楊連好

引言：本文主要對GSM-R系統(tǒng)可能中存在的干擾類型進行了分類，便于在日常維護中，進行科學的分析與判斷。

前言

GSM-R是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無線通信系統(tǒng)，是在GSM平臺上的、專門為滿足鐵路應用而開發(fā)的數(shù)字式的無線通信系統(tǒng)。為了適應中國鐵路實現(xiàn)跨越式發(fā)展的需要，原鐵道部已決定在全國鐵路系統(tǒng)中逐步建設起一套符合中國鐵路發(fā)展需求的數(shù)字移動通信網(wǎng)絡—GSM-R系統(tǒng)。在鐵路運輸安全方面起著重要的作用。對于GSM-R系統(tǒng)存在干擾，下文將根據(jù)不同方面進行簡單的分析與分類。

目前公用無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)主要由中國移動通信的TD-SCDMA和GSM網(wǎng)絡、中國聯(lián)合通信集團的WCDMA和GSM網(wǎng)絡、中國電信的CDMA2000網(wǎng)絡及各家的PHS和ETACS系統(tǒng)，而根據(jù)國家頻率資源的劃分規(guī)定，

目前我國運營商實際占用的頻段情況如下：

中國移動：

GSM900：885-909MHz上行 930-954MHz下行；

GSM1800：1710-1725MHz上行 1805-1820MHz下行；

ETACS現(xiàn)劃歸中移EGSM900：885-890MHz上行 930-935MHz下行；

TD-SCDMA為1880MHz -1900MHz， 2010MHz-2025MHz。

中國聯(lián)通：

GSM900：909-915MHz上行 954-960MHz下行；

GSM1800：1745-1755MHz上行 1840-1850MHz下行；

PHS：1900-1920MHz；

WCDMA 1940MHz-1955MHz（上行）、2130MHz -2145MHz（下行）。

中國電信：

CDMA：825-840MHz 上行 870-885MHz下行；

PHS：1900-1920MHz；

CDMA2000 1920MHz -1935MHz（上行）、2110MHz -2125MHz（下行）。

而GSM-R的頻段情況，目前實際GSM-R采用885MHz-889MHz（上行）、930MHz-934MHz（下行）共4MHz的頻率資源，其屬于EGSM部分，是由中國移動進行頻率騰退而來的，是在中國移動原有的頻段內(nèi)的，在鐵路附近歸GSM-R占用。而鐵路以外的區(qū)域，仍然歸中國移動使用。鐵路GSM-R系統(tǒng)使用該頻段的地域范圍是：在直轄市、省會城市和計劃單列市的城區(qū)，鐵路軌道兩側各2km以內(nèi)，GSM-R系統(tǒng)協(xié)調使用該頻段；而在其他地域，鐵路軌道兩側各6km，GSM-R可以使用該頻段。從上述可以看出，由于中國鐵路GSM-R系統(tǒng)使用的頻段較特殊，對于鐵路附近的區(qū)域內(nèi)，與GSM-R頻段臨近，并且最可能對GSM-R造成影響的，主要是該三大移動通信的運營企業(yè)。隨著鐵路的不斷發(fā)展，運營商為了更好的提供服務，也都在加大對鐵路沿線的信號覆蓋。

GSM-R移動通信系統(tǒng)中常見的干擾，本質上是網(wǎng)外的一些非法信號占據(jù)了合法GSM-R信號的頻率，造成GSM-R信號無法正常工作而形成的。對于鐵路專用移動通信系統(tǒng)來說，比其他公眾移動通信系統(tǒng)的干擾要復雜，按照其干擾源可以粗略地將GSM-R移動通信系統(tǒng)的干擾分為外部干擾和內(nèi)部干擾。

一、外部干擾

外部干擾又主要分為以下幾種情況：強信號干擾、固定頻率干擾、不可預測信號干擾和非法信號干擾。

1.1強信號干擾

鐵路GSM-R系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)工作在同一頻段，鐵路沿線兩系統(tǒng)基站間存在同、鄰頻設臺現(xiàn)象，因此在進行兩系統(tǒng)的頻率規(guī)劃時，必須重點考慮兩系統(tǒng)間的同、鄰頻干擾。此外，GSM系統(tǒng)大量使用的直放站也稱為了GSM-R的主要干擾源，特別是GSM系統(tǒng)采用的一些寬帶直放站，把GSM-R整個頻段上下行通帶所有的信號、噪聲都進行了放大，這些因素對覆蓋區(qū)域內(nèi)GSM-R系統(tǒng)的干擾尤為嚴重，將直接影響到GSM-R系統(tǒng)的穩(wěn)定運用，甚至危及到高速鐵路的行車安全。

