高速鐵路GSM-R干擾問題分析及對策

劉 順

(中國鐵路南寧局集團有限公司南寧通信段，南寧 530029)

鐵路綜合無線通信系統(tǒng)(GSM-R)，為鐵路提供無線列調、區(qū)段養(yǎng)護維修作業(yè)、應急通信等功能，承載列車指揮調度、應急通信等涉及人民生命財產安全的業(yè)務，在鐵路運輸行車調度指揮過程中發(fā)揮著重要的作用。因此，GSM-R 系統(tǒng)必須具備高可靠性、網元多級容災和高QoS，保障網絡的安全穩(wěn)定運行。由于GSM-R 網絡的干擾因素眾多，排查干擾往往需要設備維護單位、地方無線電管理委員會和電信運營商等密切配合，是網絡優(yōu)化工作的重點和難點，下面列舉2 個GSM-R 網絡受到干擾案例，對干擾進行分析和定位，提出合理解決方式，確保整個通信系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

1 案例分析

1.1 衡柳線受電信CDMA干擾

1.1.1 問題描述

2017 年1 月以來，衡柳線松川至全州南區(qū)間，司機多次反饋接收不到進路預告信息。網絡性能指標統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，松川基站掉話次數異常增高達到48次，掉話率達到1.19%。

1.1.2 問題分析

對松川基站切換失敗的信令進行分析，切換時通話上行質量急劇惡化，接收電平降至-110 dBm，導致接收機解調失敗。觀察網管性能統(tǒng)計，松川基站TCH 空閑信道的底部噪聲大于-85 dBm（信道干擾帶5 級），從BSC 的小區(qū)干擾檢測，可知松川小區(qū)存在較強干擾。

通過BSC 網管設備的“上行頻點掃描”功能，對基站接收頻帶范圍內所有頻點進行掃描，統(tǒng)計接收信號情況，可以對干擾源類型進行初步的分析和判斷。上行頻點掃描結果包含接收主集天線和分集天線信號底噪的最大值和平均值，其中主集和分集對應著BTS3012 里DDPU 設備的二個機頂口，也就是對應天線的兩個相互正交的“天線振子”，即±45°雙極化方向的天線。因此，接收主集或分集底噪抬升都會對接收機的接收質量造成影響。對上行885 ～889 MHz 頻段（999 ～1018 信道號）的底噪幅度進行統(tǒng)計，可以看出885 MHz（999 頻點）的分集天線底部噪聲最高，889 MHz（1018 頻點）的分集底噪最低，說明干擾源頻率在885 MHz 頻率附近。

考察松川基站周圍環(huán)境，發(fā)現(xiàn)松川GSM-R基站西側50 m 處新建1 個電信CDMA 基站，與GSM-R 基站站高相同為45 m。在松川基站附近及小區(qū)切換帶使用頻譜儀進行頻點掃描，878 MHz 頻點附近存在強信號，且雜散信號拖尾引起885 MHz頻點底部噪聲抬升，聯(lián)系電信公司對該干擾站點進行閉站操作，在BSC 網管進行干擾帶監(jiān)測，信道干擾帶由5 級降至1 級，干擾基本消除。至此可以確定導致GSM-R 基站接收性能下降的原因是電信CDMA 基站干擾。

1.1.3 處理措施

通過對GSM-R 基站底噪的分析，找出干擾頻點，現(xiàn)場考察確定了干擾源，最終確認松川基站受到電信CDMA 基站的干擾。與電信部門溝通后，電信部門在電信CDMA 基站上加裝濾波器限制其信號雜散，降低了對GSM-R 基站干擾，該問題得以解決。

1.2 南昆客專直放站受多徑干擾

1.2.1 問題描述

南昆客專GSM-R 網絡測試時，發(fā)現(xiàn)DK112至DK114 之間存在切換掉話現(xiàn)象。掉話區(qū)域終端接收電平大于-80 dBm，覆蓋信號電平大于最小覆蓋-92 dBm 的要求，但通話質量為6 級，導致切換掉話嚴重。但在該區(qū)域沿鐵線進行掃頻測試未發(fā)現(xiàn)明顯干擾。

1.2.2 問題分析

無線信號傳輸受地形或者建筑的阻擋會產生折射或者散射，接收機會接收到不同路徑傳輸的無線信號。由于受GSM 接收機均衡器的限制，2 個無線信號之間時延差不能大于4 TA（約15 μs），否則就會對接收機造成多徑干擾，導致接收機掉話。

對掉話兩側的2 個直放站（直放站2 和直放站3）依次閉鎖測試，發(fā)現(xiàn)2 個直放站發(fā)出的信號時間提前量（TA）存在較大差距，直放站2 的TA 值為12 TA，直放站3 的TA 值為21 TA，時延差為9 TA。因此，可以確認掉話是接收機收到2 個直放站的信號時延差過大造成。

