衛(wèi) 磊

（中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308）

1 概述

中國(guó)鐵路客運(yùn)專線、城際鐵路、長(zhǎng)大干線的無(wú)線通信系統(tǒng)采用GSM-R 技術(shù)體制，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)主要提供列調(diào)、貨調(diào)、電調(diào)等調(diào)度通信服務(wù)，并提供列車控制和運(yùn)營(yíng)維護(hù)相關(guān)的車-地信息傳送業(yè)務(wù)。根據(jù)中國(guó)無(wú)線電管理委員會(huì)的規(guī)定，國(guó)內(nèi)900 MHz頻段中運(yùn)行的通信系統(tǒng)有中國(guó)移動(dòng)（GSM905 ～910/950 ～955 MHz）、 中 國(guó) 聯(lián) 通（GSM910 ～915/955 ～960 MHz）、中 國(guó) 電 信（CDMA825 ～840/870 ～885 MHz）和鐵路GSM-R 系統(tǒng)（885 ～889/930 ～934 MHz）。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，極易產(chǎn)生外網(wǎng)干擾影響GSM-R 系統(tǒng)的運(yùn)用。因此，如何有效快速地解決多無(wú)線通信系統(tǒng)間的電磁兼容問(wèn)題，是保障GSM-R 可用性和可靠性的重要因素。下面將對(duì)敘畢鐵路GSM-R 系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的干擾典型案例進(jìn)行討論分析，提出GSM-R 區(qū)段鐵路線路重點(diǎn)區(qū)域開(kāi)展常態(tài)化干擾監(jiān)控的技術(shù)建議，為工程實(shí)踐提供參考。

2 GSM-R外網(wǎng)上行、下行干擾概況

GSM-R 系統(tǒng)的工作頻段分為上行和下行頻段，其中上行頻段指的是GSM-R 移動(dòng)終端使用該頻段發(fā)射信號(hào)、GSM-R 基站（BTS）在該頻段接收信號(hào)；下行頻段指的是GSM-R 基站（BTS）發(fā)射信號(hào)、GSM-R 移動(dòng)終端在該頻段接收信號(hào)。GSM-R 系統(tǒng)的上行頻段為885 ～889 MHz、下行頻段為 930 ～934 MHz，劃分為20 個(gè)頻點(diǎn)，頻點(diǎn)號(hào)為1 000 ～1 019，每個(gè)頻點(diǎn)號(hào)代表一個(gè)帶寬為200 kHz、上、下行間隔45 MHz 的無(wú)線信道資源。

上行干擾指的是在某個(gè)區(qū)域，GSM-R 系統(tǒng)收到來(lái)自其他無(wú)線電系統(tǒng)發(fā)射的無(wú)線電波信號(hào)，對(duì)GSM-R 基站接收到的上行信號(hào)質(zhì)量造成了干擾。通常GSM-R 系統(tǒng)受到的上行干擾包括來(lái)自干擾器、微波設(shè)備、雷達(dá)等非常發(fā)干擾。

下行干擾指的是在某個(gè)區(qū)域，GSM-R 系統(tǒng)收到來(lái)自其他無(wú)線電系統(tǒng)發(fā)射的無(wú)線電波信號(hào)，對(duì)GSM-R 移動(dòng)終端接收的GSM-R 基站發(fā)射的下行信號(hào)質(zhì)量造成了干擾。通常GSM-R 外部下行干擾來(lái)自干擾器、微波設(shè)備、雷達(dá)等非常發(fā)干擾；以及來(lái)自中國(guó)移動(dòng)900 MHz 頻段GSM 系統(tǒng)的雜散、三階互調(diào)常發(fā)干擾，并且后者更常見(jiàn)。

