GSM—R系統(tǒng)中主要干擾的分類

楊連好

引言：本文主要對(duì)GSM-R系統(tǒng)可能中存在的干擾類型進(jìn)行了分類，便于在日常維護(hù)中，進(jìn)行科學(xué)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(tái)上的、專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式的無線通信系統(tǒng)。為了適應(yīng)中國鐵路實(shí)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(shè)起一套符合中國鐵路發(fā)展需求的數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)—GSM-R系統(tǒng)。在鐵路運(yùn)輸安全方面起著重要的作用。對(duì)于GSM-R系統(tǒng)存在干擾，下文將根據(jù)不同方面進(jìn)行簡單的分析與分類。

目前公用無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)主要由中國移動(dòng)通信的TD-SCDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)、中國聯(lián)合通信集團(tuán)的WCDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)、中國電信的CDMA2000網(wǎng)絡(luò)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(yùn)營商實(shí)際占用的頻段情況如下：

中國移動(dòng)：

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(shí)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(dòng)進(jìn)行頻率騰退而來的，是在中國移動(dòng)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(dòng)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(huì)城市和計(jì)劃單列市的城區(qū)，鐵路軌道兩側(cè)各2km以內(nèi)，GSM-R系統(tǒng)協(xié)調(diào)使用該頻段；而在其他地域，鐵路軌道兩側(cè)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(duì)于鐵路附近的區(qū)域內(nèi)，與GSM-R頻段臨近，并且最可能對(duì)GSM-R造成影響的，主要是該三大移動(dòng)通信的運(yùn)營企業(yè)。隨著鐵路的不斷發(fā)展，運(yùn)營商為了更好的提供服務(wù)，也都在加大對(duì)鐵路沿線的信號(hào)覆蓋。

GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)中常見的干擾，本質(zhì)上是網(wǎng)外的一些非法信號(hào)占據(jù)了合法GSM-R信號(hào)的頻率，造成GSM-R信號(hào)無法正常工作而形成的。對(duì)于鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)來說，比其他公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的干擾要復(fù)雜，按照其干擾源可以粗略地將GSM-R移動(dòng)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(qiáng)信號(hào)干擾、固定頻率干擾、不可預(yù)測(cè)信號(hào)干擾和非法信號(hào)干擾。

1.1強(qiáng)信號(hào)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(shè)臺(tái)現(xiàn)象，因此在進(jìn)行兩系統(tǒng)的頻率規(guī)劃時(shí)，必須重點(diǎn)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(gè)頻段上下行通帶所有的信號(hào)、噪聲都進(jìn)行了放大，這些因素對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)GSM-R系統(tǒng)的干擾尤為嚴(yán)重，將直接影響到GSM-R系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)，但是都幾乎不變，上下行都有可能存在。這種干擾信號(hào)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(dòng)通信的合法頻段。在日常運(yùn)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(dòng)使用，所以中國移動(dòng)的E-GSM頻段是GSM-R的主要干擾源之一，但是實(shí)際監(jiān)測(cè)中也表明，存在其他運(yùn)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(cè)中也應(yīng)特別留意。

1.3不可預(yù)測(cè)信號(hào)干擾

目前，對(duì)于工作在900MHz的GSM系統(tǒng)來說，微波設(shè)備及對(duì)講設(shè)備產(chǎn)生的雜波干擾、有線電視信號(hào)放大器漏泄的雜散信號(hào)干擾、寬帶射頻直放站轉(zhuǎn)發(fā)的大信號(hào)干擾等是三種常見類型的不確定類不可預(yù)測(cè)信號(hào)干擾。由于公眾網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)通信運(yùn)營商大量采用寬帶射頻轉(zhuǎn)發(fā)類直放站設(shè)備，該類設(shè)備會(huì)將不同移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基站的發(fā)射信號(hào)放大后并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，主要是將一些與GSM-R網(wǎng)絡(luò)頻段臨近的或者相同的信號(hào)進(jìn)行了放大，從而對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)造成干擾。

