地鐵無線CBTC車地通信抗干擾技術(shù)分析研究和對(duì)策

南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司 江蘇 南京210012

摘要 在地鐵CBTC系統(tǒng)運(yùn)行中，抗干擾是非常重要的一項(xiàng)問題。在本文中，將就地鐵無線CBTC車地通信抗干擾技術(shù)和對(duì)策進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞：CBTC；車地通信；抗干擾技術(shù)；分析；對(duì)策；

1 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于車地通信的CBTC技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了我國的地鐵建設(shè)之中。而該技術(shù)在為我們提供便利的同時(shí)，也存在著一定的信號(hào)干擾情況，特別是車廂內(nèi)同類頻率的干擾，更是會(huì)對(duì)車輛運(yùn)行過程中信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性產(chǎn)生影響。對(duì)此，就需要我們能夠通過良好抗干擾技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)該問題進(jìn)行解決。

2 CTBC抗干擾技術(shù)

2.1 FHSS體制

在該體制中，其將傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制信號(hào)載波頻率放置在一個(gè)具有偽隨機(jī)序列控制之下對(duì)離散跳變進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，以此對(duì)頻譜擴(kuò)展功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在此種環(huán)境下，發(fā)射機(jī)頻率在發(fā)送之后首先會(huì)在預(yù)定頻率下實(shí)現(xiàn)跳變，而其跳變時(shí)間所具有的間隔，我們則稱之為跳速。載波頻率的每一跳，都由該偽隨機(jī)碼所生成的編碼確定，而其跳變所具有的規(guī)律，又可以稱之為調(diào)頻圖案。當(dāng)其出現(xiàn)在信號(hào)之中時(shí)，則將對(duì)干擾以及噪聲產(chǎn)生疊加，而對(duì)于信息的接收方，為了能夠更好的獲取信息，就需要能夠產(chǎn)生同信號(hào)發(fā)射端具有同步特征的調(diào)頻序列。而在跳頻擴(kuò)頻的過程中，其并不具有較為固定的中心頻率，這種情況的存在，就會(huì)使載波頻率在一個(gè)相對(duì)較寬的頻帶范圍內(nèi)以高速的方式實(shí)現(xiàn)跳變。同時(shí)，由于信息收發(fā)的雙方在不同頻率點(diǎn)上往往都具有著較短的停留時(shí)間，即使在某個(gè)時(shí)刻收發(fā)設(shè)備同干擾源處于同一頻率，也可能出現(xiàn)信號(hào)間的同頻干擾情況，并對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較短時(shí)間干擾。而對(duì)于直序擴(kuò)頻來說，由于其對(duì)固定頻率方式進(jìn)行應(yīng)用，如果CTBC同干擾源處在同一頻率上，且干擾信號(hào)具有著較高的電平，則可能由于對(duì)CTBC信號(hào)產(chǎn)生壓制而使列車出現(xiàn)停車情況。

2.2 正交頻分復(fù)用

對(duì)于該技術(shù)來說，其是一種較為特殊的、具有多載波特征的技術(shù)。同傳統(tǒng)短波調(diào)制解調(diào)技術(shù)相同，該技術(shù)在頻域內(nèi)也將信道分成了較多的數(shù)量，并在每一個(gè)子信道上，通過獨(dú)立子載波的應(yīng)用以分別、獨(dú)立的方式在對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制之后向外進(jìn)行傳輸，且允許這部分信號(hào)頻譜的重疊特征，并通過對(duì)波形正交情況的保持則能夠?qū)Σ煌有诺郎系男盘?hào)干擾情況進(jìn)行克服。其所具有的接收機(jī)實(shí)際為一組解調(diào)器，能夠?qū)⒉煌愋偷妮d波在轉(zhuǎn)變成0頻之后在同一個(gè)碼元周期內(nèi)對(duì)其進(jìn)行積分，在此情況下，我們通過對(duì)子載波數(shù)目的增加則能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)的傳送速率進(jìn)行提升。

該技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)，就是能夠良好的克服窄帶干擾以及選擇性衰落情況。在單載波系統(tǒng)中，單個(gè)干擾或者衰落情況的存在很有可能因此導(dǎo)致整條鏈路出現(xiàn)通信失敗的情況，而在多載波系統(tǒng)中，當(dāng)該種情況出現(xiàn)時(shí)卻僅僅有小部分載波因此受到干擾，且能夠通過糾錯(cuò)碼的應(yīng)用對(duì)其存在的錯(cuò)誤進(jìn)行有效的糾正，以此較好的對(duì)波形間的干擾狀況進(jìn)行克服，非常適合應(yīng)用在衰落信道以及多徑環(huán)境下。而如果信道中因?yàn)橐远鄰椒绞絺鬏敹诡l率出現(xiàn)了選擇性衰落情況，也只有處于頻帶凹陷位置的載波以及相關(guān)信息會(huì)因此受到影響，而其他的載波則不會(huì)受到影響。

