地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)干擾因素及抗擾措施研究

屈磊

（天府新區(qū)航空旅游職業(yè)學(xué)院，四川 眉山 620860）

0 引言

地鐵憑借其高效快速、安全舒適、出行成本低等優(yōu)勢(shì)，在緩解城市交通壓力方面發(fā)揮了突出的作用，為城市居民出行提供極大便利。地鐵通信系統(tǒng)是地鐵服務(wù)、治理、指揮和管理的綜合平臺(tái)，在保障地鐵運(yùn)行效率及安全性中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。該系統(tǒng)在發(fā)生緊急突發(fā)情況時(shí)，能夠迅速轉(zhuǎn)變角色，成為事故處理指揮系統(tǒng)[1]。

無(wú)線通信系統(tǒng)是地鐵通信系統(tǒng)的核心部分，其由公網(wǎng)系統(tǒng)和專網(wǎng)系統(tǒng)組成。公網(wǎng)是電信、聯(lián)通、移動(dòng)等商用移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要是保證人們乘坐地鐵時(shí)的正常移動(dòng)通信。專網(wǎng)則包含兩部分，即車輛段列檢庫(kù)無(wú)線通信子系統(tǒng)與無(wú)線調(diào)度通信子系統(tǒng)，起到維護(hù)地鐵穩(wěn)定高效運(yùn)營(yíng)的作用。地鐵無(wú)線網(wǎng)絡(luò)公網(wǎng)和專網(wǎng)的引入涉及的無(wú)線頻率較多，難免會(huì)出現(xiàn)無(wú)線信號(hào)互相干擾的情況。因此，為了更好地保障地鐵運(yùn)營(yíng)的安全性，需要重視該問(wèn)題的解決。

1 地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)的功能

一是通話功能。該功能是指基于無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)半雙工通話、雙工通話和單體通話等不同方式的通話功能。這是地鐵和調(diào)度臺(tái)實(shí)現(xiàn)交流溝通的重要載體，是保證地鐵穩(wěn)定運(yùn)行的重點(diǎn)之一[2]。

二是編組功能。該功能是結(jié)合不同信號(hào)頻段與功能等，對(duì)不同職位人員、工種和人群展開(kāi)編組工作，完成編組后能夠?qū)崿F(xiàn)組內(nèi)的工作交流和實(shí)時(shí)通話。該功能在地鐵人員日常工作中發(fā)揮了重要作用，能夠做到多人的良好交流和協(xié)同。

三是呼叫溝通功能。該功能類似通話功能，也和編組功能存在千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，主要是在調(diào)度平臺(tái)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下進(jìn)行有效的交流和溝通，既能實(shí)現(xiàn)單向呼叫，也能實(shí)現(xiàn)雙向或多向的溝通協(xié)作。

2 地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾因素

無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾源主要有系統(tǒng)、環(huán)境和各個(gè)頻段頻點(diǎn)規(guī)劃，大致可分為以下三類。

2.1 電磁干擾

因?yàn)榈罔F無(wú)線通信設(shè)施較為集中，大量使用就可能出現(xiàn)較為嚴(yán)重的電磁干擾情況，影響正常通信。常見(jiàn)的電磁干擾問(wèn)題有以下幾種：

一是同頻道干擾，又可稱作載波干擾或同頻干擾，是指與有用信號(hào)頻率相同或相近的無(wú)用信號(hào)落在收信機(jī)通帶內(nèi)[3]。有用信號(hào)和無(wú)用信號(hào)均采用相同方式進(jìn)入收信機(jī)，難以消除或避免，受其干擾將難以保證收信機(jī)的靈敏度和噪比，導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)拍頻或是嘯聲的情況，致使信令傳輸與數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)，使通信質(zhì)量變差。

二是鄰頻干擾，這是指信道之間距離較近而出現(xiàn)互相干擾的情況。無(wú)線通信屬于多信道系統(tǒng)，各信道之間不會(huì)有較大的間隔，通常各頻道間隔保持在200kHz 左右，由此可知GSM 系統(tǒng)內(nèi)1M 帶寬頻點(diǎn)＜5個(gè)，這便是出現(xiàn)鄰頻干擾的重要因素。通常，為了防止鄰頻干擾，會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行保護(hù)比的安裝，比如可將一個(gè)0.2MHz 的鄰頻干擾比安裝在GSM 系統(tǒng)內(nèi)[4]。

三是互調(diào)干擾，這種干擾是指在非線性傳輸電路中兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)相互調(diào)制，所產(chǎn)生的組合頻率和有用信號(hào)相近，進(jìn)而干擾到地鐵通信系統(tǒng)。這種干擾具有兩種表現(xiàn)形式：其一，接收機(jī)互調(diào)，即由于非線性作用，多個(gè)信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)前端會(huì)引發(fā)接收通帶內(nèi)信號(hào)互調(diào)；其二，發(fā)信機(jī)互調(diào)，即信號(hào)發(fā)射天線之間的距離設(shè)置不合理，信號(hào)發(fā)射機(jī)之間容易出現(xiàn)信號(hào)互相干擾的情況，進(jìn)而造成信號(hào)互調(diào)，有新的頻率信號(hào)生成，該信號(hào)被發(fā)射出去后，則會(huì)在一定程度上干擾接收機(jī)正常運(yùn)作。

