廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)部 魏瑞新

1.2.4G、5.8G頻段頻道分配的基本情況

2.4G頻段和5.8G頻段均屬于ISM頻段范圍，與Wi-Fi共處于一個(gè)頻段范圍內(nèi)。ISM頻段是由ITU-R(International Telecommunications Union-Radiocommunication Sectorv，國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門(mén))定義的。此頻段主要是開(kāi)放給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)(Industrial、Scientific、Medical)三個(gè)主要機(jī)構(gòu)使用，簡(jiǎn)稱(chēng)ISM頻段。該頻段屬于免費(fèi)使用，無(wú)需授權(quán)許可(Free License)，只需要遵守一定的發(fā)射功率，并且不要對(duì)其它頻段造成干擾即可。ISM頻段在各國(guó)的規(guī)定并不統(tǒng)一，表1歸納總結(jié)了與我國(guó)密切相關(guān)的ISM頻段的信道分配情況及國(guó)家相關(guān)使用政策。

2.軌道交通行業(yè)使用2.4G和5.8G頻段的情況

眾所周知，軌道交通行業(yè)內(nèi)基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)(列車(chē)車(chē)-地之間的通信，簡(jiǎn)稱(chēng)CBTC-Communication-Based Train Control)和乘客信息顯示系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)PIDS-Passenger Information Displayed System)的車(chē)-地之間通信，還有部分城市軌道交通的屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)均使用了基于802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)。其實(shí)現(xiàn)車(chē)-地通信的方式是通過(guò)在地鐵線路軌旁相隔一定距離重復(fù)建設(shè)無(wú)線AP來(lái)實(shí)施。CBTC系統(tǒng)的無(wú)線AP在軌旁的間隔距離約為300-500米，PIDS系統(tǒng)的無(wú)線AP在軌旁的間隔距離約為150-200米(以使用2.4G頻段為例)。這種建設(shè)方式的優(yōu)勢(shì)是基于802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，其技術(shù)成熟度高，而采用AP接入具有成本較低、通信帶寬高、可部分使用商用設(shè)備、安裝調(diào)試方案靈活和施工時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。例如：北京地鐵4號(hào)線，10號(hào)線；深圳地鐵蛇口線、環(huán)中線和龍崗線；上海地鐵6號(hào)線到11號(hào)線；廣州地鐵4、5、6號(hào)線、廣佛線和APM線等的CBTC系統(tǒng)均使用了基于2.4G頻段802.11b/g技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；廣州地鐵所有線路的PIDS系統(tǒng)、1號(hào)線的屏蔽門(mén)系統(tǒng)也使用了相同的技術(shù)。

由于5.8G頻段開(kāi)放的時(shí)間比較短，而能完善支持5.8G的協(xié)議還比較少(802.11a或私有協(xié)議)，相對(duì)2.4G頻段來(lái)說(shuō)，成熟的商用設(shè)備也比較少，從而導(dǎo)致應(yīng)用在軌道交通或大型工程上的案例還較少。據(jù)了解，深圳地鐵龍華線的CBTC系統(tǒng)使用了5.8G頻段。

3.地鐵列車(chē)受到干擾的原因分析

地鐵線路在建設(shè)規(guī)劃階段，已經(jīng)按照2.4G頻段的三個(gè)互不重疊的頻點(diǎn)(1、6、11)進(jìn)行了頻率規(guī)劃，不會(huì)形成本系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾。但是，按照IEEE802.11的規(guī)定，目前市場(chǎng)上大部分的無(wú)線路由器，部分醫(yī)療設(shè)備(例如微波治療儀等)均工作在ISM頻段，并且以802.11b/g為標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品占了主流，而802.11b/g均工作在2.4G頻段，一旦這些設(shè)備接近地鐵線路，必然會(huì)發(fā)生頻道的重復(fù)或交叉，同頻干擾和鄰頻干擾也就必然會(huì)發(fā)生。

