摘 要：隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)主要是基于通信列車自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，不僅投資相對(duì)較少，而且軌道交通運(yùn)輸能力得以提高。本文先對(duì)CBTC系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上就如何采取有效的抗干擾技術(shù)在該系統(tǒng)無線通信中的應(yīng)用談一下筆者的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，以供參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通；城市CBTC系統(tǒng)；抗干擾技術(shù)；無線通信；研究

中圖分類號(hào)：TN975 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）12-0115-02

BTC城軌交通系統(tǒng)中的車地?zé)o線通信子系統(tǒng)非常重要，其作為該系統(tǒng)的核心，基于車地?zé)o線通信子系統(tǒng)的運(yùn)行來確保CBTC系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。近年來，隨著科技水平的不斷提升，無線局域網(wǎng)技術(shù)得以快速發(fā)展，因其受無線干擾而導(dǎo)致CBTC車地通訊受到影響，不利于城軌交通的安全可靠性。隨著城軌交通事業(yè)的快速發(fā)展，加強(qiáng)CBTC以及無線通信過程中的抗干擾技術(shù)研究，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 CBTC架構(gòu)

1.1 區(qū)域控制器

對(duì)于區(qū)域控制器中的MAU而言，即冗余校驗(yàn)過程中的三取二配置，具有故障與安全測(cè)控功能，而且各聯(lián)鎖區(qū)域均布設(shè)了MAU。從應(yīng)用效果來看，其實(shí)現(xiàn)了與控制區(qū)范圍內(nèi)全部城軌交通工具的信息互動(dòng)，并且可以向轄區(qū)范圍內(nèi)的列車等交通工具進(jìn)行LMA移動(dòng)授權(quán)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)PSD（屏蔽門）的監(jiān)控。

1.2 接口繼電器以及計(jì)軸ACE

在區(qū)域控制器與設(shè)備接口位置，采用接口繼電器，比如信號(hào)機(jī)、緊急停車按鈕以及屏蔽門和道岔等位置，采用接口控制器。對(duì)于計(jì)軸ACE而言，其主要是用以對(duì)區(qū)段占用情況以及出清和是否受到干擾進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 子系統(tǒng)

（1）ATS子系統(tǒng)。對(duì)調(diào)度區(qū)段的城軌車輛運(yùn)行集中監(jiān)控，并且對(duì)進(jìn)路控制以及城軌車輛間隔控制設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格按照計(jì)劃對(duì)道旁信號(hào)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，以便于能夠準(zhǔn)確接發(fā)車輛。對(duì)車輛運(yùn)行軌跡進(jìn)行監(jiān)控和自動(dòng)記錄，并且負(fù)責(zé)時(shí)刻表的自動(dòng)生成以及修改和顯示，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并自動(dòng)生成報(bào)表；對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，記錄設(shè)備狀態(tài)以及調(diào)度員的操作情況，而且還要對(duì)城軌車輛的車次號(hào)進(jìn)行自動(dòng)傳遞等。

（2）ATP子系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是對(duì)列車的運(yùn)行超速進(jìn)行防護(hù)，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控與安全相關(guān)的設(shè)備，嚴(yán)格檢測(cè)列車的位置，以此確保列車之間保持安全的間隔距離。

（3）ATO子系統(tǒng)。對(duì)于ATO子系統(tǒng)而言，即地對(duì)車進(jìn)行控制，主要是利用地面信息對(duì)城軌車輛進(jìn)行驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)控制。ATO系統(tǒng)應(yīng)用以后，可使車輛處于安全運(yùn)行狀態(tài)，以免出現(xiàn)劇烈加速或者驟然減速。

1.4 車載控制器與DCS

城軌交通系統(tǒng)中的車載控制器也具有故障安全控制功能，每一輛車上均設(shè)置了車載控制器。通過車載控制器，可實(shí)現(xiàn)與城市軌道旁設(shè)備的信息通信，并且根據(jù)授權(quán)進(jìn)行安全距離計(jì)算以及車門控制。DCS即數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其采用的是獨(dú)立雙網(wǎng)形式，兩張網(wǎng)絡(luò)配置相同且保持相互獨(dú)立。城市軌道交通中的車地通信采用的是無線空間波，以UDP/IP作為通信協(xié)議。

