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摘 要：随着城市化建设进程的不断加快，城市轨道交通信号系统主要是基于通信列车自动控制系统进行控制，不仅投资相对较少，而且轨道交通运输能力得以提高。本文先对CBTC系统架构进行分析，并在此基础上就如何采取有效的抗干扰技术在该系统无线通信中的应用谈一下笔者的观点和认识，以供参考。
关键词：轨道交通；城市CBTC系统；抗干扰技术；无线通信；研究
中图分类号：TN975 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0115-02
BTC城轨交通系统中的车地无线通信子系统非常重要，其作为该系统的核心，基于车地无线通信子系统的运行来确保CBTC系统正常运转。近年来，随着科技水平的不断提升，无线局域网技术得以快速发展，因其受无线干扰而导致CBTC车地通讯受到影响，不利于城轨交通的安全可靠性。随着城轨交通事业的快速发展，加强CBTC以及无线通信过程中的抗干扰技术研究，具有一定的现实意义。
1 CBTC架构
1.1 区域控制器
对于区域控制器中的MAU而言，即冗余校验过程中的三取二配置，具有故障与安全测控功能，而且各联锁区域均布设了MAU。从应用效果来看，其实现了与控制区范围内全部城轨交通工具的信息互动，并且可以向辖区范围内的列车等交通工具进行LMA移动授权，以此来实现对PSD（屏蔽门）的监控。
1.2 接口继电器以及计轴ACE
在区域控制器与设备接口位置，采用接口继电器，比如信号机、紧急停车按钮以及屏蔽门和道岔等位置，采用接口控制器。对于计轴ACE而言，其主要是用以对区段占用情况以及出清和是否受到干扰进行检测。
1.3 子系统
（1）ATS子系统。对调度区段的城轨车辆运行集中监控，并且对进路控制以及城轨车辆间隔控制设备运行情况进行检测，严格按照计划对道旁信号设备进行监控，以便于能够准确接发车辆。对车辆运行轨迹进行监控和自动记录，并且负责时刻表的自动生成以及修改和显示，对运行数据进行统计并自动生成报表；对设备的运行状态进行实时监测，记录设备状态以及调度员的操作情况，而且还要对城轨车辆的车次号进行自动传递等。
（2）ATP子系统。该系统主要是对列车的运行超速进行防护，并且实时监控与安全相关的设备，严格检测列车的位置，以此确保列车之间保持安全的间隔距离。
（3）ATO子系统。对于ATO子系统而言，即地对车进行控制，主要是利用地面信息对城轨车辆进行驱动与制动控制。ATO系统应用以后，可使车辆处于安全运行状态，以免出现剧烈加速或者骤然减速。
1.4 车载控制器與DCS
城轨交通系统中的车载控制器也具有故障安全控制功能，每一辆车上均设置了车载控制器。通过车载控制器，可实现与城市轨道旁设备的信息通信，并且根据授权进行安全距离计算以及车门控制。DCS即数据通信系统，其采用的是独立双网形式，两张网络配置相同且保持相互独立。城市轨道交通中的车地通信采用的是无线空间波，以UDP/IP作为通信协议。
2 城轨CTBC无线通信受到的主要干扰
2.1 WLAN干扰
WLAN多见于ISM频段，由相关设备发出。部分非WLAN设施也存在于该频段，比如生活中我们常用的蓝牙设备以及无绳电话和无线游戏系统等，均会对城轨运行中的局域网系统造成不利影响。值得一提的是，很多设备对信号的干扰可忽略，常见的有蓝牙设备，因其发射频率相对较低，只要超过3m，则其干扰基本不计。
对于城轨地铁等交通工具而言，其无线通信系统信号受到干扰主要源于WLAN网络的同频干扰。同时，乘客所用的各种便携式无线路由器和手机以及平板电脑等终端设备提供信号，也会产生一定的影响。城轨交通运行中，尤其是大量的终端设备在车内进行无线数据交换，列车的无线通信系统必然会受到来自于同频段信号的干扰，以致于数据信息传输不畅，甚至造成系统通信故障。
2.2 天线分布
地铁隧道较之于电波而言，犹如理想波导，会产生一定的波导效应。实践中可以看到，因天线主要安装在隧道壁上，此时直射波传播难度较大较大，而且隧道有吸收衰减以及多径等效应，容易造成极化紊乱或者更大传播衰减。城轨列车在隧道中运行时，车体会对电波的传播产生阻挡作用。天线主要用于收发信号，其布局不合理必然会影响到信号强弱。因隧道内的电波传播具有一定的特殊性，通常会因天线分布不合理或者频点布设缺乏科学性等，导致系统受到同频干扰或者互调干扰，不利于车地信号之间的传输。