3.1 地下線路受到干擾的原因分析

隨著3G的發(fā)展，為了隨時(shí)隨地享受到3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的便利，MiFi產(chǎn)品(簡(jiǎn)稱(chēng)“個(gè)人熱點(diǎn)”，是一個(gè)便攜式寬帶無(wú)線裝置)大量上市。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品的無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.11b/g/n，工作在2.4G頻段和5.8G頻段。就目前市場(chǎng)情況看，工作在2.4G頻段的產(chǎn)品占了主流，隨著今后的發(fā)展，預(yù)計(jì)5.8G的產(chǎn)品也會(huì)越來(lái)越多。由于該產(chǎn)品的便利性，使得人們可以隨時(shí)隨地將它帶入辦公室、地鐵列車(chē)、高鐵、咖啡館等一切人類(lèi)可以到達(dá)的地方。一旦將它帶入地鐵列車(chē)，它使用的頻點(diǎn)與地鐵CBTC系統(tǒng)或PIDS系統(tǒng)使用的頻點(diǎn)發(fā)生重復(fù)的可能性就不可避免，其發(fā)射出的2.4GHz頻段信號(hào)可能覆蓋該頻段的所有信道，極容易對(duì)地鐵現(xiàn)有2.4GHz無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)造成同頻或鄰頻干擾。這就必然會(huì)形成對(duì)地鐵CBTC系統(tǒng)、PIDS系統(tǒng)和屏蔽門(mén)系統(tǒng)的干擾。對(duì)CBTC系統(tǒng)而言，會(huì)導(dǎo)致地鐵列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)故障，表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象是緊急制動(dòng)或停車(chē)；對(duì)PIDS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，會(huì)表現(xiàn)出來(lái)列車(chē)無(wú)法正常顯示PIDS視頻信息，控制中心無(wú)法觀看列車(chē)內(nèi)的視頻監(jiān)控圖像；對(duì)屏蔽門(mén)系統(tǒng)而言，屏蔽門(mén)無(wú)法正常開(kāi)閉。

3.2 地面線路受到干擾的原因分析

相比于地下線路，地面線路受到的干擾因素會(huì)更多，這是由于地面線路會(huì)穿越于城市中的高樓大廈之中或郊區(qū)的空曠地域中。地面線路沿線分布著許多公辦室、住宅樓、醫(yī)院、廠房等。在這些樓宇里，會(huì)有無(wú)線AP，各種家用電器、醫(yī)療設(shè)備等存在。其中，無(wú)線AP還好，由于其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)限制了其發(fā)射功率的最大值，加之不像在地下線路車(chē)廂中的MiFi那樣距離地鐵設(shè)備那么近，因此無(wú)線AP的干擾會(huì)相對(duì)較小。但是家用電器的微波爐、醫(yī)療設(shè)備(例如微波功率治療儀)的功率卻很大(最大可到100W)，其工作頻率為2.4G頻段，它們會(huì)對(duì)地鐵線路的軌旁無(wú)線設(shè)備形成較大的干擾，這已經(jīng)是被證明的事實(shí)。

3.3 5.8G頻段受到干擾的原因分析

2012年8月至11月，深圳地鐵2號(hào)線、5號(hào)線發(fā)生多列列車(chē)因無(wú)線信號(hào)干擾而緊急制動(dòng)的事件，這給地鐵運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)。在經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析和總結(jié)后，國(guó)際國(guó)內(nèi)專(zhuān)家一致認(rèn)為，工作于2.4G頻段的無(wú)線AP、MiFi、醫(yī)療設(shè)備微波治療儀等是造成干擾的元兇。于是，許多媒體和社會(huì)人士建議地鐵建設(shè)者不要再節(jié)約那一點(diǎn)點(diǎn)頻率使用費(fèi)，應(yīng)該避開(kāi)頻率擁擠的2.4G免費(fèi)頻段，轉(zhuǎn)而去使用需要付費(fèi)的5.8G頻段。那么，5.8G頻段真的干凈嗎？是否使用了5.8G付費(fèi)頻段，就可以使地鐵列車(chē)不受干擾而一勞永逸呢？

通過(guò)表1：《ISM頻段信道分配及中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一覽表》可以看出，在我國(guó)5.8G(5.725－5.850GHz)頻段有5個(gè)信道可以使用，按照【工信部無(wú)[2002]277號(hào)】文《關(guān)于使用5.8GHz頻段頻率事宜的通知》中的相關(guān)規(guī)定，該頻段是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、高速無(wú)線局域網(wǎng)、寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備及車(chē)輛無(wú)線自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等無(wú)線電臺(tái)站的共用頻段，原則上用于公眾網(wǎng)無(wú)線接入通信，運(yùn)營(yíng)企業(yè)只要取得相應(yīng)的基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)許可即可。

