浅谈地铁信号系统无线通讯传输的抗干扰措施

（深圳地铁集团有限公司，广东 深圳 518026）

浅谈地铁信号系统无线通讯传输的抗干扰措施

张赟昀

（深圳地铁集团有限公司，广东 深圳 518026）

文章着重对无线通讯传输抗干扰技术中数据通讯的安全性进行分析，并通过对当前无线通信中遇到的几种典型干扰源进行了介绍，针对性的提出了集中可行的防范措施。为地铁信号无线通讯系统中的抗干扰技术发展提出了一些合理化的建议。

地铁信号；无线通讯；数据传输；抗干扰

1 系统概述

在地铁CBTC信号通讯系统中，车-地无线通讯子系统相对独立，并且随着信号系统的发展，该CBTC的子系统逐步转变成了信号独立组网，同之前的通信专业组网大为不同。该系统利用车载天线以及轨道旁无线AP将车同地面之间的信号连接起来，令车-地之间的信号形成了一个有机整体。该子系统的构成主要有：车载天线、无线AP、车载路由器、环网接入交换设备、网络交换机以及服务器等。需要提到的是无线服务器同轨道旁无线AP之间的有效连接是通过光缆等设备因此被称为地面有线网。此外车载头尾通过光缆将信息冗余进行连接，因此被称作车载有线网。而车-地之间的信息连接则通过自由波，因此被称作无线网。

相对于无线网，有线网的技术成熟度以及安全度较高，因此在子系统中，数据的安全传输问题在车地无线网中相对较为集中。所以对其无线部分的数据传输安全性研究便成为了技术研究工作的核心内容，文章也主要针对此类问题进行了分析论述。

2 安全性需求

作为列车的状态以及移动授权信息，车地的无线通讯直接影响了列车的形式安全以及运行效率。想要保证信号系统安全可靠、高效可行，该无线信息通信子系统需要满足下述五点安全要求：第一，可用性高、可靠性高、安全性高；第二，数据在进行传输的实时性高；第三，信息在列车高速移动中的传输速率能够满足系统要求；第四，在信息传输过程中丢包率不能对系统有效性造成影响；最后，具备防止非法接入和无线攻击的安全措施。

3 干扰源概述

目前的列车调度以及控制信息传输在CBTC系统中都是通过列车同轨道旁的无线网络进行传递的，但是无线网络相对于有线网络开放性较强，因此容易受到外界信号源的干扰以及外界攻击，因此无线信息的传输安全性成为了CBTC系统的最大问题。由于无线通讯系统中传输的信息均为控制和调度信息，因此信息的错误会导致严重的安全事故以及隐患，系统可用性会因此降低，是对列车运行安全的严重威胁。从目前所遇到的实际状况分析，典型的干扰源有以下几种：乘客信息系统对信号的干扰；站台换乘信号的信号频率干扰；乘客使用的电子设备产生的干扰；列车告诉移动产生的多普勒效应；隧道多径效应以及开放空间中相同频段、协议的设备物理干扰等。以下针对其中四种干扰影响较大的干扰源提出了相关解决方案。

4 安全防护措施

针对信息传输过程中系统的安全要求以及干扰主要来源，结合实际系统运行状况提出了以下解决方案。

4.1 防范PIS系统安全干扰

主要的防范措施有两种，一种是通过频点隔离予以解决，另一种则是通过补空的方式进行解决。前者是通过对二者的输出频率进行分离的方式，但是会在一定程度上由于带宽的减少对数据传输速率造成影响。而后者是针对PIS系统的，从理论上该种方式可行性较高，但由于PIS实际上分属的供货商不同，因此实施起来较大。但是可以通过令信号系统采用5.8Hz频段，PIS系统采用2.4Hz频段的方式彻底解决冲突以及干扰。

4.2 防范站台换乘频率干扰

由于物理空间的开放性造成了同站台换乘站发出的换乘信号会在频率上对子系统的数据通信造成干扰，可以通过以下方式对该现象进行处理。

（1）令无线通信系统的本线同相邻线采用不同的信号制式设备以此区分信号频点。

（2）若采用的频段均相同时，需要采用下面的方式减少干扰：首先，应当选择计划方向不同的天线；其次，采用的载波侦听多址协议应当带有冲突避免；第三，可以选用具有差异性的车地通信方式；最后，可以选用定向天线并对其方向角进行调整。

4.3 无线攻击及非法接入的防御

虽然由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，任何人都有条件窃听或干扰信息，但通过以下相应手段，依然可以减弱或是消除非法的接入和攻击。

（1）采用禁用服务集标志（SSID）广播功能。以此可减小恶意用户侵入AP的可能性。

（2）设置媒体接入子层（MAC）的允许接入用户列表以防止非法用户接入网络。

（3）使用2 层或更高层的交换机，把网络分成小的区段来减少恶意用户通过连接上集线器而侵入网络并监测网络数据的可能性。

（4）采用动态刷新密码，减少密码被破获的可能性。

（5）在无线网络部分设置入侵检测系统来检测可疑情况和非法侵入等行为。

（6）设置防火墙以阻止非法用户接入网络。

4.4 多径效应的安全防范

多径效应使得车-地信息传输的信号产生衰落失真，最终造成通信的不稳定。采用正交频分复用等技术，利用多子载波交织冗余同时传递数据。在传输的过程中，即使某个子载波出现频率偏移或者干扰，甚至丢失此载波所有数据。但接收端通过子载波的联合编码，可恢复出丢失子载波数据，达到子信道间的频率分集的作用，OFDM 技术增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力，因此具有良好抗多径效应能力。

结语

通过上面的分析可以看出，地铁运营效率以及行车安全的保证几乎全由车地无线通信数据传输予以实现。因此，其安全性以及可靠性和稳定性的实现具有重大意义，这也是各大系统供货商积极寻求技术发展的根本原因。但由于地铁线路在各地具有差异性，且全国范围内供货商的核心技术也不同，因此系统的性能提高工作仍旧任重道远。目前的解决方案中更多的将频率规划以及干扰源的规避、软件更新作为主要手段，结合硬件设备一定程度的提升，还是取得了一定的成就。总之，无线网络通信中安全问题永远不容忽视。

[1]梁九彪.亦庄线国产CBTC信号系统工程应用[J].市政技术，2010（S2）.

[2]姜庆阳，卢佩玲，刘剑.CBTC移动授权分配研究[J].中国铁路，2010（04）.

U231 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

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