影响铁路GSM-R系统的干扰分析

冯燕媛

（中国铁路通信信号上海工程集团有限公司，上海 200436）

1 GSM-R干扰的分类及产生原因

正确分析干扰的类型和产生原因，才能找到解决干扰的方法。我国铁路GSM-R数字移动通信所受的干扰可以下列方式进行划分。

1.1 根据使用频段，可以分为上行干扰和下行干扰

上行干扰指干扰信号在GSM-R上行频段即885～889 MHz。外界射频干扰源会对基站产生干扰，造成基站覆盖范围降低。

下行干扰是指干扰源所发干扰信号在GSM-R下行频段即930～934 MHz。移动台收到的干扰信号较大时，将无法区分正常基站信号，造成掉话或无法分配信道。

1.2 根据使用频点，可以分为同频干扰和非同频干扰

同频干扰是指所有落到接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号干扰，亦称同信道干扰。这些无用信号和有用信号一样，在接收机中经放大，变频而落到中频通带内，因此，只要在接收机输入端存在同频干扰，接收系统就无法滤除和抑制它。存在同频干扰的频率范围是为有用信号载波频率，Br为接收机中频带宽。

非同频干扰主要包括邻频干扰、互调干扰、阻塞干扰和杂散干扰。

邻频干扰是指所使用信号频率相邻频率的信号干扰。邻频干扰是由于接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到传输带宽内而引起的。

互调干扰是指当两个以上不同频率信号作用于一非线性电路时，将互相调制产生新频率的信号输出。如果该频率正好落在接收机工作信道带宽内，则构成对该接收机的干扰，成为互调干扰。互调干扰可能是外部信号与发射信号混合产生；也有可能完全是两个外部信号产生，它们只是借助接收机的非线性器件来相互混合。

阻塞干扰是指任何接收机都有一定的接收动态范围，当频带外干扰信号强到一定程度，接收功率超过接收动态允许的最大功率电平时，会导致接收机饱和阻塞，从而影响系统的接收性能，这类干扰称为阻塞干扰。

杂散干扰是指由于发射滤波器的滚降特性（任何滤波器都不是理想的阶跃方式），导致总存在一定的带外辐射，这就是通常所称的发射杂散。由于发射杂散产生的干扰称为杂散干扰。

1.3 根据干扰来源，可以分为内部干扰、外部干扰

内部干扰主要包括同频干扰、邻频干扰和直放站干扰。同频干扰和邻频干扰主要是由于GSM-R系统采用频率复用方式，由于频率规划不当等原因造成的干扰。直放站干扰是指由于直放站的引入导致噪声系数的增加，当一个基站配置多个直放站时，其引入的噪声将造成对基站的干扰。

外部干扰主要包括固定频率干扰、强信号干扰和其他信号干扰。

固定频率干扰：这种干扰频率几乎不变，或小范围抖动，上下行都可能存在，其干扰信号呈现稳定和频谱干净的特性，具有固定频率的干扰源工作于GSM-R移动通信频段。由于中国铁路GSM-R系统工作在885～889/930～934 MHz频段范围内，共4 M带宽，该频段为铁路GSM-R系统与中国移动公网通信系统按地域共用，较易出现外部干扰。这也是实际GSM-R系统工作主要干扰之一。

强信号干扰是指合法的信号占用合法的频率，由于功率过强造成邻近频段接收设备阻塞。分析GSM-R系统的工作频段可以看出，由于中国电信800 MHz CDMA系统基站发射频段为870～880 MHz，铁路GSM-R系统基站接收频段为885～889 MHz，两系统之间只有5 MHz保护带。CDMA系统基站和直放站的发射可能对GSM-R系统基站和直放站的接收产生有害干扰。

其他信号干扰：常见有GSM宽频直放站强信号干扰、有线电视倍增器漏泄杂波干扰、微波及对讲机系统杂波干扰、非法人为干扰等。

2 GSM-R干扰问题的发现及处理

由于GSM-R网络的特点，其干扰的发现、处理方式，与公用移动网络的干扰处理存在很大区别。

对于干扰的发现，由于公用移动通信覆盖范围广，网络使用密集，因此，其主要途径是通过用户对网络质量的投诉，来发现干扰等问题，其干扰的发现相对比较被动。而GSM-R网络作为铁路专用移动网络，目前正处于建设发展阶段，由于其网络覆盖呈链状覆盖，覆盖范围和用户均相对较小，因此其干扰的发现需采用主动发现的方式。即对新建的GSM-R网络进行清频工作，在网络建设前期发现干扰。而对于已建成运营的网络，需通过定期的网络维护测试来发现。

对于干扰发现后的处理，公用移动网络和GSM-R网络也存在较大区别。由于公用移动通信主要用于民用通信，不涉及安全等方面，因此，干扰的处理往往是通过不断的网络优化来减少干扰的影响，处理周期相对较长。而GSM-R网络作为铁路调度通信的平台，尤其是使用CTCS-3级列控的区域，干扰将涉及行车安全等方面，因此需快速准确的定位干扰，并进行处理。

