上海軌交浦江線車地無線通信信號優化之濾波器可行性研究

摘 要 隨著CBTC（基于通信的列車自動控制系統）信號系統在上海乃至全國城市軌道交通運營線路的普及，作為該系統真正意義上的眼睛，其車地通信方面信號優化等問題越來越受到大家關注，本文以上海軌道交通浦江線為例，根據分析總結常規城軌既有線路運營中遇到過的各類干擾信號源，并探討實際工況下加裝濾波器在浦江線運營中信號優化等方面的實用性與可行性。

關鍵詞 上海軌交浦江線;車地無線通信;濾波器

引言

隨著我國軌道交通的逐漸完善，城市軌道交通逐漸成為居民主要的出行工具之一，然而在地鐵正常運營時，因其車地無線通信信號傳輸方式，導致在運行中極易受到不同類型的信號干擾。特此以上海軌交既有線運營多年經驗歸納總結出了一些可能產生的車地無線通信信號干擾信號源，另外在浦江線，通過sitemaster頻譜分析儀分別測試軌旁與車載設備安裝濾波器前后駐波比、回波損耗與線纜損耗等參數，然后通過這些數據的橫向比較分析，來簡單衡量2.4G濾波器在上海軌道交通浦江線的車地通信信號優化運用的可行性。

1浦江線簡介

作為上海市的首條膠輪全自動無人駕駛APM線，上海浦江線的主要功能就是服務于附近浦江鎮居民，緩解當地百姓出行的“最后一公里”難題。就浦江線的線路而言其走向形式較為靈活，具有站間距短、線路轉彎半徑小等特點。在車輛類型選擇上采用的是中運量龐巴迪膠輪APM300型列車，使其具有“小身材”的靈便性能。技術方面浦江線使用運行全自動無人駕駛信號系統，無須駕駛員和任何其他登乘技術人員，這歸功于龐巴迪CITYFLO 650 CBTC信號系統和車載CCTV監視系統兩方面技術支持共同保障車輛無人駕駛運行安全。浦江線始發站站沈杜公路站（同時也接駁軌交8號線終點站），終于匯臻路站全線6.7公里包括6座車站且均為高架露天站，綜上所述無論是啟用無人駕駛的高級別信號安全運行模式還是周遭開放的露天車站環境等，無疑這些客觀因素加重了浦江線信號系統車地通信信號優化方面的必須性[1]。

2車地無線通信系統

在上海浦江線CBTC信發系統統中，車地無線雙向通信系統主要是由無線局域網相關技術構建的。在該系統的實際運行過程中，無線局域網相關技術能夠有效保障地鐵信號系統的無線傳輸功能，且為保障無線通信網絡安全與穩定性，配置了相同的兩套無線接入網絡，分別是A網與B網，形成網絡冗余，AP 提供車-地無線連接，AP點分布在軌旁，采用高增益天線，覆蓋軌行區內的上下行2個方向，分布在軌旁。理論在浦江線室外開放空間環境下，3-5個AP天線及WNRA箱完全可覆蓋兩站間正常軌道區間，提供冗余無線區域覆蓋，這樣即使軌旁發生一個AP單點故障短期內亦不會對既有浦江線運營產生影響，區間間隔300M-500M配置無線AP天線立桿與WNRA箱盒。

整體CBTC信號系統依據802.11X協議組建局域網，并經過以太網接口收發數據，內部核心實時數據庫對傳輸信息打包朝環網絡傳輸數據，向內通過交換機連接到骨干網絡上，然后接入信號系統核心區域ATC處理，向外與沿軌道分布的接入點（ AP） 連接，通過其天線與列車安裝在車頭和車尾的2 個LOS天線無線連接通信，每個列車VATC獨立主控終端又通過MDR都連接到這2副天線，實時將每輛列車的車載信息回饋中心區域ATC服務器，服務器通過這些信息與數據匯總進行計算，將列車指令再發布給列車，通過以上這一系列鏈路通信完成真正意義上的車地通信與數據交互[2]。

3傳統城軌車地通信信號干擾源

在城市軌道交通的實際運行過程中，車地無線通信系統的在保障地鐵正常運行方面有著非常重要的作用，但是由于目前各種新型無線網絡技術的出現，使其在日常工作中極易受到其他因素的影響，導致車地無線通信系統信號受到不同程度的干擾，總結干擾因素主要有：乘客所帶電子設備干擾、列車信號和乘客信息系統干擾、站臺換乘時信號頻率及高速移動時多普勒效應及多徑效應干擾等。

