摘 要 近年来CBTC列车控制系统在地铁运营中发挥着重要作用，但随着移动WiFi的广泛应用，對CBTC车地无线通信系统产生了明显干扰。本文先简要分析WiFi信号对地铁CBTC车地无线通信系统产生干扰的原因，并在此基础上提出地铁CBTC车地无线通信系统中防WiFi干扰的可行性措施，为地铁的健康运营与管理提供一定理论参考。
关键词 地铁；CBTC车地无线通信系统；WiFi干扰；预防措施
中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）200-0124-02
随着我国城市化进程的不断发展，地铁因其高速、便捷、经济的优势迅速在城市公共交通领域占据重要位置，并且成为缓解各个城市交通拥挤问题的关键工具。地铁的顺利运行主要依靠其核心控制系统即信号系统，其中基于通信的移动闭塞系统CBTC因具有良好的信息传输速度与巨大的信息传输量，并且性价比高等优点，在短时间内成为各个城市地铁建设中广泛使用的无线系统。地铁CBTC车地无线通信系统在信息传输过程中使用的是2.4GHz开放频段，无需审核或付费，在地铁运行过程中的任何时间都能使用。
在当今信息技术时代，在各类移动终端中使用WiFi已成为日常普遍现象之一，为了方便人们在无WiFi热点铺设的地点也能上网，运营商开发出各类便携WiFi设备，因此在人流量巨大的地铁空间中经常有不同的WiFi信号，此类信号使用的也是2.4GHz开放频段，对地铁的CBTC车地无线通信系统带来很大干扰，在上海、深圳等地铁线路中均出现过因信号干扰被近暂停运行的事件，对地铁的安全稳定运营带来很大隐患。
1 WiFi信号对地铁CBTC车地无线通信系统产生干扰的原因
CBTC属于十分先进的基于无线通信的列车信号控制技术，在国内各大城市的轨道交通领域发挥着重要作用，而WiFi也是当前人们日常出行中不可缺少的网络工具，几乎每个人每天都会用到这一工具。地铁中使用CBTC系统可以大幅提高其运行效率，但在实践中发现，由于大量乘客携带具有WiFi功能的电子产品搭乘地铁，该系统受WiFi信号干扰的现象也经常发生，造成地铁的通信质量受到影响，甚至多次出现地铁被迫急停的后果，这一现象还有日益增加的趋势，因此，解决WiFi信号对地铁CBTC车地无线通信系统产生的干扰问题刻不容缓。这就需要了解WiFi信号对地铁CBTC车地无线通信系统产生干扰的主要原因。
首先，WiFi信号分布极其广泛，当大量移动用户使用WiFi连接服务时，该信号需求就会与CBTC系统争夺数量有限的无线信道，进而双方之间产生相互干扰作用。并且无论其使用频段是否与地铁CBTC车地无线通信系统频段是否一致，因为CBTC系统的主要接口方式中会用到WLAN技术，该技术与WiFi技术特征很像，一旦CBTC系统周边存在WiFi信号，就会受到其同频或邻频干扰，导致CBTC系统出现误码率增加、抗干扰能力减弱及信号包丢失等情况，甚至会使CBTC系统的通信能力完全丧失。
其次，由于地铁CBTC系统的AP与移动通信系统的WiFi处于相同空间内，并且两者的覆盖范围出现重叠性。在正常情况下两套系统内的AP间不会出现干扰，但当移动用户数量不断增加的过程中，移动数据业务量急剧增加，此时乘客使用的WiFi信号AP就会对地铁CBTC车地无线通信系统AP产生一定干扰。
2 地铁CBTC车地无线通信系统中防WiFi干扰的可行性措施
可以从以下4个方面预防WiFi干扰地铁CBTC车地无线通信系统的正常运行。
2.1 合理分配无线电频谱资源的时间、空间与频率三要素
地铁CBTC车地无线通信系统中受到WiFi干扰主要与无线电频率谱资源的三要素时间、空间及频率有关，并且三要素既有独特性又有相互制约性，为了减少WiFi干扰，必须同时从3个要素的角度出发，制定合理的改善对策。
2.1.1 时间方面
客观来讲，当地铁CBTC车地无线通信系统与WiFi信号处于地铁这一相同空间内时，无论两者的工作频率是否一致，都可能会出现相互干扰现象，尤其是当两者的工作时间相同时，这种干扰可能会达到发生概率最大且效果最严重的程度，为了避免这一情况，可以通过时间隔离实现地铁CBTC车地无线通信系统防WiFi干扰的目标，合理调整两种系统信号的工作时间，使其工作状态处于不同的时间段。从实践预期来看，这一措施的应用难度相对较大，在地铁运行过程中必须使CBTC车地无线通信系统处于实时工作状态，只能调整WiFi信号源的工作时间，但这类信号源通常与各类乘客有关，呈现出很强的复杂性、多样性和动态性，很难制定全面的政策规范其使用WiFi的时间。因此，这一措施只能从道德等非强制性层面应用，具体实践效果与地铁乘客的个人素质及管理机构出台的地铁乘坐制度有很大关系。
