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CBTC數據通信子系統的無(wú)線(xiàn)干擾論文
0引言
隨著(zhù)城市化進(jìn)程的加快，為了緩解城市交通的擁堵，全國各大城市都在加緊修建地鐵。在整個(gè)地鐵系統中，列車(chē)的自動(dòng)控制系統起到核心控制作用。目前國內新建地鐵線(xiàn)路大多采用基于通信的列車(chē)控制系統（CBTC），它采用無(wú)線(xiàn)通信系統，通過(guò)開(kāi)放的數據通信（DSC）網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了高可靠、高精度列車(chē)自身定位，以及連續、高容量的車(chē)／地雙向數據通信。DSC子系統采用IEEE802．11g標準、2．4GHz公共頻段的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)提供車(chē)地無(wú)線(xiàn)系統連接，且大多采用無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)（AP）接入方式的組網(wǎng)結構�，F今城市無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋廣泛，CBTC系統的無(wú)線(xiàn)車(chē)地通信容易受到外界的干擾，特別是采用同樣2．4GHz公共頻段，應用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)的WiFi無(wú)線(xiàn)設備。本文分析了地鐵CBTC中DSC的無(wú)線(xiàn)通信系統存在的干擾問(wèn)題，并給出了具體的解決措施。
1CBTC系統的無(wú)線(xiàn)干擾分析
1．1同頻干擾分析
軌道邊的無(wú)線(xiàn)AP，需要工作在2．4GHz的某個(gè)頻點(diǎn)上。當無(wú)線(xiàn)AP的無(wú)線(xiàn)信號覆蓋范圍內有兩個(gè)以上的AP時(shí)，需要為每個(gè)AP設定不同的頻段，以免共用信道發(fā)生沖突。常用的IEEE802．11g將2．4G～2．4835G的頻段分成13個(gè)相鄰的子信道如圖1所示，AP可以使用1、6、11信道。在同頻工作模式下，兩輛列車(chē)可能同時(shí)出現在同一個(gè)AP的頻段中，這樣兩者就會(huì )發(fā)生干擾。
1．2多徑干擾分析
當無(wú)線(xiàn)信號在沿地鐵線(xiàn)路傳輸時(shí)，無(wú)線(xiàn)信號在隧道內壁以及其他物體上進(jìn)行反射時(shí)會(huì )產(chǎn)生多徑問(wèn)題。即傳輸信號并非通過(guò)單一路徑到達接收器，而是經(jīng)過(guò)了多個(gè)不同路徑。最終接收到的信號實(shí)際上是所有信號分量疊加形成，傳輸信號分量經(jīng)過(guò)不同的路徑和不同的延遲到達接收器。這樣接收到的信號就產(chǎn)生了畸變。
1．3外部周?chē)h(huán)境的干擾
地鐵沿線(xiàn)外部周?chē)恼系K物、企業(yè)或者家用WLAN設備都可能對軌道交通CBTC的2．4GWLAN系統產(chǎn)生干擾。對于外部周?chē)h(huán)境的障礙物，主要產(chǎn)生干擾的原因是一些廣告牌和燈箱可能會(huì )出現在CBTC信號覆蓋的第一菲涅爾區域內，從而降低信號的可用度。
1．4電磁干擾分析
在地鐵線(xiàn)路區域內，除了地鐵列車(chē)的電氣設備外，還有無(wú)線(xiàn)發(fā)射站等多種無(wú)線(xiàn)電磁干擾源，特別是工作于2．4G頻段的無(wú)線(xiàn)AP、MiFi、醫療設備微波治療儀等。電磁干擾可能會(huì )導致地鐵設備誤動(dòng)作，甚至會(huì )出現系統通信網(wǎng)絡(luò )頻繁出現故障等問(wèn)題。
1．5軌道交通內部其它通訊系統的干擾
對于軌道交通內部的其它通訊系統，同樣它們工作在不同于無(wú)線(xiàn)控制點(diǎn)的2．4GHz－2．483GHz范圍內，對2．4GWLAN系統產(chǎn)生干擾。
1．6CBTC與PIS系統間的干擾
在地鐵的隧道環(huán)境中，除了CBTC系統需要采用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)之外，PIS系統也可能采用基于802．11的解決方案。在隧道中有兩套無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)系統，從圖1中可見(jiàn)，同時(shí)只有3個(gè)信道是互不重疊的，其它信道使用的頻率相互重疊，可能互相干擾。
2CBTC無(wú)線(xiàn)干擾的解決措施
2．1CBTC系統內部干擾的解決措施