三階互調(diào)是指當(dāng)2 個(gè)信號(hào)在一個(gè)線性系統(tǒng)中，一個(gè)信號(hào)的二次諧波與另一個(gè)信號(hào)的基波混頻后所產(chǎn)生的寄生信號(hào)。例如：f1的二次諧波是2f1，它與f2產(chǎn)生了寄生信號(hào)2f1–f2。當(dāng)一個(gè)信號(hào)是二次諧波（二階信號(hào)），另一個(gè)信號(hào)是基波信號(hào)（一階信號(hào)），它們合成為三階信號(hào)，其中2f1–f2被稱為三階互調(diào)信號(hào)，它是在調(diào)制過(guò)程中產(chǎn)生的，因此被稱為三階互調(diào)信號(hào)。

中國(guó)鐵路GSM-R 系統(tǒng)與中國(guó)移動(dòng)900 MHz 頻段的GSM 系統(tǒng)之間的頻譜間隔為400 kHz，因此，中國(guó)移動(dòng)的頻率規(guī)劃不合理，就容易對(duì)GSM-R 系統(tǒng)構(gòu)成三階互調(diào)干擾。由于中國(guó)移動(dòng)GSM 系統(tǒng)的上行頻段范圍為880 ～915 MHz，將該頻段代入三階互調(diào)信號(hào)公式中進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，得到三階互調(diào)信號(hào)范圍為845 ～950 MHz（105 MHz 帶寬），如強(qiáng)度達(dá)到一定程度，就會(huì)對(duì)GSM-R 系統(tǒng)構(gòu)成干擾。

3 GSM-R上行干擾處置措施

通常，GSM-R 系統(tǒng)受到的上行干擾，主要來(lái)自于中國(guó)電信CDMA 系統(tǒng)的干擾。由于中國(guó)電信CDMA 系統(tǒng)采用800 MHz 的下行頻段與GSM-R上行頻段的間隔只有5 MHz，如圖1 所示，如果在濾波器性能方面存在問(wèn)題，站址臨近GSM-R 基站，天線方位角指向GSM-R 接收天線，則很容易造成GSM-R 上行信號(hào)質(zhì)量惡化，或者性能下降。

圖1 中國(guó)電信CDMA對(duì)GSM-R構(gòu)成上行干擾示意Fig.1 Schematic diagram of uplink interference caused by China Telecom's CDMA system to the GSM-R network

3.1 CDMA系統(tǒng)對(duì)GSM-R系統(tǒng)的干擾分析

中國(guó)電信CDMA 系統(tǒng)對(duì)GSM-R 系統(tǒng)構(gòu)成干擾的主要有3 種類型：邊帶雜散信號(hào)落入GSM-R 基站接收機(jī)帶內(nèi)構(gòu)成雜散干擾、CDMA 交調(diào)信號(hào)落入GSM-R 基站接收帶內(nèi)構(gòu)成交調(diào)干擾、CDMA 發(fā)射信號(hào)造成GSM-R 基站接收機(jī)靈敏度下降形成阻塞干擾。

雜散干擾是指由于發(fā)射濾波器的滾降特性導(dǎo)致系統(tǒng)外存在一定的帶外輻射。帶外輻射的主要能量來(lái)源是寬帶噪音、諧波與互調(diào)產(chǎn)物、寄生輻射及雜散輻射，統(tǒng)稱為雜散輻射?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，CDMA 系統(tǒng)在885 MHz 附近的發(fā)射雜散正好落入GSM-R 系統(tǒng)的接收頻段范圍內(nèi)，當(dāng)干擾信號(hào)的電平足夠大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致GSM-R 系統(tǒng)基站的接收靈敏度下降、接入困難等現(xiàn)象。

阻塞干擾是指當(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，使它的增益下降或者被抑制。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是接收放大器有一定的線性動(dòng)態(tài)范圍，在此范圍內(nèi)放大器的輸出功率隨輸入功率線性放大。如果接收濾波器對(duì)外部干擾信號(hào)的抑制能力不夠，即使干擾系統(tǒng)不產(chǎn)生任何帶外雜散，也將因接收到強(qiáng)干擾信號(hào)導(dǎo)致接收機(jī)飽和，從而引發(fā)阻塞干擾。