表1 ISM頻段信道分配及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

由上述可見(jiàn)，國(guó)家對(duì)該頻段也沒(méi)有統(tǒng)一的分配，文中并沒(méi)有指定該頻段中的哪些頻點(diǎn)給軌道交通行業(yè)專(zhuān)用，哪些頻點(diǎn)給其它業(yè)務(wù)專(zhuān)用，因此各廠家之間的設(shè)備將會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的干擾，會(huì)降低系統(tǒng)的可用性。

另外，依據(jù)IEEE802.11各標(biāo)準(zhǔn)的頻段劃分可知，采用IEE802.11a和IEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品都可以工作在5.8G頻段，從目前的市場(chǎng)上看，各大電信運(yùn)營(yíng)商為爭(zhēng)奪5.8G這個(gè)新的頻段均推出了不同的產(chǎn)品，中國(guó)移動(dòng)利用其網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在的覆蓋優(yōu)勢(shì)，推出了以5.8G頻段上的WLAN技術(shù)為基礎(chǔ)的“GPRS+WLAN無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)捆綁方案”；中國(guó)聯(lián)通在博鰲亞洲論壇實(shí)現(xiàn)了3G網(wǎng)絡(luò)“HSPA+”全網(wǎng)覆蓋方案，中國(guó)電信也推出了一項(xiàng)名為“天翼通”的方案并已經(jīng)實(shí)施。

由上述可見(jiàn)，5.8G頻段盡管需要取得許可經(jīng)營(yíng)證和付出頻率使用費(fèi)，但是，由于新頻段的產(chǎn)品具有傳輸速率快，傳輸帶寬高等的優(yōu)勢(shì)，用戶的需求會(huì)催生越來(lái)越多新產(chǎn)品的上市，例如5.8G無(wú)線網(wǎng)橋，大區(qū)域覆蓋的Wi-Fi無(wú)線基站，5.8G的數(shù)字微波設(shè)備等等。所以說(shuō)，付費(fèi)的5.8G頻段并不能給地鐵的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一片“安靜”的凈土。

4.地鐵列車(chē)避免受到干擾的建議

由上述分析可見(jiàn)，無(wú)論是免費(fèi)的2.4G頻段還是付費(fèi)的5.8G頻段，每個(gè)頻段內(nèi)完全不重復(fù)的頻點(diǎn)數(shù)量都是有限的。在付費(fèi)的5.8G頻段，國(guó)家又沒(méi)有統(tǒng)一分配各個(gè)行業(yè)使用的頻點(diǎn)，這兩個(gè)頻段范圍內(nèi)的產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越豐富，各個(gè)產(chǎn)品放在一起時(shí)相互之間產(chǎn)生同頻和鄰頻干擾的可能性是非常大的，要想使得地鐵中基于IEEE802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)不受到外部和內(nèi)部的干擾，筆者認(rèn)為需要考慮以下幾方面的內(nèi)容，方可盡量減少地鐵受到干擾的可能性。

4.1 在既有的地鐵線路上引進(jìn)新的無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備要謹(jǐn)慎進(jìn)行

在既有的地鐵線路上，有兩種情況會(huì)遇到，一是向乘客開(kāi)放3G網(wǎng)絡(luò)，這會(huì)導(dǎo)致MiFi進(jìn)入地鐵列車(chē)，前面已經(jīng)分析過(guò)，MiFi對(duì)地鐵的CBTC和PIDS系統(tǒng)使用的無(wú)線局域網(wǎng)會(huì)形成干擾，但是否會(huì)導(dǎo)致列車(chē)產(chǎn)生緊急制動(dòng)，影響到乘客的安全，這要看MiFi產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)是否符合國(guó)家規(guī)范，如果遇到以增加發(fā)射功率，達(dá)到以覆蓋距離遠(yuǎn)為賣(mài)點(diǎn)的產(chǎn)品，這種可能性就會(huì)非常大。所以建議在地鐵線路內(nèi)，要謹(jǐn)慎開(kāi)放電信運(yùn)營(yíng)商的3G或4G網(wǎng)絡(luò)。第二種情況是地鐵內(nèi)部自建新的基于IEEE802.11/b/g/n的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須對(duì)原有的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的頻點(diǎn)規(guī)劃非常清楚，新增加的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用的頻點(diǎn)不能與原有的頻點(diǎn)重復(fù)，并且一定要做好預(yù)建頻點(diǎn)的干擾測(cè)試，以免干擾情況的發(fā)生。