2.2 阻塞干擾

這種干擾是指在地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)中為了掌握各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行情況和相關(guān)信息，可能進(jìn)行微弱信號(hào)的傳輸。不過(guò)出于能源節(jié)省的目的，在傳輸時(shí)通常頻率較低，則可能引發(fā)高頻回路，進(jìn)而導(dǎo)致阻塞干擾的出現(xiàn)，影響微弱信號(hào)的傳輸與接收。

2.3 雜散干擾

若發(fā)射機(jī)倍頻器不具備良好的濾波特性，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)輸出極輸出一些二次與三次諧波，則可能有雜波輻射信號(hào)生成，從而出現(xiàn)雜散干擾[5]。

3 地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)的抗干擾措施

3.1 有效控制電磁干擾

干擾地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)的因素較多，其中最為常見(jiàn)的就是電磁干擾。要想良好應(yīng)對(duì)這種干擾，應(yīng)考慮從源頭著手。

一是進(jìn)行地鐵線路鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)重視合理甄選地鐵通信設(shè)備，確保所購(gòu)買的設(shè)備源自資質(zhì)合格的供應(yīng)商。同時(shí)，所選設(shè)備要保證具有較強(qiáng)的抗干擾能力、抗電磁干擾指標(biāo)達(dá)標(biāo)，唯有產(chǎn)品性能力良好，才可能在高強(qiáng)度磁場(chǎng)內(nèi)做到運(yùn)行穩(wěn)定。

二是進(jìn)行電纜線路鋪設(shè)時(shí)需合理選擇電纜，并注意分布方式的選擇。針對(duì)電纜的選擇，應(yīng)優(yōu)選能夠有效屏蔽外界電磁波干擾的電纜，如rvvsp 雙絞屏蔽電纜可用于弱電智能系統(tǒng)模擬信號(hào)，rvvp 屏蔽電纜則能夠用于數(shù)字信號(hào)[6]。進(jìn)行布線時(shí)，則需關(guān)注信號(hào)傳輸中是否會(huì)出現(xiàn)減弱的情況，為了避免出現(xiàn)減弱的情況，應(yīng)盡可能降低電纜分布耦合度，保證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠具有良好的內(nèi)聚性?？赏ㄟ^(guò)分插槽孔或分設(shè)豎井，有效減少電磁干擾帶給無(wú)線通信系統(tǒng)的影響。

三是優(yōu)化地鐵結(jié)構(gòu)，使地鐵穿過(guò)磁場(chǎng)線時(shí)不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的磁力紊亂，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電磁干擾的良好應(yīng)對(duì)。

3.2 應(yīng)用調(diào)頻技術(shù)

人們?cè)诔俗罔F時(shí)出現(xiàn)的同頻干擾問(wèn)題，使許多用戶手機(jī)無(wú)法接收到信號(hào)，進(jìn)而引發(fā)一些不必要的問(wèn)題。為了使用戶正常通信需求得到良好滿足，可采用調(diào)頻技術(shù)，使地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)抗干擾能力得以有效提升。

例如，采用具有較強(qiáng)方向性、無(wú)較多旁瓣的定向天線，既有助于干擾的減少，也利于增強(qiáng)信號(hào)接收能力，使信號(hào)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)更大。也可采用調(diào)頻技術(shù)，當(dāng)前市面上所用調(diào)頻技術(shù)多為802.11n 技術(shù)，其應(yīng)用了雙頻AP[7]。通常而言，其借助信道通信，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控空中接口出現(xiàn)的噪聲和通信網(wǎng)絡(luò)外的WLAN 信號(hào)。在發(fā)現(xiàn)干擾源后，就能通過(guò)調(diào)頻技術(shù)予以調(diào)整，使之通過(guò)空閑信道通信，如此能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)干擾的減少。調(diào)頻技術(shù)可以減少信號(hào)同頻干擾，但無(wú)法從根本上解決同頻干擾問(wèn)題。

3.3 頻率資源分配

考慮乘坐地鐵的大眾通信運(yùn)營(yíng)商與運(yùn)營(yíng)模式存在差異，可借助器件隔離的方式，促進(jìn)通信信息共享，使通信系統(tǒng)之間的干擾得到有效防止。做好頻率資源的合理分配，保持兩臺(tái)發(fā)射機(jī)之間的距離，是最佳的干擾消除方法。但是由于當(dāng)前頻率資源較少，使得發(fā)射器較為集中。

