铁路通信系统信息的防干扰技术分析

adutugow

【摘要】伴随社会进步及经济发展，铁路工程覆盖范围不断扩大，社会对于铁路通信系统的技术要求也更为严格。铁路通信系统信息传输深受不同环境干扰因素的影响，阻碍信息有效传输，而信息防干扰技术自身优势较为突出，被广泛应用于铁路通信系统。如何充分发挥防干扰技术的优势，是技术人员所面临的主要挑战。本文以铁路通信系统为切入点分析其信息传输的干扰源头，就提出具体的防干扰技术进行深入探究，旨在为相关从业人员积累更多的工作经验。
【关键词】铁路通信系统；信息防干扰技术；技术要点
【中图分类号】TP39 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2019）03-0098-02
1 引言
自进入21世纪以来，在科学技术飞速发展的大背景下，信息传输速度及传输效率的追求不再停留于原有的以分为最低计量单位的层面，着重强调微秒或其他更小单位，换而言之高速传输逐步成为社会发展的主流趋势，尤其是铁路运输行业面临着全新的信息传输要求[1]。由此可见，铁路通信系统应用新型防干扰技术能大大提高信息传输的速度并保证信息传输的质量。同时，当前我国铁路通信系统仍以GSM-R为信息传输的核心技术，基本满足3G及4G的传输需求，一旦步入5G時代则难以依靠GSM-R自身技术优势确保信息传输信号稳定性。铁路运输期间深受高速运动列车的影响出现一系列环境、噪音及电磁的变化，严重阻碍通信系统正常运转。鉴于此，本文针对铁路通信系统信息防干扰技术的研究具有重要现实意义。
2 铁路通信系统及其发展现状分析
2.1 铁路通信系统概述
一般说来，铁路运输及铁路建设期间往往利用各种通信方式进行信息传输，而铁路通信以实现运输生产目标为核心内容统一调度指挥现行车辆及机动车辆。受铁路线路分散支叉众多且业务类型多样的影响，大大加剧统一通信的难度，尤其是指挥运行期间列车无法脱离无线电技术的支持[2]。由此可见，铁路通信包含有线通信技术及无线通信技术，铁路通信往往采取有线结合无线的通信方式。同时，按系统构成，铁路通信系统可分为传输子系统、无线通信子系统、程控电话子系统、数字专用调度电话子系统、闭路电视监控子系统、广播子系统、通信电源及其他系统。其中，传输子系统主要负责向其他通信子系统或信号系统提供信息传输或信息交换服务，由光纤环路及光数字传输设备共同组成。
无线通信子系统主要负责向固定用户（例如：车站值班员及列车调度员等）及移动用户（例如：公安、维修及列车司机等）提供信息传输服务，由数字集群设备完成组网，是增强行车安全性、提高运营效率、保证服务质量及应对突发事件的有力技术手段。程控电话子系统主要负责向工作人员与内外部公务通信联系提供信息传输服务，其网络由数字程控交换机构成[3]。数字专用调度电话子系统属于专用直达电话系统，肩负着指挥维修部门、防灾救护、电力调度及列车运行调度指挥的职责，由分机、前台、分系统及数字调度主系统共同组成。闭路电视监控子系统向控制中心调度员、值班员及列车司机提供大量视觉信息。
2.2 铁路通信系统发展现状分析
相较于无线网络及有线网络，铁路通信系统所面临的问题日趋复杂及多元化，一定程度上加剧信息质量维护的难度，其问题发生原因与铁路运输速度大幅度提升间存在着密切联系，造成问题日趋突出恶劣[4]。同时，与普通列车相比，高速铁路机车与信号台位置间发生着实时变化，对信号接收及信号发送产生相应的阻碍，无法保证信号传输的稳定性，存在引发信号中断或网速缓慢等问题的可能性[5]。我国地形条件复杂，铁路建设期间不可避免遭遇各种长度隧道。由于隧道长度不同其信号铺设方式也不尽相同，一旦隧道工程过长则大大加剧信号铺设难度，对于铁路通信系统建设提出更为严苛的要求。
3 铁路通信系统信息传输的干扰源及其技术要点分析
3.1 有线传输干扰源与无线传输干扰源
