地铁无线通信防干扰措施研究

任载峰

摘要：作为一种新型的数据传输方式，无线通讯以其高速率和高安全性而成为当今世界上最主要的一种传输方式。抗干扰是防止信息传输失败和传输速率低下的一种高效的保护手段。为此，作者从无线通讯的有关原理出发，重点探讨了如何在地铁系统中进行抗干扰的方法，以便全面掌握其关键；推动都市运输通讯科技发展之目标。

关键词：无线通信传输；抗干扰措施；地铁通信

引言

无线传感网的研究与应用不断深化，为我们的日常生活带来了极大的便利。然而，无线通讯技术也带来了电磁干扰问题，给人们的生活和通讯领域造成了负面影响。地铁作为城市交通的重要组成部分，对居民的生产生活产生着重大影响。而地铁系统中的无线通讯环境面临着复杂的挑战，如车辆运行速度快、人员密集等，导致通讯网络容易受到车辆和周围环境的干扰，进而影响地铁的安全性和运营效率[1]。因此，有必要进一步提高地铁无线通讯系统的抗干扰能力，以确保通讯的稳定性和可靠性。

地铁环境的复杂性、高速行驶的车辆和人数众多，使得地铁内部的无线通讯网络经常会受到多方面因素的影响，包括地铁车辆本身的电磁干扰、周围环境的影响、其他无线设备的干扰以及电磁波扰动等因素。

研究意义主要体现在以下几个方面：

保障地铁通信安全稳定：地铁系统中的无线通信对于列车控制、乘客信息传输、安全监控等起着至关重要的作用。研究防干扰措施可以确保地铁通信系统的安全和稳定运行。

提高通信系统性能：地铁环境中的复杂情况容易导致通信信号质量下降、通信速率降低、通信距离缩短等问题。通过研究防干扰措施，可以提高无线通信系统的性能，提升通信质量和可靠性[2]。

提升乘客体验：地铁乘客通常希望在列车内使用手机、上网等功能，而干扰会影响到乘客的通信体验。研究防干扰措施有助于提升乘客在地铁内的通信体验，提高客户满意度。

推动地铁智能化发展：随着科技的不断进步，地铁系统也在向智能化方向发展，例如智能安防监控、车站自动化管理等[3]。而这些智能化设备往往依赖于稳定的无线通信。研究防干扰措施有助于推动地铁系统的智能化发展。

1 无线通信信号处理技术原理与特点

无线光通信相比其他通讯方式具有诸多优势。其传输媒介为激光器，具备聚集、易于操控的特点，因此具有更高的信号安全性和稳定性。此外，无线光通信具有信息容量大、传输速率高等优势，因此在国际上具有广阔的应用前景。另外，无线光通信装置的工作频段仅为360 THz，相较于其他通讯方式，拥有更广泛的应用范围，无需申请频率资源，也不会对其他装置造成信号干扰[4]。

无线通讯信号处理方法存在一些不足之处：一是安装点震动导致对齐困难：在无线光通信中，安装点的震动会导致激光束抖动，从而使得结点之间无法准确对齐，可能导致通讯中断或品质下降。二是环境因素引起传输品质下降：沙尘暴、大雾等环境因素会导致光的散射、反射和弥散，进而降低光通讯的传输品质。三是传输范围受限制：由于传输介质、数据传输速率、大气环境以及生物防护等方面的限制，无线光通讯的传输范围受到极大制约，通常在100-5000米之间，并且通道必须无任何遮挡[5]。可以通过中继基站来扩大传输范围。四是通讯链路阻碍导致信号中断：通讯过程中，若通讯链路上存在阻碍，可能会导致短暂的信号中断，影响通讯的连续性和稳定性。

相对于其他通讯手段，无线通讯具有对局部区域传播通道进行科学调控的能力。这意味着可以针对特定区域内周期传递的信息进行精确调控，从而解决了无线通讯中大面积干扰的问题。每个通道都配备有一个单独的激光点，在发射端发出后，只需跟随激光束即可确定发射信号，因此，不论是局域还是系统范围内传送的信号都是唯一的[6]。

