劉震

【摘要】 隨著WLAN技術(shù)日漸成熟，地鐵列車控制也引入了基于WLAN技術(shù)為基礎的無線通信列車自動控制系統(tǒng)，CBTC系統(tǒng)（Communication Based Train Control System）。本文結(jié)合深圳地鐵在CBTC系統(tǒng)的成功運用經(jīng)驗，分析了深圳地鐵CBTC系統(tǒng)中的核心技術(shù)車-地通信的內(nèi)容和方式，著重論述了其中無線傳播方式的問題，并對其優(yōu)缺點進行了簡單比較。

【關鍵字】 WLAN CBTC 車地通信 自由傳播

深圳地鐵二期工程，共有三條線路分別為蛇口線、龍崗線、環(huán)中線。三條線路的信號系統(tǒng)均采用時下最為先進的基于通信的列車控制（CBTC）系統(tǒng)。龍崗線采用BOMBARDIER公司的技術(shù)，蛇口線、環(huán)中線采用ALSTOM的技術(shù)。國內(nèi)CBTC系統(tǒng)的車-地通信方式主要有兩類，交叉感應環(huán)線方式（IL）和無線擴頻通信方式（RF）。

基于環(huán)線的CBTC系統(tǒng)主要的代表為THALES SelTracS40，在軌道交通和干線鐵路領域使用多年，有成熟的運用經(jīng)驗。目前國內(nèi)僅有武漢輕軌1號線、廣州地鐵3號采用該方式。交叉感應環(huán)線方式具有傳輸特性好，抗干擾能力強的優(yōu)點，但感應環(huán)線數(shù)據(jù)傳輸速率較低，只能夠滿足CBTC系統(tǒng)對數(shù)據(jù)量的基本需求。因為深圳未采用該種方式，所以本文不做詳細闡述。ALSTOM BOMBARDIER兩家公司的CBTC系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能基本一致，但兩公司的車-地雙向連續(xù)通信方式還是存在一定的差異。無線擴頻車-地通信方式，根據(jù)采用的傳播介質(zhì)的不同又分為：自由波天線、波導管、漏泄電纜三種方式。ALSTOM BOMBARDIER的CBTC系統(tǒng)的車-地通信媒介如下表所示。

擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication），簡稱擴頻通信，是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列（一般是偽隨機碼）來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數(shù)據(jù)。CBTC系統(tǒng)中的無線擴頻通信多采用開放ISM頻段2.4-2.4835GHz，此頻段主要是給工業(yè)、科學、醫(yī)學三個主要機構(gòu)使用，屬于非付費的頻段，但工作功率必須小1瓦，并且不對其它頻段造成干擾即可使用，不需要向當?shù)責o線電管理單位申請授權(quán)許可。CBTC系統(tǒng)也可采用5.725-5.850GHz頻段，但該頻段在我國屬于非開放頻段，需要向當?shù)責o線電管理單位申請付費使用。CBTC擴頻通信在傳輸介質(zhì)方面可以選擇自由波天線、漏泄同軸電纜和波導管。

深圳地鐵3號線由高架段和地下段兩部分組成，傳輸方式采用自由波天線和漏泄同軸電纜混合式。高架段采用天線地下段采用漏纜。深圳地鐵2、5號全部為地下段，全線采用波導管方式?，F(xiàn)在我對三種傳輸方式進行簡單的介紹：

一、自由波天線

深圳地鐵3號線高架段采用自由波天線作為車-地通信方式。自由波天線方式主要是在軌旁設置AP箱和定向天線。AP箱中的接入交換機通過冗余的以太網(wǎng)絡與骨干網(wǎng)交換機相連，每個AP點都是雙網(wǎng)覆蓋（紅、藍網(wǎng)絡）圖1，通過AP設備連接定向天線與車載設備天線互相通信。在頻率覆蓋方面相鄰AP點之間設計為重疊覆蓋，使得任何一個AP點的故障均不影響整個系統(tǒng)的正常運行。因為自由波天線網(wǎng)絡技術(shù)符合IEEE802.11系列網(wǎng)絡標準，可利用的標準化網(wǎng)絡產(chǎn)品多、組網(wǎng)便捷、安裝簡便、設備維護價格相對便宜所以是目前CBTC系統(tǒng)研發(fā)、應用的主流方向。

二、漏泄電纜

深圳地鐵3號線地下段采用漏泄電纜作為車-地通信方式。漏泄電纜方式特點是場強覆蓋較好、可控，抗干擾能力強。缺點是漏泄同軸電纜價格高，安裝過程復雜，漏纜需要安裝在隧道的側(cè)壁或隧道頂部。因深圳地鐵3號線列車采用三軌供電方式，漏纜安裝在隧道頂部。由于安裝在隧道頂部增加了施工難度及增大了人工消耗，同時為后期運營維護帶來了極大的不便。