3.2 CDMA系統(tǒng)干擾GSM-R系統(tǒng)案例分析

3.2.1 干擾現(xiàn)象

敘畢鐵路威信站附近，聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，動(dòng)態(tài)測(cè)試發(fā)現(xiàn)該處出現(xiàn)多次GSM-R 移動(dòng)終端瞬時(shí)掉話現(xiàn)象，信令分析結(jié)果如圖2 所示，信令分析掉話的直接原因?yàn)闊o(wú)線鏈路失?。╮adio link failure）。

圖2 威信站GSM-R移動(dòng)終端掉話信令分析Fig.2 Dropped call signaling analysis of GSM-R mobile terminal of Weixin Station

3.2.2 問(wèn)題分析及處置

現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，該處存在1 處中國(guó)電信CDMA基站，如圖3 所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)掃頻測(cè)試發(fā)現(xiàn)該處中國(guó)電信CDMA 基站啟用879.7 MHz 頻點(diǎn)（窄帶物聯(lián)網(wǎng)載波）時(shí)，其雜散信號(hào)和互調(diào)信號(hào)會(huì)對(duì)GSM-R網(wǎng)上行頻段885 ～889 MHz 形成干擾。初步判定原因可能是該處CDMA 基站與GSM-R 基站信號(hào)水平隔離度不夠，對(duì)該區(qū)域GSM-R 系統(tǒng)造成干擾。

圖3 威信站通信設(shè)備布局Fig.3 Communication equipment layout of Weixin Station

為了進(jìn)一步確定問(wèn)題原因，進(jìn)行下述試驗(yàn)工作：1）在CDMA 基站發(fā)射端口增加帶外雜散抑制濾波器，然后觀察GSM-R 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接收。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題依然存在。因此判斷此處問(wèn)題并非CDMA 基站雜散信號(hào)過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致，故拆除CDMA 濾波器，恢復(fù)原狀；2）在GSM-R 基站天饋處增加抗CDMA 阻塞干擾濾波器，然后觀察GSM-R 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接收。通過(guò)信令分析，發(fā)現(xiàn)MS 接收信號(hào)質(zhì)量達(dá)到1-2 級(jí)，干擾問(wèn)題解決。因此，最終確定問(wèn)題原因?yàn)椋撎幹袊?guó)電信CDMA 基站對(duì)該區(qū)域GSM-R系統(tǒng)造成了阻塞干擾，采取了在GSM-R 基站天饋處增加抗CDMA 阻塞干擾濾波器的方式，解決了該問(wèn)題。

3.2.3 上行干擾的處置流程

綜上所述，外部上行干擾的判斷可采用以下步驟。

1）查看GSM-R 基站網(wǎng)管（OMC-R）的話務(wù)統(tǒng)計(jì)中表征上行干擾的信號(hào)服務(wù)質(zhì)量（QoS）的Band 值，如果出現(xiàn)大量質(zhì)差分布，基本可以判斷存在上行干擾；

2）在受干擾GSM-R 基站附近進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，勘查是否存在中國(guó)電信CDMA 基站在GSM-R 基站150 m 范圍內(nèi)，且天線主瓣指向GSM-R 基站；

3）如發(fā)現(xiàn)存在中國(guó)電信CDMA 基站，首先在中國(guó)電信CDMA 基站發(fā)射路插入帶外雜散抑制濾波器，查看GSM-R 網(wǎng)管側(cè)的上行干擾服務(wù)質(zhì)量QoS 是否恢復(fù)正常，如故障現(xiàn)象消除，則判定為該處CDMA 基站設(shè)備帶外雜散發(fā)射異常，對(duì)該區(qū)域GSM-R 系統(tǒng)造成了雜散干擾；

