广州地铁引入通用移动通信的干扰测试研究

刘军

广州地铁引入通用移动通信的干扰测试研究

刘军

（广州地铁集团有限公司，510710，广州//工程师）

城市轨道交通引入通用移动通信3G/4G信号是大势所趋。为此，探讨了地铁线路引入通用3G/4G信号后可能会造成信号干扰等问题，并对广州地铁现有通信设备进行了干扰测试。根据测试结果，提出了相应的抗干扰措施建议，以避免移动通信信号对地铁运行造成干扰。

地铁；3G/4G信号；信道抢占干扰；同频干扰

Author′s addressGuangzhou Metro Group Co.，Ltd.，510710，Guangzhou，China

在城市轨道交通建设中，通用移动通信定义为除专业通信外的、服务于乘客的、商业性质的各种民用通信，主要包括3G/4G信号、车站WLAN、iBeacon蓝牙等通信。

3G/4G信号是第三代/第四代移动通信技术，是支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，能同时高速传送语音及数据信息。目前，3G/4G技术已经成熟，地铁乘客希望随时随地享受3G/4G无线网络带来的便利。在日益增长的移动业务市场需求的推动下，城市轨道交通与通用3G/4G设备设施一起建设是大势所趋。本文主要探讨地铁线路引入3G/4G信号后的相关问题。

1 信号干扰及其原因

1.1 信道抢占

信道抢占干扰主要发生在使用了无线局域网标准IEEE 802.11协议的设备之间，如乘客的便携式WLAN设备和基于通信的列车控制（CBTC）系统及乘各信息显示系统（PIDS）之间的干扰。

目前，国际上绝大部分的用户终端（如手机、笔记本电脑等）WiFi端口支持2.4 GHz频段，少部分用户终端支持2.4 GHz频段和5.8 GHz频段（如苹果手机）。802.11b、802.11g、802.11n协议规定的工作频段在2.4 GHz（2.410～2.483 GHz），并划分为14个子频道，相互不产生干扰的信道只有3个（见图1）。在同一个区间或蜂窝内可以部署的信道数量不能大于3个，否则将相互干扰。

图1 802.11协议中2.4 GHz工作频段信道配置

当多个天线访问接入点（AP）选择某个相同信道传输信号时，彼此发送报文时极易产生碰撞，导致空口丢包率上升、传输质量下降。为避免碰撞，802.11协议定义了带有避免冲突的载波侦听多路访问协议。

WLAN无线设备是对等的，且所有站点共享信道，为通信需要竞争信道。一旦WLAN无线设备检测到信道内有其他信号发送，就会随机延迟，避免碰撞。当有多台设备工作在同一个基本服务集内，信道繁忙概率提升，发送端退避时间增大，带宽利用率下降，导致通信性能下降，甚至通信中断。

1.2 同频干扰

同频干扰主要产生于使用了相同的通信信道和不同的通信协议的设备之间，如乘客使用的便携式WLAN设备和轨道交通联锁系统之间。因此，广州地铁引入3G/4G信号后，可能发生的干扰组合主要有4种（如表1所示）。

表1 广州地铁通信干扰组合列表

在没有信道冲突避让机制的设备之间，如使用了相同的无线信道，其信号载频相同，对信号产生影响，会影响无线通信设备正常接收，导致系统通信性能降低。

2 干扰测试

针对便携式WLAN设备（MiFi），对广州地铁5号线CBTC系统在引入3G/4G信号后进行试验测试，测试时间为夜间非运营时段。

2.1 测试项目

采用频谱仪测量专用通信系统的频谱。测试组分为2组，测试组1负责使用频谱仪进行扫频测试，测试组2使用便携式WLAN设备（MiFi）和3G/4G手机终端进行数据下载测试。分两种测试情景对CBTC系统进行测试。

（1）测试情景一：3G/4G网络关闭，MiFi设备关闭。列车运行时测试组1在车头对2.4～2.5 GHz和300～900 MHz进行扫频，收集底噪数据并记录；地铁信号专业人员记录CBTC/PIDS相关指标。

（2）测试情景二：3G/4G系统开启，MiFi设备开启。列车运行时测试组1在车头对2.4～2.5 GHz和300～900 MHz进行扫频，收集数据。测试组2利用开启的MiFi设备在车头乘客区进行数据业务操作（如浏览视频、下载大容量文件）。

列车运行第1圈时，同时开启3家运营商（各20台）共60台MiFi设备，测试对CBTC信号的影响，并记录测试结果。列车运行第2、3圈时，同时开启三家运营商（各10台）共30台MiFi设备，测试对CBTC信号的影响，并记录测试结果。

