地鐵信號(hào)系統(tǒng)車―地?zé)o線通信傳輸抗干擾問(wèn)題分析

地鐵信號(hào)系統(tǒng)車―地?zé)o線通信傳輸抗干擾問(wèn)題分析地鐵信號(hào)系統(tǒng)車―地?zé)o線通信傳輸抗干擾問(wèn)題分析

中圖分類號(hào)：TP273文章編號(hào)：1009-2374〔2022〕17-0092-02DOI：10.13535/jki.11-4406/n.2022.17.044

1地鐵車-地?zé)o線通信傳輸系統(tǒng)概括

地鐵無(wú)線傳輸系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，作為主要地鐵信號(hào)傳輸之一的車-地?zé)o線通信系統(tǒng)開(kāi)始隨著國(guó)家技術(shù)的快速進(jìn)步，逐漸形成車-地?zé)o線通信傳輸?shù)莫?dú)立信號(hào)傳輸網(wǎng)。車-地形式的無(wú)線傳輸信號(hào)系統(tǒng)主要由車軌旁的無(wú)線AP及地鐵車體所載天線將地面信號(hào)進(jìn)行連接，使整個(gè)車-地信號(hào)系統(tǒng)合理運(yùn)作。地鐵無(wú)線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

2車-地?zé)o線通信傳輸應(yīng)需平安規(guī)范

車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)作為列車狀態(tài)信息和列車移動(dòng)時(shí)授權(quán)信息的關(guān)鍵，直接決定了地鐵行車效率和平安性，必須保證車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的幾種平安性需求。

2.1車-地?zé)o線傳輸平安可靠可利用性

無(wú)線傳輸信號(hào)系統(tǒng)作為地鐵平安控制系統(tǒng)，掌控地鐵行駛速度及移動(dòng)授權(quán)，車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)受到任何干擾都會(huì)使無(wú)線傳輸信號(hào)出現(xiàn)無(wú)法可靠執(zhí)行的問(wèn)題，使地鐵無(wú)法平安正常行駛，因此嚴(yán)格要求信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平安傳輸規(guī)范是保證地鐵平安運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.2地鐵信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸必須實(shí)時(shí)

地鐵屬運(yùn)行性有線無(wú)線聯(lián)合傳輸系統(tǒng)，追蹤地鐵運(yùn)行信息，前后車狀態(tài)需進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞。如果地鐵運(yùn)行中系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸出現(xiàn)時(shí)間無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸，所出現(xiàn)的時(shí)差將整個(gè)影響信號(hào)系統(tǒng)效率，時(shí)差越長(zhǎng)效率越受影響，假設(shè)行駛出現(xiàn)緊急情形時(shí)勢(shì)必會(huì)影響地鐵行駛平安。

2.3高速移動(dòng)無(wú)線傳輸必須滿足系統(tǒng)信息速率

地鐵運(yùn)行常處于最高時(shí)速80～90km的行駛狀態(tài)。地鐵在快速行駛時(shí)，將會(huì)受到多徑效應(yīng)等原因影響，降低系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)傳遞效率。車-地?zé)o線傳輸必須在這種情況下保證設(shè)備正常傳輸，保證無(wú)線傳輸系統(tǒng)平安運(yùn)行。

2.4地鐵移動(dòng)中傳輸數(shù)據(jù)丟包及無(wú)線網(wǎng)接入源問(wèn)題

車-地?zé)o線通信傳輸時(shí)會(huì)因?yàn)榱熊囆旭偹俣仍诟咚偾闆r從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟包活數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送現(xiàn)象，作為影響系統(tǒng)運(yùn)行效率原因之一，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致地鐵因所接收信息不完整被迫停止運(yùn)行，給運(yùn)行效率和乘客造成影響。無(wú)線傳輸系統(tǒng)屬于開(kāi)放式傳輸空間，假設(shè)不法分子使用與地鐵系統(tǒng)設(shè)備相同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備極有可能強(qiáng)制介入，擾亂系統(tǒng)平安運(yùn)行。地鐵無(wú)線局域網(wǎng)平安性及保密性必須加強(qiáng)控制，才能保障車-地?zé)o線信號(hào)傳輸

