无线干扰测评为轨交安全运行保驾护航

凌巍　黄俭　阚肖庆

截至2013年年底，上海地铁日最高客流量已突破850万人次，日均客流在700万人次以上，承担了全市35%的公共交通出行客流量，运营线路的总里程已经达到538公里（不含磁悬浮示范线），截至2020年运营里程数将超过600公里。

在轨交的运营和发展中，越来越多的轨道交通列车控制系统采用cBTc（communication Based Train control）无线通信系统，2013年年底采用CBTC的运行线路达到8条，并且根据上海市规划，在2020年将建成17条线路，通车里程将超过500公里，应用cBTc的线路也将有所增加。

轨交CBTC系统应用

CBTC无线通信系统即基于无线通信的列车控制系统，是一个连续数据传输的自动控制系统，实现双向车地数据通信和高精度列车定位等。它分为列车控制和信息传输两大部分（见图1）。

列车控制部分为ATc（Automatic Train control）系统，包括ATP（Automatlc Train Protection，列车自动防护系统）、ATS（Automatic Train supervision，列车自动监控系统）、ATO（Automatic Train operation，列车自动驾驶系统）三个子系统，完成列车状态信息以及数据信息的处理，并控制列车的运行。

信息传输部分为Dcs（Distributed control system），采用无线通信系统，进行连续双向的车一地通信，完成列车向地面控制设备传递列车位置、速度及其他状态等。

上海轨交CBTC无线通信系统采用了2.4GHz免授权频段，采用了两家供应商系统设备。其中，上海自仪泰雷兹交通自动化系统有限公司承建五条轨交线路，即第6、7、8、9、11号线，卡斯柯信号有限公司承建四条轨交线路，即第10、12、13、16号线。这种免授权频段虽然在很大程度上降低了建设成本，但是随着此频段内WiFi、蓝牙等应用规模的指数型增加，对轨交CBTC无线通信系统干扰也呈现严重趋势。

干扰兼容性研究的重要性

由于2 4GHz/ISM频段为无线局域网（WLAN）、无线接入系统、蓝牙技术设备、点对点或点对多点扩频通信系统、无线电定位业务，以及工业、科学和医疗（ISM）等非无线电设备的共用频段，近来，随着移动通信和无线城市的建设，个人设备、公众网络和专用网络等应用也越来越普及，2G/3G+WLAN已经成为运营企业的标准建网模式，城市中WiFi热点将越来越多，2.4GHz频段的无线电磁环境呈现出恶化趋势。

在移动终端方面，手机拥有率不断提升，在大中城市中已经接近100%。在性能方面，智能终端的性能不断提升，终端设备中的WiFi模块早已成为标准配置。在功能上，移动终端不仅可通过2G/3G/WiFi实现本机上网业务，大多数智能终端还可通过启动“个人热点”功能，实现附近多个WiFi设备的无线链接。除了智能移动终端外，品种繁多的便携式3G无线路由器（MiFi设备）也越来越普及，可以方便地实现多个WiFi终端随时随地通过3G网络实现无线上网……以上种种情况都不利于轨交cBTC无线通信系统的安全运行。与此相对的是，轨道交通承担的强大客流压力，轨交区域成为城市安全运行保障和重大灾害预防的重点之一。

2012年11月初，发生了深圳地铁蛇口线采用CBTC的线路发生多次暂停运营事件。根据通信和无线电主管部门组织的多次调查，初步判断是蛇口线的轨交信号系统因受到干扰，启动了自动防护功能而产生紧急制动。干扰原因已初步锁定为由乘客携带的便携式WiFi（MiFi设备）所导致。

由于深圳事故线路的CBTC无线通信系统部分的提供商为卡斯柯信号有限公司，为上海轨交四条线路的承建商。上海市政府和国家无线电管理局责成上海市无线电管理局就上海轨交CBTC无线通信系统干扰兼容性进行专题研究。

2012年年底，上海市无线电管理局紧急启动了对上海轨交CBTC无线通信系统干扰兼容性测试及风险评估工作。上海无管局与上海申通公司，在市建设交通委、市交通港口局、市经济信息化委等委办局的支持下，确定了“存技术研究基础上尽早形成对上海轨交CBTC无线通信系统干扰防范措施，建立CBTC无线通信系统安全的保障机制”的研究目标。