3 城轨交通中的CBTC通信抗干扰技术方法
3.1 DSSS
对于CBTC系统而言，为了提高无线通信中的抗干扰能力，还应当使系统能够有效适应通信频段，比如2.4GHz等。CBTC系统通信过程中，允许有数百毫秒时间的延时，实践中可基于DSSS直序扩频技术对其进行优化和改良。具体而言，对系统进行双网设计以及双频冗余优化设计，这有利于其中某网络受干扰时利用其他网络实现数据信息传输。基于两个频道的应用，可降低信号同时受干扰的概率，以此来保障无线通信。同时，基于窄带技术的应用来收窄原频带占用，以此来提高无线通信功率谱密度。DSSS技术的应用，可以提高该系统的物理层强度门限，以此来判断通道的占用；系统可使用其他独立通道，以此来有效降低窄带频道被占用率，增强系统的通信灵活性，这对抵抗无线设备运行干扰性具有非常显著的成效。通过构建CBTC无线通信子系统，可以增强车辆的车头以及车尾屏蔽功能。实践中，通过增设金属网格可以屏蔽无线信号，减少乘客利用无线设备对城轨交通系统的通信信号干扰。
3.2 FHSS
基于FHSS技术的应用，采用CSMA/CA可以有效增强CBTC交通信号的抗干扰性。与DSSS技术不同，FHSS跳频技术没有采用固定的频率来传输信号，而是利用跳变载波频率进行数据传输。从技术特征来看，FHSS跳频技术带宽窄，功率谱密度相对较高，具有较强的抗干扰能力，可有效抵抗同频率干扰。近年来，随着国内移动通信行业的快速发展和技术水平的不断提高，城轨车辆上逐渐普及了WiFi设备。FHSS跳频技术的应用，可在一定程度使CBTC信号抗干扰能力得以提高，这有利于适应外界通信条件变化。在该技术应用过程中，还应当密切结合实况优化设计无线通道占用门限值，以便提高城轨交通通信系统频道占有率，以此来有效抵抗外界环境的干扰。 3.3 CSS
随着无线通信环境条件的越来越复杂，上述技术的应用可能依然难以确保城轨交通CBTC信号的稳定传输，此时就必须加强城轨交通系统信号抗干扰技术创新，设计抗干扰性能更强的系统为城轨交通提供安全保障。比如，CSS技术利用宽带线性频率调制的Chirp信号进行无线传输扩频，其可在Chirp频率内进行带宽扫描，而且信号频率随时间的不断推移而呈现出线性变化。在城轨交通通信过程中，只要对宽频段信号进行扫描，即可实现数据符号扩频之目的。在CBTC系统中引入这一技术手段，可在802.11x物理层应用CSS技术，使CSS基础上的PHY与MAC层接口保持一致，在协议框架中使CSS实现无缝集成。同时，利用协议使CSS实现PHY。实践中可以看到，在该协议中可对1Mbit/s以及250Mbit/s传输速率予以定义，各信道具有20M，而中心频率间隔5M，具有三个不重叠的信道。在传输数据时，可基于DEMUX的利用将数据进行划分，使其成为两路，并对数据串/并转换，然而在通过3/4或者6/32速率码率进行简单编码，从而获得I/Q信号。先进行QPSK调制，再差分编码，按顺序与发生器（CSK）多个正交载波序列相乘与相加，从而获得可发送的信号（DQCSK）。从实践来看，采用该技术手段可以保留城轨交通中的CBTC中的原通信架构，CSS技术的应用也可与原系统实现兼容，因此使用原系统通信装置较为适合。CSS技术的应用，可实现多径效应抑制功能，增强CBTC系统的抗干扰能力。
4 结束语
总而言之，随着城市化建设进程的不断加快，城轨交通技术应用以及发展空间也不断的扩大，其中使用较为广泛的是CBTC通信系统。值得一提的是，基于LTE（4G）无线通信解决方案地铁专用的LTE频段也划分出来，未来应该会普及基于LTE的无线通信。实践中，我们应当立足实际，结合具体情况和CBTC通信系统特点，对其干扰因素进行研究，并且进行技术创新，采用多种技术手段来提高CBTC通信系统抗干扰能力，确保城市轨道交通安全运行。
参考文献
[1]王 野，陈丽君.城市轨道交通CBTC信号系统互联互通的设计思考[J].城市轨道交通研究，2016（S2）.
[2]杨方遒.地铁信号系统车-地无线通信传輸抗干扰问题分析[J].中国高新技术企业，2016（17）.
[3]刘欣贺，陈周天，张春旺，刘宏宇.无线通信抗干扰技术性能研究[J].通讯世界，2016（21）.
[4]徐 昱.城市轨道交通CBTC系统无线抗干扰研究[D].兰州交通大学，2015.
[5]王彦斌.城市轨道交通CBTC系统无线干扰技术的研究[D].北京交通大学，2014.