三、波導管

深圳地鐵2號線、5號線波導管傳播方式為ALSTOM的技術(shù)。在軌旁鋪設矩形波導管，波導管信號傳輸損耗小，場強覆蓋均勻，抗干擾能力強，通信速率高。波導管安裝方式可根據(jù)工程情況靈活選擇，通常安裝在鋼軌一側(cè)，可與供電三軌同側(cè)安裝，甚至可安裝在隧道頂部。深圳2、5號線安裝在鋼軌一側(cè)。擠壓鋁材質(zhì)波導管強度較高，外部覆蓋保護套，抗損壞能力也較強，基本可做到免維護。但波導管安裝較復雜，工時消耗高于自由波天線安裝。同時由于安裝在鋼軌一側(cè)可能對維護檢測設備造成一定影響。波導管傳播方式較自由波天線傳播方式投資略高。

采用自由波天線的無線傳輸系統(tǒng)在技術(shù)上與其他兩種方式并無太大區(qū)別，造價最低。但是主要存在的問題是抗干擾能力較差。由于無線局域網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，除信號系統(tǒng)外，地鐵中乘客資訊系統(tǒng)（PIS）、乘客攜帶的便攜式WI-FI都是基于IEEE802.11 b或g標準的；另外在開放空間內(nèi)通常還存在民用、商用無線局域網(wǎng)信號，使用相同頻帶和標準不同系統(tǒng)存在相互干擾問題。2011年11月1日，8時15分至9時30分，深圳地鐵蛇口線多趟列車多次暫停運行，就是因為乘客的便攜式WI-FI設備對CBTC信號產(chǎn)生了干擾致使列車暫停運行。所以采用自由波天線的CBTC系統(tǒng)在抗干擾能力較波導管、漏纜弱一些。

但是考慮到自由波天線成本低、可升級性強、安裝調(diào)試便利等因素各信號系統(tǒng)廠商都以該種方式作為研究方向并提出了有效的抗干擾措施。目前自由波無線天線CBTC系統(tǒng)的抗干擾通常采用以下措施：

1）無線天線采用定向天線；2）信號與PIS系統(tǒng)無線天線采用水平或者垂直不同的極化方向；3）信號與PIS系統(tǒng)協(xié)調(diào)信道分配，盡量使雙方信道不重疊；4）信號與PIS系統(tǒng)采用2.4G或5.8G不同頻帶；5）信號與PIS系統(tǒng)在AP天線布點時協(xié)調(diào)彼此之間的間距，控制干擾強度；6）由單一系統(tǒng)提供車地通信無線子系統(tǒng)，通過Qos技術(shù)控制信號列控信息的優(yōu)先傳遞；7）用更高的通信速率傳送列控數(shù)據(jù)，縮短列控數(shù)據(jù)傳遞周期，增加傳遞循環(huán)次數(shù)，以增加系統(tǒng)響應能力和看干擾能力。

根據(jù)目前深圳2、5號線項目的情況，在綜合采取上述措施后，無線車地通信系統(tǒng)較好地解決了抗干擾的問題。深圳地鐵集團在綜合各方面的利弊后，在地鐵三期工程建設的三條線路均采用了自由波無線天線的CBTC系統(tǒng)?？梢姼飨到y(tǒng)供應商有效的解決了干擾問題，有能力保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

地鐵是與民生密切相關的重大工程，我們在追求建設成本的的同時更應該注重的是穩(wěn)定，成熟和安全性。無線通信技術(shù)在不停的發(fā)展，CBTC技術(shù)也會越來越穩(wěn)定，成熟和安全。

從而能夠讓鐵路信號設備的防雷設計更具有針對性。在防雷保護工程正式建立前，相關技術(shù)人員要對鐵路信號設備所處的電磁環(huán)境進行考量，從而劃分出鐵路信號設備防雷保護的等級，為防雷保護工程的順利實施提供依據(jù)。針對性的防雷設備的設立將會最大程度的發(fā)揮出防雷體系的作用，對于降低雷電對鐵路信號設備的損害有著極大意義。

四、結(jié)束語

鐵路信號設備的雷電綜合防護體系的建立和完善對于促進整個鐵路的發(fā)展都有著重要意義，相關部門必須加強對其的重視，為鐵路信號設備功能的發(fā)揮創(chuàng)造條件。

參 考 文 獻

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