GSM-R電磁干擾問題及滬杭高鐵的清頻實(shí)例

周天庶 上海鐵路局上海通信段

目前，中國(guó)鐵路大規(guī)模的GSM－R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在如火如荼地展開，電磁環(huán)境測(cè)試是GSM－R無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的重要一環(huán)，關(guān)系到GSM-R網(wǎng)絡(luò)能否可靠運(yùn)行。通過電磁環(huán)境測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)干擾，采取可行的電磁干擾防護(hù)措施，比如天線類型的選擇、分集技術(shù)的采用等，為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供技術(shù)保障，為后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供參考數(shù)據(jù)。

1 GSM-R的電磁干擾概述

GSM－R電磁干擾可以分為系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)外干擾。

1.1 系統(tǒng)內(nèi)干擾

GSM－R系統(tǒng)內(nèi)可能存在同頻干擾、鄰頻干擾和互調(diào)干擾。同頻干擾是指在一定的范圍內(nèi)使用相同頻率進(jìn)行復(fù)用而產(chǎn)生的干擾。GSM規(guī)范05105規(guī)定，GSM移動(dòng)臺(tái)的同頻干擾信號(hào)不高于有用信號(hào)9 dB。為了滿足這一條件，必須確保兩個(gè)使用相同頻率的基站間有足夠的空間距離。同頻復(fù)用距離是指任意2個(gè)同頻小區(qū)之間的距離。GSM-R系統(tǒng)的小區(qū)是線狀分布，半徑為R的小區(qū)1和小區(qū)3是同頻小區(qū)，則同頻復(fù)用距離為2R(如圖1所示)。

圖1 GSM-R系統(tǒng)的小區(qū)分布

鄰頻干擾是來自相鄰的或相近的頻道干擾，相近頻道可以是相隔幾個(gè)或幾十個(gè)頻道。造成這種干擾的原因主要有以下兩種：一是由于工作頻帶緊隨的若干頻道的寄生邊帶功率、寬帶噪聲、雜散輻射等產(chǎn)生的干擾；二是指移動(dòng)通信網(wǎng)內(nèi)，一組空間離散的鄰近工作頻道引入的干擾，如果鄰信道載波功率過大，就會(huì)對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生干擾。GSM規(guī)范05105規(guī)定GSM移動(dòng)臺(tái)的鄰頻干擾(C/A)性能要求：在城市環(huán)境下(有多徑快衰落但運(yùn)動(dòng)速度不高)，分別在200kHz鄰頻存在不高于有用信號(hào)9dB的GSM 干擾信號(hào)，400kHz鄰頻存在不高于有用信號(hào)41dB的GSM干擾信號(hào)，600kHz鄰頻存在不高于有用信號(hào)49dB的GSM干擾信號(hào)，此時(shí)的誤碼率可以滿足要求。

互調(diào)干擾是指有多個(gè)不同頻率的信號(hào)加到接收機(jī)非線性器件上時(shí)，產(chǎn)生許多組合頻率信號(hào)，繼而造成新的頻率分量，其中的一部分可能落到接收機(jī)通帶內(nèi)，成為對(duì)有用信號(hào)的干擾。產(chǎn)生互調(diào)干擾的條件：①存在非線性部件，各輸入信號(hào)混頻產(chǎn)生互調(diào)成分；②輸入信號(hào)頻率必須滿足其組合頻率能落到接收機(jī)通帶之內(nèi)；③輸入信號(hào)功率足夠大，由此產(chǎn)生幅度較大的互調(diào)干擾成分。

1.2 系統(tǒng)外干擾

系統(tǒng)外干擾主要是CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)對(duì)GSM-R的干擾。中國(guó)電信CDMA 的運(yùn)行頻段為：上行825～840 MHz，下行870～885 MHz。CDMA 的下行頻段與GSM-R的上行頻段比較接近，如果站址選擇及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不當(dāng)，有可能對(duì)GSM-R造成干擾。具體表現(xiàn)為：①CDMA發(fā)射機(jī)的邊帶雜散噪聲落入GSM-R接收帶內(nèi)；②當(dāng)2個(gè)或2個(gè)以上載頻通過GSM-R上行非線性器件時(shí)將發(fā)生互調(diào)干擾，一般只考慮3階與5階互調(diào)干擾，其余高階可忽略不計(jì)。該類干擾信號(hào)的特點(diǎn)是具有穩(wěn)定性。