為了有效解決這一問(wèn)題，國(guó)家明確規(guī)定尋呼發(fā)射機(jī)須達(dá)到一定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加裝濾波器組合器件或是單向器[8]?？陀^分析單向器具有諸多明顯優(yōu)勢(shì)，如熱穩(wěn)定性良好、體積不大，故障率低，能夠有效保護(hù)發(fā)射機(jī)，而且，能夠在一定程度上吸收外界信號(hào)的干擾能量。但缺點(diǎn)同樣明顯，其3bB 帶寬較寬、單向?yàn)V波無(wú)法完全抵制雜波和外界干擾。這時(shí)可利用帶通濾波器予以功能補(bǔ)充，形成隔離濾波器，實(shí)現(xiàn)單向器和帶通濾波器優(yōu)勢(shì)的集合，能夠?qū)フ{(diào)干擾做更有效的抵抗。

另外，地鐵相關(guān)管理部門需嚴(yán)格規(guī)范各通信運(yùn)營(yíng)商，確保各個(gè)通信運(yùn)營(yíng)商在地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)置調(diào)頻范圍，嚴(yán)禁隨意改動(dòng)地鐵內(nèi)的調(diào)頻頻率，從而確保地鐵內(nèi)通信系統(tǒng)與無(wú)線通信系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全。

3.4 抑制阻塞干擾

針對(duì)阻塞干擾的抑制，可通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)測(cè)試使地鐵所用低頻信號(hào)路徑得以明確，進(jìn)而在傳輸路徑周圍設(shè)計(jì)和安裝干擾器。計(jì)算具體數(shù)值可根據(jù)Lh=22.0+20lg（d/λ）-（Gt+Gr）+（Dt+Dr）這一公式[9]。借助試驗(yàn)數(shù)據(jù)確認(rèn)相關(guān)數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)的功率數(shù)值，進(jìn)而能夠在安裝抑制阻塞干擾設(shè)備過(guò)程中合理調(diào)試功率，確保能夠良好抑制阻塞干擾。

3.5 合理接地

因?yàn)楦哳l器件會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)接地不良的情況，進(jìn)而干擾無(wú)線通信信號(hào)。所以，相關(guān)人員應(yīng)圍繞相關(guān)接地標(biāo)準(zhǔn)，確保各個(gè)器件和設(shè)備都能夠接地良好。同時(shí)，各專網(wǎng)設(shè)備、公網(wǎng)設(shè)備和各運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備均須接地良好。相關(guān)人員在系統(tǒng)全面開(kāi)通之后，還應(yīng)嚴(yán)格檢查與測(cè)試設(shè)備，使設(shè)備的可靠性與安全性得到良好保障。若查到設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系建設(shè)方，共同商討出合理的解決方案，使地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)受到的干擾最大限度減少[10]。

3.6 雜散干擾控制

地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi)引入功分器和POI，加之合路器與耦合器都屬于無(wú)源器件，所以需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)發(fā)射信號(hào)各基站設(shè)備性能指標(biāo)的檢查。但因?yàn)樵O(shè)備多放置于室內(nèi)，覆蓋系統(tǒng)內(nèi)接進(jìn)的信號(hào)源中可能包含直放站，但直放站與基站設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)具有差異性[11]。

故此，要想使地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)的雜散干擾得到良好控制，可對(duì)熱噪聲功率進(jìn)行適當(dāng)減少。具體可采用兩種方法：

一是對(duì)設(shè)備各通道之間的隔離距離做適當(dāng)增加。

二是采用上下行的分路方式，有效分離收發(fā)，使上行通信道路和上下行信號(hào)之間的空間隔離距離得以擴(kuò)大，從而實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)內(nèi)鏈路損耗的減少。

4 抗干擾對(duì)照試驗(yàn)?zāi)M

對(duì)多列地鐵情況進(jìn)行隨機(jī)選取，通過(guò)試驗(yàn)室環(huán)境展開(kāi)狀況演示和數(shù)據(jù)模擬工作，試驗(yàn)驗(yàn)證干擾因素和抗干擾措施，旨在對(duì)抗干擾措施的效果進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證，具體試驗(yàn)分析見(jiàn)表1[12]。

表1 干擾因素的對(duì)照試驗(yàn)

結(jié)合表1 模擬試驗(yàn)分析，在地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，阻塞情況、頻率和電磁會(huì)在一定程度上影響無(wú)線通信，進(jìn)而較大程度地危害地鐵的安全運(yùn)營(yíng)。通過(guò)采用各種抗干擾措施予以應(yīng)對(duì)，能夠使地鐵無(wú)線通信影響情況得以顯著降低，有效維護(hù)地鐵無(wú)線通信的穩(wěn)定性，夯實(shí)地鐵安全、高效運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

伴隨地鐵客運(yùn)量的持續(xù)增長(zhǎng)，社會(huì)各界開(kāi)始更多地關(guān)注地鐵的服務(wù)水平與安全性。無(wú)線通信在地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)中會(huì)受諸多因素干擾，特別是阻塞、電磁和同頻信號(hào)等方面的干擾最為常見(jiàn)和明顯，需要針對(duì)干擾因素采取有效的抗干擾措施，從技術(shù)、人員和設(shè)備等多方面落實(shí)地鐵運(yùn)行保護(hù)工作，使干擾因素所形成的安全隱患得以良好消除，保證地鐵系統(tǒng)運(yùn)行高效、安全，促進(jìn)我國(guó)城市交通的良好發(fā)展。