有线传输干扰源。通常情况下，有线传输信息在传授过程中，受到干扰时，需同时满足多个方面的条件。首先，在有线传输网中，一定距离中存在干扰源；干扰信号通过耦合、辐射以及传导等途径进行传输；通信系统中具备容易遭受干扰的装置或者是设备。例如高频接收器等。总结起来，有线传输干扰源产生干扰具体包括以下几个方面的原因。一是重影干扰。电缆不匹配、直射波以及反射波等因素均可以引起信号出现重影，从而影响到信号传输质量。二是噪声干扰。铁路运行期间不可避免产生大量噪音，是干扰通信设备正常传导的主要源头，尤其是射频频段噪音是铁路通信设备传导干扰的重要因素，例如：电弓接触网导线来回移动出现放电噪声直接干扰无线电信息传输。同时天线周边的生活噪音及大气噪音等，均会引起有线传输信号传输质量，严重影响到铁路通信质量。三是交流声干扰。铁路通信设备主要通过线缆、孔缝、电源端口及天线端口等设备进行信息传输，造成信息传输质量受到多方面的影响，一旦部分零部件出现问题，将会影响到信号传输质量。四是交互调干扰。一旦铁路通信系统中存在两个或者两个以上的信号时，将会出现相互影响问题，进而影响到信息传输质量。
无线传输干扰源。铁路无线通信虽弥补了有线信号传输的不足，最大限度提高了信息传输质量，但是在信息时代下，信息交换活动频率不断提高，无线通信网承受的工作负荷也随之增加。无线通信故障主要是的信号干扰，总结起来，无线传输干扰源主要包括以下几个方面。一是噪声，信号传输经过噪声较强的区域，极易造成正常频率秩序被打乱，从而使得信号传输强度下降，进而影响到信号传输质量；二是谐波，电力谐波对通信信号具有较强的干扰作用，电力基波频率过高，通常会对铁路通信电波的稳定传输产生巨大影响，具体表现在通信信号丢失，影响到信息传输质量。
3.2 铁路通信系统信息防干扰技术要点
一是干扰抑制合并技术。干扰抑制合并技术（英文简称IRC）主要通过计算干扰矩阵等方法消除铁路通信系统信息传输的干扰风险因素，适用于小区间信息抗干扰，从根源上减轻通信系统干扰，属于信息技术算法。从具体操作角度来看，IRC算法以铁路交通中干扰信息传输的电气设备噪音干扰协方差距阵为切入点利用系统检验及全面验证寻找出对抗非白噪声的干扰措施。例如：以信息终端接收设备为例，一旦设备检测出干扰信号的通信状态则灵活运用IRC算法得出较低的误码率。同时，由于实践情况中往往铁路难以准确测定出干扰信号的信道数据，客观上要求相关技术人员利用终端设备自相关信号矩阵完成预估，评估噪声协方差矩阵，甚至利用干扰及噪声计算协方差距阵，最终得出相应的信息矩阵数据。
二是分布式天线抗干扰技术。在实际抗干扰的过程中，相关技术人员秉持实事求是的工作原则，灵活运用分布式天线技术弥补传统GSM-R通信技术的不足，改善铁路线路周围区域信号传输环境，彻底解决频繁跨区域换算法所产生的信号抗干扰性不足的问题，即沿着铁路线路建设若干个射频天线，以信号全面覆盖沿线铁路为主要目标，便于接收来自不同基站所发生的信息，充分发挥与基站间相连接的效果。同时，控制基站发射功率且平均分布至射频小区内，确保基站完全负责处理基带信号（即处理射频信号），大大减轻无线接入单元的负担，进一步强化射频区域信号覆盖强度，有助于提升其信号处理能力，一定程度上环节同频小区干扰作用。
4 结语
通过本文探究，认识到受现代化信息技术蓬勃发展的影响，早已走进城市居民日常生活且形成密切联系，尤其是铁路交通领域中通信系统信息抗干扰技术，成为无线信息传输技术的主要研究课题。因此，相关技术人员秉持具体问题具体分析的工作原则，提前熟悉干扰信息正常传输的源头及原理，全面分析信息干扰源的物理特点，扩大总体成本投入，大大增强铁路通信设备的抗干扰能力，消除各种干扰源所埋下的潜在安全隐患，保证信息传输的稳定性及有效性，进一步推动我国铁路交通信息传输技术进步。
【参考文献】
[1]姜韬.对光纤通信技术的应用及发展趋势的研究[J].通讯世界，2018（06）：61-62.
[2]谭翊.铁路通信系统信息的防干扰技术分析[J].通讯世界，2016（18）：44.
[3]穆咏梅.浅析铁路通信传输的构成及实现方法[J].中国新通信，2016，18（16）：36.
[4]魏晓钧.关于地铁移动通信系统防干扰影响分析[J].信息化建设，2016（07）：303.
[5]徐蕾.关于铁路通信系统的信息防干扰技术分析[J].通讯世界，2016（04）：21-22.