2.2 测试结果

取列车运行中（车陂南站—珠江新城站往返）的测试数据进行分析，其中60台MiFi设备集中在车头的测试情况如图2所示。

根据图2所示测试数据，在3G/4G系统开启、便携WLAN设备未开启状态下，广州地铁5号线站台区域CBTC系统的底噪都基本保持在-103 dBm左右。在3G/4G系统开启、便携WLAN设备开启状态下，最强干扰电平为-83 dBm左右，此时屏蔽门开关正常，没有造成意外制动或逼停。

图2 列车运行中信号干扰测试扫频结果

对地铁范围内其他专用设备频段进行扫频，结果如图3所示。由图3可知，在300～900 MHz内扫到的信号，分别落在359、865两个频点带宽内。该信号为广州地铁5号线公安警用无线通信系统及专用无线通信系统频点，其在3G/4G系统关闭与激活状态下均处于正常的波动范围内，在非CBTC系统使用的频点带宽内，信号底噪没有增加。由此可见，引入的3G/4G信号没有杂散干扰信号落入300～900 MHz频段内，即3G/4G信号引入满足300～900 MHz频段内信号隔离度要求，其所处频段的信号不会对其他信号造成明显的干扰。

图3 车陂南站—珠江新城站各站台300～900 MHz扫频图

3 抗干扰措施建议

就广州地铁现阶段频点分布而言，为减少地铁受到信号干扰，新频段引入需要考虑以下几点。

（1）在既有地铁线路上制定通信防护方案。为了降低3G/4G信号引入后对既有通信设备的干扰，应对现场环境进行测试，对干扰源、干扰机制进行定位和评估。制定降低干扰强度的措施，并通过现场测试验证实施效果。对现场无线环境进行监测，对现有的无线系统（含新增的3G/4G信号）进行检测定标，作为日常维护的监测依据，防止新增干扰源使无线环境恶化。通信防护措施包括：①现场清频，对所有的无线信号（含3G/4G信号）进行测试，确认是否含有杂散影响；②压制干扰源，在合适地点（如车厢、站台）部署专用的压制设备。

（2）实施干扰隔离工作。为保证地铁各通信系统之间相互不干扰，各个系统之间必须存在一定的隔离度。新频段引入时，需在工程设计阶段作好各设备之间干扰分析工作，计算各关键设备规避干扰的隔离度。可采取与天线保持一定距离（空间隔离法）或者在天线之间增加隔离物（硬件隔离法）等，通过对车厢、站台等干扰源密集区域和设备工作区域（司机室、隧道等）的屏蔽隔离，降低干扰信号的强度。

（3）使用付费专用频点。工信部已经规定在城市轨道交通中采用1.8 GHz频段，该频段多为运营商手机信号使用，且与既有2.4 GHz频段保持足够隔离度。2.4 GHz频段属于免费开放的，众多设备使用该频段，且面对日益增多的无线设备，使用2.4 GHz频段的设备势必日益密集。建议城市轨道交通信号系统使用付费频点，或者无线电管理部门出台相关政策来保证地铁信号系统频点的唯一性。

4 结语

广州地铁5号线引入3家运营商3G/4G信号对既有通信设备的干扰测试结果显示，干扰主要存在于便携WLAN设备对2.4 GHz信号系统产生的同频与邻频干扰。因客观条件所限，本次测试场景还有进一步提升的空间，测试时间长度和次数也有待加强，测试方法应包括动态、静态等多项测试。本次广州地铁5号线同时开启60台便携式WLAN设备的极限测试表明，暂未出现明显引起列车紧急停车的情况。

目前，国内城市轨道交通主流信号设备均采用2.4 GHz频段，若引入新频段设备，需统筹规划现有设备的频段资源，做好技术分析工作，在未能采取有效安全保障措施前，应慎重引入新的无线网络系统。

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［2］刘艳萍，章秀银，胡斌杰.4G核心技术原理及其与3G系统的对比分析［J］.移动通信，2004，28（10）：40-42.

Introduction of Mobile Communications Interference Test in Guangzhou Metro

LIU Jun

The introduction of mobile communication 3G/4G signal in urban rail transit represents the general trend of development.In this paper，issues of 3G/4G general signal introduction in Guangzhou subway network are addressed，their interferences over the existing devices in Guangzhou metro are discussed，corresponding suggestion are proposed based on field testing results.The purpose is to reduce the losses caused by the signal interference over metro devices.

metro；3G/4G signal；preemptive interference；same frequency interference

U285.7；TN929.5

10.16037/j.1007-869x.2017.08.036

2015-12-25）