1.4非法信號(hào)的干擾

這種干擾信號(hào)，主要是一些非法運(yùn)營者或者單位，在未得到國家授權(quán)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(jìn)行了發(fā)射，這種信號(hào)同時(shí)具備有了突發(fā)、不定時(shí)等一些特點(diǎn)。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(gè)來源：一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件質(zhì)量和施工質(zhì)量以及周邊環(huán)境因素造成的，另一個(gè)主要是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和小區(qū)覆蓋設(shè)置以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)配置等造成的，主要與網(wǎng)絡(luò)本身的特點(diǎn)和通信制式的技術(shù)特性有關(guān)。2.1設(shè)備內(nèi)部干擾

GSM-R設(shè)備內(nèi)部的干擾主要是由無線設(shè)備收發(fā)信機(jī)及設(shè)備內(nèi)部元器件產(chǎn)生的。在GSM-R基站中，主振器、振蕩器、調(diào)制器、倍頻器、放大器等各種射頻器件在運(yùn)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一些熱噪聲，這些噪聲被調(diào)制后經(jīng)設(shè)備發(fā)射出去，進(jìn)入空間后，直接對(duì)GSM-R有用信號(hào)造成干擾，同時(shí)設(shè)備外部的一些雜散信號(hào)以及噪聲也會(huì)發(fā)生串?dāng)_，進(jìn)入電源電路，在電源設(shè)備濾波不理想的情況下，經(jīng)各次交流脈動(dòng)諧波就會(huì)進(jìn)入到發(fā)射電路，進(jìn)而形成發(fā)射噪聲；同時(shí)，由于設(shè)備的技術(shù)因素，發(fā)射機(jī)本身的寄生雜散性輻射和鄰信道發(fā)射以及接收機(jī)內(nèi)部的組合干擾等設(shè)備自身因素，也會(huì)對(duì)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(luò)中，由于基站和直放站設(shè)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(diào)等干擾信號(hào)，同時(shí)，由于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間色散等因素，也會(huì)引起一些干擾。

1 同頻干擾：

在移動(dòng)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(fù)用方式，這種情況下，也會(huì)造成一些同頻、鄰頻等干擾。實(shí)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(fù)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(huì)降低。但在GSM-R中，進(jìn)行頻率規(guī)劃時(shí)，應(yīng)兼顧兩者，早考慮同頻干擾的同時(shí)，也應(yīng)考慮頻率的利用率。這里用于評(píng)價(jià)接收信號(hào)質(zhì)量的性能指標(biāo)稱為載波干擾比，它取決于有用信號(hào)的功率（C）和同頻率干擾信號(hào)的功率（I），用C/I表示。對(duì)于GSM-R系統(tǒng)中，GSM-R信號(hào)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(yīng)滿足載波干擾比C/I≥9dB，分組域數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)所在信道至少應(yīng)滿足載波干擾比C/I≥12dB。列控信道日常要求一般應(yīng)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(hào)之間的互相干擾。GSM-R移動(dòng)通信系統(tǒng)是屬于頻分雙工，時(shí)分多址的多信道工作系統(tǒng)，為了有效提高頻譜利用率，設(shè)計(jì)中常把信道間的間隔設(shè)計(jì)得很?。ū热鏕SM-R兩個(gè)頻道之間間隔200kHz），這個(gè)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(shí)，盡可能減小鄰頻干擾是非常重要的。對(duì)于GSM-R系統(tǒng)，通常200kHZ鄰頻干擾保護(hù)比要求C/I≥-6dB；400kHz鄰頻干擾保護(hù)比要求C/I≥-38dB。

