地铁CBTC系统WiFi干扰测试

吴中奇

摘 要：地铁CBTC信号系统车地无线通信采用的是2.4G开放频段，由于地铁内密集的人流使用各类电子设备，导致空间场上存在大量的WiFi信号，WiFi信号与CBTC处于相同工作频段，存在互相干扰的可能性，这些干扰信号可能引起列车CBTC的车地通信失效从而出现紧急制动导致列车晚点等状况，给人们的出行带来了极大地不便。本文主要介绍了干扰源模拟搭建以及静态场景测试情况。

关键词：CBTC;无线通信;地铁;WiFi;干扰测试

中图分类号：U284.93 文献标识码：A

0 概述

目前我国地铁大多采用基于无线通信的列车控制系统（CBTC）。CBTC利用无线通信技术实现“车～地通信”实时传输列车位置信息。CBTC的工作频段为开放的

2.4 GHz频段。地铁内人流密度大，智能手机以及各类便携热点设备繁杂，地铁站台上和车厢内都存在各式各样的WiFi信号，WiFi使用的也是2.4 GHz频段，所有使用2.4 GHz的设备均可视为CBTC无线通信系统的干扰源，如果有宽频带、大功率设备的干扰，CBTC的无线通信系统可能无法正常工作，在上海、深圳等地铁线路中均出现过因信号干扰暂停运行的事件。

一般地铁公司会关闭SSID广播功能，民用设备不能搜索到SSID，避免了随意连接，即使有用户尝试连接，由于其专有的安全机制，非法用户也不能建立连接。本次测试主要验证CBTC工作频率内有大量民用WiFi信号的情况下，CBTC是否能够正常运行。利用多個大功率WiFi信号发生器同时工作，模拟多人次同时使用WiFi产生的干扰场强，在不同静态场景下，分别测量CBTC天线接收到的骚扰电压值和CBTC设备机柜附近的空间场强值，并通过CTBC工作状态及其性能指标来判断是否会对系统正常工作产生干扰。

1 WiFi信号模拟源

根据基本的功率密度的计算公式：

考虑信号的在自由空间的衰减，3米处的功率密度为1米处的1/9，再考虑到人的遮挡问题要远小于1/10。因此本次 WiFi信号源模拟只考虑天线附近3米范围内的设备信号叠加，预计3米范围内列车能容纳60人左右。在实验室内测试手机 WiFi覆盖强度与无线路由器 WiFi覆盖强度，二者相差15 dB左右，15 dB=20 lg（路由/手机）即一个无线路由器的覆盖强度近似相当于6个手机。本次试验同时利用10个无线路由器连接并传输数据来模拟多用户同时使用 WiFi功能。计算机2到计算机10通过10个路由器的连接和计算机1进行传输数据，10个路由器一次连接。为了达到对CBTC信号最大的干扰可能性，10个路由器均选择WiFi频段中1号信道进行通信（该信道与CBTC工作频段相同）。

2 不同场景干扰测试

首先把WiFi信号模拟源放置在CBTC机柜附近，观察CBTC系统工作是否正常，如果工作正常，利用天线和测量接收机测试CBTC机柜附近的WiFi信号场强，通过测试得到的场强值，指导CBTC设备在电磁兼容辐射抗扰度试验中所需要使用的场强值;如果CBTC工作不正常，减少 WiFi信号模拟源中的路由器数量至CBTC正常工作后，再进行CBTC机柜附近的 WiFi信号场强测试。模拟干扰源在CBTC机柜附近产生的空间辐射场场强值，场强频谱图见图1。

机柜附近WiFi信号场强最大值为135.21（表的读数加上天线系数33.1 dB），根据换算公式（测量值/）以及，换算值约为

5.76 V/m。WiFi信号长期处于的场强值为120.5，约为1  V/m。WiFi模拟信号源在机柜附近产生的场强最大值与一般EMC辐射抗扰度在2.4 GHz频段的场强限值5 V/m（EN50121-3-2：2015）接近，只要CBTC信号设备能通过电磁兼容辐射抗扰度试验，设备不会被WiFi信号产生的辐射干扰。

将仪表通过射频三通及衰减器连接至CBTC车载天线与车载设备之间，将WiFi信号模拟器放置在站台靠近线路侧，测试WiFi信号模拟源产生的场被CBTC天线接收的场强值，通过适当调整WiFi信号模拟源的位置找到接收场强最大值，在列车停放状态下，观察CBTC工作状态。在临近站台上设置WiFi信号干扰源，利用本车的车载CBTC天线测试CBTC接收信号受到的干扰，测试结果如图2。

在图中可以看出，CBTC主控端发射信号很强，CBTC接收信号要小于WiFi干扰信号，其中光标M2的值为CBTC接收信号的电平值为﹣66.5 dBm，WiFi干扰信号的值为光标M1为﹣55.5 dBm。单从频谱测量上看，CBTC有用信号频段存在WiFi干扰信号，并与WiFi干扰号之间有﹣11 dB的信噪比，有用信号被干扰信号淹没;干扰超过10分钟，全程CBTC设备没出现重启、主控切换等现象，但CBTC设备数据传输成功率存在低于95%（设备正常使用的最佳传输成功率）的情况。

两辆列车交汇停放，将WiFi信号模拟器放置在其中一辆列车内，并利用另一辆机车内CBTC天线，测试WiFi信号模拟源产生的场被CBTC天线接收的场强值，通过适当调整WiFi信号模拟源的位置找到接收场强最大值，并观察CBTC工作状态。在临近停靠的列车上设置WiFi信号干扰源，利用本车的车载CBTC天线测试CBTC接收信号受到的干扰，测试结果如图3。

在图中可以看出，CBTC主控端发射信号很强，CBTC接收信号与WiFi干扰信号比较接近，其中光标M2的值为CBTC接收信号的电平值为﹣65.5 dBm，WiFi干扰信号的值为光标M1为﹣68.5 dBm。单从频谱测量上看，CBTC有用信号频段存在WiFi干扰信号，并与WiFi干扰号之间有3 dB的信噪比;干扰持续超过10分钟，全程CBTC设备没出现重启、主控切换等现象，但CBTC设备数据传输成功率存在低于95%的情况。

在车载CBTC设备通过相关电磁兼容检测的情况下，不会受到WiFi信号在设备机柜附近产生场强的影响;WiFi信号在CBTC工作频段存在较大同频率骚扰， CBTC设备在存在骚扰的情况下，依靠自身抗干扰性能，试验期间工作正常，未出现紧急制动、自动切换主控端的现象。

3 结语

无线局域网技术还在飞速的发展，公用频段通信网络的各类电子产品也越来越多，地铁空间内的电磁环境更越发复杂，地铁高峰时刻乘客异常拥挤，同时也就伴随着大量的WiFi信号，会干扰地铁CBTC的无线通信系统，轻者性能下降重者可能会影响行车。这对CBTC系统来说将是一个极大的挑战。因此，我们有必要合理规划频段，避开公用无线网络可能带来的不安全因素。另外也可以考虑应用新型无线传输技术来避免无线干扰带来的风险。只有这样，才能保障地铁安全高效地运营。

参考文献：

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[2]胡钦太，张学波，高坤.广东省科技宣传动态评估体系与应用--以手机Wifi信号干扰深圳地铁运行为例[J].科技传播，2013（19）：20-22.

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