在无线通讯中，对抗干扰的方法通常涉及节点间的相互位置关系。如果节点间连接不够稳定，就容易导致数据传输和对接失效。此外，无线通讯中，各信号节点之间需要保持连续性，缺乏足够的连续性会导致传输系统分散，进而影响信息传递的效率。

2地铁无线通信传输干扰源概述

在地铁系统中，为了实现高效的信息传递，必须确保通讯传输系统具备良好的抗干扰能力。尽管地铁和地下交通系统通常采用无线网络进行通信以节省电缆线路费用，但这也带来了一些隐患。科技工作者亟需加强对其认识，构建更完备的信号抑制方法，以确保系统整体运作架构完整且无线网络环境稳定。

特别需要指出的是，由于无线网络的开放程度较高，因此在实际传输中必须有完备的管制和运作环境。重点解决数据丢失和数据传输速度低等问题。此外，对于无线信号的开放研究中，恶意网络攻击同样不能忽视。随着科技的飞速发展，传统的无线网络技术也在飞速发展，相应的恶意技术也在不断发展。这些恶意攻击可能会造成巨大的经济损失[7]。在地铁信号传递中，如果遭到网络攻击，将会阻碍安全信息的传递，从而引发严重的安全问题。

研究地铁信号的干扰问题是当前国内外学者研究的热点之一。在通讯抗干扰体系中，针对旅客信息系统干扰、车站内的换乘与通讯信号干扰、列车实际行驶中的旅客电子装置信号干扰、列车行驶时的多普勒效应和物理干扰等，都会对车载常规化的方式造成不利影响。基于信息安全控制理论，提出了一种新的思路，即加强对信息安全控制的认识，以应对这些挑战。

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

城市内的无线通讯设备密集会导致严重的电磁干扰，对正常通讯造成影响，主要存在以下普遍的电磁干扰问题：

一是共径干扰（载波干扰或同频干扰）：有效信号与非必要信号处于同一频段或频带，非必要信号进入接收机的通频带。由于有用和无用信号通过同一途径进入接收机，很难排除或避开，可能导致接收机的灵敏度和信噪比受影响，造成信号拍频或啸叫，进而影响通讯品质[8]。

二是相邻频率的干扰：相邻的通道彼此靠近时会相互干扰。由于无线通讯是多通道系统，通道间距不大，因此相邻频率干扰是常见问题。为避免相邻频率干扰，一般在系统中设置保护比率，例如在GSM系统中设置相邻频率干扰比率。

三是互调式干扰：不同信号在非线性线路上相互调制，形成近似有效的合成频段，对地铁进行干扰。主要包括接收机间的互相调制和收发器间的互调制。在接收端，非线性效应导致多路信号相互调制；在收发器间，信号相互干扰，导致信号互调制，产生新的频段，影响接收器的正常工作[9]。

2.2 阻塞干扰

这类干扰指的是在地铁实际运行中，为了传输各种设备的工作状态和相关信息而进行的弱信号传输。然而，为了节约能量，发送的信号通常是低频的，这可能触发高频环境，导致阻塞性干扰，对弱信号的发送和接收造成影响。

2.3 杂散干扰

如果发射机的倍频器滤波性能不佳，可能会导致发射端产生二次和三次谐波，从而产生杂波干扰。

3地铁无线通信信号系统的要求

地铁信号系统的研究是科技领域的一个重要课题，近年来随着通讯技术的快速发展，这一系统也逐步向更高效的通信网络转型。在这种转型中，通信基础架构采用CBTC（基于通信的列控系统）作为主要的通讯手段，这不仅增加了信息信道的数量，也优化了整个地铁系统的运作效率[10]。

CBTC系统的核心优势在于能够独立运作并实时监控地表和车载状态，从而提高了安全性和调度效率。此外，CBTC还能够整合系统结构，实现更加孤立且优化的解决方案。在具体实施中，重点分析的部分包括车载路由器、无线车载天线和信号放大器等关键组件。这些组件的有效运作是确保地铁系统动态管理架构能正常运行的基础。

此外，为了提高系统的稳定性和信息冗余，建议在列车的前后方向设置不同的光纤线路。这样可以在一个方向的线路出现问题时，另一个方向的线路仍能保持信息的流通，确保系统的连续运行。