3 互調(diào)干擾：

互調(diào)干擾是指當(dāng)存在多個(gè)不同頻率的信號(hào)同時(shí)加到非線性器件上時(shí)，非線性變換會(huì)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(jī)通帶內(nèi)的信號(hào)，成為對(duì)有用信號(hào)的干擾。新產(chǎn)生信號(hào)的頻率分量滿足公式1的頻率關(guān)系，設(shè)輸入的兩個(gè)信號(hào)的頻率為f1，f2（絕對(duì)頻率）：

最常見是三階、五階互調(diào)分量，因?yàn)樵诟麟A互調(diào)分量中，三階、五階互調(diào)產(chǎn)物的幅度相對(duì)較高。以下以三階互調(diào)為例，2f1- f2 和2f2- f1 的兩種頻譜分量距離本身信號(hào)最近，它們最有可能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，頻譜分布如圖1 所示。

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

而互調(diào)信號(hào)又細(xì)分為發(fā)射機(jī)互調(diào)、接收機(jī)互調(diào)和外部互調(diào)等。

1）發(fā)射機(jī)互調(diào)是指一部或多部發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號(hào)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(jī)中，并在其另一部發(fā)射機(jī)的功率放大器等設(shè)備的非線性作用下，相互調(diào)制，組合產(chǎn)生不需要的頻率，隨有用信號(hào)發(fā)射出去，造成對(duì)接收機(jī)的干擾。

2）接收機(jī)互調(diào)主要是由于接收機(jī)在輸入端同時(shí)接收到幾個(gè)功率相對(duì)較大的不同頻率信號(hào)產(chǎn)生的。這幾個(gè)不同頻率的信號(hào)進(jìn)入到接收機(jī)前端電路，在設(shè)備的非線性作用下就會(huì)生成一些互調(diào)產(chǎn)物，這些互調(diào)產(chǎn)物落入到接收機(jī)中頻帶內(nèi)時(shí)，就會(huì)引起對(duì)接收機(jī)的干擾。

3）外部效應(yīng)互調(diào)是由于在設(shè)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(qiáng)高頻場中產(chǎn)生了檢波作用，進(jìn)而生成了互調(diào)信號(hào)。

4 時(shí)間色散引起的干擾：

無線電波在傳播路徑上原直達(dá)波和各反射波之間的傳播路徑不同，這是形成時(shí)間色散的根本原因。由于時(shí)間色散的原因，接收信號(hào)中的一個(gè)碼元的波形，由于時(shí)間的延遲，就會(huì)擴(kuò)展到后面的相鄰碼元周期中，這樣，攜帶同一信息、由于直達(dá)波和反射波在到達(dá)接收端時(shí)的時(shí)間不同，就會(huì)產(chǎn)生碼間干擾。因此，時(shí)間色散也會(huì)使GSM-R數(shù)字移動(dòng)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(shè)備之后顯得尤為明顯。

5 阻塞干擾：

阻塞干擾是指當(dāng)大幅度的干擾信號(hào)伴隨著有用信號(hào)同時(shí)進(jìn)入到接收機(jī)時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)使接收機(jī)鏈路的非線性器件飽和，進(jìn)而產(chǎn)生非線性失真。而且，設(shè)備在只有有用信號(hào)時(shí)，如果信號(hào)幅度過大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生振幅壓縮現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成阻塞。發(fā)生阻塞干擾是設(shè)備的非線性原因造成的，特別是會(huì)引起互調(diào)、交調(diào)等的多階產(chǎn)物，同時(shí)，如果接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍受限的話，這種情況下也會(huì)引起阻塞干擾。阻塞會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)無法正常工作，長時(shí)間的阻塞還可能造成接收機(jī)的永久性性能下降。在GSM-R線路內(nèi)，應(yīng)特別考慮公眾網(wǎng)絡(luò)，特別是GSM網(wǎng)絡(luò)引入過程中的大信號(hào)阻塞，因此在考慮外網(wǎng)設(shè)備的情況下，應(yīng)注意自身網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的阻塞性能。

結(jié)束語

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

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（作者單位：通號(hào)工程局集團(tuán)有限公司）