降低公網信號對GSM-R網絡影響的方法研究

梅 靖 上海鐵路局上海通信段

隨著高速鐵路網的不斷擴大，GSMR網絡已初具規(guī)模。根據不同的線路等級，為滿足場強覆蓋指標，GSM-R網絡沿線基站布置也有所不同。在CTCS-3區(qū)段，規(guī)定鐵路沿線的場強最小電平為-95 dbm，采用雙網冗余或單網冗余覆蓋。在平原地區(qū)，兩基站間的距離約為3.5 km，在這種基站密度的覆蓋下，沿線任意一點的GSM-R信號強度都在-60 dbm以上，由于GSM-R網絡的信號很強，因此公網在這些地區(qū)對GSM-R信號的干擾不十分明顯。當某一基站宕機后，兩基站間的距離變成約6～7 km，這時，基站的分布基本上與CTCS-2區(qū)段類似。在CTCS-2區(qū)段，GSM-R信號強度規(guī)定為-98 dbm，采用單網覆蓋，這時，兩基站間的距離約5～6 km，在兩基站的中間區(qū)域，信號電平只有-75 dbm左右，如果有山體或建筑物阻擋，這種情況下的信號電平可能會更低，遇有公網信號較強時就會影響到鐵路GSM-R網絡的正常工作。

由于高鐵客流密度大，乘客的電信業(yè)務消費能力較強，對移動通信服務需求大，因此三大電信運營商對高鐵沿線的網絡建設非常重視。由于動車組車體的電磁屏蔽能力較強，為了達到良好的接收條件，電信運營商們在鐵路沿線緊挨著線路進行了高密度的公網基站設置，兩基站間的距離僅為1～1.5 km，再加之其基站發(fā)射功率較大，很有可能會在GSM-R信號較弱的區(qū)域（如兩基站中間區(qū)域）形成較強的干擾。

以下就列舉某車站GSM-R網絡受干擾的實際案例，通過數據分析，找出干擾發(fā)生的原因，提出解決方案，降低公網信號對GSM-R網絡的影響。

1 問題現象

2011年年末，某車站值班員反映，當列車進站后，車站FAS臺呼叫列車CIR，經常會發(fā)生呼叫失敗現象，提示"您所呼叫的用戶無法接通"。隨即我們在該站進行了反復試驗，用該站的FAS臺不斷地呼叫不同的列車，并與列車在不同位置進行呼叫試驗，得出的現象是：①該站上行列車發(fā)生掉網與下行列車發(fā)生掉網的比例為9:1，即上行列車更易發(fā)生掉網；②上行列車中，掉網與不掉網的列車比例為1:1，即大約有一半的上行列車會發(fā)生掉網事件；③在發(fā)生掉網的事件中，CRH1型車與CRH2型車發(fā)生掉網的比例為5:1，而在線路上運行的兩種車型的比例是2:1，即CRH1型車更易發(fā)生掉網情況；④呼叫機車CIR呼不通與呼叫GSM-R手持臺呼不通的比例為15:1，即GSM-R的手持臺基本沒有掉網的現象；⑤呼叫網絡中的其他固定接入設備（如FAS臺），無呼不通的情況。

2 原因排查

（1）該掉網事件與移動設備本身無關，即由網絡或無線鏈路干擾引起。GSM-R通信系統(tǒng)由地面網絡設備、固定接入設備（FAS系統(tǒng)）和移動設備組成，通常情況下，造成通信中斷或脫網事件，網絡設備和移動設備均有可能。GSM-R網絡的移動設備在該車站所屬的客專線范圍，手機主要有桑達和上海復旦生產的兩款手機；CIR主要有鐵科院和天津712廠兩家，這些設備除在上述問題車站上運用外，還在其他高鐵線上普遍使用，且無掉網現象，因此可以推定脫網事件與移動設備無關。

（2）該掉網事件與無線鏈路有關。GSM-R移動通信系統(tǒng)中，網絡側設備有基站收發(fā)信機（BTS）、基站控制器（BSC）、移動交換機（含訪問位置寄存器）（MSC/VLR）和宿主位置寄存器（HLR）等主要核心設備，其中HLR和VLR擔負著所有移動設備的管理，當移動設備開機后，會在HLR和VLR中進行登記，當移動設備作為被呼對象時，HLR和VLR指揮網絡中其他設備完成合適的通道接續(xù)，以實現通話過程。當呼叫移動用戶時，如果出現"您所呼叫的用戶無法接通"，說明移動臺已完成了IMSI（國際移動用戶識別碼）附著并在HLR中注冊，但網絡無法完成網絡與移動臺間的鏈路建立，隨即MSC向主叫用戶發(fā)送"您所呼叫的用戶無法接通"，由此說明，網絡設備的硬件設備無明顯故障，問題很有可能出在無線鏈路段。

3 空中接口（Um）分析

基于前文的排查，基本能肯定是空中傳輸通道出了問題，具體分析如下：

（1）電磁環(huán)境測試。GSM-R系統(tǒng)Um接口采用EGSM頻段，具體頻率為上行885～889 MHz，下行 930～934 MHz，該頻率緊挨著中國移動公司的GSM頻率，經常會出現由于移動公司的直放站系統(tǒng)性能指標不達標造成對GSM-R系統(tǒng)頻率的干擾。

