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摘要：城市轨道列车急刹车事件的频繁发生，引起了人们对轨道交通CBTC信号系统无线通信受干扰问题的重视。基于这种情况，本文在分析城市轨道交通CBTC信号系统无线通信及其干扰问题的基础上，对DSSS技术、FHSS技术、CSS技术这三种无线通信抗干扰技术展开了分析。
关键词：城市轨道交通CBTC信号系统；DSSS技术；FHSS技术；CSS技术
引言：城市轨道交通CBTC信号系统拥有较好的兼容性，所以在城市轨道交通建设中得到了广泛应用。但就目前来看，随着无线通信技术的发展，CBTC系统容易受乘客携带电子设备、相同频段非WiFi设备等多种因素的干扰。能否增强CBTC信号系统的通信抗干扰能力，直接关系到系统能否取得平稳运转，进而将对城市轨道列车的运营产生影响。因此，还应加强城市轨道交通CBTC信号系统无线通信抗干扰技术的研究，从而为列车运行提供保障。
1 城市軌道交通CBTC信号系统的无线通信及其干扰分析
目前，城市轨道交通CBTC信号系统为能够实现车-地通信的列车自动控制系统，其采用的无线通信技术主要为2.4GHz频段的WLAN技术，即利用无线局域网的公共频段实现无线传输。而WLAN网络的2.4GHz为免费开放频段，具有较强的扩展性和可移动性，能够为用户随时随地接入宽带网络提供便利，因此得到了各个行业的应用。目前，该频段带宽为83.5MHz，共拥有14个频点。国内城市轨道交通CBTC信号系统多采用1#和11#（6#）为主备信道，系统视频传输主要利用6#信道[1]。为实现车-地无线通信，除了进行车载无线终端的布置，还要沿着轨道旁完成AP布置。而车载终端和轨道旁的AP均采用IEEE802.11x协议，因此CBTC系统的无线通信网络为典型无线局域网。
随着互联网的发展，WiFi无线已经得到了广泛覆盖，并被引入到了地铁上。而WiFi无线采用的通信协议为IEEE802.11x，容易给CBTC信号系统的无线通信带来干扰。就目前来看，随着移动通信技术的发展，国内城市轨道列车车厢中会出现手持WiFi路由器将3G信号转为无线信号的情况，从而支持其他移动设备接入网络。在这种情况下，如果有多个乘客使用WiFi设备，就会干扰车-地通信传输，给CBTC信号系统带来同频干扰。而无线通信干扰的产生，将导致列车无线传输出现较大的误码率，从而导致列车自动防护功能被触发，最终导致列车紧急制动，威胁列车的行车安全和效率。
2 城市轨道交通CBTC信号系统无线通信的抗干扰技术研究
2.1 DSSS技术
想要使CBTC信号系统较好的抵抗无线通信干扰，还要使系统更好的适应2.4GHz频段。而系统无线通信采用的802.11标准中拥有CSMA/CA机制，即一个信道只能用于1个“通话”，所以其他设备需寻求空闲信道才能实现无线传输。对于CBTC信号系统来讲，其通信允许拥有数百毫秒的延时，所以可以利用DSSS直序扩频技术进行改良。具体来讲，就是实现系统双网、双频冗余设计，以确保其中一个网络受到干扰时，系统能够利用另一个网络完成数据传输。而采用两个频道，也能降低系统两个频率同时受干扰的几率，进而为系统无线通信提供更多保障。其次，需采用窄带技术收窄原本频带所占用的频宽，从而使系统无线通信功率谱密度得到提高。采取该种方法，可以使系统物理层的强度门限得到提高，从而更好的判断通道占用情况。同时，利用该技术也能使系统对更多的独立通道进行使用，从而降低窄带频道被占用的几率，使系统无线通信的灵活性得到增强，因此能够有效抵抗商用无线设备的干扰[2]。最后，可建立CBTC信号系统的无线通信子系统，以便使列车车头和车尾的屏蔽功能得到增强。而通过在车头和车厢之间增设金属网格实现无线信号屏蔽，也能减少乘客使用的无线设备对系统通信的干扰。采取DSSS技术，CBTC可以使用“13+14”双频段。相较于其他频段，这两个频段属于相对空闲的频段，因此可以减少系统受干扰的频率。
2.2 FHSS技术
采用FHSS跳频技术，同样能够利用CSMA/CA机制增强CBTC信号系统的抗干扰能力。不同于DSSS技术，FHSS技术并非采用固定频率实现信号传输，而是会利用高速跳变的无线载波频率实现数据传输，所以为动态的信号传输技术。从特点上来看，FHSS技术带宽窄，并且功率谱密度较高，抗干扰能力较强，因此能够更好的抵抗同频干扰。随着移动通信技术的发展，地铁上使用的WiFi网络设备也将逐渐增多，所以使用DSSS技术依然难以避免同频干扰的发生。采用FHSS技术，能够在一定程度增强CBTC信号系统的抗干扰能力，因此能够更好的适应外界通信环境的变化。在实际应用该技术时，还要结合实际情况进行无线通道占用门限值的设计，以便使系统频道占有率得到提高，继而更好的抵抗外界干扰。