4.2 呼吁國(guó)家無(wú)線電管理部門(mén)盡快出臺(tái)軌道交通行業(yè)車(chē)地通信(CBTC)系統(tǒng)的專(zhuān)用無(wú)線頻點(diǎn)

正如前面所分析的結(jié)果，2.4G頻段一直是免費(fèi)開(kāi)放的，該頻段有13個(gè)頻點(diǎn)，其中只有三個(gè)頻點(diǎn)是互不重復(fù)的頻道。5.8G頻段也只有5個(gè)頻點(diǎn)可以使用，雖然需要付費(fèi)和取得經(jīng)營(yíng)許可，但是【工信部無(wú)[2002]277號(hào)】文中并沒(méi)有指定該頻段中的哪些頻點(diǎn)給地鐵建設(shè)專(zhuān)用，哪些頻點(diǎn)給其它業(yè)務(wù)專(zhuān)用，因此，無(wú)論采用那個(gè)頻段作為軌道交通行業(yè)的CBTC系統(tǒng)或PIDS使用，同頻干擾的可能性都是存在的。因此，建議軌道交通建設(shè)部門(mén)和政府相關(guān)職能管理部門(mén)呼吁國(guó)家無(wú)線電管理部門(mén)盡快出臺(tái)軌道交通行業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)接入系統(tǒng)的專(zhuān)用無(wú)線頻點(diǎn)是唯一避免地鐵列車(chē)受到干擾的簡(jiǎn)潔途徑。

4.3 在新建地鐵線路上，需要做好頻率規(guī)劃，合理布局和規(guī)劃地鐵線路上的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

在國(guó)家沒(méi)有指定分配給軌道交通行業(yè)使用的專(zhuān)用頻點(diǎn)前，新建的地鐵線路需要做好頻率規(guī)劃，合理布局和規(guī)劃地鐵線路上的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，使得本系統(tǒng)之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。

例如：在地鐵隧道中，使用1、6、11頻道做成鏈型小區(qū)，依次重復(fù)這樣的鏈型小區(qū)實(shí)現(xiàn)整個(gè)隧道區(qū)間的覆蓋。

4.4 在新建地鐵線路上，地鐵建設(shè)者應(yīng)在無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)選型上多下功夫，大膽創(chuàng)新

一是從技術(shù)上直接避開(kāi)2.4G及5.8G這兩個(gè)擁擠的頻段，選用其它的車(chē)地?zé)o線通信接入方案。例如，鄭州地鐵采用的華為eLTE技術(shù)，具有Wi-Fi無(wú)線接入系統(tǒng)無(wú)法比擬的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了150兆帶寬的語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)同步通信調(diào)度系統(tǒng)，允許列車(chē)速度從80公里到200公里運(yùn)行，使得調(diào)度更具有準(zhǔn)確性、快捷性。在建設(shè)上，原來(lái)的站點(diǎn)基本上200米一個(gè)，現(xiàn)在可以支持到一到兩公里之間，降低了建設(shè)成本。二是即使采用了5.8G付費(fèi)頻段的頻點(diǎn)，也要從其協(xié)議的抗干擾技術(shù)上多加考察和試驗(yàn)，以實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果的好壞作為是否采用的準(zhǔn)則。據(jù)了解，盡管目前能完善支持5.8G的協(xié)議還比較少，但是許多技術(shù)先進(jìn)的公司在5.8G頻段上，使用了自己開(kāi)發(fā)的私有協(xié)議，以提高系統(tǒng)性能。某些公司的系統(tǒng)，已做到在120km/h的速度上仍能夠獲得10M以上的帶寬。

[1]謝凡,李開(kāi)成.無(wú)線局域網(wǎng)在DEFD系統(tǒng)中可用性及測(cè)試方案研究[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào),2006,8:102-105.

[2]馬麗英.廣州地鐵二八號(hào)線延長(zhǎng)線車(chē)輛乘客信息系統(tǒng)[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛,2009,7:23-25.

[3]蔣秋華.2005.12博士后研究報(bào)告《鐵路無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究》[D].北京郵電大學(xué),2005.

[4]北京交通大學(xué).北京和利時(shí)公司.基于通信的城軌CBTC系統(tǒng)的研究報(bào)告階段成果報(bào)告[R].北京和利時(shí)公司,2007.