無線區域網技術在地鐵軌道交通建設中的應用

　　以通訊為基礎的列車控制系統***CBTC***，多應用IEEE802.11標準的全球性免費開放的ISM2.4 GHz頻段，此頻段具有使用者量大的特點。下面是由小編為大家整理的，希望大家喜歡!

　　1 2.4 GHz無線傳輸技術概述

　　1.1 2.4 GHz無線技術傳輸機制

　　無線技術傳輸系統，若是選取IEEE802.11標準下的ISM2.4 GHz頻段，意味著其所採取的是“先聽後說”的、即為載波監聽/衝突避免的訪問機制，在通道的使用上，每時每刻每個通道只有1個使用者能使用，當用戶傳輸資料之前，首先需判定通道的實際狀況，在通道使用的“機會、時間”上，每個使用者皆平等。

　　若有終端使用WLAN的通訊方式時，首先便要監聽通道，此時有2種結果：

　　其一，通道被人佔用，要進行監聽，直至通道空出。

　　其二，通道空閒，即可佔用通道。WLAN是採取“終端競爭到完全佔用通道，用完再接著競爭”。若2個終端應用同一通道，競爭會導致接收端的吞吐效能減弱。此外，與臨頻互相干擾而形成波形疊加，讓接收端不能精準的還原，無法識別訊號，導致資料發生重複傳輸的問題，降低了無線網傳遞水平。

　　1.2 調製模式及抗干擾措施

　　ISM2.4 GHz頻段，為世界通用及開放的頻段，存有諸多幹擾訊號，ISM2.4 GHz頻段下的IEEE802.11 b/g系統，因諸多幹擾源而導致物理層效能減弱。2.4 GHz無線通訊技術為了強化裝置抗干擾水平及提升無線網可用性，多會採取干擾抑制及躲避的手段，一般情況下，多采取“直接序列擴頻***DSSS***、正交頻分複用***OFDM***及跳頻擴頻***FHSS***”技術。

　　工作原理：1***DSSS技術：意指將原“功率高、頻寬窄”的原始功率頻譜，分別散佈於極寬頻寬上，如此，能夠在發射訊號時，僅使用少許能量便可輸送出去。其採取的擴頻碼序列為“高位元速率”，傳送端實施訊號頻譜拓展，接收端採取同樣的擴頻碼序列實施解擴，將拓寬之後的擴頻訊號，還原為原始資訊[3];

　　2***FHSS技術:即系以擴頻碼序列，採取“移頻鍵控***FSK***”的調製措施，導致“載波頻率”跳變。需要進行資料傳送時，接收者與傳送者雙方事先商定好，於某頻道上傳輸相應時間後，便同步跳至另外的某頻道上，再繼續進行資料傳送。接收資料一方的埠處所實施的解擴方式採取和傳送一方的埠處一致的本地發生器所形成的“擴頻碼”，對資料實施解調後，可對資訊給予精準恢復;

　　3***OFDM技術：其系無線高速傳遞資訊科技的一種。於頻域裡，OFDM可將所指定的通道，分為多個正交的子通道，每個子通道上皆採取1個子載波實施調製，而子載波之間可並行傳輸，因於OFDM系統內子通道上，當載波彼此呈現正交時，頻譜亦會重疊，如此，極大地降低了子載波彼此干擾水平，又讓頻譜的利用率得以加強。

　　2 闡述CBTC系統無線傳輸技術的應用

　　CBTC系統，均採取符合或是以IEEE802.11為標準的、頻段為ISM2.4 GHz的無線通訊技術，於軌旁佈設AP，以及“天線”、“波導”及“漏纜”等傳輸媒介，創設車地冗餘無線***WLAN***的傳輸網路，達成“軌旁、車載”裝置的實時資訊交流，實現連續管控列車的目的，如圖1所示。

　　CBTC系統無線傳輸技術，常規下多采取2種傳輸模式：

　　1***無線通訊的協議，標準需符合IEEE802.11 b/g，頻段為ISM2.4 GHz，以IP地址為前提的空間傳輸資訊，它的無線調製方式，一般採取“DSSS，OFDM及FHSS”3種，以提升系統抗干擾水平，其他抗干擾手段包含“無線冗餘覆蓋、實時處理、多址、編碼、訊號檢測、分級傳輸/接收、無線鏈路預算”等技術;

　　2***私有協議的標準為IEEE802.11 b/g、頻段為ISM2.4 GHz，非IP地址為基礎的空間傳輸資訊，改進系統裝置其“物理層與MAC層”，且對無線通道實施特殊劃分，與IEEE802.11標準不同。無線調製模式常規下多采取FHSS、DSSS，經加大“傳輸時間、容錯水平、實時處理能力、無線冗餘覆蓋面積以及無線鏈路預算”等技術，以推動系統抗干擾性能的提升。