收稿日期：2018-3-25
作者简介：陈 智（1987-），男，汉族，助理工程师，本科，主要从事城市轨道交通通信系统运营维护等工作。
关键词：轨道交通；城市CBTC系统；抗干扰技术；无线通信；研究
中图分类号：TN975 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0115-02
BTC城轨交通系统中的车地无线通信子系统非常重要，其作为该系统的核心，基于车地无线通信子系统的运行来确保CBTC系统正常运转。近年来，随着科技水平的不断提升，无线局域网技术得以快速发展，因其受无线干扰而导致CBTC车地通讯受到影响，不利于城轨交通的安全可靠性。随着城轨交通事业的快速发展，加强CBTC以及无线通信过程中的抗干扰技术研究，具有一定的现实意义。
1 CBTC架构
1.1 区域控制器
对于区域控制器中的MAU而言，即冗余校验过程中的三取二配置，具有故障与安全测控功能，而且各联锁区域均布设了MAU。从应用效果来看，其实现了与控制区范围内全部城轨交通工具的信息互动，并且可以向辖区范围内的列车等交通工具进行LMA移动授权，以此来实现对PSD（屏蔽门）的监控。
1.2 接口继电器以及计轴ACE
在区域控制器与设备接口位置，采用接口继电器，比如信号机、紧急停车按钮以及屏蔽门和道岔等位置，采用接口控制器。对于计轴ACE而言，其主要是用以对区段占用情况以及出清和是否受到干扰进行检测。
1.3 子系统
（1）ATS子系统。对调度区段的城轨车辆运行集中监控，并且对进路控制以及城轨车辆间隔控制设备运行情况进行检测，严格按照计划对道旁信号设备进行监控，以便于能够准确接发车辆。对车辆运行轨迹进行监控和自动记录，并且负责时刻表的自动生成以及修改和显示，对运行数据进行统计并自动生成报表；对设备的运行状态进行实时监测，记录设备状态以及调度员的操作情况，而且还要对城轨车辆的车次号进行自动传递等。
（2）ATP子系统。该系统主要是对列车的运行超速进行防护，并且实时监控与安全相关的设备，严格检测列车的位置，以此确保列车之间保持安全的间隔距离。
（3）ATO子系统。对于ATO子系统而言，即地对车进行控制，主要是利用地面信息对城轨车辆进行驱动与制动控制。ATO系统应用以后，可使车辆处于安全运行状态，以免出现剧烈加速或者骤然减速。
1.4 车载控制器與DCS
城轨交通系统中的车载控制器也具有故障安全控制功能，每一辆车上均设置了车载控制器。通过车载控制器，可实现与城市轨道旁设备的信息通信，并且根据授权进行安全距离计算以及车门控制。DCS即数据通信系统，其采用的是独立双网形式，两张网络配置相同且保持相互独立。城市轨道交通中的车地通信采用的是无线空间波，以UDP/IP作为通信协议。
2 城轨CTBC无线通信受到的主要干扰
2.1 WLAN干扰
WLAN多见于ISM频段，由相关设备发出。部分非WLAN设施也存在于该频段，比如生活中我们常用的蓝牙设备以及无绳电话和无线游戏系统等，均会对城轨运行中的局域网系统造成不利影响。值得一提的是，很多设备对信号的干扰可忽略，常见的有蓝牙设备，因其发射频率相对较低，只要超过3m，则其干扰基本不计。
对于城轨地铁等交通工具而言，其无线通信系统信号受到干扰主要源于WLAN网络的同频干扰。同时，乘客所用的各种便携式无线路由器和手机以及平板电脑等终端设备提供信号，也会产生一定的影响。城轨交通运行中，尤其是大量的终端设备在车内进行无线数据交换，列车的无线通信系统必然会受到来自于同频段信号的干扰，以致于数据信息传输不畅，甚至造成系统通信故障。
2.2 天线分布
地铁隧道较之于电波而言，犹如理想波导，会产生一定的波导效应。实践中可以看到，因天线主要安装在隧道壁上，此时直射波传播难度较大较大，而且隧道有吸收衰减以及多径等效应，容易造成极化紊乱或者更大传播衰减。城轨列车在隧道中运行时，车体会对电波的传播产生阻挡作用。天线主要用于收发信号，其布局不合理必然会影响到信号强弱。因隧道内的电波传播具有一定的特殊性，通常会因天线分布不合理或者频点布设缺乏科学性等，导致系统受到同频干扰或者互调干扰，不利于车地信号之间的传输。
3 城轨交通中的CBTC通信抗干扰技术方法
3.1 DSSS