2.3 CSS技术
在未来无线通信环境越发复杂的背景下，采用上述技术依然无法确保CBTC信号系统的传输不受干扰。面对这种情况，还要加强通信抗干扰技术的创新，即采用抗干扰能力强的系统为城市轨道交通提供更多的安全保障。采用CSS技术，就是利用宽带线性频率调制的Chirp信号实现无线传输的扩频技术。采用该技术，能够在Chirp信号频率内完成一定带宽的扫描，而信号的频率则会随着时间的推移出现线性变化。在数据通信过程中，只要扫描宽频段信号，则能实现数据符号扩频。在城市轨道交通CBTC信号系统中采用该技术，可以在802.11x物理层中引入CSS技术。具体来讲，就是使基于CSS的PHY与上层MAC层保持相同接口，从而在协议框架中实现CSS的无缝集成。利用802.05.4a协议，则能实现CSS的PHY。在该协议中，共对1Mbit/s和250Mbit/s这两种传输速率进行了定义。而各信道拥有20M，中心频率间隔约为5M，拥有3个相互不重叠信道。在数据传输过程中，可利用DEMUX将数据划分为两路，然后对数据进行串/并转换，并以3/4或6/32的速率码率完成简单编码，则得到I/Q信号。经过QPSK调制，然后进行差分编码，则能按照顺序与CSK发生器多个正交subchirp载波序列相乘和相加，最终得到能够发送的DQCSK信号[3]。由于采用该技术保留了CBTC信号系统原有的无线通信架构，同时CSS技术也能与原有系统较好的兼容，所以能够使用原本的系统无线通信装置。此外，采用该技术可以获得较宽频宽，从而发挥多径效应的抑制作用，因此能够使CBTC信号系统的抗干扰能力得到增强。
结论：通过分析可以发现，作为城市交通重要的运输方式，城市轨道列车使用的CBTC信号系统无线通信会受外界干扰，从而直接威胁到列车的运行安全和效率。面对这种情况，还应加强DSSS技术、FHSS技术和CSS技术等通信抗干扰技术的研究，以便使CBTC系統的抗干扰能力得到增强，进而更好的满足城市轨道交通的运营需求。
参考文献：
[1]陈维明，邹劲柏，高伟. 基于通信的列车控制系统无线通信干扰分析及抗干扰方案[J]. 城市轨道交通研究，2014，17（08）：36-39+44.
[2]杜成. 城市轨道交通CBTC系统2.4GHz无线传输技术的应用研究[J]. 铁道标准设计，2013，（03）：129-133.
[3]李佳祎. 轨道交通PIS与CBTC无线组网技术及干扰分析研究[J]. 铁道工程学报，2011，28（06）：88-91+112.
关键词：城市轨道交通CBTC信号系统；DSSS技术；FHSS技术；CSS技术
引言：城市轨道交通CBTC信号系统拥有较好的兼容性，所以在城市轨道交通建设中得到了广泛应用。但就目前来看，随着无线通信技术的发展，CBTC系统容易受乘客携带电子设备、相同频段非WiFi设备等多种因素的干扰。能否增强CBTC信号系统的通信抗干扰能力，直接关系到系统能否取得平稳运转，进而将对城市轨道列车的运营产生影响。因此，还应加强城市轨道交通CBTC信号系统无线通信抗干扰技术的研究，从而为列车运行提供保障。
1 城市軌道交通CBTC信号系统的无线通信及其干扰分析
目前，城市轨道交通CBTC信号系统为能够实现车-地通信的列车自动控制系统，其采用的无线通信技术主要为2.4GHz频段的WLAN技术，即利用无线局域网的公共频段实现无线传输。而WLAN网络的2.4GHz为免费开放频段，具有较强的扩展性和可移动性，能够为用户随时随地接入宽带网络提供便利，因此得到了各个行业的应用。目前，该频段带宽为83.5MHz，共拥有14个频点。国内城市轨道交通CBTC信号系统多采用1#和11#（6#）为主备信道，系统视频传输主要利用6#信道[1]。为实现车-地无线通信，除了进行车载无线终端的布置，还要沿着轨道旁完成AP布置。而车载终端和轨道旁的AP均采用IEEE802.11x协议，因此CBTC系统的无线通信网络为典型无线局域网。
随着互联网的发展，WiFi无线已经得到了广泛覆盖，并被引入到了地铁上。而WiFi无线采用的通信协议为IEEE802.11x，容易给CBTC信号系统的无线通信带来干扰。就目前来看，随着移动通信技术的发展，国内城市轨道列车车厢中会出现手持WiFi路由器将3G信号转为无线信号的情况，从而支持其他移动设备接入网络。在这种情况下，如果有多个乘客使用WiFi设备，就会干扰车-地通信传输，给CBTC信号系统带来同频干扰。而无线通信干扰的产生，将导致列车无线传输出现较大的误码率，从而导致列车自动防护功能被触发，最终导致列车紧急制动，威胁列车的行车安全和效率。
2 城市轨道交通CBTC信号系统无线通信的抗干扰技术研究