1.2固定頻率的干擾

這種干擾頻率雖然小范圍抖動，但是都幾乎不變，上下行都有可能存在。這種干擾信號頻譜干凈，而且也比較穩(wěn)定，這些固定頻率的干擾源日常工作于GSM-R移動通信的合法頻段。在日常運用中，由于中國鐵路GSM-R頻段是原有的E-GSM的頻段，而該部分頻段，原來主要是中國移動使用，所以中國移動的E-GSM頻段是GSM-R的主要干擾源之一，但是實際監(jiān)測中也表明，存在其他運營商非法使用該頻段的情況，比如下述的中國聯(lián)通非法占用等，因此，日常監(jiān)測中也應特別留意。

1.3不可預測信號干擾

目前，對于工作在900MHz的GSM系統(tǒng)來說，微波設備及對講設備產(chǎn)生的雜波干擾、有線電視信號放大器漏泄的雜散信號干擾、寬帶射頻直放站轉發(fā)的大信號干擾等是三種常見類型的不確定類不可預測信號干擾。由于公眾網(wǎng)絡的移動通信運營商大量采用寬帶射頻轉發(fā)類直放站設備，該類設備會將不同移動通信網(wǎng)絡基站的發(fā)射信號放大后并進行轉發(fā)，主要是將一些與GSM-R網(wǎng)絡頻段臨近的或者相同的信號進行了放大，從而對GSM-R網(wǎng)絡造成干擾。

1.4非法信號的干擾

這種干擾信號，主要是一些非法運營者或者單位，在未得到國家授權的情況下，違反國家的無線電管理規(guī)定，私自使用了GSM-R頻段進行了發(fā)射，這種信號同時具備有了突發(fā)、不定時等一些特點。也主要是人為造成的。

二、內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾主要有兩個來源：一個是網(wǎng)絡設備硬件質量和施工質量以及周邊環(huán)境因素造成的，另一個主要是網(wǎng)絡規(guī)劃和小區(qū)覆蓋設置以及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)配置等造成的，主要與網(wǎng)絡本身的特點和通信制式的技術特性有關。2.1設備內(nèi)部干擾

GSM-R設備內(nèi)部的干擾主要是由無線設備收發(fā)信機及設備內(nèi)部元器件產(chǎn)生的。在GSM-R基站中，主振器、振蕩器、調制器、倍頻器、放大器等各種射頻器件在運行時都會產(chǎn)生一些熱噪聲，這些噪聲被調制后經(jīng)設備發(fā)射出去，進入空間后，直接對GSM-R有用信號造成干擾，同時設備外部的一些雜散信號以及噪聲也會發(fā)生串擾，進入電源電路，在電源設備濾波不理想的情況下，經(jīng)各次交流脈動諧波就會進入到發(fā)射電路，進而形成發(fā)射噪聲；同時，由于設備的技術因素，發(fā)射機本身的寄生雜散性輻射和鄰信道發(fā)射以及接收機內(nèi)部的組合干擾等設備自身因素，也會對GSM-R系統(tǒng)行成有害干擾。

2.2GSM-R網(wǎng)內(nèi)干擾

在GSM-R網(wǎng)絡中，由于基站和直放站設備眾多，他們相互之間互相影響，相互作用，也可能產(chǎn)生同頻、鄰頻和互調等干擾信號，同時，由于GSM-R網(wǎng)絡的時間色散等因素，也會引起一些干擾。

1 同頻干擾：

在移動通信中，為了提高頻率利用率，增加系統(tǒng)容量，地理上都采用較高密度的頻率復用方式，這種情況下，也會造成一些同頻、鄰頻等干擾。實際使用中，使用相同頻率的小區(qū)之間距離越小，同頻干擾影響越大，造成得干擾越明顯，但這種情況下，頻率復用率較高，頻率利用率也高；相反，加大相同頻率小區(qū)的距離，就可以減小同頻干擾，但頻率利用率也會降低。但在GSM-R中，進行頻率規(guī)劃時，應兼顧兩者，早考慮同頻干擾的同時，也應考慮頻率的利用率。這里用于評價接收信號質量的性能指標稱為載波干擾比，它取決于有用信號的功率（C）和同頻率干擾信號的功率（I），用C/I表示。對于GSM-R系統(tǒng)中，GSM-R信號的一些非安全類電路域數(shù)據(jù)信道和話音信道所在信道應滿足載波干擾比C/I≥9dB，分組域數(shù)據(jù)類業(yè)務所在信道至少應滿足載波干擾比C/I≥12dB。列控信道日常要求一般應滿足載波干擾比C/I≥12dB。