　　CBTC系統無線傳輸技術存在的問題

　　1 研究背景

　　我國頻頻發生乘客隨身WiFi干擾“車-地”地鐵訊號系統的狀況，因指令異常造成列車急停，引發國內民眾的廣泛關注。而對此類事件進行調查後，得出的結論是：乘客的WiFi路由器開啟時，導致車-地訊號系統指令出現異常;反之關閉，則訊號系統正常。經故障剖析判認WiFi路由器，對訊號系統造成干擾。

　　2. GHz無線傳輸技術的干擾

　　1***干擾型別。由干擾機理角度實施分類，無線干擾，是通訊訊號最強的干擾要素之一，比如，若接收機接收到干擾訊號，將對判決的正確性帶來一定的負作用。干擾型別，依其生成的機理分為“乘性、加性”2類。乘性干擾，其為多徑效應的干擾型別，為發自系統內部的“散、反、衍”射等訊號現象;加性干擾，其為類噪聲源，包含其他的“類似系統”、“系統內部”或是“元件非線性”所發出的噪聲，主要的型別有：“同頻、鄰頻、互調”干擾以及“遠近效應”等型別。

　　2***依干擾源實施分類：a.系統之外的干擾：源自外面系統的干擾。例如，諸多的裝置共存於ISM頻段內，系統之間出現彼此干擾;b.源自系統內部自身的干擾：其所生成的主因為同一個無線通訊系統裡，因多個使用者要求下、在同一時間裡通訊，卻無法將相互訊號所造成的干擾徹底隔離。

　　 抗干擾的主要措施

　　採取IEEE802.11標準的、頻段為ISM2.4 GHz的“CBTC無線傳輸系統”，若和其他採用ISM頻段的裝置，置於同一“區域及時間”展開工作時，則將會遭到同頻裝置其所帶來的無線干擾。故此，給出下列2種無線“抗干擾”措施。

　　方案1：採取“專網技術+專用無線頻譜”的手段。其為軌道交通CBTC系統專用的抗干擾措施，確保列車安全執行。

　　方案2：採取IEEE802.11標準下的私有協議。IEEE802.11協議，由“MAC層及物理層”構成。物理層，可採取抗干擾性能強的“DSSS與FHSS”等解調技術;MAC層，對媒體訪問協議模式實施修改，強化通道應用優先順序力度等手段，優化2.4 GHz資料輸送，能經強化編解碼的模式，以獲取處理後的額外增益。亦能選取綜合手段提升抗干擾水平，包含採取“特殊的分頻、提升系統容錯水平、實時傳輸水平”等，力求降低及管控同頻裡、其他裝置無線產生的干擾問題。

　　5 CBTC系統無線傳輸技術的應用前景

　　5.1 無線傳輸技術特有的侷限性　　採取ISM2.4 GHz公用頻段的CBTC系統，儘管能夠經採取以標準為IEEE802.11前提下的私有協議，實現降低ISM2.4 GHz頻段中CBTC系統出現干擾的機率，可是，只是相應的制約了干擾，尚無法完全杜絕無線的干擾，故此，無法從根上來解除實際存有的干擾，需控制地鐵環境範圍內的、其他ISM頻段裝置使用數量，以確保CBTC系統良性運轉。　　5.2 無線傳輸技術的應用前景

　　來自移動網際網路的“3G+Wi-Fi”，已成為CBTC系統干擾源之首，導致CBTC系統安全性因地鐵電磁環境限值的遠遠超出而受到威脅，地鐵同頻干擾，造成CBTC系統在傳輸訊號過程中，出現誤碼及丟包，致使“車-地”訊號互動斷裂，導致“非預期性停車”事故的發生。隨著社會的發展，會有大量的WiFi產品湧現，加大CBTC系統遭遇干擾的機率，致使其執行受限

　　CBTC系統在今後的研發上，將向“大密度、高速化及低成本”方向邁進，要求“車-地”無線傳輸系統具有容量高、吞吐力強、移動切換快的承載效應，來實現車-地無線通訊的高功用性。無線傳輸技術，採取2.4 GHz頻段為基礎，因受自身效能的制約，無法順應城市軌道交通“CBTC系統”的未來發展，與“車-地”通訊業務需求。故此，讓CBTC系統在良性運轉的同時，又能規避其免受干擾，CBTC系統的前景技術將會採取專用專網“頻段授權模式及技術”，為其未來發展趨勢。

　　結論

　　基於ISM頻段的無線產品會愈來愈多，應用領域將不斷擴大，提升了無線干擾強度，對ISM2.4 GHz頻段內的CBTC車-地通訊系統造成極大的安全隱患。故此，城市地鐵交通中，列車控制系統的通訊功能裡，需要實施“無線抗干擾”手段，力求實現抗干擾水平的增加;此外，需採取新的無線“頻譜及傳輸技術”，消除無線干擾，充分發揮地鐵通訊作用的“CBTC系統”優勢，進而實現運營效率的提升。