熊 潔 唐媛紅

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

隨著我國(guó)鐵路飛速發(fā)展和廣大旅客對(duì)公眾移動(dòng)通信的需求，中國(guó)移動(dòng)、電信和聯(lián)通均已考慮將不同制式的公用移動(dòng)通信信號(hào)引入覆蓋鐵路全線(xiàn)。同時(shí)，根據(jù)鐵道部的相關(guān)要求，在充分保障開(kāi)通后行車(chē)安全的前提下，在設(shè)計(jì)中可以考慮多個(gè)不同制式移動(dòng)通信系統(tǒng)的整合建設(shè)，合理利用鐵路富余資源。

為了充分共享資源和節(jié)約投資，無(wú)線(xiàn)覆蓋設(shè)備在滿(mǎn)足條件的情況下應(yīng)進(jìn)行共建共享，這樣必然增加了多系統(tǒng)之間互相產(chǎn)生干擾的機(jī)會(huì)。為了保障共建共享的多系統(tǒng)之間能同時(shí)正常工作，如何避免、減少不同系統(tǒng)之間的干擾就成為一個(gè)突出問(wèn)題。本文將分別對(duì)產(chǎn)生干擾的機(jī)制和隔離度計(jì)算進(jìn)行剖析，并探討多系統(tǒng)共用鐵塔和漏泄電纜的方案。

1 引入信號(hào)類(lèi)型

隨著公用移動(dòng)通信的發(fā)展，多種不同制式的公用移動(dòng)通信信號(hào)需要引入鐵路全線(xiàn)，主要有以下幾種。

（1）中國(guó)移動(dòng)的GSM 900和WCDMA。

（2）中國(guó)聯(lián)通的GSM 900和TD-SCDMA。

（3）中國(guó)電信的CDMA 2000。

由此可見(jiàn)，公用移動(dòng)通信引入系統(tǒng)不僅種類(lèi)繁多，而且頻段分布極廣，如表1所示。

2 鐵路公用移動(dòng)通信引入系統(tǒng)共址時(shí)的干擾及隔離度分析

2.1 干擾模型和干擾分析

共址基站間的干擾主要分為3部分：雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾，如圖1所示。

（1）雜散干擾與基站帶外發(fā)射有關(guān)，這是接收方自身無(wú)法克服的。發(fā)射機(jī)的雜散輻射主要通過(guò)直接落入接收機(jī)的工作信道形成同頻干擾而影響接收機(jī)，這種影響可以簡(jiǎn)化為提高接收機(jī)的基底噪聲，使被干擾基站的上行鏈路變差，從而降低接收機(jī)的靈敏度?？紤]雜散干擾的隔離度按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

表1 各系統(tǒng)頻段分配和技術(shù)特點(diǎn)對(duì)照表

其中，Nmax為被干擾系統(tǒng)能容忍的雜散上限；Pt為干擾基站天線(xiàn)連接處輸出的雜散輻射電平；E為隔離度；WA為干擾電平的可測(cè)帶寬；WB為被干擾系統(tǒng)的信道帶寬。

（2）阻塞干擾與接收方接收機(jī)的帶外抑制能力有關(guān)。當(dāng)較強(qiáng)功率加于接收機(jī)端時(shí)，可能導(dǎo)致接收機(jī)過(guò)載，使其增益下降，從而導(dǎo)致接收方接收機(jī)因飽和而無(wú)法工作?？紤]阻塞干擾的隔離度按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，Pt為干擾系統(tǒng)額定發(fā)射功率；Nmax為被干擾系統(tǒng)能容忍的阻塞上限；E為隔離度。

（3）互調(diào)干擾是干擾信號(hào)滿(mǎn)足一定關(guān)系時(shí)，由于接收機(jī)的非線(xiàn)性，會(huì)出現(xiàn)與接收信號(hào)同頻的干擾信號(hào)，其影響和雜散輻射一樣，提高接收機(jī)的基底噪聲，降低接收機(jī)的靈敏度，因此可以把互調(diào)干擾也看作雜散的影響。研究表明，三階互調(diào)干擾是最強(qiáng)的互調(diào)干擾，其頻率為f1+2f2，2f2-f1，2f1+f2，2f1-f2。相比雜散干擾和阻塞干擾，三階互調(diào)干擾強(qiáng)度要小很多,在當(dāng)前的干擾模型下，隔離度如果滿(mǎn)足了雜散和阻塞干擾要求，也會(huì)滿(mǎn)足三階互調(diào)干擾的要求。

