CBTC数据通信子系统的无线干扰论文

0引言

　　随着城市化进程的加快，为了缓解城市交通的拥堵，全国各大城市都在加紧修建地铁。在整个地铁系统中，列车的自动控制系统起到核心控制作用。目前国内新建地铁线路大多采用基于通信的列车控制系统(CBTC)，它采用无线通信系统，通过开放的数据通信(DSC)网络实现了高可靠、高精度列车自身定位，以及连续、高容量的车/地双向数据通信。DSC子系统采用IEEE802.11g标准、2.4GHz公共频段的无线局域网技术提供车地无线系统连接，且大多采用无线接入点(AP)接入方式的组网结构。现今城市无线网络覆盖广泛，CBTC系统的无线车地通信容易受到外界的干扰，特别是采用同样2.4GHz公共频段，应用无线局域网技术的WiFi无线设备。本文分析了地铁CBTC中DSC的无线通信系统存在的干扰问题，并给出了具体的解决措施。

1CBTC系统的无线干扰分析

　　1.1同频干扰分析

　　轨道边的无线AP，需要工作在2.4GHz的某个频点上。当无线AP的无线信号覆盖范围内有两个以上的AP时，需要为每个AP设定不同的频段，以免共用信道发生冲突。常用的IEEE802.11g将2.4G～2.4835G的频段分成13个相邻的子信道如图1所示，AP可以使用1、6、11信道。在同频工作模式下，两辆列车可能同时出现在同一个AP的频段中，这样两者就会发生干扰。

　　1.2多径干扰分析

　　当无线信号在沿地铁线路传输时，无线信号在隧道内壁以及其他物体上进行反射时会产生多径问题。即传输信号并非通过单一路径到达接收器，而是经过了多个不同路径。最终接收到的信号实际上是所有信号分量叠加形成，传输信号分量经过不同的路径和不同的延迟到达接收器。这样接收到的信号就产生了畸变。

　　1.3外部周围环境的干扰

　　地铁沿线外部周围的障碍物、企业或者家用WLAN设备都可能对轨道交通CBTC的2.4GWLAN系统产生干扰。对于外部周围环境的障碍物，主要产生干扰的原因是一些广告牌和灯箱可能会出现在CBTC信号覆盖的第一菲涅尔区域内，从而降低信号的可用度。

　　1.4电磁干扰分析

　　在地铁线路区域内，除了地铁列车的电气设备外，还有无线发射站等多种无线电磁干扰源，特别是工作于2.4G频段的无线AP、MiFi、医疗设备微波治疗仪等。电磁干扰可能会导致地铁设备误动作，甚至会出现系统通信网络频繁出现故障等问题。

　　1.5轨道交通内部其它通讯系统的干扰

　　对于轨道交通内部的其它通讯系统，同样它们工作在不同于无线控制点的2.4GHz-2.483GHz范围内，对2.4GWLAN系统产生干扰。

　　1.6CBTC与PIS系统间的.干扰

　　在地铁的隧道环境中，除了CBTC系统需要采用无线局域网技术之外，PIS系统也可能采用基于802.11的解决方案。在隧道中有两套无线局域网系统，从图1中可见，同时只有3个信道是互不重叠的，其它信道使用的频率相互重叠，可能互相干扰。

2CBTC无线干扰的解决措施

　　2.1CBTC系统内部干扰的解决措施

　　CBTC和PIS系统，处于共存在2.4GHz开放免费频段的情况时，PIS系统可工作于第三个不重叠频点，即安排PIS系统的轨旁AP均工作在频点6，而CBTC系统的轨旁AP工作在频点1、13。当然，PIS系统也可以根据自身系统的带宽需求，选择工作在5.8G频段。从信号系统业务的角度来分析，系统针对网络的快速切换具有很高要求，基本要求于毫秒级，综合各种切换技术及列车实测情况来看，本工程使用同频切换技术，即在信号系统中每个网络使用一个统一的频率(整个系统占用两个互不重叠的信道)。在轨道交通信号系统工程实施中，B网络(ESS_B)使用第1信道，而A网络使用第13信道。属于同一网络的AP会是用同样的频率，因此，在覆盖重叠区域，相邻AP之间会产生一定的干扰。但是，根据在轨道交通环境所作的测试结果，相互之间的干扰对AP的性能影响非常有限，完全可以支持车地之间的双向通信，并且实测中每个AP有效通信容量(去除协议开销)约为22Mbit/s，足以支持CBTC车地之间的高速﹑实时双向通信。综上所述，CBTC系统和PIS系统，处于共存在2.4GHz开放免费频段的情况时，PIS系统可工作于第三个不重叠频点，当然，PIS系统也可以根据自身系统的带宽需求，选择工作在5.8G频段。