2.1.2 空间方面
当AP可以接入无线网络之后，地铁CBTC车地无线通信系统WiFi处于同一空间区域，与地铁CBTC车地无线通信系统被WiFi信号干扰的本质就是无线系统兼容共存的边界条件遭到破坏，导致原本隔离两类信号的空间受损，双方失去了明显的界限，干扰必然发生并且非常明显。为了防止WiFi对地铁CBTC车地无线通信系统产生干扰，必须从空间隔离的源头出发。在实际调查分析中发现，地铁车厢顶端两侧和车窗附近等部位最容易泄露干扰信号，并且泄露出的干扰信号功率明显高于其他部位泄露出的信号功率，所以可以通过把信号源设备转移空间的做法减少WiFi干扰，比如可以将地铁的车载天线安置在地铁车头的正前方，提高地铁无线控制信号和WiFi干扰信号间的相互隔离效果。
2.1.3 频率方面
WiFi干扰地铁CBTC车地无线通信系统的类型包括同频干扰和邻频干扰两种，无论哪一种干扰方式都会造成CBTC车地无线通信系统的信号丢包后果，造成系统误码率大幅增加，从而导致CBTC车地无线通信系统的抗干扰能力进一步降低，最终引起地铁出现暂停等控制故障。为了防止这类干扰，必须从改善信号频率的角度入手。
在同频干扰中，由于地铁CBTC车地无线通信系统和WiFi信号都是采用IEEE802.11标准2.4GHz公用频段，因此产生相互干扰的概率更大，可以通过改变其中一种信号频率的方式避免这一情况，在此过程中可以在有必要的情况下请当地相关机构协助解决。比如可以通过扩频码技术完成对同一时间同一地点及同一频率的信号隔离，或者利用功率控制及功率分配技术使得同一频段的不同信号能稳定共存，并且彼此不交叉影响。
在邻频干扰中，可以通过进一步扩大不同信号间的工作频率差达到减少干扰的目标，由于WiFi信号的频段相对固定，地铁控制技术人员可以开发出与其频段不相邻的地铁CBTC车地无线通信系统最佳应用频段，通过频率完成不同信号间的有效隔离，进而减少相互影响。
2.2 保证CBTC车地无线通信系统充分的冗余备份
保证CBTC车地无线通信系统充分的冗余备份可以大大提高地铁CBTC车地无线通信系统防WiFi干扰的效果，在地铁CBTC中一般是通过两套完全独立的无线网络将其接入无线系统，如果可以同时选择通过第1和第13频率作为信号的传输应用信道，CBTC内的控制命令会在两套各自独立的系统中分别传输，只要有一套系统传输成功就能使地铁控制命令正常发挥作用。由于其中使用的是两个独立信道，其中一个信道可以作为冗余备份信道，这样能够大幅减少地铁CBTC车地无线通信系统受到WiFi干扰的概率，进而从根本上提高地铁通信的可靠性與稳定性。
2.3 采用定向天线强化有用信号并弱化干扰信号
可以在地铁CBTC车地无线通信系统安装过程中采用小角度的高增益定向天线，以此强化来自轨道方向的有用信号并弱化干扰信号，提高载干比。还可以通过车载双天线的方式全面消除WiFi多径干扰信号。
2.4 借助社会各界力量提高地铁搭乘管理水平
WiFi信号是地铁CBTC车地无线通信系统中通信传输的主要干扰类型，而WiFi又是当今人们广泛使用的工具之一，为了在最大程度上避免其对地铁CBTC车地无线通信系统使用产生不良干扰，需要社会各界力量共同配合努力，地铁相关管理部门应该对其无线系统的应用构建更加完善且严格的制度体系，统一规划地铁上公共网络系统的使用情况，平衡网络资源。与此同时，政府可以通过公益广告等方式为乘客提供安全意识教育及公德心教育，提醒乘客在乘坐地铁期间尽量减少对WiFi设备的使用，并构建全面的相互监督机制，鼓励乘客们彼此监督，避免WiFi干扰引发地铁CBTC车地无线通信系统运行遇障。
3 结论
调查中发现西方发达国家的地铁中也广泛使用了CBTC车地无线通信系统，但是很少有该系统被其他信号干扰的报道。我国地铁CBTC车地无线通信系统被WiFi信号干扰的现象却日益严重，并对地铁的正常运营带来诸多故障。在此情况下，详细分析双方产生干扰作用的根源，深入查找出现干扰的原理，才能对症下药，找出最有效的解决对策，提高我国地铁CBTC车地无线通信系统的安全性。随着地铁及移动网络设备的不断更新与进步，未来可能会出现更多干扰问题，需要通信工作者继续深入研究，扫除地铁CBTC车地无线通信系统发展中的更多现实障碍。
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