上海轨交浦江线车地无线通信信号优化之滤波器可行性研究

摘 要 随着CBTC（基于通信的列车自动控制系统）信号系统在上海乃至全国城市轨道交通运营线路的普及，作为该系统真正意义上的眼睛，其车地通信方面信号优化等问题越来越受到大家关注，本文以上海轨道交通浦江线为例，根据分析总结常规城轨既有线路运营中遇到过的各类干扰信号源，并探讨实际工况下加装滤波器在浦江线运营中信號优化等方面的实用性与可行性。

关键词 上海轨交浦江线;车地无线通信;滤波器

引言

随着我国轨道交通的逐渐完善，城市轨道交通逐渐成为居民主要的出行工具之一，然而在地铁正常运营时，因其车地无线通信信号传输方式，导致在运行中极易受到不同类型的信号干扰。特此以上海轨交既有线运营多年经验归纳总结出了一些可能产生的车地无线通信信号干扰信号源，另外在浦江线，通过sitemaster频谱分析仪分别测试轨旁与车载设备安装滤波器前后驻波比、回波损耗与线缆损耗等参数，然后通过这些数据的横向比较分析，来简单衡量2.4G滤波器在上海轨道交通浦江线的车地通信信号优化运用的可行性。

1浦江线简介

作为上海市的首条胶轮全自动无人驾驶APM线，上海浦江线的主要功能就是服务于附近浦江镇居民，缓解当地百姓出行的“最后一公里”难题。就浦江线的线路而言其走向形式较为灵活，具有站间距短、线路转弯半径小等特点。在车辆类型选择上采用的是中运量庞巴迪胶轮APM300型列车，使其具有“小身材”的灵便性能。技术方面浦江线使用运行全自动无人驾驶信号系统，无须驾驶员和任何其他登乘技术人员，这归功于庞巴迪CITYFLO 650 CBTC信号系统和车载CCTV监视系统两方面技术支持共同保障车辆无人驾驶运行安全。浦江线始发站站沈杜公路站（同时也接驳轨交8号线终点站），终于汇臻路站全线6.7公里包括6座车站且均为高架露天站，综上所述无论是启用无人驾驶的高级别信号安全运行模式还是周遭开放的露天车站环境等，无疑这些客观因素加重了浦江线信号系统车地通信信号优化方面的必须性[1]。

2车地无线通信系统

在上海浦江线CBTC信发系统统中，车地无线双向通信系统主要是由无线局域网相关技术构建的。在该系统的实际运行过程中，无线局域网相关技术能够有效保障地铁信号系统的无线传输功能，且为保障无线通信网络安全与稳定性，配置了相同的两套无线接入网络，分别是A网与B网，形成网络冗余，AP 提供车-地无线连接，AP点分布在轨旁，采用高增益天线，覆盖轨行区内的上下行2个方向，分布在轨旁。理论在浦江线室外开放空间环境下，3-5个AP天线及WNRA箱完全可覆盖两站间正常轨道区间，提供冗余无线区域覆盖，这样即使轨旁发生一个AP单点故障短期内亦不会对既有浦江线运营产生影响，区间间隔300M-500M配置无线AP天线立杆与WNRA箱盒。

整体CBTC信号系统依据802.11X协议组建局域网，并经过以太网接口收发数据，内部核心实时数据库对传输信息打包朝环网络传输数据，向内通过交换机连接到骨干网络上，然后接入信号系统核心区域ATC处理，向外与沿轨道分布的接入点（ AP） 连接，通过其天线与列车安装在车头和车尾的2 个LOS天线无线连接通信，每个列车VATC独立主控终端又通过MDR都连接到这2副天线，实时将每辆列车的车载信息回馈中心区域ATC服务器，服务器通过这些信息与数据汇总进行计算，将列车指令再发布给列车，通过以上这一系列链路通信完成真正意义上的车地通信与数据交互[2]。

3传统城轨车地通信信号干扰源

在城市轨道交通的实际运行过程中，车地无线通信系统的在保障地铁正常运行方面有着非常重要的作用，但是由于目前各种新型无线网络技术的出现，使其在日常工作中极易受到其他因素的影响，导致车地无线通信系统信号受到不同程度的干扰，总结干扰因素主要有：乘客所带电子设备干扰、列车信号和乘客信息系统干扰、站台换乘时信号频率及高速移动时多普勒效应及多径效应干扰等。