1.2.3 處理措施

經與設計公司、施工單位及設備廠家進行現(xiàn)場檢查和核實，原因是直放站3 的周邊地質松軟，不適宜進行挖掘作業(yè)，施工單位繞道敷設光纜，延長了光纜距離，造成不同直放站發(fā)出的信號時延相差太大。

為解決此問題，將原BTS 基站設備換成室內基帶處理單元（BBU）+RRU（遠端射頻單元），并將直放站遠端機3 改造成RRU（遠端射頻單元）。通過筆記本電腦對BBU 和RRU 的時延調整參數進行調整，將直放站遠端機2 和直放站遠端機3 的時延差調整至合理范圍內，從而解決2 個直放站覆蓋區(qū)的時延差問題。直放站2 與直放站3 的時延差為9 TA，1 TA ≈3.7 μs,差約為33.3 μs，將直放站2 的時延參數調整延遲33.3 μs。經設計單位修改設計，施工單位改造完成后，重新對掉話區(qū)域進行測試，直放站2 的TA 值為19 TA，直放站遠端機3的TA 值為21 TA，又進行區(qū)間撥打通話測試，均撥通成功，通話話音清晰。至此，掉話問題不再復現(xiàn)，問題解決。

2 GSM-R系統(tǒng)干擾分析

GSM-R 系統(tǒng)信號干擾有來自系統(tǒng)內部以及來自電信、移動等運營商信號的干擾，如同頻干擾和鄰頻干擾。下面按照所述干擾源的不同進行合理分析，總結各類干擾特征并提供有效的解決方案。

2.1 系統(tǒng)內干擾

系統(tǒng)內干擾一般是指干擾信號來自鐵路GSM-R 通信系統(tǒng)本身的無線設備性能和網絡組網，主要存在兩種情況。

1）隨著高鐵業(yè)務的持續(xù)建設發(fā)展，在不同線路的交叉區(qū)段或樞紐區(qū)域，GSM-R 網絡的基站非常密集，這些基站由于受到地理環(huán)境影響，越區(qū)覆蓋的現(xiàn)象比較嚴重，GSM-R 網絡頻率資源匱乏導致在這些樞紐地區(qū)的基站在較短的距離內進行復用，很難通過距離來防止復用頻率重疊，因此會造成同頻干擾和鄰頻干擾。

2）GSM-R 系統(tǒng)基站的射頻功放由于長時間使用出現(xiàn)雜散不合格，對周邊正常基站造成干擾。此類干擾信號很難從其他GSM 網設備雜散信號中區(qū)分出來，但可通過本線或相鄰線路的網管終端告警或性能統(tǒng)計上對它進行有效識別，具體表現(xiàn)為隨著GSM-R 系統(tǒng)設備一年一年逐步老化，此類干擾出現(xiàn)的概率會逐步增高。

2.2 系統(tǒng)外干擾

系統(tǒng)外干擾范指來自鐵路GSM-R 系統(tǒng)之外的干擾信號，多指干擾信號來自電信、移動等運營商信號雜散、互調原因引起的干擾。

鐵路線路跨越地域廣袤，來自外部的干擾信號也呈多樣，常見的主要有以下3 種類型。

1）來自GSM 網絡的干擾

目前，鐵路GSM-R 基站的干擾主要來自移動和聯(lián)通運營商的GSM 網基站，運營商基站數量龐大、分布廣泛，而鐵路GSM-R 系統(tǒng)使用的是E-GSM 頻段，其網絡與公網并無本質差別，隔離頻段很窄，因此很容易受到運營商GSM 網絡基站的信號干擾。

2）來自電信CDMA 網絡的干擾

CDMA800 MHz 也是GSM-R 基站的干擾源之一。CDMA 基站的875 ～880 MHz 頻段本身距離GSM-R 頻率較遠，產生的影響比GSM 網絡要小，CDMA 采用的擴頻技術使其在較寬的帶寬上進行工作，但是其產生的帶外雜散較GSM 更高，尤其是在引入CDMA 直放站工作時，由直放站產生的雜散更容易對GSM-R 上行頻率形成干擾。

3）來自非運營商的其他GSM 網相關設備的干擾

除了電信運營商的基站之外，現(xiàn)在還存在未經批準私自使用的“GSM 信號放大器”、“手機信號干擾器”和“偽基站”等設備，此類設備工作時都會對GSM-R 系統(tǒng)造成干擾，這也是GSM-R 系統(tǒng)外干擾常見的類型。

3 GSM-R干擾的處理辦法和步驟

3.1 分析干擾的來源

首先通過底噪分析和后臺信令查詢等手段，確定干擾信號來自GSM-R 網內干擾還是非GSM-R網干擾。如果是來自網內，則查找被干擾基站的信令以及Abis 端口數據，判斷產生掉話的原因，例如基站或直放站工作異常，時延過大產生的多徑干擾，網絡質量差，覆蓋場強地等；如果來自網外則需要進行干擾源排查工作。