2.1 DSSS技术
想要使CBTC信号系统较好的抵抗无线通信干扰，还要使系统更好的适应2.4GHz频段。而系统无线通信采用的802.11标准中拥有CSMA/CA机制，即一个信道只能用于1个“通话”，所以其他设备需寻求空闲信道才能实现无线传输。对于CBTC信号系统来讲，其通信允许拥有数百毫秒的延时，所以可以利用DSSS直序扩频技术进行改良。具体来讲，就是实现系统双网、双频冗余设计，以确保其中一个网络受到干扰时，系统能够利用另一个网络完成数据传输。而采用两个频道，也能降低系统两个频率同时受干扰的几率，进而为系统无线通信提供更多保障。其次，需采用窄带技术收窄原本频带所占用的频宽，从而使系统无线通信功率谱密度得到提高。采取该种方法，可以使系统物理层的强度门限得到提高，从而更好的判断通道占用情况。同时，利用该技术也能使系统对更多的独立通道进行使用，从而降低窄带频道被占用的几率，使系统无线通信的灵活性得到增强，因此能够有效抵抗商用无线设备的干扰[2]。最后，可建立CBTC信号系统的无线通信子系统，以便使列车车头和车尾的屏蔽功能得到增强。而通过在车头和车厢之间增设金属网格实现无线信号屏蔽，也能减少乘客使用的无线设备对系统通信的干扰。采取DSSS技术，CBTC可以使用“13+14”双频段。相较于其他频段，这两个频段属于相对空闲的频段，因此可以减少系统受干扰的频率。
2.2 FHSS技术
采用FHSS跳频技术，同样能够利用CSMA/CA机制增强CBTC信号系统的抗干扰能力。不同于DSSS技术，FHSS技术并非采用固定频率实现信号传输，而是会利用高速跳变的无线载波频率实现数据传输，所以为动态的信号传输技术。从特点上来看，FHSS技术带宽窄，并且功率谱密度较高，抗干扰能力较强，因此能够更好的抵抗同频干扰。随着移动通信技术的发展，地铁上使用的WiFi网络设备也将逐渐增多，所以使用DSSS技术依然难以避免同频干扰的发生。采用FHSS技术，能够在一定程度增强CBTC信号系统的抗干扰能力，因此能够更好的适应外界通信环境的变化。在实际应用该技术时，还要结合实际情况进行无线通道占用门限值的设计，以便使系统频道占有率得到提高，继而更好的抵抗外界干扰。
2.3 CSS技术
在未来无线通信环境越发复杂的背景下，采用上述技术依然无法确保CBTC信号系统的传输不受干扰。面对这种情况，还要加强通信抗干扰技术的创新，即采用抗干扰能力强的系统为城市轨道交通提供更多的安全保障。采用CSS技术，就是利用宽带线性频率调制的Chirp信号实现无线传输的扩频技术。采用该技术，能够在Chirp信号频率内完成一定带宽的扫描，而信号的频率则会随着时间的推移出现线性变化。在数据通信过程中，只要扫描宽频段信号，则能实现数据符号扩频。在城市轨道交通CBTC信号系统中采用该技术，可以在802.11x物理层中引入CSS技术。具体来讲，就是使基于CSS的PHY与上层MAC层保持相同接口，从而在协议框架中实现CSS的无缝集成。利用802.05.4a协议，则能实现CSS的PHY。在该协议中，共对1Mbit/s和250Mbit/s这两种传输速率进行了定义。而各信道拥有20M，中心频率间隔约为5M，拥有3个相互不重叠信道。在数据传输过程中，可利用DEMUX将数据划分为两路，然后对数据进行串/并转换，并以3/4或6/32的速率码率完成简单编码，则得到I/Q信号。经过QPSK调制，然后进行差分编码，则能按照顺序与CSK发生器多个正交subchirp载波序列相乘和相加，最终得到能够发送的DQCSK信号[3]。由于采用该技术保留了CBTC信号系统原有的无线通信架构，同时CSS技术也能与原有系统较好的兼容，所以能够使用原本的系统无线通信装置。此外，采用该技术可以获得较宽频宽，从而发挥多径效应的抑制作用，因此能够使CBTC信号系统的抗干扰能力得到增强。
结论：通过分析可以发现，作为城市交通重要的运输方式，城市轨道列车使用的CBTC信号系统无线通信会受外界干扰，从而直接威胁到列车的运行安全和效率。面对这种情况，还应加强DSSS技术、FHSS技术和CSS技术等通信抗干扰技术的研究，以便使CBTC系統的抗干扰能力得到增强，进而更好的满足城市轨道交通的运营需求。
参考文献：
[1]陈维明，邹劲柏，高伟. 基于通信的列车控制系统无线通信干扰分析及抗干扰方案[J]. 城市轨道交通研究，2014，17（08）：36-39+44.
[2]杜成. 城市轨道交通CBTC系统2.4GHz无线传输技术的应用研究[J]. 铁道标准设计，2013，（03）：129-133.
[3]李佳祎. 轨道交通PIS与CBTC无线组网技术及干扰分析研究[J]. 铁道工程学报，2011，28（06）：88-91+112.