平安。

3地鐵信號(hào)傳輸干擾源分析

地鐵運(yùn)行時(shí)采取的無(wú)線信息傳輸因其開(kāi)放式很容易受到干擾，如乘客所帶電子設(shè)備干擾、列車信號(hào)和乘客信息系統(tǒng)干擾、站臺(tái)換乘時(shí)信號(hào)頻率及高速移動(dòng)時(shí)多普勒效應(yīng)及多徑效應(yīng)干擾等。

3.1信號(hào)及乘客信息信號(hào)干擾

乘客信息系統(tǒng)由多媒體網(wǎng)絡(luò)依靠計(jì)算機(jī)用顯示車站終端滿足乘客所需位置信息的效勞系統(tǒng)。因其與地鐵車-地?zé)o線傳輸信號(hào)系統(tǒng)的相同性，在列車頂部安裝位置與列車平安系統(tǒng)接收天線較近，極易出現(xiàn)信號(hào)干擾現(xiàn)象。

3.2同站臺(tái)換乘頻率干擾問(wèn)題

地鐵中同臺(tái)換乘情況極為普遍，當(dāng)兩條線路用同樣的傳輸方式傳輸時(shí)，本線信號(hào)和另線信號(hào)覆蓋極易出現(xiàn)矛盾干擾，站臺(tái)屬于開(kāi)放式空間而無(wú)線傳輸系統(tǒng)信號(hào)電磁波的穿透力和反射力也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。

3.3乘客所帶電子設(shè)備干擾

目前無(wú)線網(wǎng)已經(jīng)越來(lái)越普遍，人們所攜帶的電子設(shè)備越來(lái)越多。無(wú)線網(wǎng)因其開(kāi)放式導(dǎo)致無(wú)線信號(hào)很容易被乘客所帶電子設(shè)備搜索到，使地鐵信號(hào)系統(tǒng)信息及系統(tǒng)加密信息泄漏。倘假設(shè)有不法分子用非法技術(shù)入侵地鐵無(wú)線傳輸信號(hào)網(wǎng)，控制行車信息，使地鐵行駛處于極大的危險(xiǎn)中。

3.4無(wú)線區(qū)域協(xié)議或頻段相同電子設(shè)備干擾

無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)屬于開(kāi)放式，車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)線路周圍的電子產(chǎn)品人地鐵周圍家用無(wú)線設(shè)備、商用無(wú)線設(shè)備和運(yùn)營(yíng)商熱點(diǎn)設(shè)備、乘客所帶手機(jī)、電子藍(lán)牙設(shè)備等都會(huì)對(duì)信號(hào)造成物理干擾。

3.5高速移動(dòng)多普勒效應(yīng)及隧道多徑效應(yīng)

地鐵行駛速度在80～90km/h，這種高速移動(dòng)會(huì)使在接近和遠(yuǎn)離信號(hào)發(fā)送端時(shí)出現(xiàn)頻率上下不同的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)造成系統(tǒng)誤碼率提升，系統(tǒng)的帶寬及頻率偏移也是高速移動(dòng)中的多普勒效應(yīng)影響，威脅信號(hào)系統(tǒng)平安。地鐵形式隧道內(nèi)，無(wú)線信號(hào)傳輸時(shí)因隧道內(nèi)多經(jīng)通道原因使信號(hào)傳輸達(dá)到接收點(diǎn)時(shí)間不同，隧道內(nèi)通信由于反射過(guò)程及幅度變化出現(xiàn)變?nèi)跏д妫詈蟪霈F(xiàn)通信無(wú)法穩(wěn)定現(xiàn)象。

