地铁无线通信系统干扰因素及抗扰措施研究

屈磊

（天府新区航空旅游职业学院，四川 眉山 620860）

0 引言

地铁凭借其高效快速、安全舒适、出行成本低等优势，在缓解城市交通压力方面发挥了突出的作用，为城市居民出行提供极大便利。地铁通信系统是地铁服务、治理、指挥和管理的综合平台，在保障地铁运行效率及安全性中发挥了关键作用。该系统在发生紧急突发情况时，能够迅速转变角色，成为事故处理指挥系统[1]。

无线通信系统是地铁通信系统的核心部分，其由公网系统和专网系统组成。公网是电信、联通、移动等商用移动无线网络系统，主要是保证人们乘坐地铁时的正常移动通信。专网则包含两部分，即车辆段列检库无线通信子系统与无线调度通信子系统，起到维护地铁稳定高效运营的作用。地铁无线网络公网和专网的引入涉及的无线频率较多，难免会出现无线信号互相干扰的情况。因此，为了更好地保障地铁运营的安全性，需要重视该问题的解决。

1 地铁无线通信系统的功能

一是通话功能。该功能是指基于无线通信系统实现半双工通话、双工通话和单体通话等不同方式的通话功能。这是地铁和调度台实现交流沟通的重要载体，是保证地铁稳定运行的重点之一[2]。

二是编组功能。该功能是结合不同信号频段与功能等，对不同职位人员、工种和人群展开编组工作，完成编组后能够实现组内的工作交流和实时通话。该功能在地铁人员日常工作中发挥了重要作用，能够做到多人的良好交流和协同。

三是呼叫沟通功能。该功能类似通话功能，也和编组功能存在千丝万缕的联系，主要是在调度平台的统一协调下进行有效的交流和沟通，既能实现单向呼叫，也能实现双向或多向的沟通协作。

2 地铁无线通信系统的干扰因素

无线通信系统的干扰源主要有系统、环境和各个频段频点规划，大致可分为以下三类。

2.1 电磁干扰

因为地铁无线通信设施较为集中，大量使用就可能出现较为严重的电磁干扰情况，影响正常通信。常见的电磁干扰问题有以下几种：

一是同频道干扰，又可称作载波干扰或同频干扰，是指与有用信号频率相同或相近的无用信号落在收信机通带内[3]。有用信号和无用信号均采用相同方式进入收信机，难以消除或避免，受其干扰将难以保证收信机的灵敏度和噪比，导致信号出现拍频或是啸声的情况，致使信令传输与数据传输出错，使通信质量变差。

二是邻频干扰，这是指信道之间距离较近而出现互相干扰的情况。无线通信属于多信道系统，各信道之间不会有较大的间隔，通常各频道间隔保持在200kHz 左右，由此可知GSM 系统内1M 带宽频点＜5个，这便是出现邻频干扰的重要因素。通常，为了防止邻频干扰，会在系统内进行保护比的安装，比如可将一个0.2MHz 的邻频干扰比安装在GSM 系统内[4]。

三是互调干扰，这种干扰是指在非线性传输电路中两个或多个信号相互调制，所产生的组合频率和有用信号相近，进而干扰到地铁通信系统。这种干扰具有两种表现形式：其一，接收机互调，即由于非线性作用，多个信号进入接收机前端会引发接收通带内信号互调；其二，发信机互调，即信号发射天线之间的距离设置不合理，信号发射机之间容易出现信号互相干扰的情况，进而造成信号互调，有新的频率信号生成，该信号被发射出去后，则会在一定程度上干扰接收机正常运作。

2.2 阻塞干扰

这种干扰是指在地铁实际运营中为了掌握各项设备的运行情况和相关信息，可能进行微弱信号的传输。不过出于能源节省的目的，在传输时通常频率较低，则可能引发高频回路，进而导致阻塞干扰的出现，影响微弱信号的传输与接收。

2.3 杂散干扰

若发射机倍频器不具备良好的滤波特性，导致发射机输出极输出一些二次与三次谐波，则可能有杂波辐射信号生成，从而出现杂散干扰[5]。

3 地铁无线通信系统的抗干扰措施

3.1 有效控制电磁干扰

干扰地铁无线通信系统的因素较多，其中最为常见的就是电磁干扰。要想良好应对这种干扰，应考虑从源头着手。

一是进行地铁线路铺设时，应重视合理甄选地铁通信设备，确保所购买的设备源自资质合格的供应商。同时，所选设备要保证具有较强的抗干扰能力、抗电磁干扰指标达标，唯有产品性能力良好，才可能在高强度磁场内做到运行稳定。

二是进行电缆线路铺设时需合理选择电缆，并注意分布方式的选择。针对电缆的选择，应优选能够有效屏蔽外界电磁波干扰的电缆，如rvvsp 双绞屏蔽电缆可用于弱电智能系统模拟信号，rvvp 屏蔽电缆则能够用于数字信号[6]。进行布线时，则需关注信号传输中是否会出现减弱的情况，为了避免出现减弱的情况，应尽可能降低电缆分布耦合度，保证其内部结构能够具有良好的内聚性。可通过分插槽孔或分设竖井，有效减少电磁干扰带给无线通信系统的影响。

