地鐵無線通信系統干擾因素及抗擾措施研究

屈磊

（天府新區航空旅游職業學院，四川 眉山 620860）

0 引言

地鐵憑借其高效快速、安全舒適、出行成本低等優勢，在緩解城市交通壓力方面發揮了突出的作用，為城市居民出行提供極大便利。地鐵通信系統是地鐵服務、治理、指揮和管理的綜合平臺，在保障地鐵運行效率及安全性中發揮了關鍵作用。該系統在發生緊急突發情況時，能夠迅速轉變角色，成為事故處理指揮系統[1]。

無線通信系統是地鐵通信系統的核心部分，其由公網系統和專網系統組成。公網是電信、聯通、移動等商用移動無線網絡系統，主要是保證人們乘坐地鐵時的正常移動通信。專網則包含兩部分，即車輛段列檢庫無線通信子系統與無線調度通信子系統，起到維護地鐵穩定高效運營的作用。地鐵無線網絡公網和專網的引入涉及的無線頻率較多，難免會出現無線信號互相干擾的情況。因此，為了更好地保障地鐵運營的安全性，需要重視該問題的解決。

1 地鐵無線通信系統的功能

一是通話功能。該功能是指基于無線通信系統實現半雙工通話、雙工通話和單體通話等不同方式的通話功能。這是地鐵和調度臺實現交流溝通的重要載體，是保證地鐵穩定運行的重點之一[2]。

二是編組功能。該功能是結合不同信號頻段與功能等，對不同職位人員、工種和人群展開編組工作，完成編組后能夠實現組內的工作交流和實時通話。該功能在地鐵人員日常工作中發揮了重要作用，能夠做到多人的良好交流和協同。

三是呼叫溝通功能。該功能類似通話功能，也和編組功能存在千絲萬縷的聯系，主要是在調度平臺的統一協調下進行有效的交流和溝通，既能實現單向呼叫，也能實現雙向或多向的溝通協作。

2 地鐵無線通信系統的干擾因素

無線通信系統的干擾源主要有系統、環境和各個頻段頻點規劃，大致可分為以下三類。

2.1 電磁干擾

因為地鐵無線通信設施較為集中，大量使用就可能出現較為嚴重的電磁干擾情況，影響正常通信。常見的電磁干擾問題有以下幾種：

一是同頻道干擾，又可稱作載波干擾或同頻干擾，是指與有用信號頻率相同或相近的無用信號落在收信機通帶內[3]。有用信號和無用信號均采用相同方式進入收信機，難以消除或避免，受其干擾將難以保證收信機的靈敏度和噪比，導致信號出現拍頻或是嘯聲的情況，致使信令傳輸與數據傳輸出錯，使通信質量變差。

二是鄰頻干擾，這是指信道之間距離較近而出現互相干擾的情況。無線通信屬于多信道系統，各信道之間不會有較大的間隔，通常各頻道間隔保持在200kHz 左右，由此可知GSM 系統內1M 帶寬頻點＜5個，這便是出現鄰頻干擾的重要因素。通常，為了防止鄰頻干擾，會在系統內進行保護比的安裝，比如可將一個0.2MHz 的鄰頻干擾比安裝在GSM 系統內[4]。

三是互調干擾，這種干擾是指在非線性傳輸電路中兩個或多個信號相互調制，所產生的組合頻率和有用信號相近，進而干擾到地鐵通信系統。這種干擾具有兩種表現形式：其一，接收機互調，即由于非線性作用，多個信號進入接收機前端會引發接收通帶內信號互調；其二，發信機互調，即信號發射天線之間的距離設置不合理，信號發射機之間容易出現信號互相干擾的情況，進而造成信號互調，有新的頻率信號生成，該信號被發射出去后，則會在一定程度上干擾接收機正常運作。

2.2 阻塞干擾

這種干擾是指在地鐵實際運營中為了掌握各項設備的運行情況和相關信息，可能進行微弱信號的傳輸。不過出于能源節省的目的，在傳輸時通常頻率較低，則可能引發高頻回路，進而導致阻塞干擾的出現，影響微弱信號的傳輸與接收。

2.3 雜散干擾

若發射機倍頻器不具備良好的濾波特性，導致發射機輸出極輸出一些二次與三次諧波，則可能有雜波輻射信號生成，從而出現雜散干擾[5]。

3 地鐵無線通信系統的抗干擾措施

3.1 有效控制電磁干擾

干擾地鐵無線通信系統的因素較多，其中最為常見的就是電磁干擾。要想良好應對這種干擾，應考慮從源頭著手。

一是進行地鐵線路鋪設時，應重視合理甄選地鐵通信設備，確保所購買的設備源自資質合格的供應商。同時，所選設備要保證具有較強的抗干擾能力、抗電磁干擾指標達標，唯有產品性能力良好，才可能在高強度磁場內做到運行穩定。

二是進行電纜線路鋪設時需合理選擇電纜，并注意分布方式的選擇。針對電纜的選擇，應優選能夠有效屏蔽外界電磁波干擾的電纜，如rvvsp 雙絞屏蔽電纜可用于弱電智能系統模擬信號，rvvp 屏蔽電纜則能夠用于數字信號[6]。進行布線時，則需關注信號傳輸中是否會出現減弱的情況，為了避免出現減弱的情況，應盡可能降低電纜分布耦合度，保證其內部結構能夠具有良好的內聚性?？赏ㄟ^分插槽孔或分設豎井，有效減少電磁干擾帶給無線通信系統的影響。

