影響鐵路GSM-R系統的干擾分析

馮燕媛

（中國鐵路通信信號上海工程集團有限公司，上海 200436）

1 GSM-R干擾的分類及產生原因

正確分析干擾的類型和產生原因，才能找到解決干擾的方法。我國鐵路GSM-R數字移動通信所受的干擾可以下列方式進行劃分。

1.1 根據使用頻段，可以分為上行干擾和下行干擾

上行干擾指干擾信號在GSM-R上行頻段即885～889 MHz。外界射頻干擾源會對基站產生干擾，造成基站覆蓋范圍降低。

下行干擾是指干擾源所發干擾信號在GSM-R下行頻段即930～934 MHz。移動臺收到的干擾信號較大時，將無法區分正常基站信號，造成掉話或無法分配信道。

1.2 根據使用頻點，可以分為同頻干擾和非同頻干擾

同頻干擾是指所有落到接收機通帶內的與有用信號頻率相同的無用信號干擾，亦稱同信道干擾。這些無用信號和有用信號一樣，在接收機中經放大，變頻而落到中頻通帶內，因此，只要在接收機輸入端存在同頻干擾，接收系統就無法濾除和抑制它。存在同頻干擾的頻率范圍是為有用信號載波頻率，Br為接收機中頻帶寬。

非同頻干擾主要包括鄰頻干擾、互調干擾、阻塞干擾和雜散干擾。

鄰頻干擾是指所使用信號頻率相鄰頻率的信號干擾。鄰頻干擾是由于接收濾波器不理想，使得相鄰頻率的信號泄漏到傳輸帶寬內而引起的。

互調干擾是指當兩個以上不同頻率信號作用于一非線性電路時，將互相調制產生新頻率的信號輸出。如果該頻率正好落在接收機工作信道帶寬內，則構成對該接收機的干擾，成為互調干擾。互調干擾可能是外部信號與發射信號混合產生；也有可能完全是兩個外部信號產生，它們只是借助接收機的非線性器件來相互混合。

阻塞干擾是指任何接收機都有一定的接收動態范圍，當頻帶外干擾信號強到一定程度，接收功率超過接收動態允許的最大功率電平時，會導致接收機飽和阻塞，從而影響系統的接收性能，這類干擾稱為阻塞干擾。

雜散干擾是指由于發射濾波器的滾降特性（任何濾波器都不是理想的階躍方式），導致總存在一定的帶外輻射，這就是通常所稱的發射雜散。由于發射雜散產生的干擾稱為雜散干擾。

1.3 根據干擾來源，可以分為內部干擾、外部干擾

內部干擾主要包括同頻干擾、鄰頻干擾和直放站干擾。同頻干擾和鄰頻干擾主要是由于GSM-R系統采用頻率復用方式，由于頻率規劃不當等原因造成的干擾。直放站干擾是指由于直放站的引入導致噪聲系數的增加，當一個基站配置多個直放站時，其引入的噪聲將造成對基站的干擾。

外部干擾主要包括固定頻率干擾、強信號干擾和其他信號干擾。

固定頻率干擾：這種干擾頻率幾乎不變，或小范圍抖動，上下行都可能存在，其干擾信號呈現穩定和頻譜干凈的特性，具有固定頻率的干擾源工作于GSM-R移動通信頻段。由于中國鐵路GSM-R系統工作在885～889/930～934 MHz頻段范圍內，共4 M帶寬，該頻段為鐵路GSM-R系統與中國移動公網通信系統按地域共用，較易出現外部干擾。這也是實際GSM-R系統工作主要干擾之一。

強信號干擾是指合法的信號占用合法的頻率，由于功率過強造成鄰近頻段接收設備阻塞。分析GSM-R系統的工作頻段可以看出，由于中國電信800 MHz CDMA系統基站發射頻段為870～880 MHz，鐵路GSM-R系統基站接收頻段為885～889 MHz，兩系統之間只有5 MHz保護帶。CDMA系統基站和直放站的發射可能對GSM-R系統基站和直放站的接收產生有害干擾。

其他信號干擾：常見有GSM寬頻直放站強信號干擾、有線電視倍增器漏泄雜波干擾、微波及對講機系統雜波干擾、非法人為干擾等。

2 GSM-R干擾問題的發現及處理

由于GSM-R網絡的特點，其干擾的發現、處理方式，與公用移動網絡的干擾處理存在很大區別。

對于干擾的發現，由于公用移動通信覆蓋范圍廣，網絡使用密集，因此，其主要途徑是通過用戶對網絡質量的投訴，來發現干擾等問題，其干擾的發現相對比較被動。而GSM-R網絡作為鐵路專用移動網絡，目前正處于建設發展階段，由于其網絡覆蓋呈鏈狀覆蓋，覆蓋范圍和用戶均相對較小，因此其干擾的發現需采用主動發現的方式。即對新建的GSM-R網絡進行清頻工作，在網絡建設前期發現干擾。而對于已建成運營的網絡，需通過定期的網絡維護測試來發現。

對于干擾發現后的處理，公用移動網絡和GSM-R網絡也存在較大區別。由于公用移動通信主要用于民用通信，不涉及安全等方面，因此，干擾的處理往往是通過不斷的網絡優化來減少干擾的影響，處理周期相對較長。而GSM-R網絡作為鐵路調度通信的平臺，尤其是使用CTCS-3級列控的區域，干擾將涉及行車安全等方面，因此需快速準確的定位干擾，并進行處理。

