地铁车地无线通信系统电磁兼容研究

林于新，朱 杰，陈弘扬

（国家无线电监测中心福建监测站，福建 厦门 361004）

1 地铁车地无线通信系统的干扰

当今世界地铁系统已成为各大城市通勤出行的重要工具，其稳定运行的重要性不言而喻。目前，国内外地铁系统主要利用无线通信方式来完成车地数据传输交换，在高效便捷运行的同时也带来一定的电磁兼容风险。国内地铁曾发生过多起外来信号干扰地铁车地无线通信系统造成列车紧急制动的事故。随着电磁环境日趋复杂，地铁车地无线通信系统所面临的电磁兼容问题将日益突出。

海岛型城市中，出于其特殊的地形及施工条件考虑，在地铁跨海链接岛内外过程中，不可避免受到周边公路铁路桥梁影响。为此，本文从干扰源、干扰途径、敏感设备出发，分析了某地地铁跨海段所面临的电磁兼容风险，并就如何提升电磁兼容性能提出了相关建议。

2 地铁车地无线通信系统电磁兼容分析

2.1 基本情况

某地地铁全长30多千米，呈南北走向，设有20余座地下及地面站点。设计过程中，考虑其地形及施工条件，该地铁通过改造既有海堤解决跨海运行问题。但该跨海段紧挨公路大桥及铁路桥，最近处仅有数米，公路大桥日常车流量较大，铁路桥动车组列车进出频繁。相比地下封闭线路，开放的空间加上较近的距离导致地铁车地无线通信系统构存在一定的电磁兼容风险。

图1 某地地铁跨海运行图

2.2 系统主要敏感设备

地铁在用无线通信系统主要包括专用无线通信系统、乘客信息系统（PIS）及列车控制系统（CBTC）。其中，专用无线通信系统的为数字集群无线系统，工作在860 MHz附近频点，提供 行车人员及地铁沿线数据通信及语音服务；PIS系统主要以显示终端为媒介向乘客提供出行换乘、紧急提示、视频监控信息，采用TD-LTE制式，工作频率为1790-1800 MHz。CBTC系统利用车地数据通信实现连续自动的列车运行控制的信号系统，基于WLAN技术，使用频段为2.4 GHz。

在该线路中，专用无线通信系统及PIS主要采用漏泄同轴电缆实现场强覆盖。其中，在隧道区段内漏泄同轴电缆采用专用卡具敷设于隧道壁；在高架路基区段采用专用卡具敷设于中间疏散平台或两侧电缆支架上；在跨海段，由于空间限制，采用了单条同轴泄露电缆。CBTC系统主要通过车载天线及轨道线路上的应答器实现通信。由分析可知，无论是同轴泄露电缆还是轨道应答器，其信号覆盖及传输均需使用无线方式，因此较容易受到电磁干扰的影响。[1-3]

2.3 潜在骚扰源

在地下站点及隧道中，车地无线通信系统受混凝土墙体、屏蔽门保护，隔离性较好，电磁兼容性能较好；在跨海段，由于其开放性的布置方式，同时与公路、铁路大桥距离较近，机动车及电气化铁路所带来的电磁兼容风险不可忽视。

机动车辆产生的电磁噪声主要来自高压点火系统、DC/DC变换器、DC/AC逆变器等车载电子电气系统。其中，点火系统在火花放电过程中产生的电磁干扰频段在1 MHz-1 GHz；DC/DC变换器中非线性开关开闭过程中产生的电磁噪声也可能以辐射方式对周边环境产生干扰。[4]

电气化铁路主要电磁噪声包括弓网离线、不平衡牵引电流、牵引逆变器以及各种专用无线系统如GSM-R、无线列调、列尾防撞系统等。其中，由工频电场所引发的不平衡牵引电流、牵引逆变器干扰，其干扰频率较低；专用无线通信系统均工作在专用通信频段，且满足无线通信系统型号核准标准，故上述系统不会对地铁车地系统产生太大影响；列车弓网离线所产生的噪声为瞬发信号，频谱较宽，覆盖频率从30 MHz-1 GHz，应当引起重视。[5]

3 地铁车地无线通信系统电磁兼容实验分析

3.1 电磁干扰源测试

本实验主要通过对运行在大桥上的机动车辆及电气化铁 路列车进行测 试，分析验 证其 在860MHz、1790-1800 MHz、2400-2483 MHz等频段的干扰特性。

在机动车与电气化铁路测试结果中，相关频段所出现的信号均为集群或ISM常发信号，机动车辆与列车经过瞬间并未引起电平抬升，可见机动车辆与电气化铁路在上述频段对车地无线通信系统的干扰较小。

3.2 地铁车地无线通信系统测试

测试分为地铁车地无线通信系统频谱特性实验和电磁敏感性实验。

（1）频谱特性实验选取多个地下封闭式站点测试，地下封闭式站点系统隔离较好，电磁干扰较少，经分析比对可了解地铁车地系统正常运行状态下的频谱特性，以此作为参照样本。测试结果如图2～图4所示。

图2 860 MHz测试结果

图3 1790-1800 MHz测试结果

图4 2400-2483 MHz测试结果

（2）电磁敏感性实验地点选取跨海运行的地铁列车，观察其与机动车辆及列车交汇时频谱变化情况。经多次往返测试，频谱显示信号波形基本保持不变，未发现其他干扰波形，这表明机动车辆和电气化铁路对地铁车地无线通信系统电磁干扰较小。

此外，我们还可以观察到，专用无线通信系统和PIS系统信号电平与地下车站测试结果相比均有不同程度下降，分析是由于基站布设在站点侧，跨海段通过线缆保障覆盖，线缆较长导致信号衰减较为明显。这是一个潜在的风险点，应加强日常测试巡检，保障信号覆盖处于正常范围；同时积极关注干扰信号，及时沟通解决可能出现的电磁干扰。

4 结束语

本文从电磁兼容三要素出发分析车了机动车和电气化铁路对车地无线通信系统可能存在的电磁干扰，通过实验测试研究了车地无线通信系统及骚扰源在特定频段的频谱特性，对比实验结果说明车地系统在开放空间及近距离条件下对机动车和电气化铁路该仍具有较好的电磁兼容性。同时，针对测试过程中所出现的电磁兼容隐患提出了建议。