2013年年初，国家无线电监测中心和电信科学技术第一研究所等单位，组成“上海轨交CBTC无线通信系统干扰兼容性测试项目组”，开展上海轨交CBTCS～线通信系统干扰兼容性测试及风险评估工作。

四阶段测试千扰兼容性

“上海轨交CBTC无线通信系统干扰兼容性测试项目组”的工作目标为从研究轨交各类干扰场景着手，对各类CBTC无线通信系统进行仿真验证、干扰模拟测试、轨交线路测试验证等工作，在此基础上，对轨交CBTC无线通信系统的干扰兼容性进行评估。

测试分为仿真评估、实验室环境模拟测试、试车线环境测试和正线环境验证测试四阶段，分别通过测试仪表和2.4GHz频段的各类802.11x干扰设备模拟最恶劣干扰、严重干扰和正常运行场景，测试被测系统抗干扰性能，以了解轨交DCS系统的干扰兼容性。

仿真评估。目的在于研究设备工作原理、抗干扰性能，确定实验环境模拟测试下的测试条件。主要工作内容是通过搭建仿真测试环境，对各类2.4GHz无线电设备/网络对AP（Access Point，访问接入点）设备的干扰性能进行仿真，研究熟悉干扰设备工作原理，确定模拟环境和轨交线路下的测试条件（见图2）。

实验室环境模拟测试。目的在于考察轨交CBTC无线通信单系统在2.4GHz内有/无同频干扰信号情况下的系统性能变化，在实验环境下验证干扰性能，得出系统受到干扰的临界点等指标，确定轨交CBTC无线通信在实际环境下测试条件。主要工作内容是通过搭建模拟测试环境，模拟测试各类干扰源设备对轨交CBTC无线通信系统的干扰（见图3）。

试车线测试。目的在于考察在轨交环境下，轨交CBTC无线通信系统在2.4GHz频段内有/无同频干扰信号情况下的系统性能变化，确定轨交cBTC正线环境下测试条，件，进一步为正线验证进行指导。主要工作内容是研究试车线/试验线场景下，2.4GHz频段的无线电磁环境、在各类干扰源设备和网络不工作/工作情况下，测试CBTC无线通信系统性能变化：如信号强度、信噪比、系统受到干扰的临界点以及DCS系统冗余度性能的测试评估（见图4）。

正线验证测试。目的在于在模拟环境测试和试车线测试基础上，在正线典型场景下对各类2.4GHz无线电设备/网络对轨交CBTC无线通信系统的干扰进行验证测试，在有条.件下对线路的无线电磁环境进行监测。主要工作内容是研究各典型场景下，2.4GHz频段的无线电磁环境、在各类干扰源设备和网络不工作/工作情况下，测试CBTC无线通信系统性能变化：如信号强度、信噪比、系统受到干扰的临界点以及通过对不同线路无线电磁环境的数据采集，研究每条线路的差异性。

在现场测试和数据分析基础上，将进一步对轨交CBTC.无线通信系统进行风险评估，其中包括对轨交信号控制系统的信息安全测评、系统性的防范安全措施、工作频率的安全性评估、对可能引发干扰的无线设备种类、数量级以及技术参数等方面工作，最终形成总体预判和措施建议。

四个阶段的测试，分析了2.4G频段内各类无线电设备对轨交CBTC无线通信系统的干扰，并考虑了今后4G网络的发展，研究了LTE设备TDFi对轨交CBTC无线通信系统的干扰可能性。根据干扰源数量、种类、连接速率等各种组合，制定了多种干扰模型对CBTC无线通信系统进行干扰测试，测出其在不同情况下的抗干扰性能。

轨交CBTC无线通信系统干扰兼容性的优良与轨交安全息息相关，运用测试方法对轨交无线通信系统进行有效监管并完成技术上的提升，是积极且必要的途径之一。相信随着业界对该项目的研究和测试，有关的数据分析、风险分析和评估工作不断完善，能够为主管部门提供有效的决策依据，为轨交CBTC无线通信系统安全提供保障，进而为轨交安全运行提供更多一层保障，为市民安全出行打下良好基础。