地铁信号系统车-地无线通信传输抗干扰探讨

杨苗

摘要：随着我国城市建设的步伐逐渐加快，地铁建设成为了每个发展中城市的主要工程。地铁信号系统是控制列车正常运行的重要系统，其安全性和可靠性越来越受到人们关注。目前我国地铁普遍应用的就是CBTC信号控制系统，和以往传统的控制系统相比，CBTC控制系统可以通过部署在列车及轨道旁的无线设备来实现列车与地面信息的双向传输。通过信息的双向传输能更好地控制地铁的位置和速度，从而有效提高了地铁运营效率，也保证了列车的安全可靠运行。车-地无线通信传输系统作为地铁信号系统中的关键子系统，其安全性和可靠性也同样重要。

关键词：地铁信号系统；车-地无线通信传输；抗干扰

1地铁信号系统车-地无线通信传输概述

车-地无线通信传输系统作为地铁信号系统中，非常关键的地铁信号系统的子系统，随着我国信号技术的不断发展，车-地无线通信传输系统逐渐成为了比较独立的信号组网。车-地无线通信系统内容丰富，包括无线传输设备、车载接收设备、车载转换设备、互联网转换设备、环网交换设备和室内无线服务器等等。地铁与地面的链接实现，是利用轨道无线设备和车载接收设备来实现的，进而实现整个地铁具有比较良好的信号集合体。车-地无线通信传输系统的构成包括有线网和无线网，其中有线网的技术比较成熟并且具有较高的安全系数，因此车-地无线通信系统其主要问题的发生，主要集中在二者的无线网络方面，所以，提高车-地无线通信传输的安全系数，就显出了其重要性。

2车-地无线通信传输安全性需求

车一地无线通信传输的安全直接关系着地铁行车效率及行车安全,为了确保地铁系统的可用、可靠及安全性,车一地无线通信传输系统必须满足高安全、高可靠、高可用性的需求,满足数据传输的高实时性等。具体来说,车-地无线通信传输系统需满足以下安全需求：任何干扰信号都会影响地铁信号系统的可用性、可靠性及安全性,因此,高可用性、高可靠及高安全性的数据传输是确保地铁信号系统安全的需求；前后车位置信息实时传输能准确追踪地铁的运行,而在这个信息传输中可能会因信息传输延迟等导致系统效率下降,从而诱发紧急情况,因此,数据传输高时效性意义重大；地铁运行最高速度为80至90km/h,然而在高速运行中,信号无线传输因多径效应或多普勒效应,会出现实时传输速率下降,因此,必须确保高速引动中信息传输速率,从而确保地铁系统的正常运行；无线局域网作为一个开放空间,极有可能受到无线攻击或非法接入等,从而对地铁系统带来危害,这个时候,无线通信网需具有一定的数据加密和控制能力,从而确保地铁系统的安全运行。

3车－地无线通信系统抗干扰问题的防范

3.1信号及乘客信息系统的防范

乘客信息系统也称为PIS系统，地铁PIS系统主要由控制中心前端设备、车站乘客信息处理终端及传输通道构成，它是依靠多媒体技术，以计算机为核心，通过车站显示终端和车载显示终端向乘客提供列车信息服务的系统。乘客信息系统与信号系统一样，都是采用无线网技术实现的车地连接。由于信号系统传输的数据较少，占用的无线传输宽带资源较低且安全性较高，而乘客信息系统传输的数据量较大，安全等级相对较低。在列车顶部安装接收天线时，由于位置有限，往往由于距离较近而受到干扰。因此可以采用频点隔离措施，分出两者的输出频率，但会在一定程度上影响数据的传输;除此之外还可以PIS系统补空，即PIS利用信号系统的备用通道，虽然该方法在理论上可行，但是由于信号系统与PIS系统一般属于不同的供货商，工程实现的难度也就相对较大。因此为了能更有效地解决干扰的问题，信号系统和PIS系统可以分别采用5.8GHz和2.4GHz频段。