2 城軌CTBC無線通信受到的主要干擾

2.1 WLAN干擾

WLAN多見于ISM頻段，由相關(guān)設(shè)備發(fā)出。部分非WLAN設(shè)施也存在于該頻段，比如生活中我們常用的藍(lán)牙設(shè)備以及無繩電話和無線游戲系統(tǒng)等，均會(huì)對(duì)城軌運(yùn)行中的局域網(wǎng)系統(tǒng)造成不利影響。值得一提的是，很多設(shè)備對(duì)信號(hào)的干擾可忽略，常見的有藍(lán)牙設(shè)備，因其發(fā)射頻率相對(duì)較低，只要超過3m，則其干擾基本不計(jì)。

對(duì)于城軌地鐵等交通工具而言，其無線通信系統(tǒng)信號(hào)受到干擾主要源于WLAN網(wǎng)絡(luò)的同頻干擾。同時(shí)，乘客所用的各種便攜式無線路由器和手機(jī)以及平板電腦等終端設(shè)備提供信號(hào)，也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。城軌交通運(yùn)行中，尤其是大量的終端設(shè)備在車內(nèi)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交換，列車的無線通信系統(tǒng)必然會(huì)受到來自于同頻段信號(hào)的干擾，以致于數(shù)據(jù)信息傳輸不暢，甚至造成系統(tǒng)通信故障。

2.2 天線分布

地鐵隧道較之于電波而言，猶如理想波導(dǎo)，會(huì)產(chǎn)生一定的波導(dǎo)效應(yīng)。實(shí)踐中可以看到，因天線主要安裝在隧道壁上，此時(shí)直射波傳播難度較大較大，而且隧道有吸收衰減以及多徑等效應(yīng)，容易造成極化紊亂或者更大傳播衰減。城軌列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，車體會(huì)對(duì)電波的傳播產(chǎn)生阻擋作用。天線主要用于收發(fā)信號(hào)，其布局不合理必然會(huì)影響到信號(hào)強(qiáng)弱。因隧道內(nèi)的電波傳播具有一定的特殊性，通常會(huì)因天線分布不合理或者頻點(diǎn)布設(shè)缺乏科學(xué)性等，導(dǎo)致系統(tǒng)受到同頻干擾或者互調(diào)干擾，不利于車地信號(hào)之間的傳輸。

3 城軌交通中的CBTC通信抗干擾技術(shù)方法

3.1 DSSS

對(duì)于CBTC系統(tǒng)而言，為了提高無線通信中的抗干擾能力，還應(yīng)當(dāng)使系統(tǒng)能夠有效適應(yīng)通信頻段，比如2.4GHz等。CBTC系統(tǒng)通信過程中，允許有數(shù)百毫秒時(shí)間的延時(shí)，實(shí)踐中可基于DSSS直序擴(kuò)頻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改良。具體而言，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行雙網(wǎng)設(shè)計(jì)以及雙頻冗余優(yōu)化設(shè)計(jì)，這有利于其中某網(wǎng)絡(luò)受干擾時(shí)利用其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸?；趦蓚€(gè)頻道的應(yīng)用，可降低信號(hào)同時(shí)受干擾的概率，以此來保障無線通信。同時(shí)，基于窄帶技術(shù)的應(yīng)用來收窄原頻帶占用，以此來提高無線通信功率譜密度。DSSS技術(shù)的應(yīng)用，可以提高該系統(tǒng)的物理層強(qiáng)度門限，以此來判斷通道的占用；系統(tǒng)可使用其他獨(dú)立通道，以此來有效降低窄帶頻道被占用率，增強(qiáng)系統(tǒng)的通信靈活性，這對(duì)抵抗無線設(shè)備運(yùn)行干擾性具有非常顯著的成效。通過構(gòu)建CBTC無線通信子系統(tǒng)，可以增強(qiáng)車輛的車頭以及車尾屏蔽功能。實(shí)踐中，通過增設(shè)金屬網(wǎng)格可以屏蔽無線信號(hào)，減少乘客利用無線設(shè)備對(duì)城軌交通系統(tǒng)的通信信號(hào)干擾。