但對(duì)于該種技術(shù)來說，除了優(yōu)點(diǎn)之外也存在著較多的不足：首先，其對(duì)載波頻偏以及相位噪聲具有著較為敏感的特征。由于OFDM對(duì)于子載波在正交方面具有著較為嚴(yán)格的要求，如果有載波出現(xiàn)了較小的頻偏情況，都會(huì)引發(fā)信道間的干擾情況。而同傳統(tǒng)恒包絡(luò)方式相比，在以該方式進(jìn)行調(diào)制時(shí)也具有著一個(gè)較高的峰值因子。這是因?yàn)樵谠撓到y(tǒng)信號(hào)中，其總體信號(hào)是由多個(gè)數(shù)量的小信號(hào)組成的，而這部分信號(hào)的相位則由其所需要傳輸?shù)男蛄袥Q定。而對(duì)于部分?jǐn)?shù)據(jù)來說，其所組成的小信號(hào)很可能存在同相的特點(diǎn)，并因此在幅度疊加的基礎(chǔ)上形成較大的瞬時(shí)峰值幅度。當(dāng)峰均比較大時(shí)，D/A以及A/D的復(fù)雜性也會(huì)因此增加，并會(huì)降低射頻功率放大器的頻率，進(jìn)而在OFDM以及相鄰頻段間產(chǎn)生干擾情況。

3 應(yīng)對(duì)措施

在對(duì)上述技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的情況下，為了避免由于信號(hào)干擾而對(duì)地鐵正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，我們可以從以下方式進(jìn)行考慮：

3.1 地鐵專用頻率

通過對(duì)CBTC專用無線頻率的申請(qǐng)，則能夠在實(shí)際信號(hào)傳輸過程中對(duì)非牌照頻段可能存在的干擾源進(jìn)行良好的避開，以此對(duì)列車運(yùn)行的良好電磁環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)造。

3.2 WiFi服務(wù)熱點(diǎn)

地鐵專用頻率的申請(qǐng)雖然能夠較好的對(duì)同頻干擾情況進(jìn)行解決，但對(duì)其進(jìn)行申請(qǐng)以及開發(fā)相關(guān)頻率的專用設(shè)備也需要較長的時(shí)間，并因此可能無法在未來5年之內(nèi)對(duì)我國高速發(fā)展的城市軌道交通建設(shè)進(jìn)行良好的符合。為了能夠更好的對(duì)未來幾年內(nèi)的列車穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，我們也需要從對(duì)列車運(yùn)行產(chǎn)生影響的WiFi干擾源進(jìn)行積極的治理。而在對(duì)多樣WiFi設(shè)備進(jìn)行治理的同時(shí)，也可以在軌道交通車廂內(nèi)部對(duì)WiFi進(jìn)行統(tǒng)一的引入，通過該種方式，則能夠在滿足人們上網(wǎng)需求的同時(shí)減少人們將筆記本、手機(jī)等作為上網(wǎng)熱點(diǎn)的情況，更好的降低了來自WiFi熱點(diǎn)的干擾。

3.3 加強(qiáng)電磁環(huán)境檢測(cè)

良好的電磁環(huán)境是保障列車穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。目前來說，我國在根據(jù)未來5年規(guī)劃情況的基礎(chǔ)上在對(duì)軌道交通進(jìn)行建設(shè)時(shí)都選擇了2.4GHz的CBTC系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)單位在日常工作開展中也需要能夠加強(qiáng)電磁環(huán)境的管理與監(jiān)測(cè)，在對(duì)移動(dòng)WiFi干擾引起事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析的基礎(chǔ)上適當(dāng)優(yōu)化行車對(duì)策。

3.4 增加擴(kuò)頻技術(shù)

對(duì)于OFDM來說，雖然其在抗多徑衰落方面具有著較好的優(yōu)點(diǎn)，但該系統(tǒng)對(duì)于載波頻偏以及相位噪聲方面具有著較高的要求，如果所處的電磁環(huán)境較差，則會(huì)對(duì)其抗干擾性產(chǎn)生較大的影響。對(duì)此，可以在該技術(shù)的基礎(chǔ)上同序列擴(kuò)頻以及其他類型的干擾抑制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，在優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上對(duì)CBTC的通信可靠性進(jìn)行提升。

4 結(jié)束語

可以說，在現(xiàn)今軌道交通運(yùn)行中，通信的穩(wěn)定、暢通是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)因素。在上文中，我們對(duì)地鐵無線CBTC車地通信抗干擾技術(shù)和對(duì)策進(jìn)行了一定的研究，需要在實(shí)際工作開展中能夠把握重點(diǎn)，通過良好對(duì)策方式的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)列車的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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