3.2 干擾源排查

采用掃頻儀或TEMS 對GSM-R 信號頻段進行清頻測試，如發(fā)現(xiàn)底噪異常抬升的路段進行排查，及時對干擾源進行排查處理。

現(xiàn)場在疑似干擾基站或者被干擾區(qū)域使用“定向天線+頻譜儀”進行掃頻測試。

頻譜儀設置： 頻率范圍800 ～1 000 MHz；分辨率帶寬（RBW）/可視帶寬（VBW） 1 MHz；參考電平（Ref Level） -30 dBm。

掃頻方法：在被干擾區(qū)域使用定向天線掃描東、西、南、北、東南、東北、西南、西北等8 個方位測試，初步確認干擾信號最大方向。調查該方向上的運營商基站分布情況，驅車前往懷疑的站點，行駛過程中定向天線一直指向該方向，觀察干擾電平變化情況。如果電平持續(xù)變大，說明該站點為干擾源的可能性較大。

在疑似干擾站點進行測試：1）在疑似干擾站點的下方，使用儀表的定向天線對準疑似干擾方向的基站天線（空曠無阻擋），觀察測試儀上干擾電平及頻點，并記錄測試結果；2）確認該干擾信號頻點并非受干擾GSM-R 站點規(guī)劃使用頻點，通知網管關閉該方向基站，在掃頻儀上觀察干擾變化情況；3）如果關閉前后干擾無變化，說明干擾信號與該基站無關，需要繼續(xù)對干擾進行排查。

4 GSM-R干擾問題解決方法

4.1 運營商的網絡優(yōu)化

電信CDMA 對GSM-R 網絡的干擾主要是GSM-R 上行頻段（885 ～889 MHz），其可能影響GSM-R 基站的接收靈敏度，造成基站的底部噪聲抬升，從而降低通話質量。該問題一般需要與運營商進行協(xié)調溝通，采用降低運營商基站覆蓋范圍，改變CDMA 基站天線的俯仰角和覆蓋方向等措施來減少對GSM-R 基站的影響。

GSM 網絡可以通過對公網基站頻率進行規(guī)劃，優(yōu)化GSM 基站的頻率配置，避免GSM 基站的互調產物對GSM-R 的干擾；如果鐵路基站周邊運營商的GSM 站點較密集，可以將運營商頻點調整至1 800 MHz 頻點或者通過調整周圍GSM 基站扇區(qū)覆蓋距離的方式，避免對GSM-R 形成干擾；建議運營商不在離鐵路基站較近的地方架設基站，如果已存在基站則采用降低發(fā)射功率，使用遠離GSM-R 頻點的頻率配置方式進行工作，盡量避免采用跳頻方式擴大話務量。

上述方法優(yōu)點是不會對GSM-R 網絡性能產生影響，但是需要與運營商進行大量的溝通，實施的難度較大。

4.2 GSM-R基站增加濾波器

通過對GSM-R 基站增加濾波器來濾除運營商的干擾。該濾波器主要工作頻點是885 ～889 MHz和930 ～934 MHz，對工作頻帶外的干擾抑制要求是≥30 dB，由于電信CDMA 頻點距離較遠，因此低端頻率對于濾波器的帶外抑制要求不高；由于移動的規(guī)劃頻率為935 ～960 MHz，而GSM-R 的工作頻點為930 ～934 MHz，只有1 MHz 的隔離頻帶，因此對于濾波器的帶外抑制要求非常高，所以該濾波器要求采用性能較好的腔體濾波器來實現(xiàn)。

這種方法能夠有效的抑制來自運營商的帶外干擾，也可以對互調干擾進行一定的抑制，但是由于濾波器是無源器件，具有一定的插入損耗，其引入會帶來基站覆蓋距離的縮短，從而影響整個網絡的性能，可能會導致新的盲區(qū)的產生，因此需要日常進行頻繁的網絡優(yōu)化工作。

5 結束語

GSM-R 網絡中不可避免存在著各種干擾情況，主要可通過以下兩個措施進行有效處理:一是可以通過適當的方法來排除或避免常見干擾，尤其是加強與地方無線電管理部門的溝通協(xié)作，通過搭建無線電監(jiān)測系統(tǒng)設備來加強對GSM-R 系統(tǒng)使用狀態(tài)的實時監(jiān)測。二是在工程設計和建設過程中，應首先通過電磁環(huán)境測試尋找是否存在外部干擾源，再結合工程的具體情況選擇適當的抗干擾方法(如設備的選型、網絡結構的優(yōu)化調整等)。解決鐵路GSM-R 移動通信網絡的干擾，尤其是降低系統(tǒng)內部干擾，是一項長期不間斷而且非常復雜的工作，有待于在實際工作中進一步摸索總結。