地鐵CBTC系統WiFi干擾測試

吳中奇

摘 要：地鐵CBTC信號系統車地無線通信采用的是2.4G開放頻段，由于地鐵內密集的人流使用各類電子設備，導致空間場上存在大量的WiFi信號，WiFi信號與CBTC處于相同工作頻段，存在互相干擾的可能性，這些干擾信號可能引起列車CBTC的車地通信失效從而出現緊急制動導致列車晚點等狀況，給人們的出行帶來了極大地不便。本文主要介紹了干擾源模擬搭建以及靜態場景測試情況。

關鍵詞：CBTC;無線通信;地鐵;WiFi;干擾測試

中圖分類號：U284.93 文獻標識碼：A

0 概述

目前我國地鐵大多采用基于無線通信的列車控制系統（CBTC）。CBTC利用無線通信技術實現“車～地通信”實時傳輸列車位置信息。CBTC的工作頻段為開放的

2.4 GHz頻段。地鐵內人流密度大，智能手機以及各類便攜熱點設備繁雜，地鐵站臺上和車廂內都存在各式各樣的WiFi信號，WiFi使用的也是2.4 GHz頻段，所有使用2.4 GHz的設備均可視為CBTC無線通信系統的干擾源，如果有寬頻帶、大功率設備的干擾，CBTC的無線通信系統可能無法正常工作，在上海、深圳等地鐵線路中均出現過因信號干擾暫停運行的事件。

一般地鐵公司會關閉SSID廣播功能，民用設備不能搜索到SSID，避免了隨意連接，即使有用戶嘗試連接，由于其專有的安全機制，非法用戶也不能建立連接。本次測試主要驗證CBTC工作頻率內有大量民用WiFi信號的情況下，CBTC是否能夠正常運行。利用多個大功率WiFi信號發生器同時工作，模擬多人次同時使用WiFi產生的干擾場強，在不同靜態場景下，分別測量CBTC天線接收到的騷擾電壓值和CBTC設備機柜附近的空間場強值，并通過CTBC工作狀態及其性能指標來判斷是否會對系統正常工作產生干擾。

1 WiFi信號模擬源

根據基本的功率密度的計算公式：

考慮信號的在自由空間的衰減，3米處的功率密度為1米處的1/9，再考慮到人的遮擋問題要遠小于1/10。因此本次 WiFi信號源模擬只考慮天線附近3米范圍內的設備信號疊加，預計3米范圍內列車能容納60人左右。在實驗室內測試手機 WiFi覆蓋強度與無線路由器 WiFi覆蓋強度，二者相差15 dB左右，15 dB=20 lg（路由/手機）即一個無線路由器的覆蓋強度近似相當于6個手機。本次試驗同時利用10個無線路由器連接并傳輸數據來模擬多用戶同時使用 WiFi功能。計算機2到計算機10通過10個路由器的連接和計算機1進行傳輸數據，10個路由器一次連接。為了達到對CBTC信號最大的干擾可能性，10個路由器均選擇WiFi頻段中1號信道進行通信（該信道與CBTC工作頻段相同）。

2 不同場景干擾測試

首先把WiFi信號模擬源放置在CBTC機柜附近，觀察CBTC系統工作是否正常，如果工作正常，利用天線和測量接收機測試CBTC機柜附近的WiFi信號場強，通過測試得到的場強值，指導CBTC設備在電磁兼容輻射抗擾度試驗中所需要使用的場強值;如果CBTC工作不正常，減少 WiFi信號模擬源中的路由器數量至CBTC正常工作后，再進行CBTC機柜附近的 WiFi信號場強測試。模擬干擾源在CBTC機柜附近產生的空間輻射場場強值，場強頻譜圖見圖1。

機柜附近WiFi信號場強最大值為135.21（表的讀數加上天線系數33.1 dB），根據換算公式（測量值/）以及，換算值約為

5.76 V/m。WiFi信號長期處于的場強值為120.5，約為1? V/m。WiFi模擬信號源在機柜附近產生的場強最大值與一般EMC輻射抗擾度在2.4 GHz頻段的場強限值5 V/m（EN50121-3-2：2015）接近，只要CBTC信號設備能通過電磁兼容輻射抗擾度試驗，設備不會被WiFi信號產生的輻射干擾。

將儀表通過射頻三通及衰減器連接至CBTC車載天線與車載設備之間，將WiFi信號模擬器放置在站臺靠近線路側，測試WiFi信號模擬源產生的場被CBTC天線接收的場強值，通過適當調整WiFi信號模擬源的位置找到接收場強最大值，在列車停放狀態下，觀察CBTC工作狀態。在臨近站臺上設置WiFi信號干擾源，利用本車的車載CBTC天線測試CBTC接收信號受到的干擾，測試結果如圖2。

在圖中可以看出，CBTC主控端發射信號很強，CBTC接收信號要小于WiFi干擾信號，其中光標M2的值為CBTC接收信號的電平值為﹣66.5 dBm，WiFi干擾信號的值為光標M1為﹣55.5 dBm。單從頻譜測量上看，CBTC有用信號頻段存在WiFi干擾信號，并與WiFi干擾號之間有﹣11 dB的信噪比，有用信號被干擾信號淹沒;干擾超過10分鐘，全程CBTC設備沒出現重啟、主控切換等現象，但CBTC設備數據傳輸成功率存在低于95%（設備正常使用的最佳傳輸成功率）的情況。

兩輛列車交匯停放，將WiFi信號模擬器放置在其中一輛列車內，并利用另一輛機車內CBTC天線，測試WiFi信號模擬源產生的場被CBTC天線接收的場強值，通過適當調整WiFi信號模擬源的位置找到接收場強最大值，并觀察CBTC工作狀態。在臨近停靠的列車上設置WiFi信號干擾源，利用本車的車載CBTC天線測試CBTC接收信號受到的干擾，測試結果如圖3。

在圖中可以看出，CBTC主控端發射信號很強，CBTC接收信號與WiFi干擾信號比較接近，其中光標M2的值為CBTC接收信號的電平值為﹣65.5 dBm，WiFi干擾信號的值為光標M1為﹣68.5 dBm。單從頻譜測量上看，CBTC有用信號頻段存在WiFi干擾信號，并與WiFi干擾號之間有3 dB的信噪比;干擾持續超過10分鐘，全程CBTC設備沒出現重啟、主控切換等現象，但CBTC設備數據傳輸成功率存在低于95%的情況。

在車載CBTC設備通過相關電磁兼容檢測的情況下，不會受到WiFi信號在設備機柜附近產生場強的影響;WiFi信號在CBTC工作頻段存在較大同頻率騷擾， CBTC設備在存在騷擾的情況下，依靠自身抗干擾性能，試驗期間工作正常，未出現緊急制動、自動切換主控端的現象。

3 結語

無線局域網技術還在飛速的發展，公用頻段通信網絡的各類電子產品也越來越多，地鐵空間內的電磁環境更越發復雜，地鐵高峰時刻乘客異常擁擠，同時也就伴隨著大量的WiFi信號，會干擾地鐵CBTC的無線通信系統，輕者性能下降重者可能會影響行車。這對CBTC系統來說將是一個極大的挑戰。因此，我們有必要合理規劃頻段，避開公用無線網絡可能帶來的不安全因素。另外也可以考慮應用新型無線傳輸技術來避免無線干擾帶來的風險。只有這樣，才能保障地鐵安全高效地運營。

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