SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：随着我国经济的快速发展和城市化进程的不断加快，交通建设迎来黄金高峰期。城市轨道交通因其大运量、高效能的特点成为大多数人群的出行首选。无线通信系统主要用于实现车地信息交互，是城市轨道交通的重要基础设施，其系统的稳定性和可靠性直接决定了轨道交通运输的效率。因此，相关人员必须保证强大的信号覆盖和稳定的通信质量。本文以无线通信抗干扰技术为主要研究对象，重点阐述在通信技术的不断发展和改进之下，如何进一步提高无线通信的抗干扰能力，并保证无线通信的传输速率。
关键词：轨道交通；无线通信；无线电干扰
Research on Urban Rail Transit Wireless Communication Anti-Interference Technology
Qiu Kaiyun
[ZTE(Wenzhou)Rail Communication Technology Co.,Ltd.,Wenzhou Zhejiang,325000]
Abstract:With the rapid development of our economy and continuous urbanization process,transportation construction has ushered in the golden peak period.Due to the characteristics of its large transportation and efficiency,urban rail transit has become thefirst choice for most people.The wireless communication system is mainly used to realize the information interaction of the vehiclefloor.It is an important infrastructure of urban rail transit.The stability and reliability of its system directly determine the efficiency and operational safety of rail transit.quality.This article takes wireless communication anti-interference technology as the main research direction,focusing on the continuous development and improvement of communication technology,how to further improve the ability of wireless communication anti-interference capabilities to ensure reliable and efficient wireless communication transmission rates.
Key words:rail transit;wireless communication;radio interference
一、前言
一般来说，城市轨道交通无线通信系统主要分为三种，分别是专用无线、公安消防无线和公网无线，分别为轨道运营人员、轨道公安和乘客提供无线通信服务[1]。随着城市轨道交通系统制式和业务需求的不断增多，无线通信系统的建设要求也越来越高。因此，不断提高无线通信系统的数据传输性能和信息处理能力，是未来无线通信技术发展的必然方向。
二、轨道交通无线通信技术特点
随着无线通信技术的不断革新和突破，不同行业领域应用的无线通信技术也不尽相同。因此，在轨道交通工程建设、规划、改造和设计过程中，技术人员要充分了解建设模式和运营管理的要求，并根据当前无线通信技术的实际发展水平，科学、准确地选择适合的技术类型，建设更加完善且具备前瞻性的无线通信系统，为城市轨道交通的可持续发展奠定基础。
轨道交通无线通信对行车安全的影响较大。系统因干扰出现传输中断后，技术人员必须将传输断点和恢复传输功能结合起来，以保证传输内容的完整性，这对PIS信息的接收、下载、回放、上传及对车载CCTV信息的记录、存储都有十分重要的作用。
