■ 孫亮

目前，我國(guó)已經(jīng)建設(shè)了分別代表高原、重載和繁忙干線的青藏鐵路、大秦線、膠濟(jì)線3條GSM-R線路，同時(shí)也完成了武廣、滬寧、滬杭等部署CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)（C3）的高速鐵路的建設(shè)。在以上線路的建設(shè)過(guò)程中，GSM-R網(wǎng)絡(luò)分別出現(xiàn)了不同程度的覆蓋和干擾問(wèn)題，因此干擾測(cè)試成為保障無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和排查干擾的重要手段。

1 干擾的主要類型

GSM-R系統(tǒng)面臨的干擾按干擾源劃分主要包括以下幾種：同頻干擾、鄰頻干擾、直放站干擾、互調(diào)干擾和外部干擾。同頻干擾指所有落到接收機(jī)通帶內(nèi)與有用信號(hào)頻率相同的無(wú)用信號(hào)干擾，即指無(wú)用信號(hào)的載頻與有用信號(hào)的載頻相同，并對(duì)接收同頻有用信號(hào)的接收造成影響的干擾，亦稱同信道干擾。鄰頻干擾分為兩大類：一類來(lái)自GSM-R網(wǎng)內(nèi)，主要是由于頻率規(guī)劃不合理，相鄰的2個(gè)頻率距離太近，可以從GSM-R網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃表中直接得出。一般情況下，在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中如果當(dāng)前小區(qū)的廣播控制信道（BCCH）載波頻率或業(yè)務(wù)信道頻率和當(dāng)前小區(qū)的兩層相鄰小區(qū)所規(guī)劃的BCCH載波頻率或業(yè)務(wù)信道頻率出現(xiàn)相鄰的情況，則認(rèn)為會(huì)產(chǎn)生鄰頻干擾。一類來(lái)自網(wǎng)外，主要是GSM-R和中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通之間的干擾。如果在某一位置中國(guó)移動(dòng)或中國(guó)聯(lián)通在鐵路沿線附近小區(qū)的BCCH載波頻率和GSM-R網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)小區(qū)或相鄰小區(qū)BCCH載波頻率出現(xiàn)相鄰情況，兩者可能會(huì)產(chǎn)生鄰頻干擾。直放站干擾主要是由于設(shè)置使用不合理，將對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重干擾?；フ{(diào)干擾主要是指當(dāng)有多個(gè)不同頻率的信號(hào)加到非線性器件上時(shí)，非線性變換將產(chǎn)生許多組合頻率信號(hào)，其中的一部分可能落到接收機(jī)通帶內(nèi)，對(duì)有用信號(hào)形成干擾。

2 GSM-R干擾判別與分析系統(tǒng)原理

GSM-R干擾判別與分析系統(tǒng)的主要原理是采用電腦控制終端M S采集Um接口的信令信息，通過(guò)對(duì)Um接口協(xié)議的分析得到測(cè)試點(diǎn)附近的相關(guān)基站的網(wǎng)絡(luò)信息，用于分析附近是否存在對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)形成干擾的信號(hào)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

為了便于理解結(jié)構(gòu)圖，首先簡(jiǎn)單介紹一下GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。GSM-R系統(tǒng)由6個(gè)子系統(tǒng)組成：交換子系統(tǒng)（SSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、固定用戶接入交換系統(tǒng)（FAS）、運(yùn)行與維護(hù)子系統(tǒng)（OM C）、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)（GPRS）、終端子系統(tǒng)、移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)（IN）和終端，并通過(guò)SSS中的網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心（GM SC）實(shí)現(xiàn)與其他通信網(wǎng)絡(luò)電路域業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通，通過(guò)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)系統(tǒng)（GPRS）中的網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）實(shí)現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)分組域業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通（見(jiàn)圖2）。

圖1 GSM-R干擾判別與分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在GSM-R系統(tǒng)中，信令消息具體體現(xiàn)在接口的協(xié)議和規(guī)范上。接口代表2個(gè)相鄰實(shí)體之間的連接點(diǎn)，而協(xié)議是說(shuō)明連接點(diǎn)上交換信息需要遵守的規(guī)則。在GSM-R系統(tǒng)中主要的接口有：無(wú)線（Um）接口、Ab is接口、Ater接口、A接口、PSTN/ISDN/PSDN接口。Um接口位于M S和BTS之間，是二者的通信接口，用于移動(dòng)臺(tái)和系統(tǒng)固定部分之間的通信，其物理連接通過(guò)無(wú)線鏈路實(shí)現(xiàn)。GSM-R干擾判別與分析系統(tǒng)主要采集的是Um接口的信息。