三是優化地鐵結構，使地鐵穿過磁場線時不會出現嚴重的磁力紊亂，進而實現電磁干擾的良好應對。

3.2 應用調頻技術

人們在乘坐地鐵時出現的同頻干擾問題，使許多用戶手機無法接收到信號，進而引發一些不必要的問題。為了使用戶正常通信需求得到良好滿足，可采用調頻技術，使地鐵無線通信系統抗干擾能力得以有效提升。

例如，采用具有較強方向性、無較多旁瓣的定向天線，既有助于干擾的減少，也利于增強信號接收能力，使信號覆蓋場強更大。也可采用調頻技術，當前市面上所用調頻技術多為802.11n 技術，其應用了雙頻AP[7]。通常而言，其借助信道通信，可以實時監控空中接口出現的噪聲和通信網絡外的WLAN 信號。在發現干擾源后，就能通過調頻技術予以調整，使之通過空閑信道通信，如此能夠實現信號干擾的減少。調頻技術可以減少信號同頻干擾，但無法從根本上解決同頻干擾問題。

3.3 頻率資源分配

考慮乘坐地鐵的大眾通信運營商與運營模式存在差異，可借助器件隔離的方式，促進通信信息共享，使通信系統之間的干擾得到有效防止。做好頻率資源的合理分配，保持兩臺發射機之間的距離，是最佳的干擾消除方法。但是由于當前頻率資源較少，使得發射器較為集中。

為了有效解決這一問題，國家明確規定尋呼發射機須達到一定技術標準，加裝濾波器組合器件或是單向器[8]。客觀分析單向器具有諸多明顯優勢，如熱穩定性良好、體積不大，故障率低，能夠有效保護發射機，而且，能夠在一定程度上吸收外界信號的干擾能量。但缺點同樣明顯，其3bB 帶寬較寬、單向濾波無法完全抵制雜波和外界干擾。這時可利用帶通濾波器予以功能補充，形成隔離濾波器，實現單向器和帶通濾波器優勢的集合，能夠對互調干擾做更有效的抵抗。

另外，地鐵相關管理部門需嚴格規范各通信運營商，確保各個通信運營商在地鐵無線通信系統規定范圍內設置調頻范圍，嚴禁隨意改動地鐵內的調頻頻率，從而確保地鐵內通信系統與無線通信系統運行穩定和安全。

3.4 抑制阻塞干擾

針對阻塞干擾的抑制，可通過相應系統測試使地鐵所用低頻信號路徑得以明確，進而在傳輸路徑周圍設計和安裝干擾器。計算具體數值可根據Lh=22.0+20lg（d/λ）-（Gt+Gr）+（Dt+Dr）這一公式[9]。借助試驗數據確認相關數據，然后經過計算得到相應的功率數值，進而能夠在安裝抑制阻塞干擾設備過程中合理調試功率，確保能夠良好抑制阻塞干擾。

3.5 合理接地

因為高頻器件會使設備出現接地不良的情況，進而干擾無線通信信號。所以，相關人員應圍繞相關接地標準，確保各個器件和設備都能夠接地良好。同時，各專網設備、公網設備和各運營商的設備均須接地良好。相關人員在系統全面開通之后，還應嚴格檢查與測試設備，使設備的可靠性與安全性得到良好保障。若查到設備出現問題，應及時聯系建設方，共同商討出合理的解決方案，使地鐵無線通信系統受到的干擾最大限度減少[10]。

3.6 雜散干擾控制

地鐵無線通信系統內引入功分器和POI，加之合路器與耦合器都屬于無源器件，所以需要嚴格按照相關標準落實發射信號各基站設備性能指標的檢查。但因為設備多放置于室內，覆蓋系統內接進的信號源中可能包含直放站，但直放站與基站設備各項參數具有差異性[11]。

故此，要想使地鐵無線通信系統的雜散干擾得到良好控制，可對熱噪聲功率進行適當減少。具體可采用兩種方法：

一是對設備各通道之間的隔離距離做適當增加。

二是采用上下行的分路方式，有效分離收發，使上行通信道路和上下行信號之間的空間隔離距離得以擴大，從而實現通信系統內鏈路損耗的減少。

4 抗干擾對照試驗模擬

對多列地鐵情況進行隨機選取，通過試驗室環境展開狀況演示和數據模擬工作，試驗驗證干擾因素和抗干擾措施，旨在對抗干擾措施的效果進行科學驗證，具體試驗分析見表1[12]。

表1 干擾因素的對照試驗

結合表1 模擬試驗分析，在地鐵實際運營過程中，阻塞情況、頻率和電磁會在一定程度上影響無線通信，進而較大程度地危害地鐵的安全運營。通過采用各種抗干擾措施予以應對，能夠使地鐵無線通信影響情況得以顯著降低，有效維護地鐵無線通信的穩定性，夯實地鐵安全、高效運營的基礎。

5 結語

伴隨地鐵客運量的持續增長，社會各界開始更多地關注地鐵的服務水平與安全性。無線通信在地鐵實際運營中會受諸多因素干擾，特別是阻塞、電磁和同頻信號等方面的干擾最為常見和明顯，需要針對干擾因素采取有效的抗干擾措施，從技術、人員和設備等多方面落實地鐵運行保護工作，使干擾因素所形成的安全隱患得以良好消除，保證地鐵系統運行高效、安全，促進我國城市交通的良好發展。