3.2无线攻击和非法接入的防范

无线通信的开发性很强，容易遭到非法攻击和接入，加强系统消除非法接入的能力对于维护系统安全性具有非常重要的意义。

1)可以采用SSID广播功能，从而降低恶意入侵的可能性。

2)设置网关参数，对接入无线网络的人员进行有效的限制和监控，利用媒体接入子层网络的技术手段，对接入网络人员名单进行控制。通过严格把控接入人员的权限来降低非法入侵接入的几率。

3)通过细化无线网的区域结构，增加交换机层数，提高网络防攻击能力。这种方式能够很大程度地提高网络安全，防止非法用户的接入。

4)密码系统采用动态刷新的方式，从而提高密码安全性，防止密码被破获。

5)在网络系统内容设立检测和警报系统，定期对网络潜在的漏洞进行检测，并及时监督，检查是否有非法入侵的痕迹等。

6)提高防火墙性能，减少防火墙漏洞，从而阻止非法用户的侵入。

7)定时对网络系统进行升级并及时检测，在发现系统漏洞时要进行补充。

8)要定时对相关硬件设施以及服务器进行检修和升级，提高网络运行的效率和稳定性能，通过先进设备来保障通信网络的抗干扰能力。

9)加强网络管理工作人员的规范操作，避免不规范造成的网络漏洞和故障。

3.3同站台换乘频率干扰防范

同站台换乘频率干扰主要是因为站台空间较为开放式,可以采取以下方式进行防范:

1）可以车一地无线传输系统采取将信号系统频点区分开,将本线和相邻县频点信息采用不同的信号制式设备。可将其中一个频段提升使用5GHz以上频段,可以有效增加频点使用灵活性。

2)车一地通信方式的改变也可以改善同站台频率干扰现象。如无线电台方式在本线使用,相邻线采用感应环线等。也可以将本线和相邻线均采用非无线电台信息传输系统方式,如使用波导管、感应环线、漏缆,可以均匀改善无线覆盖性,将线路干扰降到不影响系统安全行驶的最小程度,使同站台换成频率问题得到解决。

3)选择合适方向角安置定向天线,站台空间开放,环境混乱复杂造成的各种干扰无法准确控制。若根据线路指定相应角度的定向天线,增强轨道的实用信号,削弱干扰方向信号,可以有效保证通信质量及安全性。

3.4多普勒及多径效应的防范

地铁的高速运行或隧道会导致多普勒效应或多径效应,针对多普勒效应可在无线通信传输系统中进行纠错编码,从而降低数据传输误码率,降低多普勒效应对地铁系统的影响;针对多径效应则可采取正交频分服用,利用多子载波交织冗余,并传递数据,在信息传输过程中,及时子载波被干扰或频率偏移,接收端扔能恢复原数据,从而增强信道抗快衰落或抗噪声等能力。

3.5无线干扰防范

在进行无线干扰防范时，必须防范干扰源的运行，在了解射频干扰源的因素后，需要将其关闭之后再进行处理。另外，为了防止无线干扰，可以扩大无线网覆盖范围，只有确保无线网有很好的信号，才能减少射频的冲突，同时，需要正确配置参数，对网络的AP频率进行小程度的调整，正确地配置参数可以避免潜在射频产生冲突，进而避免发生无线干扰的情况，促使地铁信号良好，地铁得以正常通行。

4结语

地铁通信网络的安全、稳定直接关系到地铁车辆的安全运行。在进行地铁调度和运行信号的传输过程中，必须保证信息的完整性和有效性，而且还要确保传输实时性和快速性。结合不同的干扰源类型进行综合防护，从系统软件、硬件两个层面进行防护工作，保证系统的稳定性。随着网络的复杂化，通过抗干扰技术升级，提高网络抗干扰性能，是维护地铁安全运行的关键所在。

参考文献:

[1]地铁信号技术的发展现状及对策[J].李敏.科技经济导刊.2018(24)

[2]关于地面无线通信信号覆盖地铁的若干研究[J].袁马祥.通讯世界.2016(02)

[3]铁路信号系统中无线通信技术的应用[J].李克定.信息通信.2015(04)