地铁系统的通信技术分为两大类：地上有网和无线网。地上有网主要是通过电缆连接，将车上的服务器与周围的无线接入点连接起来；而无线网则是利用自由电波传送信息，主要用于地下铁路系统，这种方式在无线电信号的覆盖和传输效率方面具有显著优势。

在高速铁路信息化和现代化进程中，对轨道交通的发展提出了以下要求：（1）在时速500 km/h范围内，网络结构、硬件设备和软件算法都要满足高速列车通信需求。（2）为更好地控制列车操作，并与地面指挥中心进行大量双向数据信息传递，无线通讯系统必须能实施无线列控模式。（3）无线通讯系统应能够在轨道上实现快速越区移交。（4）系统应尽量减少铁道边的不良自然条件对铁道无线电通讯的干扰。（5）与当前列车控制系统相比，该系统应具有更高的可靠性和稳定性，满足故障安全性的要求。

由于轨道交通对无线通讯需求量巨大，因此需要新一代的无线电通讯系统，具备完整的无线通讯平台，能够根据铁路各部门需求实现虚拟、独立、专业的无线通讯体系，以确保列车的安全和快捷。

4地铁无线通信传输抗干扰技术措施

4.1 PIS通信传输抗干扰技术

在分析通讯传输干扰时，应全面剖析各种架构与技术，以提升整体运作架构和信号传递机制的基础层级，建立更为完备的通讯传输机制。PIS（旅客信息系统）是近年来兴起的一项新技术，具有显著优点，主要有两种技术架构：

1.频率分离技术：通过对输出频率进行分离，有效构建技术和参数架构，在通讯信号传输过程中抑制干扰源的真实信号，达到操作目的，并有效防范外界干扰。该方法还能降低恶意攻击频率，但可能影响通讯效率。

2.通讯讯号补空：在通讯讯号传输过程中，通过补空位的方法对不良讯号进行隔离与处理。这种方法针对PIS系统，工艺参数具有针对性。在实施通讯信号抗干扰工程时，采用补空法时，技术人员必须掌握各厂家操作时指定的物理信息系统参数。

在通信技术中，尤其是地铁系统的通信传输，采用先进的技术架构以减少干扰和提高信号传递效率是至关重要的。以下是两种主要的技术策略，用于优化通信传输和提高其抗干扰能力：

（1）频率分离技术：这一技术的核心在于将输出频率进行分离，以有效地抑制干扰源信号。通过这种分离，不仅可以抵御外部干扰，还能降低系统受到恶意攻击的风险。虽然这种技术可以显著提高通信的安全性，但它可能对通信效率产生一定的影响。

（2）通信信号补空技术（PIS系统）：这种技术通过在信号传输过程中添加补空位来隔离和处理不良信号，从而提高通信质量。补空法不仅针对性强，而且在应对信号干扰时特别有效。实施这种技术时，技术人员需要精确掌握各种物理信息系统的参数，以确保操作的准确性和效率。

整体而言，这些技术架构的设计和应用旨在构建一个更完备和高效的通信传输机制，特别是在需要高度可靠性和稳定性的地铁通信系统中。通过全面分析和应用这些技术，可以显著提升整个系统的运作架构和信号传递效果。

4.2 站台换乘通信传输抗干扰防范技术分析

在对车站运营体系和通讯传输技术进行剖析时，加强对工程的认识是必要的，以构建更为完备的控制手段。通过运用车站转接通讯信号的干扰，可以提高整个系统的防御能力，并确保系统的安全性。在利用车站转信通讯进行干扰信号传送时，科技工作者必须确保其与有关工艺操作的信号在同一频段内。在此背景下，科技工作者应根据实际问题制定切实可行的处置机制，以保证治理架构的时效性。特别需要注意的是，在构建变换架构时，换乘信号的存在可能对通讯传播造成一些干扰，因此，相关部门应采取相应对策改善其性能。首要任务是确保通讯信号品质的独立性，通过建立完备的鉴别信号体系来最大限度地提升系统的独立性。在此基础上，提出了一种基于多层网络协同控制的新方法。