4）如果不是雜散干擾，則通過(guò)在受干擾的GSM-R 基站天饋處增加抗CDMA 阻塞干擾濾波器的方式，通過(guò)撥打測(cè)試，判斷干擾現(xiàn)象是否消除。如果消除，則判定為該區(qū)域受到了該中國(guó)電信CDMA 基站的阻塞干擾，可以通過(guò)降低CDMA 基站發(fā)射功率、調(diào)整中國(guó)電信CDMA 基站天線方向、修改中國(guó)電信CDMA 基站頻點(diǎn)配置或改用低頻點(diǎn)等方式減少該處CDMA 基站對(duì)GSM-R 系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度。除了降低外部干擾外，推薦在該區(qū)域GSM-R基站天饋處增加抗CDMA 阻塞干擾濾波器的方式解決該問(wèn)題。

4 GSM-R下行干擾處置措施

下行干擾是干擾源對(duì)GSM-R 移動(dòng)終端造成干擾，因此，較上行干擾而言，由于網(wǎng)管OMC-R 中沒(méi)有下行干擾的統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)實(shí)工作中的只能通過(guò)其他關(guān)聯(lián)指標(biāo)推測(cè)，排查整治難度更大。通常，主要采用到受干擾區(qū)域進(jìn)行路測(cè)、利用三接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、基站空口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、固定干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等抓取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，綜合確定原因。通常，采取3 種措施消除下行干擾：1）如果干擾源來(lái)自于公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基站，可以通過(guò)降低該處移動(dòng)基站發(fā)射功率的方式解決；2）GSM-R 移動(dòng)終端加裝帶通濾波器、濾除GSM-R 基站工作頻段外的干擾信號(hào)的方式提高抗干擾能力；3）通過(guò)優(yōu)化公網(wǎng)GSM 基站的頻率規(guī)劃，如GSM 基站避免使用0 ～50 號(hào)小頻點(diǎn)，避免對(duì)GSM-R 系統(tǒng)構(gòu)成阻塞干擾或互調(diào)干擾。

敘畢鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，電務(wù)檢測(cè)車檢測(cè)結(jié)果顯示，畢節(jié)站附近GSM-R 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量出現(xiàn)5-6級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，畢節(jié)站附近存在一處中國(guó)移動(dòng)GSM 基站，使用了33 號(hào)（941.6 MHz）和53 號(hào)（945.6 MHz）頻點(diǎn)，對(duì)畢節(jié)站GSM-R 基站造成三階互調(diào)干擾，畢節(jié)站GSM-R 基站使用的是1 007號(hào)（931.6 MHz）頻點(diǎn)；關(guān)閉畢節(jié)站GSM-R 基站后進(jìn)行的掃頻測(cè)試結(jié)果顯示，931.6 MHz 處的底噪已經(jīng)高達(dá)-73.69 dBm，如圖4 所示。為進(jìn)一步確定問(wèn)題原因，在路測(cè)用GSM-R 移動(dòng)終端天饋處增加了濾波器，濾除非GSM-R 頻段的信號(hào)后，干擾現(xiàn)象消除、該區(qū)域服務(wù)質(zhì)量0-3 級(jí)；通過(guò)協(xié)調(diào)中國(guó)移動(dòng)，將該處中國(guó)移動(dòng)GSM 基站所使用的頻點(diǎn)調(diào)整為頻點(diǎn)號(hào)大于70 的頻點(diǎn)，消除該處三階互調(diào)干擾，解決該問(wèn)題。

圖4 畢節(jié)站GSM-R系統(tǒng)受到的三階互調(diào)干擾掃頻Fig.4 Chart for sweep frequency of third-order intermodulation interference of GSM-R of Bijie Station

5 強(qiáng)化對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行干擾實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的建議