对于CBTC系统而言，为了提高无线通信中的抗干扰能力，还应当使系统能够有效适应通信频段，比如2.4GHz等。CBTC系统通信过程中，允许有数百毫秒时间的延时，实践中可基于DSSS直序扩频技术对其进行优化和改良。具体而言，对系统进行双网设计以及双频冗余优化设计，这有利于其中某网络受干扰时利用其他网络实现数据信息传输。基于两个频道的应用，可降低信号同时受干扰的概率，以此来保障无线通信。同时，基于窄带技术的应用来收窄原频带占用，以此来提高无线通信功率谱密度。DSSS技术的应用，可以提高该系统的物理层强度门限，以此来判断通道的占用；系统可使用其他独立通道，以此来有效降低窄带频道被占用率，增强系统的通信灵活性，这对抵抗无线设备运行干扰性具有非常显著的成效。通过构建CBTC无线通信子系统，可以增强车辆的车头以及车尾屏蔽功能。实践中，通过增设金属网格可以屏蔽无线信号，减少乘客利用无线设备对城轨交通系统的通信信号干扰。
3.2 FHSS
基于FHSS技术的应用，采用CSMA/CA可以有效增强CBTC交通信号的抗干扰性。与DSSS技术不同，FHSS跳频技术没有采用固定的频率来传输信号，而是利用跳变载波频率进行数据传输。从技术特征来看，FHSS跳频技术带宽窄，功率谱密度相对较高，具有较强的抗干扰能力，可有效抵抗同频率干扰。近年来，随着国内移动通信行业的快速发展和技术水平的不断提高，城轨车辆上逐渐普及了WiFi设备。FHSS跳频技术的应用，可在一定程度使CBTC信号抗干扰能力得以提高，这有利于适应外界通信条件变化。在该技术应用过程中，还应当密切结合实况优化设计无线通道占用门限值，以便提高城轨交通通信系统频道占有率，以此来有效抵抗外界环境的干扰。 3.3 CSS
随着无线通信环境条件的越来越复杂，上述技术的应用可能依然难以确保城轨交通CBTC信号的稳定传输，此时就必须加强城轨交通系统信号抗干扰技术创新，设计抗干扰性能更强的系统为城轨交通提供安全保障。比如，CSS技术利用宽带线性频率调制的Chirp信号进行无线传输扩频，其可在Chirp频率内进行带宽扫描，而且信号频率随时间的不断推移而呈现出线性变化。在城轨交通通信过程中，只要对宽频段信号进行扫描，即可实现数据符号扩频之目的。在CBTC系统中引入这一技术手段，可在802.11x物理层应用CSS技术，使CSS基础上的PHY与MAC层接口保持一致，在协议框架中使CSS实现无缝集成。同时，利用协议使CSS实现PHY。实践中可以看到，在该协议中可对1Mbit/s以及250Mbit/s传输速率予以定义，各信道具有20M，而中心频率间隔5M，具有三个不重叠的信道。在传输数据时，可基于DEMUX的利用将数据进行划分，使其成为两路，并对数据串/并转换，然而在通过3/4或者6/32速率码率进行简单编码，从而获得I/Q信号。先进行QPSK调制，再差分编码，按顺序与发生器（CSK）多个正交载波序列相乘与相加，从而获得可发送的信号（DQCSK）。从实践来看，采用该技术手段可以保留城轨交通中的CBTC中的原通信架构，CSS技术的应用也可与原系统实现兼容，因此使用原系统通信装置较为适合。CSS技术的应用，可实现多径效应抑制功能，增强CBTC系统的抗干扰能力。
4 结束语
总而言之，随着城市化建设进程的不断加快，城轨交通技术应用以及发展空间也不断的扩大，其中使用较为广泛的是CBTC通信系统。值得一提的是，基于LTE（4G）无线通信解决方案地铁专用的LTE频段也划分出来，未来应该会普及基于LTE的无线通信。实践中，我们应当立足实际，结合具体情况和CBTC通信系统特点，对其干扰因素进行研究，并且进行技术创新，采用多种技术手段来提高CBTC通信系统抗干扰能力，确保城市轨道交通安全运行。
参考文献
[1]王 野，陈丽君.城市轨道交通CBTC信号系统互联互通的设计思考[J].城市轨道交通研究，2016（S2）.
[2]杨方遒.地铁信号系统车-地无线通信传輸抗干扰问题分析[J].中国高新技术企业，2016（17）.
[3]刘欣贺，陈周天，张春旺，刘宏宇.无线通信抗干扰技术性能研究[J].通讯世界，2016（21）.
[4]徐 昱.城市轨道交通CBTC系统无线抗干扰研究[D].兰州交通大学，2015.
[5]王彦斌.城市轨道交通CBTC系统无线干扰技术的研究[D].北京交通大学，2014.
收稿日期：2018-3-25
作者简介：陈 智（1987-），男，汉族，助理工程师，本科，主要从事城市轨道交通通信系统运营维护等工作。