3.1 乘客信息pis系統干擾

在城市軌道交通的運行過程中，有于乘客信息系統與地鐵車地無線傳輸系統的信號頻段極其相似，都是依托多媒體網絡進行計算的車站終端信息服務系統，并且乘客信息系統的信號接收裝置位于列車頂部，與列車安全系統接收天線距離和很近，所以車地無線傳輸系統極易受乘客信息系統的信號干擾。

3.2 載客人員電子設備干擾

隨著我國無線網絡覆蓋面積的不斷增大，乘客在乘坐地鐵時使用電子設備的次數也越來越頻繁。由于車地無線通信網絡具有開放式特點，導致其很容易被乘客所帶電子設備搜索并使用，這大大降低了地鐵信號系統信息及系統的安全性[3]。

3.3 無線區域協議或同頻干擾

由于城市軌道交通車地無線通信系統的區域協議屬于開放式，所以在線路同區域的內的電子產品、運營商基站、藍牙等無線設備信號都容易對無線通信系統的信號傳輸造成物理干擾。

4車地無線通信中濾波器抗干擾的實用性

4.1 測試濾波器

測試選用Oaks 2401 /2.4GHZ無線網絡帶通濾波器，應用于無線2.4GH頻段，支持802.11b和802.11g無線協議，具體功能特性如下：

①超高品質微波腔濾波器，體積小，穩定性高;②2400mhz全頻帶應用，減少ISM波段以外的干擾;③品控優良，插入損耗低，抗干擾性能卓越適合戶外和室內都適用[4]。

4.2 軌旁安裝檢查及安裝可行性試驗

2019年10月11日， 參考既有線路2.4G的頻段所選型的濾波器， 在浦江線試車線進行了試安裝，具體如下圖1，測試結論如下：

圖1 軌旁wnra箱內安裝濾波器圖2 列車車載安裝濾波器

①經測試安裝前后的駐波比，安裝前后都在正常工作范圍;②用于安裝的濾波器與既有連接頭匹配;③WNRA箱內空間足夠;④用列車在試車線進行了動車驗證，未發現通訊異常，說明該濾波器適用浦江線通信頻段，且兼容性良好;以上初步證明了浦江線WNRA的設備未有明顯折舊故障隱患現象，以及未來對WNRA進行濾波器優化整改的可操作性;

4.3 車載安裝檢查及安裝可行性試驗

2020年1月份對2號車進行了濾波器的試安裝及驗證工作，具體如上圖2。

記錄與評估如下：

基于理論，無線傳輸系統的抗干擾方面，添加濾波器是抑制通過電路通路直接進入的干擾，并且針對信號與干擾信號之間的頻率差別，使用不同性能的濾波器，達到抑制干擾信號的目的，提高車地無線通信系統建設的模塊化程度[5]。

數據總結：

5結束語

綜上所述，在城市軌道交通的實際運行中，車地無線傳輸系統的完善程度是確保地鐵運營穩定安全的重要部分。通過上海軌道交通浦江線簡單測試應用，得出的結論是濾波器在車地系統信號優化方面有著一定的作用。相信未來通信技術結合城市軌道交通運營的不斷發展演變，信號防護與優化措施會又更進一步的拓展空間。

參考文獻

[1] 俞鐘華.地鐵信號系統中車地無線通信傳輸抗干擾分析[J].數字化用戶，2018，24（24）：181.

[2] 肖旭慧. 城市軌道交通CBTC中的無線通信系統[J]. 鐵道通信信號，2012，48（4）：63-64.

[3] 王銳，王大成.城市軌道交通車地無線通信的應用[J].電子技術與軟件工程，2019（21）：26，117.

[4] 張永亮.探究地鐵信號系統無線通信傳輸抗干擾技術[J].科技風，2019（17）：93.

[5] 王選斌. 地鐵信號系統中車地無線通信傳輸抗干擾研究[J]. 建筑工程技術與設計，2017（18）：3576.

作者簡介

華佳鳴（1986-），男，上海人;職稱：工程師，現就職單位：上海申凱公共交通運營管理有限公司，研究方向：城市軌道交通通信信號設備管理與維護。