随着视频业务、AR/VR等技术的快速发展，轨道交通对通信应用的建设需求日益增多，轨道交通对无线通信的带宽需求和覆盖强度也大幅提高。其中，信号覆盖率可以通过低功耗、高密度的方式来实现。
三、无线通信抗干扰技术的干扰源研究与分析
(一)内部干扰
1.邻频干扰
邻频干扰主要是指相邻频率引起的干扰。在设计无线通信系统的过程中，技术人员需要尽可能地增加通信系统的可用容量，通常情况下多采用频率复用方式[2]。由于信号信道的频率间隔不大，频率复用虽然提高了频率利用率，扩大了系统可用容量，但也增加了系统发生邻频干扰的可能性。比如，轨道交通授权专用频段1.8GHz与私有频段紧密相连，两者之间容易产生干扰，最终会在一定程度上影响城市轨道交通的通信。
2.同频干扰
轨道交通无线通信系统设备种类繁多且品牌各不相同，实际系统运行过程中，经常存在多种不同的无线终端设备覆盖在同一频率上的情况。设备覆盖范围经常出现重叠会导致设备之间形成较强的互相干扰效应。
3.多路径干扰
城市轨道交通线路多为地下狭窄隧道。无线通信系统运行时，通信信号不断从隧道墙壁和表面反射，承载信息的电磁波通过多条路径到达接收端设备，由此会形成多路径干扰。
(二)外部干扰
由于是向社会人群提供公共交通服务，城市轨道交通无线通信系统不仅具有内部干扰因素，还存在非常多的外部干扰因素。其中，最主要的就是2.4GHz和5.8GHz开放频段存在的与手机无线局域网、蓝牙无线设备及各类无线WIFI电台之间的同频段信号干扰[3]。这些干扰源会严重影响无线通信系统的可靠性和稳定性，给轨道交通的运营带来极大风险。因此，相关工作人员应准确分析造成干扰的因素，并采用科学的方法减少通信干扰，提高轨道交通车地无线通信的抗干扰能力。
四、轨道交通无线通信技术分类
(一)3G
3G是第三代移动通信技术，基本模式主要分为TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000三种类型，其主要工作频段在2000MHz左右，并具有最高2000Kbps的传输速率，可以有效支持视频、音乐等多媒体业务。2009年工信部已将3G运营牌照发给三家移动运营商，但用于城市轨道交通车的通信交互效果并不理想。
(二)WiMAX
WiMAX是建立在IEEE802.16无线城域网标准基础上的无线数字通信技术，支持点对点或点对多个点的网络结构。部分设备支持免申请的频段。WiMAX理论上能提供70Mbps的速率，可应用于轨道交通PIS系统视频业务，但由于其与LTE关键技术重合，全球运营商对其关注度和支持力度不够，因此导致整个产业链发展不成熟，最终未实现大规模商用。
(三)TETRA
TETRA属于窄带数字集群通信系统，是一种基于数字时分多址(TDMD)技术的无线集群移动通信系统，主要工作频段在380mhz—400mhz、410mhz—430mhz、806mhz—825mhz和851mhz—870mhz。TETRA的信道数据速率为36kb/s，多用于承担轨道交通运行过程中的列车调度、信号传输等任务，如语音、数据信息传输，是专用通信系统的重要组成部分。
(四)GSM-R
GSM-R是专为铁路系统开发的数字无线通信系统，在公网GSM技术基础上融合了调度通信功能，主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车的自动控制与信息检测提供数据传输通道。目前GSM-R在全世界的铁路系统中都有非常广泛且成熟的应用，在我国也已经作为铁路系统的首选，并在2—6公里范围内的铁路系统设为专属频段。
(五)WLAN
WLAN是最基本的无线通信网络类型，在业界具有代表性。1999年IEEE分别推出了802.11b与802.11a两种WIFI标准，分别适用2.4GHz和5GHz频段。经过多年发展，目前使用最多的是802.11n(第四代)和802.11ac(第五代)标准，其传输速率最高可达600Mbit/s。WLAN可根据现场条件和无线场强覆盖的需要进行设计和安装，系统整体造价低廉。但由于WLAN在高速移动状态下稳定性较差，无法满足轨道交通信号系统的高可靠性要求，因此更加适用于PIS系统中的视频业务。
(六)LTE
LTE是第四代移动通信技术，在3GPP TD-LTE(1.8GHz)的无线移动技术的基础上进行承载，采用频偏纠正算法，可确保高速移动通信的无缝体验与高可靠性。系统提供的双向传输有效带宽不低于20Mbit/s(列车80km/h行驶速度下)，具有高可靠性、高移动性和完善的安全保障机制，并支持9级业务QoS分级控制，可完成大量数据的上传工作，适用于轨道交通信号、调度、语音、视频及数据等无线集群综合业务的承载。但LTE仍面临频点资源申请困难的问题。