三是优化地铁结构，使地铁穿过磁场线时不会出现严重的磁力紊乱，进而实现电磁干扰的良好应对。

3.2 应用调频技术

人们在乘坐地铁时出现的同频干扰问题，使许多用户手机无法接收到信号，进而引发一些不必要的问题。为了使用户正常通信需求得到良好满足，可采用调频技术，使地铁无线通信系统抗干扰能力得以有效提升。

例如，采用具有较强方向性、无较多旁瓣的定向天线，既有助于干扰的减少，也利于增强信号接收能力，使信号覆盖场强更大。也可采用调频技术，当前市面上所用调频技术多为802.11n 技术，其应用了双频AP[7]。通常而言，其借助信道通信，可以实时监控空中接口出现的噪声和通信网络外的WLAN 信号。在发现干扰源后，就能通过调频技术予以调整，使之通过空闲信道通信，如此能够实现信号干扰的减少。调频技术可以减少信号同频干扰，但无法从根本上解决同频干扰问题。

3.3 频率资源分配

考虑乘坐地铁的大众通信运营商与运营模式存在差异，可借助器件隔离的方式，促进通信信息共享，使通信系统之间的干扰得到有效防止。做好频率资源的合理分配，保持两台发射机之间的距离，是最佳的干扰消除方法。但是由于当前频率资源较少，使得发射器较为集中。

为了有效解决这一问题，国家明确规定寻呼发射机须达到一定技术标准，加装滤波器组合器件或是单向器[8]。客观分析单向器具有诸多明显优势，如热稳定性良好、体积不大，故障率低，能够有效保护发射机，而且，能够在一定程度上吸收外界信号的干扰能量。但缺点同样明显，其3bB 带宽较宽、单向滤波无法完全抵制杂波和外界干扰。这时可利用带通滤波器予以功能补充，形成隔离滤波器，实现单向器和带通滤波器优势的集合，能够对互调干扰做更有效的抵抗。

另外，地铁相关管理部门需严格规范各通信运营商，确保各个通信运营商在地铁无线通信系统规定范围内设置调频范围，严禁随意改动地铁内的调频频率，从而确保地铁内通信系统与无线通信系统运行稳定和安全。

3.4 抑制阻塞干扰

针对阻塞干扰的抑制，可通过相应系统测试使地铁所用低频信号路径得以明确，进而在传输路径周围设计和安装干扰器。计算具体数值可根据Lh=22.0+20lg（d/λ）-（Gt+Gr）+（Dt+Dr）这一公式[9]。借助试验数据确认相关数据，然后经过计算得到相应的功率数值，进而能够在安装抑制阻塞干扰设备过程中合理调试功率，确保能够良好抑制阻塞干扰。

3.5 合理接地

因为高频器件会使设备出现接地不良的情况，进而干扰无线通信信号。所以，相关人员应围绕相关接地标准，确保各个器件和设备都能够接地良好。同时，各专网设备、公网设备和各运营商的设备均须接地良好。相关人员在系统全面开通之后，还应严格检查与测试设备，使设备的可靠性与安全性得到良好保障。若查到设备出现问题，应及时联系建设方，共同商讨出合理的解决方案，使地铁无线通信系统受到的干扰最大限度减少[10]。

3.6 杂散干扰控制

地铁无线通信系统内引入功分器和POI，加之合路器与耦合器都属于无源器件，所以需要严格按照相关标准落实发射信号各基站设备性能指标的检查。但因为设备多放置于室内，覆盖系统内接进的信号源中可能包含直放站，但直放站与基站设备各项参数具有差异性[11]。

故此，要想使地铁无线通信系统的杂散干扰得到良好控制，可对热噪声功率进行适当减少。具体可采用两种方法：

一是对设备各通道之间的隔离距离做适当增加。

二是采用上下行的分路方式，有效分离收发，使上行通信道路和上下行信号之间的空间隔离距离得以扩大，从而实现通信系统内链路损耗的减少。

4 抗干扰对照试验模拟

对多列地铁情况进行随机选取，通过试验室环境展开状况演示和数据模拟工作，试验验证干扰因素和抗干扰措施，旨在对抗干扰措施的效果进行科学验证，具体试验分析见表1[12]。

表1 干扰因素的对照试验

结合表1 模拟试验分析，在地铁实际运营过程中，阻塞情况、频率和电磁会在一定程度上影响无线通信，进而较大程度地危害地铁的安全运营。通过采用各种抗干扰措施予以应对，能够使地铁无线通信影响情况得以显著降低，有效维护地铁无线通信的稳定性，夯实地铁安全、高效运营的基础。

5 结语

伴随地铁客运量的持续增长，社会各界开始更多地关注地铁的服务水平与安全性。无线通信在地铁实际运营中会受诸多因素干扰，特别是阻塞、电磁和同频信号等方面的干扰最为常见和明显，需要针对干扰因素采取有效的抗干扰措施，从技术、人员和设备等多方面落实地铁运行保护工作，使干扰因素所形成的安全隐患得以良好消除，保证地铁系统运行高效、安全，促进我国城市交通的良好发展。