城市軌道交通無線通信系統抗干擾技術

宋建賓

(中鐵建電氣化局集團第三工程有限公司，河北 高碑店 074000)

1 無線通信概述

1.1 無線通信系統抗干擾技術

假若想要從本質上解決通信系統干擾問題，就應該先妥善地處理通信系統運行過程中所暴露出來的各種問題。通常情況下，在實踐過程中都是借助以下方法來判斷通信系統的整體性能。

1)理論層面的研究分析，可以獲取到相關算法與具體的表達式。這種方法的精準性相對較高，在實踐過程中的使用頻率比較高。但是其也存在自身的局限性，即無法適用于環境惡劣的場景中。

2)利用計算機對系統進行仿真分析，這種方法的操作性不強，可以真實形象地模擬出通信系統的運行狀態，而且能夠降低通信系統性能檢測的成本，這種方法的缺陷是需要的比較長的時間，無法在多個場景內迅速切換。

3)利用硬件設置進行檢測，結合所獲取到的數據對系統性能進行分析。這種方法的優勢主要是快捷、精準，但是成本比較高。

1.2 WLAN技術應用現況

圖1為WLAN頻道劃分和頻帶寬度分布圖。

圖1 WLAN頻道劃分和頻帶寬度分布圖

WLAN技術是指以無線信號通道作為通信截至的居于網絡，這種技術屬于是一種先進的現代化技術，是計算機應用技術與無線通信技術的衍生物，可以不受時間、空間的限制，隨時隨地實現通信。WLAN網絡連接方便、安裝簡單、可以隨意移動，還能夠進行拓展，所以受到社會大眾的廣泛好評，在社會中獲得了廣泛的運用。

現階段，我國所開放的2.4 GHz頻段(劃分如表1所示)屬于不需要向有關部門申請就可以直接搭建使用的頻段，這種頻段的帶寬為83.5 MHz，總計由14個頻點，WLAN的頻道及帶寬的具體情況可以參照圖1中信息所示。

表1 2.4 GHz頻率劃分

2 無線通信系統的干擾源

2.1 內部干擾

在對無線通信系統進行設計的過程中，應該提升通信系統的最大容量、提升頻率的利用率，使用復用技術覆蓋一定范圍內的區域，假若多個小區使用同一個頻率，則可以將其稱為同頻小區，那么相同頻率小區之間產生的干擾，就叫做同頻干擾。同頻干擾的大小程度主要是與小區之間的間隔距離存在關聯性。當小區之間的距離越小時，那么同頻干擾則就越大，相應的頻率的利用率則就越高。

鄰頻干擾主要是指相鄰頻率之間所造成的干擾，通常情況下，信號通道的頻率間隔都不是很大，這樣設計可以提高頻率的利用率。例如，城市交通專用頻段1.8 GHz，其與民用頻段緊緊相連，所以二者之間非常容易出現干擾，進而導致城市軌道交通通信運行受到一定的影響。

2.2 外部干擾

當地鐵在運行的過程中，通信信號會不斷地在墻壁、地鐵表面進行反射，同時電磁波也會通過各種路徑接受各種不同的通信信息，那么就會形成多路徑干擾。此外，假若手持型路由器的數量比較多時，也會導致同頻干擾現象出現。結合實際情況而言，這種現象經常出現，究其原因，主要是因為地鐵運行過程中，CBTC通信系統會受到外界因素的干擾，這種干擾性會導致地鐵緊急制動，那么地鐵在就無法正常地運行。

3 無線通信系統干擾的解決辦法

3.1 使用波導管

波導管屬于是一種傳輸效果非常高的非金屬類型的導管。目前，使用頻率比較高的波導管有：圓形波導管、矩形波導管。波動管的內徑尺寸是要是由傳輸信號決定的。進一步的，波導管可以細分為兩種類型：常規性的波導管或是裂縫波導管，結合波導管的實際使用范圍、安裝部位合理進行選擇?，F階段，城市交通通信系統中基本上都是使用CBTC系統，這種系統可以有效地保證地鐵正常的運行，同時還能夠保障乘客的人身安全，該系統自身的抗干擾性能非常強大。

3.2 同頻干擾控制

在現代化城市軌道交通系統中，CBTC系統是最基礎性的信號系統，該系統內的無線通信技術使用的是2.4 GHz無線頻段，這種設計方式會導致頻段工作的通信系統與通信設備對CBTC系統造成一定的干擾。