CBTC和PIS系統，處于共存在2．4GHz開(kāi)放免費頻段的情況時(shí)，PIS系統可工作于第三個(gè)不重疊頻點(diǎn)，即安排PIS系統的軌旁AP均工作在頻點(diǎn)6，而CBTC系統的軌旁AP工作在頻點(diǎn)1、13。當然，PIS系統也可以根據自身系統的帶寬需求，選擇工作在5．8G頻段。從信號系統業(yè)務(wù)的角度來(lái)分析，系統針對網(wǎng)絡(luò )的快速切換具有很高要求，基本要求于毫秒級，綜合各種切換技術(shù)及列車(chē)實(shí)測情況來(lái)看，本工程使用同頻切換技術(shù)，即在信號系統中每個(gè)網(wǎng)絡(luò )使用一個(gè)統一的頻率（整個(gè)系統占用兩個(gè)互不重疊的信道）。在軌道交通信號系統工程實(shí)施中，B網(wǎng)絡(luò )（ESS＿B）使用第1信道，而A網(wǎng)絡(luò )使用第13信道。屬于同一網(wǎng)絡(luò )的AP會(huì )是用同樣的頻率，因此，在覆蓋重疊區域，相鄰AP之間會(huì )產(chǎn)生一定的干擾。但是，根據在軌道交通環(huán)境所作的測試結果，相互之間的干擾對AP的性能影響非常有限，完全可以支持車(chē)地之間的雙向通信，并且實(shí)測中每個(gè)AP有效通信容量（去除協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)）約為22Mbit／s，足以支持CBTC車(chē)地之間的高速﹑實(shí)時(shí)雙向通信。綜上所述，CBTC系統和PIS系統，處于共存在2．4GHz開(kāi)放免費頻段的情況時(shí)，PIS系統可工作于第三個(gè)不重疊頻點(diǎn)，當然，PIS系統也可以根據自身系統的帶寬需求，選擇工作在5．8G頻段。
2．2CBTC外部干擾的解決措施
�。�1）針對多徑反射帶來(lái)的問(wèn)題，采用以下的一些技術(shù)來(lái)克服多徑干擾問(wèn)題：采用雙天線(xiàn)減輕多徑干擾，為每一個(gè)車(chē)載無(wú)線(xiàn)單元配置了雙天線(xiàn)，使雙天線(xiàn)工作在分級模式下，這樣的方式在一定程度上可以有效消除多徑干擾的問(wèn)題。在軌旁以及車(chē)載部分采用定向天線(xiàn)方式進(jìn)行接受和發(fā)送，其發(fā)送角度小，在隧道封閉環(huán)境中產(chǎn)生反射的情況大大減少從而減輕多徑干擾。采用OFDM（正交頻分復用）無(wú)線(xiàn)擴頻技術(shù)，用于車(chē)－地無(wú)線(xiàn)通信，OFDM最大可接收6Mbit／s的數據速率，減少多徑衰落對無(wú)線(xiàn)通信系統的影響。
�。�2）外部周?chē)h(huán)境干擾的解決措施:對于這類(lèi)情況，需要注意天線(xiàn)安裝的高度，確保軌旁天線(xiàn)和車(chē)載天線(xiàn)的通信的第一菲涅爾區域內避免燈箱和廣告牌障礙物的干擾。并且在地面部分采用小角度的定向天線(xiàn)，可以增強定向天線(xiàn)覆蓋的主要區域的信號，而減弱干擾信號。
�。�3）避免電磁干擾的措施：地鐵交通的環(huán)境比較復雜，干擾源較多，一般采用以下方式避免電磁干擾：在隧道及地面路段選擇小角度定向高增益天線(xiàn)，天線(xiàn)前后比≥25dB。高指向性天線(xiàn)可以解決對周邊環(huán)境的電磁干擾；沿線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)AP安裝于室外屏蔽箱體內，屏蔽箱體可以有效防止隧道內的高壓動(dòng)力電纜對無(wú)線(xiàn)設備可能造成的干擾；列車(chē)司機駕駛室內的車(chē)載MR安裝高增益定向天線(xiàn)，指向車(chē)頭／車(chē)尾軌道沿線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)AP天線(xiàn)。
�。�4）克服軌道交通內部其它通訊系統的干擾:通過(guò)它們本身的濾波系統，基本可以過(guò)濾WLAN無(wú)線(xiàn)信號對它們的無(wú)線(xiàn)干擾。并且項目選用的任何一款WLAN產(chǎn)品都經(jīng)過(guò)嚴格的EMIClassB的檢測，杜絕對軌道交通內部其它通訊系統的干擾。
3結語(yǔ)
對于采用基于2．4G無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)的CBTC系統，必須要提高無(wú)線(xiàn)通信系統的安全性，盡量避免運行中可能出現的信號干擾，保證列車(chē)的行車(chē)安全。那么，就現有的CBTC地鐵線(xiàn)路而言，必須要求相關(guān)技術(shù)人員加大對信號干擾源的研究分析，給出相應的解決措施。如果要從根本上解決信號干擾問(wèn)題，必須申請地鐵通信系統的專(zhuān)用頻段。
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