在地鐵的高速發(fā)展過(guò)程中，CBTC（基于通信的列車(chē)控制技術(shù)）發(fā)揮了極其重要的作用，它保證了地鐵控制信號的實(shí)時(shí)和穩定傳輸，對提供安全、高效和舒適的軌道交通出行體驗發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。從蒸汽動(dòng)力火車(chē)到電力機車(chē)，再到自動(dòng)駕駛列車(chē)，為滿(mǎn)足不同時(shí)期的列車(chē)運營(yíng)需求，CBTC技術(shù)也在不斷發(fā)生變化。
當前，地鐵CBTC系統主要由TETRA+WiFi網(wǎng)絡(luò )來(lái)承載，其中TETRA主要提供語(yǔ)音調度，WiFi負責列控承載和PIS等數據業(yè)務(wù)。然而，這種組網(wǎng)方式的弊端隨著(zhù)近年來(lái)多起地鐵事故的發(fā)生而逐漸浮出水面，這對以安全為第一要務(wù)的軌道交通行業(yè)來(lái)說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)是不可接受的。
WiFi抗干擾性能差，存在安全隱患
WiFi作為一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標準，在對安全性擁有極高要求的地鐵車(chē)地通信應用中具有先天缺陷。首先，從頻點(diǎn)數來(lái)看，國內主流的WiFi頻段2.4G共約80MHz帶寬，22MHz帶寬的信道，完全不重疊信道為僅為3個(gè)。這意味著(zhù)AP密集分布時(shí)，不同AP相同信道之間的同頻干擾是必然。然而，在TETRA+WiFi組網(wǎng)模式下，由于WiFi在城區的有效覆蓋距離一般只有200米左右，這使得地鐵沿線(xiàn)需要大量、密集地部署熱點(diǎn)（AP），來(lái)提供持續、完整的信號覆蓋。如果WiFi熱點(diǎn)同頻干擾問(wèn)題不能得到有效解決，必然給地鐵運營(yíng)留下安全隱患。
圖1:WiFi同頻干擾示意圖
其次，從信道結構層面來(lái)說(shuō)，WiFi使用的是載波偵聽(tīng)/沖突檢測方式進(jìn)行資源分配，設備發(fā)送信息前進(jìn)監聽(tīng)（載波監聽(tīng)），如果通道正被使用，設備在發(fā)送前必須等待，在多用戶(hù)情況下，系統資源的利用率較低。并且，WiFi只能做整個(gè)信道帶寬級（20/40/80MHZ）的信號強度檢測，顆粒度粗，反饋不及時(shí)，只能時(shí)分反饋信道質(zhì)量，無(wú)法及時(shí)跟蹤信道質(zhì)量。在同頻干擾無(wú)法避免的情況下，這種粗線(xiàn)條的干擾檢測機制更為地鐵安全運營(yíng)帶來(lái)諸多不確定性。
再次，在干擾控制方面，WiFi僅通過(guò)TPC約束AP和STA的最大發(fā)射功率，并無(wú)其他干擾控制技術(shù)。由于WiFi所用的2.4GHz是非牌照頻段，符合發(fā)射功率限制等技術(shù)要求的各類(lèi)無(wú)線(xiàn)電通信設備及工業(yè)、科學(xué)和醫療等非無(wú)線(xiàn)通信設備均可使用。因此在對地鐵網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行規劃時(shí)，很難找到一片WiFi“凈土”。這樣一來(lái)，前期規劃的網(wǎng)絡(luò )因為后期加入AP而可能導致干擾控制變得不可控，或者由于臨時(shí)個(gè)人AP的引入而導致網(wǎng)絡(luò )干擾增加。如今，帶WiFi功能的手機大都可以隨時(shí)“變身”臨時(shí)AP，地鐵沿線(xiàn)可能充斥著(zhù)各種靠WiFi通信的設備和儀器，便攜式路由器，甚至是各種藍牙設備等，都可能會(huì )對地鐵WiFi信號發(fā)起冷不丁的干擾沖擊。總之，無(wú)法統一規劃導致隨意出現的WiFi干擾源很難控制，時(shí)刻對列車(chē)的安全運行構成威脅，2012年11月深圳地鐵遭便攜式WiFi路由器逼停便是現實(shí)的案例。而根據國家有關(guān)規定，在該頻段內的無(wú)線(xiàn)電臺站之間產(chǎn)生干擾，原則上不受保護，應由被干擾方自行解決或雙方協(xié)商解決。
LTE擁有完善的抗干擾技術(shù)，可靠性高
相比WiFi網(wǎng)絡(luò )，LTE有著(zhù)完善的抗干擾技術(shù)，在干擾檢測、干擾避免、干擾控制三個(gè)層面均優(yōu)于WiFi。首先，從干擾檢測層面來(lái)說(shuō)，不同于WiFi只能提供系統帶寬（20/40/80MHZ）級的信號強度檢測和反饋，LTE采用OFDM直載波調度，領(lǐng)先的導頻設計使得時(shí)頻域均勻分配，保證了對信道時(shí)頻域變化的及時(shí)跟蹤，能夠實(shí)現2ms的快速調度響應，使干擾檢測更及時(shí)、更準確。拿一個(gè)蘋(píng)果作比喻，如果蘋(píng)果中出現了一個(gè)蟲(chóng)眼，在WiFi基于系統帶寬級信號強度檢測和反饋機制下，整個(gè)蘋(píng)果就會(huì )爛掉。而LTE基于OFDM子載波調度的機制，能夠將未壞的部分充分利用，妥善處理。另外，LTE采用周期或非周期的及時(shí)反饋機制，多個(gè)終端可同時(shí)反饋，使得干擾反饋更及時(shí)。
其次，在干擾避免方面，LTE也明顯優(yōu)于WiFi。LTE網(wǎng)絡(luò )具有完善的編碼、重傳和IRC（干擾抑制合并）機制，并擁有毫秒級的調度機制，可根據干擾情況動(dòng)態(tài)調度資源。在檢測到干擾后，LTE可以通過(guò)頻選調度，根據每個(gè)終端的信道狀況，優(yōu)先分配干擾小、信號質(zhì)量高的子帶頻率資源。同時(shí)，LTE還可以采取AMC（自適應調制編碼），根據信道干擾情況自適應調整調制與編碼策略。而WiFi只能提供固定的、系統帶寬級（如20MHZ）的信道選擇，而且由于頻點(diǎn)不足，該功能的實(shí)際效果非常有限。