因此，对于GSM-R网络干扰的发现和处理，一般根据干扰来源，通过两个阶段来实施。

一是在GSM-R网络建设阶段，可以采取定点和动态电磁环境测试等方法查找并处理外部干扰源，并通过频率规划、GSM-R设备的选用，减少系统内部干扰的产生。

二是在网络建成后的运营阶段，采取OMC-R干扰带测量、动态电磁环境测试、在线干扰测试等方法发现、处理由外部或系统内部造成的干扰。

下面介绍铁路GSM-R网络建设的不同阶段，其干扰查找、定位及处理方法。

2.1 GSM-R网络建设阶段

1）GSM-R电磁环境测试，主要发现、定位由系统外部引起的干扰问题。

测试使用测量接收机及频谱分析仪进行测试，记录铁路GSM-R频段内所有频点使用情况，为网络规划提供依据。测试一般分为定点测试和动态测试。

定点测试主要用于GSM-R网络建设前期及干扰排查阶段，测试频段包括GSM-R上、下行频段。测试框图如图1所示。

动态测试主要用于GSM-R网络建设后期。测试时将测试仪表放置于列车内，并使用机车车顶天线。测试时需注意将GSM-R的基站和直放站的发射置于关闭状态，测试频段包括GSM-R上、下行频段。测试框图如图2所示。

2）GSM-R系统频率规划，主要解决由频率复用引起的同、邻频干扰问题。

GSM-R网络规划应准确、细致，根据前面电磁环境测试的结果进行频点最佳分配，避开干扰频点，使干扰程度降到最低。避免出现内部同邻频现象。

3）GSM-R设备的选用，主要解决由设备的非线性、杂散等引起的干扰问题。

应选用性能优良的设备，以减少系统互调等内部干扰，特别注意直放站的选择。

2.2 GSM-R网络运营阶段

1）通过OMC-R干扰带测量，主要发现存在上行干扰的问题。

按GSM规范05.08规定， BTS必须测量所有空闲信道上行链路的干扰电平，其目的是为无线资源的管理和分配提供依据。另外，BTS必须对所测得的结果进行分析，将干扰电平分成5个级别报告给BSC（当MSC询问时，BSC将这些信息报告给MSC）。干扰带划分如表1所示。

表1 干扰带划分表

干扰带统计指标相对其他统计指标可以更直接地反映小区受干扰的程度，但它只能反映上行频率是否存在干扰。如果某小区干扰带四、五的值较大，则该小区极有可能存在同频干扰；如果统计值主要分布于干扰带一、二内，则存在干扰的可能性不大；如果干扰带三中有较大值，则要提高警惕。因此，可通过干扰带指标判断存在上行干扰的小区。

2）动态电磁环境测试，主要发现、定位由外部引起的干扰问题。

其测试配置及方法同网络建设初期的动态电磁环境测试方法。

3）GSM-R在线干扰测试，主要发现、定位由外部及系统内部引起的各种干扰。

GSM-R在线干扰测试可使用GSM-R干扰测试仪或测试手机，对GSM-R系统运用状态下的C/I进行测试。测试频段主要为下行频段，但也可对上行频段进行测量。测试时通过使用具有解析MNC、LAC、CI功能的无线干扰测试仪，可方便定位由中国移动使用相同频点所造成的干扰。测试框图如图3所示。

2.3 GSM-R无线干扰测试方法比较

如表2所示，通过对不同的干扰测试方法进行对比，各种方法互有利弊，因此实际测试时，要根据不同阶段的需求，采用不同的方法，才能得到最佳效果。

表2 不同的干扰测试方法比较

3 测试案例

通过分析和实际测试，在不同的阶段采取不同的测试方法，可以较为有效地发现、处理干扰。以铁路某线GSM-R干扰排查为例。

首先进行动态电磁环境测试，对全线的干扰情况进行排查。通过测试发现XX站—XY站之间存在较大的干扰，同时根据干扰点的经纬度，利用Google Earth等地图工具，可以快速的对干扰点进行定位（如图4所示）。

通过动态电磁环境测试发现干扰后，再到现场对干扰源进行定位。利用GPS到达干扰位置后，用频谱分析仪连接定向天线进行测试，通过多次测试基本确定干扰源位于一幢10层居民楼顶的天线（如图5所示）。在楼顶该天线的正面和背面分别用手持频谱仪进行测试，发现该天线正面GSM-R全频段的强度都在-50 dBm左右，而天线背面则降为-90 dBm左右，确认是该天线产生的干扰（如图6所示）。

确认干扰源后，通过天馈线找到所属设备位置，为一个直放站远端机及干线放大器，是移动公司的一个“XXX基站”所带的远端直放站，并且该设备加电运行。在得到移动公司相关人员的许可下，关闭了该直放站的电源，然后用频谱仪测试了该天线附近的场强，发现干扰现象已经基本消除。

通过上述案例发现，在GSM-R的不同阶段采用针对性的测试方法，使整个干扰的发现、处理过程变得非常高效。

4 结束语

无线网络是一个开放的网络，GSM-R网络中不可避免的存在各种干扰。针对GSM-R网络建设前和建成后的不同特点，采取定点电磁环境测试、动态电磁环境测试、OMC-R干扰带测量、GSM-R在线干扰测试等多种测试方法相结合，发现干扰并确定干扰源的种类及位置，是解决干扰的一种较快速、有效的方法。

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