3.2 FHSS

基于FHSS技術(shù)的應(yīng)用，采用CSMA/CA可以有效增強(qiáng)CBTC交通信號(hào)的抗干擾性。與DSSS技術(shù)不同，F(xiàn)HSS跳頻技術(shù)沒有采用固定的頻率來傳輸信號(hào)，而是利用跳變載波頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。從技術(shù)特征來看，F(xiàn)HSS跳頻技術(shù)帶寬窄，功率譜密度相對(duì)較高，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可有效抵抗同頻率干擾。近年來，隨著國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信行業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，城軌車輛上逐漸普及了WiFi設(shè)備。FHSS跳頻技術(shù)的應(yīng)用，可在一定程度使CBTC信號(hào)抗干擾能力得以提高，這有利于適應(yīng)外界通信條件變化。在該技術(shù)應(yīng)用過程中，還應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合實(shí)況優(yōu)化設(shè)計(jì)無線通道占用門限值，以便提高城軌交通通信系統(tǒng)頻道占有率，以此來有效抵抗外界環(huán)境的干擾。

3.3 CSS

隨著無線通信環(huán)境條件的越來越復(fù)雜，上述技術(shù)的應(yīng)用可能依然難以確保城軌交通CBTC信號(hào)的穩(wěn)定傳輸，此時(shí)就必須加強(qiáng)城軌交通系統(tǒng)信號(hào)抗干擾技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)計(jì)抗干擾性能更強(qiáng)的系統(tǒng)為城軌交通提供安全保障。比如，CSS技術(shù)利用寬帶線性頻率調(diào)制的Chirp信號(hào)進(jìn)行無線傳輸擴(kuò)頻，其可在Chirp頻率內(nèi)進(jìn)行帶寬掃描，而且信號(hào)頻率隨時(shí)間的不斷推移而呈現(xiàn)出線性變化。在城軌交通通信過程中，只要對(duì)寬頻段信號(hào)進(jìn)行掃描，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)符號(hào)擴(kuò)頻之目的。在CBTC系統(tǒng)中引入這一技術(shù)手段，可在802.11x物理層應(yīng)用CSS技術(shù)，使CSS基礎(chǔ)上的PHY與MAC層接口保持一致，在協(xié)議框架中使CSS實(shí)現(xiàn)無縫集成。同時(shí)，利用協(xié)議使CSS實(shí)現(xiàn)PHY。實(shí)踐中可以看到，在該協(xié)議中可對(duì)1Mbit/s以及250Mbit/s傳輸速率予以定義，各信道具有20M，而中心頻率間隔5M，具有三個(gè)不重疊的信道。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可基于DEMUX的利用將數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，使其成為兩路，并對(duì)數(shù)據(jù)串/并轉(zhuǎn)換，然而在通過3/4或者6/32速率碼率進(jìn)行簡(jiǎn)單編碼，從而獲得I/Q信號(hào)。先進(jìn)行QPSK調(diào)制，再差分編碼，按順序與發(fā)生器（CSK）多個(gè)正交載波序列相乘與相加，從而獲得可發(fā)送的信號(hào)（DQCSK）。從實(shí)踐來看，采用該技術(shù)手段可以保留城軌交通中的CBTC中的原通信架構(gòu)，CSS技術(shù)的應(yīng)用也可與原系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容，因此使用原系統(tǒng)通信裝置較為適合。CSS技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)多徑效應(yīng)抑制功能，增強(qiáng)CBTC系統(tǒng)的抗干擾能力。

4 結(jié)束語

總而言之，隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城軌交通技術(shù)應(yīng)用以及發(fā)展空間也不斷的擴(kuò)大，其中使用較為廣泛的是CBTC通信系統(tǒng)。值得一提的是，基于LTE（4G）無線通信解決方案地鐵專用的LTE頻段也劃分出來，未來應(yīng)該會(huì)普及基于LTE的無線通信。實(shí)踐中，我們應(yīng)當(dāng)立足實(shí)際，結(jié)合具體情況和CBTC通信系統(tǒng)特點(diǎn)，對(duì)其干擾因素進(jìn)行研究，并且進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，采用多種技術(shù)手段來提高CBTC通信系統(tǒng)抗干擾能力，確保城市軌道交通安全運(yùn)行。

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收稿日期：2018-3-25

作者簡(jiǎn)介：陳 智（1987-），男，漢族，助理工程師，本科，主要從事城市軌道交通通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)等工作。