4車-地?zé)o線信號(hào)傳輸系統(tǒng)干擾防備辦法

4.1無(wú)線信號(hào)及乘客信息系統(tǒng)防備辦法

乘客信息系統(tǒng)屬于PIS系統(tǒng)，因?yàn)槲恢门c無(wú)線信號(hào)接收安裝較近較易使信號(hào)受到干擾。鑒于PIS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)多，信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸少，可由此點(diǎn)作出將頻點(diǎn)進(jìn)行隔離，將兩者輸出頻率別離的措施。但此種辦法在實(shí)用性試驗(yàn)時(shí)難度較大，也會(huì)影響帶寬。應(yīng)盡量以改變不同頻段的信號(hào)系統(tǒng)作為出發(fā)點(diǎn)，完善無(wú)線信號(hào)及乘客信息系統(tǒng)干擾問(wèn)題。

4.2同站臺(tái)換乘頻率干擾防備辦法

同站臺(tái)換乘頻率干擾主要是因?yàn)檎九_(tái)空間較為開(kāi)放式，可以采取下列方式進(jìn)行防備：

4.2.1可以車-地?zé)o線傳輸系統(tǒng)采取將信號(hào)系統(tǒng)頻點(diǎn)辨別開(kāi)，將本線和相鄰縣頻點(diǎn)信息采用不同的信號(hào)制式設(shè)備。可將其中一個(gè)頻段提升使用5GHz以上頻段，可以有效增加頻點(diǎn)使用靈活性。4.2.2車-地通信方式的改變也可以改善同站臺(tái)頻率干擾現(xiàn)象。如無(wú)線電臺(tái)方式在本線使用，相鄰線采用感應(yīng)環(huán)線等。也可以將本線和相鄰線均采用非無(wú)線電臺(tái)信息傳輸系統(tǒng)方式，如使用波導(dǎo)管、感應(yīng)環(huán)線、漏纜，可以均勻改善無(wú)線覆蓋性，將線路干擾降到不影響系統(tǒng)平安行駛的最小程度，使同站臺(tái)換成頻率問(wèn)題得到解決。

4.2.3選擇適宜方向角安置定向天線，站臺(tái)空間開(kāi)放，環(huán)境混亂復(fù)雜造成的各種干擾無(wú)法準(zhǔn)確控制。假設(shè)根據(jù)線路指定相應(yīng)角度的定向天線，增強(qiáng)軌道的實(shí)用信號(hào)，削弱干擾方向信號(hào)，可以有效保證通信質(zhì)量及安

全性。

4.3非法入侵無(wú)線干擾解決辦法

地鐵屬于公共開(kāi)放場(chǎng)合，無(wú)線通信也處于局域網(wǎng)。應(yīng)采取相應(yīng)辦法避免各類人群侵入竊聽(tīng)加密信息，如：

4.3.1設(shè)置禁用標(biāo)志播送功能，禁止客戶端接入地鐵AP。設(shè)置媒體介入允許用戶，避免非法介入。

4.3.2使用更高強(qiáng)度交換機(jī)，將網(wǎng)絡(luò)區(qū)段分解小段，減少非法用戶鏈接集線器的可能性，避免信息數(shù)據(jù)被監(jiān)測(cè)。

4.3.3將密碼設(shè)置更高級(jí)動(dòng)態(tài)化。設(shè)置防火墻或檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)入侵情況。

4.4開(kāi)放空間相同協(xié)議干擾和多普勒及多徑效應(yīng)干擾解決辦法

4.4.1開(kāi)放空間非主動(dòng)攻擊可采取二層控制技術(shù)控制干擾。多普勒效應(yīng)因高速影響參數(shù)及系統(tǒng)誤碼率，可采取將糾錯(cuò)碼應(yīng)用到通信系統(tǒng)中，有效降低誤碼率，增加通信系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

4.4.2由于地鐵隧道的多徑性，車-地?zé)o線傳輸信號(hào)出現(xiàn)的失真和衰弱現(xiàn)象可采取OFDM技術(shù)，增強(qiáng)信號(hào)對(duì)干擾抵制力，也可采取正交頻分復(fù)辦法使多子載波交織傳輸信號(hào)數(shù)據(jù)，即使出現(xiàn)喪失情況也接收端可通過(guò)聯(lián)合編碼復(fù)原數(shù)