案.PIS系統的無線網絡搭建對于帶寬有著一定的要求且能夠支持快速移動通信及漫游切換.在PIS系統無線帶寬的計算上主要分為車載視頻信息與車載監控視頻兩大部分，由于車載視頻與監控的信息量較大對圖像采用MPEG編碼時最小帶寬需要達到13MHz。

2 既有地鐵線路PIS系統與CBTC系統無線網絡對比與信號干擾

2.1 既有地鐵線路PIS系統與CBTC系統無線網絡構建對比

地鐵PIS系統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，因此要求地鐵PIS系統無線網絡構建以保持信號傳輸質量避免無故中斷。相較于地鐵PIS系統CBTC系統對于信號的傳輸速率較低，其傳輸速率達到45kbps～110kbps即可滿足需求，但是其對于無線信號的安全性和信號傳輸的實時性要求較高。

2.2 地鐵PIS系統與CBTC系統所面臨的干擾與安全防護

在地鐵PIS系統無線網絡構建中為避免信號干擾地鐵PIS系統主要采用兩種方式對信號干擾進行規避：地鐵PIS系統分別采用802.11a與802.11b/g技術，并通過將地鐵PIS系統無線網絡的頻點與信號系統的頻點進行錯落布置與錯開使用，用以保障地鐵PIS系統的安全性。其中使用802.11a技術時其頻段主要分布在5.8GHz，這一頻段與信號系統的2.4GHz頻段相差較大，兩者之間并不會產生信號干擾。如采用這一方式進行避免信號干擾能夠優化地鐵PIS系統與信號系統之間接口更加優化。

802.11b/g技術帶寬較小其無法滿足地鐵PIS系統對于帶寬的需求，而工程中常采用的802.11g技術其與地鐵CBTC系統的工頻段相重疊同樣為2.4GHz，802.11g技術是一種相對成熟的技術，其優點是無需進行頻段申請即可使用，而不足之處則是其使得地鐵PIS系統與CBTC系統之間的接口更趨復雜，由于地鐵PIS系統與CBTC系統同處于2.4GHz頻段需要進行頻點協調并解決好信號系統之間的干擾。根據國家的相關規定可以使用的2.4GHz頻段上只有3個不重疊的頻點，而處于這3個頻點上時無線信號系統之間可以同時運行且相互之間無干擾。

在地鐵CBTC系統無線網絡構建時為避免AP設備之間的同頻干擾提高無線信號系統的穩定性在地鐵CBTC系統構建中將采取相鄰AP設備不同信道的布設原則。地鐵PIS系統與CBTC系統中的任一系統都將會采用2.4GHz頻段上3頻點中的兩個，而另一系統則使用1個頻點。當地鐵PIS系統占用1個頻點時，地鐵PIS系統所使用的頻點應為6，而CBTC系統所使用的AP設備將占據頻點1和頻點11，在AP設備的布設上不論是軌旁還是車載AP設備都應采用小角度定向天線來進行信號的雙向傳輸。

采用定向天線可以減少信號在隧道中的反射，從而使得多徑干擾問題得到一定的優化。在地鐵PIS系統使用頻點6和11時，CBTC系統將使用同頻頻1，在干擾防護相需要采用天線極化方案。地鐵PIS系統與CBTC系統的天線極化方式需要有著較大的差異用以避免同頻信號干擾，地鐵PIS系統與CBTC系統采用兩種不同的極化方式實現難度較大并未在地鐵PIS系統與CBTC系統無線網絡構建中加以應用。

3 地鐵無線WiFi信號干擾測試

WiFi是現代通信中重要方式之一，將WiFi應用于地鐵中將為民眾提供極大的便利。需要注意的普通WiFi信號與PIS系統通信同采用的是2.4GHz的公共頻段，當普通手機轉換的WiFi熱點在大數據通信時將會極大地占用2.4GHz的公共頻段，進而影響到PIS系統的無線信號傳輸，尤其是當地鐵車輛中有多人使用手機WiFi熱點時這一現象更加明顯突出。為做好地鐵PIS系統無線信號的傳輸，需要對WiFi信號的影響進行評估，通過使用靜態和動態測試發現構建WiFi熱點時其對PIS系統的信號傳輸會產生一定的影響，造成PIS系統的圖形信號產生輕微抖動，但并不影響PIS系統的正常使用。在地鐵WiFi建設時需要采取積極的措施來避免其與PIS系統、CBTC系統之間的無線干擾，通過合理規劃三者之間的通信頻段用以確保無線信號傳輸的穩定性與可靠性。

結語

地鐵PIS系統與CBTC系統無線網絡的構建是地鐵信息系統建設中的重點也是難點。本文在分析地鐵PIS系統與CBTC系統無線網絡結構特點的基礎上對如何做好既有地鐵線路PIS系統與CBTC系統無線網絡的構建并做好信號干擾防護。地鐵將引入WiFi建設用以方便民眾出行，在WiFi建設中需要做好PIS和CBTC的共存處理，確保無線信號傳輸質量。

參考文獻

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