鐵路GSM-R 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用過(guò)程中，網(wǎng)內(nèi)干擾和網(wǎng)外干擾時(shí)有發(fā)生，通過(guò)技術(shù)手段實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)干擾問(wèn)題，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用問(wèn)題，對(duì)于提升鐵路運(yùn)營(yíng)管理水平具有重要意義。目前，CTCS-3（簡(jiǎn)稱C3）線路可以通過(guò)三接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、基站空口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，對(duì)本線GSM-R 系統(tǒng)運(yùn)用服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)施判斷是否收到外部干擾。但是，對(duì)于CTCS-2（簡(jiǎn)稱C2）級(jí)以下等級(jí)的鐵路線路，由于通常不裝備三接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或基站空口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)GSM-R 系統(tǒng)運(yùn)用質(zhì)量缺少實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)獲取手段，特別是由于C2 線路缺少像C3 線路那樣的CSD 長(zhǎng)呼業(yè)務(wù)，主要承載3 ～5 min 的車機(jī)聯(lián)控等短時(shí)間呼叫業(yè)務(wù)，因此，實(shí)際維護(hù)工作中，往往只能被動(dòng)地在出現(xiàn)干擾影響車機(jī)聯(lián)控的時(shí)候，用戶及維護(hù)單位才有所感知，或者需要月度電務(wù)測(cè)試車的動(dòng)態(tài)工作才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排障的時(shí)效性很低。

因此，為了提高C2 級(jí)線路的干擾排查處置效率，在車機(jī)聯(lián)控區(qū)段、車站等公網(wǎng)信號(hào)密集的站點(diǎn)裝配GSM-R 干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控相關(guān)區(qū)域的無(wú)線電磁環(huán)境，發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)（特別是GSM-R 頻帶內(nèi)出現(xiàn)了異常的非GSM-R 干擾信號(hào)），及時(shí)組織干擾清除工作，是提高GSM-R 網(wǎng)絡(luò)可用性和可靠性的重要技術(shù)手段。

由于敘畢鐵路是非C3 線路，并沒(méi)有配置接口監(jiān)控系統(tǒng)，電磁環(huán)境和干擾監(jiān)測(cè)手段不完備，因此，對(duì)畢節(jié)站等重點(diǎn)區(qū)段配置了同頻干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)無(wú)線環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同頻干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備具備了基本功能：1）具有多信道測(cè)量功能，可實(shí)時(shí)測(cè)量GSM-R上/下行所有通道的信號(hào)功率；2）具有頻譜測(cè)量分析功能；3）具備移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商身份識(shí)別功能； 4）具備場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)量功能，實(shí)時(shí)記錄和顯示測(cè)試區(qū)段信號(hào)覆蓋情況；5）具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、回放功能；6）功耗低，適用于長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立工作或無(wú)人值守的應(yīng)用環(huán)境。裝備投入使用后，在聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)多次公共運(yùn)用商設(shè)備對(duì)GSM-R 系統(tǒng)構(gòu)成的干擾，為干擾清除工作提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

6 小結(jié)

長(zhǎng)期以來(lái)，GSM-R 系統(tǒng)與公共移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的電磁兼容問(wèn)題是鐵路通信部門日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理的難點(diǎn)問(wèn)題，干擾類型多樣、現(xiàn)象復(fù)雜多變，干擾排查難度較大；既有偶發(fā)瞬間干擾，也有常態(tài)化干擾存在；既與鐵路自身GSM-R 系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)相關(guān)，也與公共移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃等相關(guān)聯(lián)。GSM-R 系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)內(nèi)干擾可以通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋、頻率資源調(diào)整等方式解決；外網(wǎng)干擾，需要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在強(qiáng)化網(wǎng)管話務(wù)統(tǒng)計(jì)分析、路測(cè)等工作的條件下，合理配置信令監(jiān)測(cè)、業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)、干擾監(jiān)測(cè)等技術(shù)裝備，是提高干擾排查效率，保障鐵路GSM-R 系統(tǒng)運(yùn)用維護(hù)質(zhì)量的必要手段。