因此，對于GSM-R網絡干擾的發現和處理，一般根據干擾來源，通過兩個階段來實施。

一是在GSM-R網絡建設階段，可以采取定點和動態電磁環境測試等方法查找并處理外部干擾源，并通過頻率規劃、GSM-R設備的選用，減少系統內部干擾的產生。

二是在網絡建成后的運營階段，采取OMC-R干擾帶測量、動態電磁環境測試、在線干擾測試等方法發現、處理由外部或系統內部造成的干擾。

下面介紹鐵路GSM-R網絡建設的不同階段，其干擾查找、定位及處理方法。

2.1 GSM-R網絡建設階段

1）GSM-R電磁環境測試，主要發現、定位由系統外部引起的干擾問題。

測試使用測量接收機及頻譜分析儀進行測試，記錄鐵路GSM-R頻段內所有頻點使用情況，為網絡規劃提供依據。測試一般分為定點測試和動態測試。

定點測試主要用于GSM-R網絡建設前期及干擾排查階段，測試頻段包括GSM-R上、下行頻段。測試框圖如圖1所示。

動態測試主要用于GSM-R網絡建設后期。測試時將測試儀表放置于列車內，并使用機車車頂天線。測試時需注意將GSM-R的基站和直放站的發射置于關閉狀態，測試頻段包括GSM-R上、下行頻段。測試框圖如圖2所示。

2）GSM-R系統頻率規劃，主要解決由頻率復用引起的同、鄰頻干擾問題。

GSM-R網絡規劃應準確、細致，根據前面電磁環境測試的結果進行頻點最佳分配，避開干擾頻點，使干擾程度降到最低。避免出現內部同鄰頻現象。

3）GSM-R設備的選用，主要解決由設備的非線性、雜散等引起的干擾問題。

應選用性能優良的設備，以減少系統互調等內部干擾，特別注意直放站的選擇。

2.2 GSM-R網絡運營階段

1）通過OMC-R干擾帶測量，主要發現存在上行干擾的問題。

按GSM規范05.08規定， BTS必須測量所有空閑信道上行鏈路的干擾電平，其目的是為無線資源的管理和分配提供依據。另外，BTS必須對所測得的結果進行分析，將干擾電平分成5個級別報告給BSC（當MSC詢問時，BSC將這些信息報告給MSC）。干擾帶劃分如表1所示。

表1 干擾帶劃分表

干擾帶統計指標相對其他統計指標可以更直接地反映小區受干擾的程度，但它只能反映上行頻率是否存在干擾。如果某小區干擾帶四、五的值較大，則該小區極有可能存在同頻干擾；如果統計值主要分布于干擾帶一、二內，則存在干擾的可能性不大；如果干擾帶三中有較大值，則要提高警惕。因此，可通過干擾帶指標判斷存在上行干擾的小區。

2）動態電磁環境測試，主要發現、定位由外部引起的干擾問題。

其測試配置及方法同網絡建設初期的動態電磁環境測試方法。

3）GSM-R在線干擾測試，主要發現、定位由外部及系統內部引起的各種干擾。

GSM-R在線干擾測試可使用GSM-R干擾測試儀或測試手機，對GSM-R系統運用狀態下的C/I進行測試。測試頻段主要為下行頻段，但也可對上行頻段進行測量。測試時通過使用具有解析MNC、LAC、CI功能的無線干擾測試儀，可方便定位由中國移動使用相同頻點所造成的干擾。測試框圖如圖3所示。

2.3 GSM-R無線干擾測試方法比較

如表2所示，通過對不同的干擾測試方法進行對比，各種方法互有利弊，因此實際測試時，要根據不同階段的需求，采用不同的方法，才能得到最佳效果。

表2 不同的干擾測試方法比較

3 測試案例

通過分析和實際測試，在不同的階段采取不同的測試方法，可以較為有效地發現、處理干擾。以鐵路某線GSM-R干擾排查為例。

首先進行動態電磁環境測試，對全線的干擾情況進行排查。通過測試發現XX站—XY站之間存在較大的干擾，同時根據干擾點的經緯度，利用Google Earth等地圖工具，可以快速的對干擾點進行定位（如圖4所示）。

通過動態電磁環境測試發現干擾后，再到現場對干擾源進行定位。利用GPS到達干擾位置后，用頻譜分析儀連接定向天線進行測試，通過多次測試基本確定干擾源位于一幢10層居民樓頂的天線（如圖5所示）。在樓頂該天線的正面和背面分別用手持頻譜儀進行測試，發現該天線正面GSM-R全頻段的強度都在-50 dBm左右，而天線背面則降為-90 dBm左右，確認是該天線產生的干擾（如圖6所示）。

確認干擾源后，通過天饋線找到所屬設備位置，為一個直放站遠端機及干線放大器，是移動公司的一個“XXX基站”所帶的遠端直放站，并且該設備加電運行。在得到移動公司相關人員的許可下，關閉了該直放站的電源，然后用頻譜儀測試了該天線附近的場強，發現干擾現象已經基本消除。

通過上述案例發現，在GSM-R的不同階段采用針對性的測試方法，使整個干擾的發現、處理過程變得非常高效。

4 結束語

無線網絡是一個開放的網絡，GSM-R網絡中不可避免的存在各種干擾。針對GSM-R網絡建設前和建成后的不同特點，采取定點電磁環境測試、動態電磁環境測試、OMC-R干擾帶測量、GSM-R在線干擾測試等多種測試方法相結合，發現干擾并確定干擾源的種類及位置，是解決干擾的一種較快速、有效的方法。

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