中國(guó)移動(dòng)GSM公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)在2009年12月31日之前共用相同頻段，我國(guó)鐵路GSM-R系統(tǒng)使用EGSM的頻段，頻段范圍為：885～889 MHz(上行)、930～934 MHz(下行)，共4 MHz帶寬。該頻段與中國(guó)移動(dòng)公眾通信系統(tǒng)GSM共用，并規(guī)定在直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市的城區(qū)，GSM-R系統(tǒng)的覆蓋范圍應(yīng)小于鐵路兩側(cè)各2 km；在其他地域的覆蓋范圍應(yīng)小于鐵路軌道兩側(cè)各6 km。 在2009年12月31日之后，移動(dòng)公司應(yīng)全面退出該4 MHZ帶寬。但如果中國(guó)移動(dòng)沒有徹底退出該頻段并使用了該頻段，可對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生以下幾類干擾。

（1）同頻干擾。所有落在接收機(jī)通帶內(nèi)的與有用信號(hào)頻率相同的無用信號(hào)的干擾，也稱為同信道干擾。這些無用信號(hào)與有用信號(hào)一樣在超外差接收機(jī)中經(jīng)放大變頻而落入中頻通帶內(nèi)，因此只要在接收機(jī)輸入端存在同頻干擾，接收系統(tǒng)就無法濾除和抑制。存在同頻干擾的頻率范圍為f±B/2，f為有用信號(hào)載波頻率，B為接收機(jī)中頻帶寬。

（2）鄰頻干擾。來自相鄰或相近頻道的干擾，是由發(fā)射機(jī)的帶外輻射和接收機(jī)共同作用而且發(fā)射機(jī)的輻射功率為一個(gè)帶寬而非單頻，因此其在鄰道的輻射功率可以和有用信號(hào)一起進(jìn)入接收機(jī)。鄰道干擾有2個(gè)方面：一是由于工作頻帶緊隨的若干頻道的寄生邊帶功率、寬帶噪聲、雜散輻射等產(chǎn)生的干擾；二是一組空間離散的鄰近工作頻道引入的干擾。

（3）互調(diào)干擾。當(dāng)有多個(gè)不同頻率的信號(hào)加到非線性器件上時(shí)，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)，成為對(duì)有用信號(hào)的干擾。例如：2f1-f2=f3，（f1＋f2）－f3=f4。

2 滬杭高鐵GSM-R干擾測(cè)試及電磁環(huán)境整改

GSM-R系統(tǒng)的干擾測(cè)試分靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試兩種，動(dòng)態(tài)測(cè)試主要是利用路測(cè)儀器在試驗(yàn)車上對(duì)沿線進(jìn)行全面測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試主要是利用前期動(dòng)態(tài)測(cè)試得出的干擾資料，用頻譜分析儀在現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)定位干擾源。

為保證鐵路GSM－R系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，工信部要求鐵路GSM-R系統(tǒng)頻段內(nèi)干擾信號(hào)低于-105 dBm。在具備路測(cè)條件后，對(duì)滬杭高鐵全程進(jìn)行了干擾路測(cè)。由于滬杭高鐵所在區(qū)域地處平原，沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，各種無線覆蓋系統(tǒng)很多，電磁環(huán)境極為復(fù)雜；而高鐵架設(shè)很高，機(jī)車的接收條件非常好，因此受干擾的概率非常高。為排除這些干擾，我們積極與浙江移動(dòng)公司聯(lián)系，與他們一起制訂清頻方案。根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果，浙江移動(dòng)公司逐步擴(kuò)大鐵路沿線EGSM退頻范圍，清退相鄰地市邊緣區(qū)域的EGSM頻點(diǎn)。同時(shí)對(duì)基站、直放站設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試，加強(qiáng)了對(duì)直放站信息的整理與核查。