(七)5G
5G是第五代移动通信技术，具有高速率、低时延和大连接等特点，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。面对当前LTE频谱资源无法满足轨道交通各类业务综合通信需求的情况，5G通信技术将频谱效率提高了10倍，技术人员可在原有带宽基础上提高通信速率，满足更多复杂的业务需求。但目前为止，5G在轨道交通领域尚未应用专用频率，因此难以实现行业级的大规模应用。
五、无线通信系统抗干扰解决方案
(一)波导的使用
波导是一种金属导管或内敷金属的非金属导管，具有非常高的传输速率，主要用于传送超高频电磁波。目前，国内常见的波导有圆形波导管、矩形波导管、雷达波导管和光线波导管等。波导管的内径由发射的信号决定，可根据实际使用范围和安装位置进行合理选择。波导管具有传输损耗小、抗干扰能力强、可靠性高等优点。在无线通信系统中应用波导管技术，可以极大提高无线通信系统的抗干扰能力，有效保障数据传输的速率和质量，进而保障列车运行安全。
(二)同频干扰控制
针对两条线路的同站台换乘车站，相关人员可以直接在通信系统频段进行细分，区分线路使用不同频点的无线通信制式设备，减少系统的内部同频干扰。
针对不同线路上的通信设备，无线通信系统可以采用不同的信号传播方式，如无线电台、漏泄同轴电缆、裂缝波导管等，以此减少电磁波外泄后存在的干扰问题。
扩频技术也可以有效解决通信系统中的干扰问题，常用的扩频方法有FHSS跳频扩频和DSSS直序扩频两种。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术接受收信息，其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身的带宽。结合信号频谱与香农定理可知，系统容量稳定不变，带宽越宽，系统的信噪比越低，这意味着信号可以直接混入噪声中，并在不影响其他通信系统的情况下完成低信噪比传输。
(三)解决多径干扰
在现代社会，随着通信技术的不断发展，各种通信技术随着时代的发展逐步涌现。其中，正交分频复用(OFDM)可以妥善处理多径干扰问题，其有效性非常显著。这种处理方法的技术原理是将现有的信号通道细分为若干个不同的子信令通道，将相应的串行数据也自动细分为多个并行的子数据，高速传输被转换为低速并行传输。考虑到正交分频复用中的符号间干扰问题，技术人员可将符号的尾部复制粘贴并插入在符号前，作为前缀循环来解决多径干扰问题。
(四)申请5G专用频段
无线通信系统申请新的5G频段替代现有频段，需要基于新频段对无线通信系统的运行状况和仿真测试结果进行系统性的研究分析，需要基于多次试验判定5G新频段与轨道交通各相关业务系统的兼容性，并根据研究分析结果进行客观评价。在这个过程中，技术人员应重点关注以下事项。
首先，轨道交通无线通信系统建设需求无法与大型运营商相比。在此客观背景下，即使轨道交通建设处于持续的高速发展阶段，通信管理部门和行业通信服务商也不一定能及时提供定向的专业服务。
其次，轨道交通无线通信系统对专业化技术要求较高，后期维护难度大。如果配套供应商停产零件，又难以找到替代品，技术人员就必须对整个通信系统进行改造。
再次，轨道交通无线通信系统在产业化发展的过程中必然会出现多种情况，高昂的成本就是其中一种。
最后，申请新频段的程序非常烦琐，时间上无法有效掌控。
六、结语
尽管目前我国的无线通信技术已经取得了长足的进步，但相关研究人员仍需要加强对新技术的研究，以更加领先的技术保证无线通信网络环境的畅通高效。同时，无线通信技术的应用必须依据轨道交通智慧化发展现状进行综合考虑，并以此为基础，尽可能地提高轨道交通无线通信系统的抗干扰能力，这对无线通信技术的发展也能起到重要推动作用。
【参考文献】
[1]张周，黄春芳，马文生.车地无线通信在城市轨道交通中的应用[J].城市快速轨道交通，2014，(06).
[2]黄辉.基于TDD-LTE技术的城轨车辆-地面无线通信网络技术[J].城市轨道交通研究，2016，(04).
[3]刘伟.无线通信系统在城市铁路中的应用[J].电子技术与软件工程，2016(08).
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/47045.html