U m接口上的協(xié)議可以分為3層。第一層是物理支持：TDM A幀、FDM A和邏輯信道復(fù)用。第二層是LAPDm協(xié)議，沒(méi)有標(biāo)志，由于實(shí)時(shí)的限制沒(méi)有錯(cuò)誤重發(fā)機(jī)制。第三層是無(wú)線接口層，其中又包括3個(gè)子層：無(wú)線資源管理（RR）子層用于尋呼、功率控制、加密、切換；移動(dòng)性管理（M M）子層用于安全、定位、IMSI附著/分離；連接管理（CM）子層用于呼叫控制（CC）、補(bǔ)充業(yè)務(wù)（SS）、短消息業(yè)務(wù)（SM S）、雙音多頻（DTM F）信令。Um接口協(xié)議分層見(jiàn)圖3。將Um接口采集到的信令進(jìn)行分析，便可以得到當(dāng)前使用終端附近的網(wǎng)絡(luò)信息。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 軟件結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、基站信息數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊組成（見(jiàn)圖4）。

軟件的工作流程是通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)，數(shù)據(jù)分析模塊將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，把分析后的數(shù)據(jù)與基站信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)出的結(jié)果保存起來(lái)便于日后進(jìn)一步分析、查詢，并根據(jù)需要輸出和顯示。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 終端的控制流程

終端的控制主要通過(guò)電腦向終端發(fā)送AT命令和Trac e命令實(shí)現(xiàn)。AT命令主要是對(duì)終端撥打功能的控制，如撥打電話、掛機(jī)、發(fā)送數(shù)據(jù)信息等，Trace信令主要是對(duì)M S輸出GSM-R信令的控制，如激活相應(yīng)信令的輸出、鎖定指定信道等。Trace信令與電腦的交互流程見(jiàn)圖5。

圖2 GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 Um接口分層結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 軟件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 Trace信令解析

終端與電腦之間交互的Trace信息幀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。其中STX/ETX定義了幀結(jié)構(gòu)的包頭和包尾，包頭：0x02，包尾：0x03，App lication Id定義了手機(jī)型號(hào)，通常為0x02，代表所采用的機(jī)型為2G5（OT46x， OT49x）系列，M essage Leng th表示的是除去Checksum和ETX的數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度，M essage Iden tification定義了幀的數(shù)據(jù)類型，M essage Con ten t是幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)主體內(nèi)容，Checksum是幀結(jié)構(gòu)的校驗(yàn)碼。

3.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保存的主要內(nèi)容包括測(cè)試信息的存儲(chǔ)及用于分析的基站信息數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分。

測(cè)試信息包括對(duì)終端控制的AT命令、Trace信息、相關(guān)命令的時(shí)間信息、測(cè)試地點(diǎn)信息及分析后測(cè)試結(jié)果。

圖5 Trace信令與電腦的交互流程

圖6 Trace信息幀結(jié)構(gòu)

基站信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了全國(guó)GSM-R線路沿線相關(guān)的基站信息，包括基站所在地點(diǎn)的經(jīng)緯度、BSIC、分配使用的BCCH信道號(hào)、TCH信道號(hào)、線路信息等，為數(shù)據(jù)分析模塊提供數(shù)據(jù)參考。

3.2.4 地理信息

將測(cè)試地點(diǎn)當(dāng)前的地理信息和基站信息數(shù)據(jù)空中的地理信息在顯示模塊中以地圖的方式直觀的顯示，可以方便對(duì)周邊GSM-R網(wǎng)絡(luò)直觀了解，方便分析信號(hào)的來(lái)源、距離，對(duì)測(cè)試情況有進(jìn)一步的了解。

3.2.5 小區(qū)鎖定以及掃頻功能

系統(tǒng)采用的終端特有的2種功能，強(qiáng)制功能，可以實(shí)現(xiàn)在空閑以及通話模式下鎖定BCCH，禁止越區(qū)切換以及鎖定頻段功能；掃頻功能有3種模式，分別為射頻掃描、BCCH掃描及BCCH on ly模式。射頻掃描：在此模式下，信道依次掃描，只顯示接收電平；BCCH掃描：在此模式下，信道依次掃描，顯示接收電平并解碼BCCH；BCCH on ly：在此模式下，顯示接收電平并只解碼可用的BCCH。通過(guò)這2種功能能夠更加快捷的得到特定基站的信息，掌握干擾來(lái)源地點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于對(duì)M S與基站之間的通信Um接口的信令采集，能自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)信息收集，分析及判斷是否存在同頻干擾的功能，相信干擾判別與分析系統(tǒng)能為GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、全路GSM-R系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)工作提供干擾信號(hào)類型的有力判斷依據(jù)，為迅速排查干擾源提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)支持，提高測(cè)試的工作效率。

[1] 鐘章隊(duì)，李旭，蔣文怡，等. 鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2003