2.1 全面的清頻

浙江省內(nèi)各地市公司在2010年5月初進(jìn)行了清頻，沿鐵路線兩側(cè)15 km范圍內(nèi)確保沒有一個(gè)小區(qū)使用EGSM頻點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，效果不夠理想，隨即擴(kuò)大到60 km以上。并計(jì)劃逐步在全省范圍內(nèi)全面清退EGSM頻段。

2.2 三階互調(diào)干擾排查

即使在鐵路沿線，各電信公司全面清退了EGSM頻段，但還會(huì)有EGSM頻率的干擾信號(hào)，這主要是由三階互調(diào)造成的。聯(lián)合測(cè)試組在余杭附近測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)EGSM頻段內(nèi)干擾較大，最大時(shí)達(dá)到-85 dBm左右。在余杭基站下面做了反復(fù)的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)1004頻點(diǎn)上還存在干擾。移動(dòng)公司經(jīng)過改頻、換扇區(qū)等手段后，最終消除了三階互調(diào)的干擾。

2.3 更遠(yuǎn)范圍內(nèi)的EGSM清頻

通過EGSM信號(hào)傳播能力分析，我們擴(kuò)大對(duì)EGSM頻點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)使用的排查力度，避免遠(yuǎn)處的同頻信號(hào)干擾鐵路沿線。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，杭州灣跨海大橋上的EGSM頻點(diǎn)對(duì)鐵路沿線有干擾，最終對(duì)頻率進(jìn)行重新規(guī)劃后得到了解決。

2.4 直放站干擾測(cè)試

在無線直放站附近測(cè)試EGSM頻譜信號(hào)，EGSM頻段內(nèi)底噪抬升非常明顯。針對(duì)這個(gè)情況，移動(dòng)專門隊(duì)伍開展問題排查。

2.5 小區(qū)改頻

2010年6月30日凌晨，在高鐵5 km范圍內(nèi)，將嘉興下掛直放站的所有宏基站45號(hào)頻點(diǎn)以下的載波改頻：頻點(diǎn)從低頻改為高頻，禁止使用45號(hào)以下頻點(diǎn)。嘉興境內(nèi)共修改頻點(diǎn)200多個(gè)。45號(hào)以下頻點(diǎn)的三階互調(diào)產(chǎn)物極易落在GSMR頻段內(nèi)。

2.6 針對(duì)異常網(wǎng)元進(jìn)行調(diào)查

為了防止三階互調(diào)對(duì)EGSM頻段的影響，我們對(duì)直放站做進(jìn)一步的測(cè)試，從而確定基站設(shè)備以及天饋系統(tǒng)對(duì)三階互調(diào)的抑制能力。嚴(yán)格把關(guān)設(shè)備入網(wǎng)，對(duì)已入網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。加強(qiáng)對(duì)直放站以及有故障設(shè)備的排查。

3 總結(jié)

經(jīng)過浙江省無委、浙江移動(dòng)和上海鐵路局上海通信段多方面的努力，高鐵GSM-R干擾排查積累了一定經(jīng)驗(yàn)，也取得了一些結(jié)論如：EGSM頻段內(nèi)強(qiáng)干擾已經(jīng)完全消除，EGSM段內(nèi)尚有零星干擾信號(hào)；滬杭高鐵高架上無線環(huán)境非常優(yōu)良，遠(yuǎn)處EGSM同頻信號(hào)的影響較大；直放站、干擾器等設(shè)備對(duì)底噪有一定影響，應(yīng)加強(qiáng)干擾信號(hào)排查力度等等。為保證滬杭高鐵GSM-R通信業(yè)務(wù)的高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)，我們也建立了溝通的長(zhǎng)效機(jī)制，各家單位定期碰頭，保證信息暢通，發(fā)現(xiàn)一處解決一處。