2 鄰頻干擾：

鄰頻干擾是指信道相鄰或信道互相之間比較接近的信號之間的互相干擾。GSM-R移動通信系統(tǒng)是屬于頻分雙工，時分多址的多信道工作系統(tǒng)，為了有效提高頻譜利用率，設計中常把信道間的間隔設計得很?。ū热鏕SM-R兩個頻道之間間隔200kHz），這個就是產(chǎn)生鄰頻干擾的最主要的原因。在相鄰小區(qū)或同一小區(qū)使用相鄰信道時，盡可能減小鄰頻干擾是非常重要的。對于GSM-R系統(tǒng)，通常200kHZ鄰頻干擾保護比要求C/I≥-6dB；400kHz鄰頻干擾保護比要求C/I≥-38dB。

3 互調干擾：

互調干擾是指當存在多個不同頻率的信號同時加到非線性器件上時，非線性變換會將產(chǎn)生一系列新的不同頻率分量，其中一部分落到接收機通帶內(nèi)的信號，成為對有用信號的干擾。新產(chǎn)生信號的頻率分量滿足公式1的頻率關系，設輸入的兩個信號的頻率為f1，f2（絕對頻率）：

最常見是三階、五階互調分量，因為在各階互調分量中，三階、五階互調產(chǎn)物的幅度相對較高。以下以三階互調為例，2f1- f2 和2f2- f1 的兩種頻譜分量距離本身信號最近，它們最有可能對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，頻譜分布如圖1 所示。

圖1 三階互調產(chǎn)物示意圖 third order intermodulation products diagram

而互調信號又細分為發(fā)射機互調、接收機互調和外部互調等。

1）發(fā)射機互調是指一部或多部發(fā)射機的發(fā)射信號在有效的作用范圍之內(nèi)，通過天線和其它途徑侵入另一部發(fā)射機中，并在其另一部發(fā)射機的功率放大器等設備的非線性作用下，相互調制，組合產(chǎn)生不需要的頻率，隨有用信號發(fā)射出去，造成對接收機的干擾。

2）接收機互調主要是由于接收機在輸入端同時接收到幾個功率相對較大的不同頻率信號產(chǎn)生的。這幾個不同頻率的信號進入到接收機前端電路，在設備的非線性作用下就會生成一些互調產(chǎn)物，這些互調產(chǎn)物落入到接收機中頻帶內(nèi)時，就會引起對接收機的干擾。

3）外部效應互調是由于在設備施工安裝過程中，造成的天饋線、雙工器以及濾波器等一些無源器件之間接觸不好，以及不同金屬的接觸部分引起的非線因素，在強高頻場中產(chǎn)生了檢波作用，進而生成了互調信號。

4 時間色散引起的干擾：

無線電波在傳播路徑上原直達波和各反射波之間的傳播路徑不同，這是形成時間色散的根本原因。由于時間色散的原因，接收信號中的一個碼元的波形，由于時間的延遲，就會擴展到后面的相鄰碼元周期中，這樣，攜帶同一信息、由于直達波和反射波在到達接收端時的時間不同，就會產(chǎn)生碼間干擾。因此，時間色散也會使GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)產(chǎn)生誤碼，這種干擾在系統(tǒng)中引入同頻直放設備之后顯得尤為明顯。

5 阻塞干擾：

阻塞干擾是指當大幅度的干擾信號伴隨著有用信號同時進入到接收機時，干擾信號會使接收機鏈路的非線性器件飽和，進而產(chǎn)生非線性失真。而且，設備在只有有用信號時，如果信號幅度過大時，也會產(chǎn)生振幅壓縮現(xiàn)象，嚴重時也會造成阻塞。發(fā)生阻塞干擾是設備的非線性原因造成的，特別是會引起互調、交調等的多階產(chǎn)物，同時，如果接收機的動態(tài)范圍受限的話，這種情況下也會引起阻塞干擾。阻塞會導致接收機無法正常工作，長時間的阻塞還可能造成接收機的永久性性能下降。在GSM-R線路內(nèi)，應特別考慮公眾網(wǎng)絡，特別是GSM網(wǎng)絡引入過程中的大信號阻塞，因此在考慮外網(wǎng)設備的情況下，應注意自身網(wǎng)絡設備的阻塞性能。

結束語

針對不同的干擾來源，GSM-R系統(tǒng)在日常維護工作中，應根據(jù)實際情況，做出不同的判斷，分析清楚是哪一種干擾類型，針對網(wǎng)內(nèi)還是網(wǎng)外的干擾，采取不同的處理措施。

參考文獻

[1]吳偉陵.移動通信中的關鍵技術【M】.北京：北京郵電大學，2000.

[2]戴美泰等.GSM移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化【M】.北京：人民郵電出版社，2005.

[3]鐘章隊 吳昊 李翠然 胡曉紅 陳霞.鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化【M】.北京：清華大學出版社 北京交通大學出版社，2012

（作者單位：通號工程局集團有限公司）