系統(tǒng)干擾的引入勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度的下降，所以，為了保證較好的系統(tǒng)性能，接收機(jī)側(cè)的3種干擾必須避免或最小化，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)就必須保證不同系統(tǒng)間有較好的隔離度。通常認(rèn)為干擾信號(hào)落入被干擾系統(tǒng)，使被干擾系統(tǒng)的靈敏度惡化0.5 d B以?xún)?nèi)，即認(rèn)為干擾可以忽略。要使接收機(jī)的靈敏度惡化0.5 d B以?xún)?nèi)，其所收到的干擾電平應(yīng)低于受干擾系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲9 dB以上。

2.2 各系統(tǒng)間隔離度要求

根據(jù)上述分析，本文主要對(duì)各系統(tǒng)間的雜散干擾和帶外阻塞干擾進(jìn)行分析，從而得出各系統(tǒng)間正常工作需要保持的隔離度要求。

目前CDM A2000 1x根據(jù)工信部的規(guī)范，下行頻段為869～894，但該頻段落入了GSM-R和移動(dòng)GSM 900的上行頻段885～890和890～909之內(nèi)。同樣，TD-SCDMA和WCDMA在1 920 MH z處也有上下行重疊。根據(jù)現(xiàn)在的干擾模型，同站址能滿(mǎn)足的最大隔離度也不可能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，所以CDM A 2000 1x引入鐵路與其他系統(tǒng)同站址建設(shè)，只能允許其下行采用869～880頻段，TD-SCDM A和W CDM A系統(tǒng)不能在1 920 MH z處的鄰頻上共存工作。本文所有計(jì)算分析皆基于此進(jìn)行。

對(duì)各系統(tǒng)間雜散干擾和阻塞干擾的計(jì)算分別采用公式（1）和（2），Nmax采用3GPP或3GPP2協(xié)議對(duì)共站址的相關(guān)要求。基站底噪電平采用N o=KTB計(jì)算，其中K為玻爾茲曼常量1.380 54×10-23（J/K），T為絕對(duì)溫度值290℃，B為接收機(jī)帶寬。根據(jù)對(duì)各系統(tǒng)雜散干擾和阻塞干擾的計(jì)算結(jié)果，并取相關(guān)隔離度的最大值，可以得到各系統(tǒng)間的隔離度要求，如表2所示。表2中數(shù)據(jù)表示第一列中系統(tǒng)對(duì)第一行中系統(tǒng)的隔離度要求。

需要說(shuō)明的是，本文所有計(jì)算都基于3GPP或3GPP2協(xié)議中對(duì)各制式基站的最小要求，但實(shí)際各廠(chǎng)家的技術(shù)參數(shù)各不一致且均優(yōu)于協(xié)議中要求，在實(shí)際工程中需要根據(jù)廠(chǎng)家技術(shù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

3 多系統(tǒng)共用鐵塔方案探討

共用鐵塔可建3層平臺(tái)，鑒于GSM-R系統(tǒng)的重要性，第1層平臺(tái)安裝GSM-R天線(xiàn)，第2、3層平臺(tái)安裝公網(wǎng)引入系統(tǒng)的天線(xiàn)。由于兩層平臺(tái)要安裝5個(gè)系統(tǒng)的天線(xiàn)，每層平臺(tái)必然要安裝多個(gè)系統(tǒng)的天線(xiàn)，天線(xiàn)之間的隔離度是必須考慮的問(wèn)題。

表2 各系統(tǒng)間的隔離度要求對(duì)照表dB

當(dāng)電磁波通過(guò)視距傳播時(shí)，收發(fā)天線(xiàn)之間的隔離可以用下面公式計(jì)算：

其中，r為收發(fā)天線(xiàn)之間的距離;λ為電磁波波長(zhǎng)；GT為發(fā)射天線(xiàn)在與接收天線(xiàn)連線(xiàn)方向上的增益（d B i）；G R為接收天線(xiàn)在與發(fā)射天線(xiàn)連線(xiàn)方向上的增益（dBi）。