采用頻譜儀和場強干擾測試儀，在發(fā)生掉網事件的區(qū)域進行電磁環(huán)境測試，發(fā)現在GSM-R頻段內，除GSM-R信號外，無任何其他信號，排除了外網同頻電磁信號的干擾可能性。利用頻譜儀自帶的測試天線，測得掉網區(qū)域GSM-R信號在-70 dbm左右。

（2）調整該車站基站的主用頻率。由于無線傳輸情況較復雜，采用不同的頻率配置，可能會有不同的無線鏈路質量，因此對基站頻率號配置進行了調整，調整后無效果。

（3）對CIR內的GSM-R模塊分析。從CIR發(fā)給網絡的測量報告和GSM-R模塊的記錄中發(fā)現，在發(fā)生掉網的區(qū)域，頻道號從999至1017，各頻道信號強度都在-72～-62 dbm間。其中，該車站基站的廣播信道為1013，測得的信號強度為-62dbm，但1014頻道（在該車站基站中未配置該頻點）測得信號強度為-64 dbm，與1013信道僅差2 dbm，也就是主用信號與其他信號（干擾信號）強度只相差2 dbm（根據GSM-R規(guī)范，兩者相差至少大于9 dbm），這樣的信號質量導致接收機無法正常解析CCCH（公共控制信道）信號，DSC（控制移動設備啟動小區(qū)重選的計數器）計數減到0，至使終端設備CIR進行小區(qū)重選。在小區(qū)重選過程中，如果正好被其他用戶呼叫，則因無法正常呼到該用戶而使MSC向主叫用戶（也即車站FAS臺）送"您所呼叫的用戶無法接通"的提示音。

4 干擾的成因分析

通過上述測試和分析，可以斷定該故障是由接收機的三階互調干擾或接收機的強信號阻塞所致，這兩種干擾的實質相同，都是接收機收到了除主用信號外比主用信號強得多的其他信號。

接收機的三階互調干擾是指兩個及兩個以上的信號，同時進入到一個非線性放大器后，在輸出端會產生其他頻率成分的分量，這個分量如果與有用信號的頻率相同或相近，會造成干擾。這種頻率干擾分量強度與輸入信號強度呈指數關系，信號強度稍作變化，輸出結果會變化很大。強信號阻塞是指由于無用信號很強，在這個強信號的作用下，使接收機輸入端的放大器工作在非線性區(qū)，或工作在飽和區(qū)，對有用信號起不到正常的放大作用，從而導致接收機前置放大器輸出一個全頻段強信號。

在該車站的上行方向，測得GSM-R信號電平在-70 dbm，在下行方向，測得的GSM-R信號為-60 dbm以上，因此，上行方向比下行方向更易發(fā)生掉網情況。

由于車體的屏蔽作用，使手機所接收到的信號中，無用信號受到了衰減，由于接收機的三階互調產物與輸入信號強度成指數關系變化，因此，該情況下的干擾情況變得輕些；CIR的接收天線在車頂，未受到車體的損耗，因此干擾程度會嚴重些，這就是造成手機掉網沒有CIR掉網頻繁的原因。

5 解決方案

通過上述分析，故障已定位到無線信號的強度這一問題上。對現場進行再次測量，發(fā)現GSM-R網絡信號的強度只有-62 dbm，但測得在同一頻段內，公網的信號強度達-30 dbm，有時可達-10 dbm，可斷定是由于在同一頻段內的無用信號比有用信號太強造成的。解決的辦法之一是在接收端加裝濾波器，對無用信號進行濾波。但這種辦法只對有用信號與無用信號頻率相差較大時才有用，對我們GSM-R頻率與公網頻率，尤其是對移動公司配置的頻率是無用的，因為這兩個系統(tǒng)所用的頻率相鄰，濾波器起不到濾波作用；另一個辦法是減小公網信號的強度，但這個方案我們無法完成，因為公網是由電信運營商負責維護。

我們最終采取了優(yōu)化基站設置，提高GSM-R信號強度的辦法，一是在容易出現掉網的區(qū)域內加裝無線直放站，對有用信號進行放大。加裝直放站后，測得有用信號的強度為-40 dbm；二是由于加裝直放站需要增加現場設備，有時很難實現，因此適當增加了基站發(fā)射功率，由原先的40 W，調高到60 W。解決了該車站區(qū)域內CIR頻繁掉網，經常呼叫失敗的現象。

6 結束語

造成上述問題的原因，不是由于GSM-R頻率受到了干擾，即清頻工作不徹底造成的，而是在同一空間中，由于其它網絡的信號比GSM-R網絡信號相對更強造成的，因此在網絡規(guī)劃時應盡可能地把鐵路沿線的公網信號覆蓋與GSM-R網絡同步建設，把公網的基站建在GSM-R基站同址上，這樣可避免在GSM-R兩基站中間（該處GSM-R信號較弱）出現公網的基站，降低公網對鐵路GSM-R網絡的影響。