為了妥善解決這一問題，深圳交通管理處特地申請了一個專用頻段。新頻段的使用必須要慎重，應該對其進行深入的研究分析。從實際情況而言，專用頻段使用的案例比較少，社會中的供應商數量有限，且后續的維護成本非常高，新頻段申請的流程較為繁瑣，還需要對地鐵及通信信息頻繁地進行測試，在測試合格以后才能夠投入使用，這期間需要經歷較長的周期。相同站臺更換乘車站，物理空間開放的程度比較高，可以直接在通信系統的頻段內進行合理的細分，但是假若基于不同的線路，則可能會導致電纜泄露、干擾、電磁波外泄等問題出現。

擴頻技術也可以有效地解決通信系統受干擾問題。通信系統在發送通信信號時，頻率的帶寬必然會大于最小帶寬，且信號發射端口還會對編碼進行調制，促使接收端口可以接收到信號，簡單而言就是針對于不同的通信系統編制不同的擴頻編碼，可以有效地避免干擾現象出現。常用的擴頻方法主要是有兩種，即調頻擴頻與直序擴頻。本文對這兩種擴頻方法進行簡單的介紹。

跳頻擴頻(FHSS)，這種擴頻方法是利用移頻鍵控進行調制，促使頻率實現跳頻。舉例說明：CBTC通信系統中，跳頻擴頻會將頻段劃分為79個信號通道，每一個信號通道的帶寬控制在1MHz，可以實現多個信號同時發送信號，但是為了確保信號接收端與發送端的信號通信順序的合理性，兩個端口應該使用相同的PN頻碼，跳頻擴頻之所以能夠獲得廣泛的運用，主要是因為其自身具備強大的抗干擾能力。由于適用于2.4 GHz頻段的通信系統數量龐大，導致電磁環境越來越復雜，載波頻率的序列種類不斷的增多，可以有效地降低城市交通通信系統對其他通信信息的干擾性[1]。

直序擴頻(DSSS)，這種擴頻技術是借助擴頻序列擴展發射端口的頻譜，當通信信號經過發射端口的擴頻處理以后，信號的頻譜會被擴展，結合香農原理來看，由于信號的容量是穩定不變的，當帶寬越寬時，那么系統的信噪比就會越低，這就意味著信號可以直接混合在噪聲內，利用低信噪比完成信號輸送，同時也不會對其他通信系統造成影響。

3.3 解決多徑干擾

在現代化社會中，通信技術不斷的發展，為滿足社會進一步發展的需求，各種通信技術應運而生。正交分頻復用(OFDM)可以妥善的處理多路徑干擾問題，且效果非常的顯著。這種處理方法的技術原理是將一個常規性的信號通道細分為多個不同的子信號通道，相應的串行的數據也會自動被細分為多個并行的子數據，這些數據會由原本的高速傳輸轉變為低速并行傳輸?？紤]到OFDM內存在符號間干擾問題，所以應該將OFDM內的符號尾部進行復制，粘貼至符號的前端，可以將其稱之為前綴循環。

3.4 申請地鐵信號車—地無線通信專用頻段

申請一個新的頻點替換掉原本的頻段，這需要先對新頻段進行深入的調研，此外還應該對CBTC系統的運行狀況以及模擬實驗的結果進行研究分析，結合研究分析的結果做出客觀的評價，在這個過程中應該著重的關注以下問題。

1)毫無疑問，CBTC的需求量根本就無法與電信、移動大型運營商相媲美，在這種背景下，行業的通信供應商并不是很樂意為CBTC系統提供服務，即使是在未來的發展過程中，CBTC系統的產業化發展過程中也必然會面料諸多的局面下，其中，成本偏高這一點是毋庸置疑的。

2)CBTC對于專業性技術有較高的要求，且后期維護的難度比較大，假若與之相匹配的供應商停止生產構配件，替代品的尋找難度比較大，那么整個通信系統就需要重新進行部署。

3)新頻段是否能夠有效地兼容CBTC系統，這必然需要進行大量的測試進行確定。

4)新頻段申請流程非常的繁瑣，在時間方面存在一定的模糊性。

5)專用頻段需要承擔高昂的授權費用，且后期的維護成本也會大幅度提升。

4 結 語

毫無疑問，近年來我國的移動通訊技術獲得了迅猛的發展，但是社會環境變化多端，通信系統所發出的信號所受到的干擾也在不斷地發生變化，所以相關研究人員應該加大對此方面的研究力度，對傳統型通信技術進行優化創新，強化信號的抗干擾能力，為城市交通通信系統正常運行提供強有力的技術支撐。

[ID:013052]