3.1 乘客信息pis系统干扰

在城市轨道交通的运行过程中，有于乘客信息系统与地铁车地无线传输系统的信号频段极其相似，都是依托多媒体网络进行计算的车站终端信息服务系统，并且乘客信息系统的信号接收装置位于列车顶部，与列车安全系统接收天线距离和很近，所以车地无线传输系统极易受乘客信息系统的信号干扰。

3.2 载客人员电子设备干扰

随着我国无线网络覆盖面积的不断增大，乘客在乘坐地铁时使用电子设备的次数也越来越频繁。由于车地无线通信网络具有开放式特点，导致其很容易被乘客所带电子设备搜索并使用，这大大降低了地铁信号系统信息及系统的安全性[3]。

3.3 无线区域协议或同频干扰

由于城市轨道交通车地无线通信系统的区域协议属于开放式，所以在线路同区域的内的电子产品、运营商基站、蓝牙等无线设备信号都容易对无线通信系统的信号传输造成物理干扰。

4车地无线通信中滤波器抗干扰的实用性

4.1 测试滤波器

测试选用Oaks 2401 /2.4GHZ无线网络带通滤波器，应用于无线2.4GH频段，支持802.11b和802.11g无线协议，具体功能特性如下：

①超高品质微波腔滤波器，体积小，稳定性高;②2400mhz全频带应用，减少ISM波段以外的干扰;③品控优良，插入损耗低，抗干扰性能卓越适合户外和室内都适用[4]。

4.2 轨旁安装检查及安装可行性试验

2019年10月11日， 参考既有线路2.4G的频段所选型的滤波器， 在浦江线试车线进行了试安装，具体如下图1，测试结论如下：

图1 轨旁wnra箱内安装滤波器图2 列车车载安装滤波器

①经测试安装前后的驻波比，安装前后都在正常工作范围;②用于安装的滤波器与既有连接头匹配;③WNRA箱内空间足够;④用列车在试车线进行了动车验证，未发现通讯异常，说明该滤波器适用浦江线通信频段，且兼容性良好;以上初步证明了浦江线WNRA的设备未有明显折旧故障隐患现象，以及未来对WNRA进行滤波器优化整改的可操作性;

4.3 车载安装检查及安装可行性试验

2020年1月份对2号车进行了滤波器的试安装及验证工作，具体如上图2。

记录与评估如下：

基于理论，无线传输系统的抗干扰方面，添加滤波器是抑制通过电路通路直接进入的干扰，并且针对信号与干扰信号之间的频率差别，使用不同性能的滤波器，达到抑制干扰信号的目的，提高车地无线通信系统建设的模块化程度[5]。

数据总结：

5结束语

综上所述，在城市轨道交通的实际运行中，车地无线传输系统的完善程度是确保地铁运营稳定安全的重要部分。通过上海轨道交通浦江线简单测试应用，得出的结论是滤波器在车地系统信号优化方面有着一定的作用。相信未来通信技术结合城市轨道交通运营的不断发展演变，信号防护与优化措施会又更进一步的拓展空间。

参考文献

[1] 俞钟华.地铁信号系统中车地无线通信传输抗干扰分析[J].数字化用户，2018，24（24）：181.

[2] 肖旭慧. 城市轨道交通CBTC中的无线通信系统[J]. 铁道通信信号，2012，48（4）：63-64.

[3] 王锐，王大成.城市轨道交通车地无线通信的应用[J].电子技术与软件工程，2019（21）：26，117.

[4] 张永亮.探究地铁信号系统无线通信传输抗干扰技术[J].科技风，2019（17）：93.

[5] 王选斌. 地铁信号系统中车地无线通信传输抗干扰研究[J]. 建筑工程技术与设计，2017（18）：3576.

作者简介

华佳鸣（1986-），男，上海人;职称：工程师，现就职单位：上海申凯公共交通运营管理有限公司，研究方向：城市轨道交通通信信号设备管理与维护。