公用移動通信鐵路共建干擾及隔離度分析

熊 潔 唐媛紅

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

隨著我國鐵路飛速發(fā)展和廣大旅客對公眾移動通信的需求，中國移動、電信和聯通均已考慮將不同制式的公用移動通信信號引入覆蓋鐵路全線。同時，根據鐵道部的相關要求，在充分保障開通后行車安全的前提下，在設計中可以考慮多個不同制式移動通信系統的整合建設，合理利用鐵路富余資源。

為了充分共享資源和節(jié)約投資，無線覆蓋設備在滿足條件的情況下應進行共建共享，這樣必然增加了多系統之間互相產生干擾的機會。為了保障共建共享的多系統之間能同時正常工作，如何避免、減少不同系統之間的干擾就成為一個突出問題。本文將分別對產生干擾的機制和隔離度計算進行剖析，并探討多系統共用鐵塔和漏泄電纜的方案。

1 引入信號類型

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

（1）中國移動的GSM 900和WCDMA。

（2）中國聯通的GSM 900和TD-SCDMA。

（3）中國電信的CDMA 2000。

由此可見，公用移動通信引入系統不僅種類繁多，而且頻段分布極廣，如表1所示。

2 鐵路公用移動通信引入系統共址時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、阻塞干擾和互調干擾，如圖1所示。

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

表1 各系統頻段分配和技術特點對照表

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

（2）阻塞干擾與接收方接收機的帶外抑制能力有關。當較強功率加于接收機端時，可能導致接收機過載，使其增益下降，從而導致接收方接收機因飽和而無法工作。考慮阻塞干擾的隔離度按以下公式進行計算：

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

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

系統干擾的引入勢必會導致接收機靈敏度的下降，所以，為了保證較好的系統性能，接收機側的3種干擾必須避免或最小化，為了實現這個目標就必須保證不同系統間有較好的隔離度。通常認為干擾信號落入被干擾系統，使被干擾系統的靈敏度惡化0.5 d B以內，即認為干擾可以忽略。要使接收機的靈敏度惡化0.5 d B以內，其所收到的干擾電平應低于受干擾系統內部的噪聲9 dB以上。

2.2 各系統間隔離度要求

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

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

對各系統間雜散干擾和阻塞干擾的計算分別采用公式（1）和（2），Nmax采用3GPP或3GPP2協議對共站址的相關要求?；镜自腚娖讲捎肗 o=KTB計算，其中K為玻爾茲曼常量1.380 54×10-23（J/K），T為絕對溫度值290℃，B為接收機帶寬。根據對各系統雜散干擾和阻塞干擾的計算結果，并取相關隔離度的最大值，可以得到各系統間的隔離度要求，如表2所示。表2中數據表示第一列中系統對第一行中系統的隔離度要求。

需要說明的是，本文所有計算都基于3GPP或3GPP2協議中對各制式基站的最小要求，但實際各廠家的技術參數各不一致且均優(yōu)于協議中要求，在實際工程中需要根據廠家技術參數進行相應調整。

3 多系統共用鐵塔方案探討

共用鐵塔可建3層平臺，鑒于GSM-R系統的重要性，第1層平臺安裝GSM-R天線，第2、3層平臺安裝公網引入系統的天線。由于兩層平臺要安裝5個系統的天線，每層平臺必然要安裝多個系統的天線，天線之間的隔離度是必須考慮的問題。

表2 各系統間的隔離度要求對照表dB

當電磁波通過視距傳播時，收發(fā)天線之間的隔離可以用下面公式計算：

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

根據上文導出的各系統間隔離度要求，天線架設方案可以按照以下原則進行。

（1）移動GSM和聯通GSM系統應安裝于不同的平臺。

（2）WCDM A與TD-SCDM A天線宜處于不同平臺。

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

（4）適當調整兩個系統的功率和扇區(qū)天線方位間的位置和角度，保證水平背向一定角度來減少天線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系統通過雙頻合路器合路后共饋線到塔頂，再通過雙頻分路器分路到達各自的天線系統。通過兩個合路器疊加增加一定隔離度，但同時也帶來了0.4 d B左右的插損。

在實際工程設計中，可參考上述原則，并根據天線技術參數、各系統間隔離度要求和公式（3）計算得到滿足工程要求的平臺設置和天線安裝方案。

4 隧道內漏泄電纜共用方案探討

為了避免各公眾移動通信系統對GSM-R系統造成干擾，各公眾移動通信系統應單獨設置漏泄同軸電纜。隧道內各公網系統設備原則上均設于同一洞室，采用PO I將各系統設備的不同載頻信號合路后，輸出到共用的漏泄同軸電纜，同時也將漏泄同軸電纜上行的不同載頻信號分路后送往各自基站。

目前PO I對TD-SCDM A和W CDM A之間的隔離度指標一般為80～90 d B，無法滿足TDSCDM A和W CDM A之間高達91 d B的隔離度要求，故TD-SCDM A和W CDM A系統之間應分纜設置。同時，CDM A 2000 1x下行和移動GSM 900之間的上行頻段比較接近，也同樣應分纜設置。所以隧道內公網系統共用2條漏纜，移動的GSM 900和TD-SCDM A共享一條漏纜，聯通W CDM A，GSM 900和電信CDM A 2000 1x共享另外一條漏纜。

根據表3和表4，可得到各系統之間的實際隔離度，如表5所示。

表3 兩條漏纜相距300 mm時的隔離度測試指標

表4 POI的帶外抑制能力指標

表5 各系統間實際隔離度

從表5可知，當采用上述的漏纜共用方案時，各個系統之間的隔離度均能達到3GPP或3GPP2協議所規(guī)定的隔離度要求。

5 結束語

公眾移動通信信號引入鐵路的共建共享是一項綜合性工作，需要充分考慮多種因素，其中多系統間的干擾和隔離度分析以及對共用方案的確定是首當其沖的任務。根據本文分析和計算，多系統間的干擾在采取合理工程措施的情況下，完全可以達到所要求的隔離度標準，多系統共建共享的建設方案可以最大程度實現資源共享和節(jié)約投資。

[1]向志華．GSM-R系統與公眾移動通信系統的干擾分析[C]//2007鐵路通信、信號、信息設計年會暨設計系統集成技術研討會論文集．北京：北京全路通信信號研究設計院，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].