4.3 无线抗干扰技术防范分析

在全面分析无线AP防护措施时，要确保对禁止集合广播的作用有一定的认识，以改善控制结构的管理效能，并提高总体操作参数的稳定性。同时，要保证控制体系及控制参数能够满足实际需要。确保整个无线网络架构执行限度和监测架构的最佳化，特别是在全面分析了接入网络中的人员清单之后，实施有效的约束和实时监测。通过增强介质访问子层的稳定性，保证整个无线网络的运作架构最优。相关技术人员应加强对系统的认识，构建更完备、更有效的控制手段，以保证管理的时效性与功能。技术人员还可通过增加开关层数的方式，保证对无线网络的区域组成进行精细处理，从根源上降低恶意信号的侵入，促进整个无线网络接入架构的优化。同时，可以升级系统交换与专案流程的阶层与属性。此外，一些研究者通过改变防火墙的类型来提高无线网络的传输效率与安全性，并保证对输入口令的动态更新，以确保总体密码结构与运行效率的最佳化。

5地铁信号系统网络安全抗干扰优化策略

5.1 整合专网技术与专用无线频谱

为提升地铁专用通讯网络的工作可靠度，建设专用通讯网时应重点关注固定频带，并进行适当调节，以避免同频干扰或其他杂波干扰。针对地铁的特点，采用专用通信技术和专用无线电频率资源对提高地铁信号系统的工作可靠性和精度至关重要。

5.2 合理应用IEEE820.11标准内的私有协议

为加强地铁信号的安全性，应关注IEEE 802.11国际规范，明确其中规定的内容。利用解调增强通道使用的优先权，并根据内部保密协定的规定，灵活运用解调，提升地铁信号的安全性和抗干扰性。此外，通过科技手段，可以实现更多的利润。

5.3 提高分频的特殊性

地铁信号系统的网络安全抗干扰功能，增强了分频的独特性，进而提高了系统的容错能力，使得地铁信号系统的信号传输具有良好的实时性。此外，它还能有效地避免同频率的干扰或其他设备的干扰。

5.4 分集空间与频率

该方案采用了空间分集技术，对轨道交通中不同地点的信号装置进行了处理，实现了在地铁列车行驶过程中利用空间分集来有效接收无线信号，从而提高了地铁区域信号的传输效率。分集法针对不同频段进行数据处理，承担收发任务，通过对各频段接收数据的处理，降低了发生频率畸变信号的几率，提高了信号传输的效率和可靠性。有效调控不同频段的数据收发工作，可避免通信网络在运营过程中发生畸变，有效提高地铁信号网络的抗干扰能力。在地铁信号系统的网络安全保护工作中，工作人员需明确网络安全抗干扰的可选方式，并根据地铁公司的具体情况进行分析。针对不同的干扰因素采取不同的应对措施，最大程度提升整个信号系统的安全抗干扰性能，以提升地铁的运行可靠性和安全性，确保人民群众出行的便利。

结语

随着国家城市现代化建设的加快，地铁作为重要的公共交通方式受到越来越多居民的青睐，因此地铁的运行管理工作尤为重要。施工企业需充分认识地铁信号在运营中的重要性，改进设计方案，确保地铁安全可靠运行。在地铁施工中，必须了解地铁的运营情况，明确项目特征，并调查各种干扰来源。根据调查结果，迅速制定适用于地铁项目的无线干扰防护措施，减少对系统信号传送的负面影响。施工企业需密切关注科技发展，采用先进的抗干扰措施提升施工需求，增强地铁运行的可靠性和安全性，以实现最优运行状态。

参考文献

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[2] 杨惠龙.地铁无线通信系统干扰因素及抗扰举措研究[J].数码设计．CG WORLD, 2020, 009(015):P.36-36.

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[6] 汪彧.地铁信号设备无线系统抗干扰的分析及措施[J].工程与管理科学, 2022, 4(9):55-58.

[7] 张一萌.南京地铁T线PIS车地无线通信抗干扰研究与应用[J].中国设备工程, 2022(2):84-85.

[8] 左旭涛.地铁信号系统无线通讯传输的抗干扰措施[J].运输经理世界, 2022(7):3.

[9] 许烨.地铁信号系统无线通讯传输的抗干扰措施[J].长江信息通信, 2021.

[10] 何帅.地铁无线通信系统干扰因素及抗扰举措[J].中国宽带, 2020.