根據(jù)上文導(dǎo)出的各系統(tǒng)間隔離度要求，天線(xiàn)架設(shè)方案可以按照以下原則進(jìn)行。

（1）移動(dòng)GSM和聯(lián)通GSM系統(tǒng)應(yīng)安裝于不同的平臺(tái)。

（2）WCDM A與TD-SCDM A天線(xiàn)宜處于不同平臺(tái)。

（3）CDMA 2000與各系統(tǒng)間的隔離度要求都較高，CDMA 2000系統(tǒng)可考慮加設(shè)額外濾波裝置。

（4）適當(dāng)調(diào)整兩個(gè)系統(tǒng)的功率和扇區(qū)天線(xiàn)方位間的位置和角度，保證水平背向一定角度來(lái)減少天線(xiàn)間的路徑增益和增加空間隔離度。

（5）可以將隔離度要求較高的兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)雙頻合路器合路后共饋線(xiàn)到塔頂，再通過(guò)雙頻分路器分路到達(dá)各自的天線(xiàn)系統(tǒng)。通過(guò)兩個(gè)合路器疊加增加一定隔離度，但同時(shí)也帶來(lái)了0.4 d B左右的插損。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可參考上述原則，并根據(jù)天線(xiàn)技術(shù)參數(shù)、各系統(tǒng)間隔離度要求和公式（3）計(jì)算得到滿(mǎn)足工程要求的平臺(tái)設(shè)置和天線(xiàn)安裝方案。

4 隧道內(nèi)漏泄電纜共用方案探討

為了避免各公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)GSM-R系統(tǒng)造成干擾，各公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置漏泄同軸電纜。隧道內(nèi)各公網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備原則上均設(shè)于同一洞室，采用PO I將各系統(tǒng)設(shè)備的不同載頻信號(hào)合路后，輸出到共用的漏泄同軸電纜，同時(shí)也將漏泄同軸電纜上行的不同載頻信號(hào)分路后送往各自基站。

目前PO I對(duì)TD-SCDM A和W CDM A之間的隔離度指標(biāo)一般為80～90 d B，無(wú)法滿(mǎn)足TDSCDM A和W CDM A之間高達(dá)91 d B的隔離度要求，故TD-SCDM A和W CDM A系統(tǒng)之間應(yīng)分纜設(shè)置。同時(shí)，CDM A 2000 1x下行和移動(dòng)GSM 900之間的上行頻段比較接近，也同樣應(yīng)分纜設(shè)置。所以隧道內(nèi)公網(wǎng)系統(tǒng)共用2條漏纜，移動(dòng)的GSM 900和TD-SCDM A共享一條漏纜，聯(lián)通W CDM A，GSM 900和電信CDM A 2000 1x共享另外一條漏纜。

根據(jù)表3和表4，可得到各系統(tǒng)之間的實(shí)際隔離度，如表5所示。

表3 兩條漏纜相距300 mm時(shí)的隔離度測(cè)試指標(biāo)

表4 POI的帶外抑制能力指標(biāo)

表5 各系統(tǒng)間實(shí)際隔離度

從表5可知，當(dāng)采用上述的漏纜共用方案時(shí)，各個(gè)系統(tǒng)之間的隔離度均能達(dá)到3GPP或3GPP2協(xié)議所規(guī)定的隔離度要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

公眾移動(dòng)通信信號(hào)引入鐵路的共建共享是一項(xiàng)綜合性工作，需要充分考慮多種因素，其中多系統(tǒng)間的干擾和隔離度分析以及對(duì)共用方案的確定是首當(dāng)其沖的任務(wù)。根據(jù)本文分析和計(jì)算，多系統(tǒng)間的干擾在采取合理工程措施的情況下，完全可以達(dá)到所要求的隔離度標(biāo)準(zhǔn)，多系統(tǒng)共建共享的建設(shè)方案可以最大程度實(shí)現(xiàn)資源共享和節(jié)約投資。

[1]向志華．GSM-R系統(tǒng)與公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的干擾分析[C]//2007鐵路通信、信號(hào)、信息設(shè)計(jì)年會(huì)暨設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成技術(shù)研討會(huì)論文集．北京：北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院，2007.

[2] 3GPP Technical Specification 45.005，Radio transmission and reception[S].

[3] 3GPP Technical Specification 25.104，Base Station （BS） radio transmission and reception（FDD）[S].

[4] 3GPP Technical Specification 25.105，Base Station（BS）radio transmission and reception（TDD）[S].

[5] 3GPP2 C.S0010-C v2.0, Recommended Minimum Performance Standards for CDMA2000 Spread Spectrum Base Stations[S].