GSM-R電磁干擾問題及滬杭高鐵的清頻實例

周天庶 上海鐵路局上海通信段

目前，中國鐵路大規模的GSM－R網絡建設正在如火如荼地展開，電磁環境測試是GSM－R無線網絡規劃中的重要一環，關系到GSM-R網絡能否可靠運行。通過電磁環境測試可以發現干擾，采取可行的電磁干擾防護措施，比如天線類型的選擇、分集技術的采用等，為網絡建設提供技術保障，為后期網絡優化提供參考數據。

1 GSM-R的電磁干擾概述

GSM－R電磁干擾可以分為系統內干擾和系統外干擾。

1.1 系統內干擾

GSM－R系統內可能存在同頻干擾、鄰頻干擾和互調干擾。同頻干擾是指在一定的范圍內使用相同頻率進行復用而產生的干擾。GSM規范05105規定，GSM移動臺的同頻干擾信號不高于有用信號9 dB。為了滿足這一條件，必須確保兩個使用相同頻率的基站間有足夠的空間距離。同頻復用距離是指任意2個同頻小區之間的距離。GSM-R系統的小區是線狀分布，半徑為R的小區1和小區3是同頻小區，則同頻復用距離為2R(如圖1所示)。

圖1 GSM-R系統的小區分布

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或幾十個頻道。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、雜散輻射等產生的干擾；二是指移動通信網內，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，就會對有用信號產生干擾。GSM規范05105規定GSM移動臺的鄰頻干擾(C/A)性能要求：在城市環境下(有多徑快衰落但運動速度不高)，分別在200kHz鄰頻存在不高于有用信號9dB的GSM 干擾信號，400kHz鄰頻存在不高于有用信號41dB的GSM干擾信號，600kHz鄰頻存在不高于有用信號49dB的GSM干擾信號，此時的誤碼率可以滿足要求。

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

1.2 系統外干擾

系統外干擾主要是CDMA網絡和GSM網絡對GSM-R的干擾。中國電信CDMA 的運行頻段為：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，如果站址選擇及網絡規劃不當，有可能對GSM-R造成干擾。具體表現為：①CDMA發射機的邊帶雜散噪聲落入GSM-R接收帶內；②當2個或2個以上載頻通過GSM-R上行非線性器件時將發生互調干擾，一般只考慮3階與5階互調干擾，其余高階可忽略不計。該類干擾信號的特點是具有穩定性。

中國移動GSM公眾移動通信系統與GSM-R網絡在2009年12月31日之前共用相同頻段，我國鐵路GSM-R系統使用EGSM的頻段，頻段范圍為：885～889 MHz(上行)、930～934 MHz(下行)，共4 MHz帶寬。該頻段與中國移動公眾通信系統GSM共用，并規定在直轄市、省會城市和計劃單列市的城區，GSM-R系統的覆蓋范圍應小于鐵路兩側各2 km；在其他地域的覆蓋范圍應小于鐵路軌道兩側各6 km。 在2009年12月31日之后，移動公司應全面退出該4 MHZ帶寬。但如果中國移動沒有徹底退出該頻段并使用了該頻段，可對GSM-R網絡產生以下幾類干擾。

（1）同頻干擾。所有落在接收機通帶內的與有用信號頻率相同的無用信號的干擾，也稱為同信道干擾。這些無用信號與有用信號一樣在超外差接收機中經放大變頻而落入中頻通帶內，因此只要在接收機輸入端存在同頻干擾，接收系統就無法濾除和抑制。存在同頻干擾的頻率范圍為f±B/2，f為有用信號載波頻率，B為接收機中頻帶寬。

（2）鄰頻干擾。來自相鄰或相近頻道的干擾，是由發射機的帶外輻射和接收機共同作用而且發射機的輻射功率為一個帶寬而非單頻，因此其在鄰道的輻射功率可以和有用信號一起進入接收機。鄰道干擾有2個方面：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）互調干擾。當有多個不同頻率的信號加到非線性器件上時，將產生許多組合頻率信號，其中的一部分可能落到接收機通帶內，成為對有用信號的干擾。例如：2f1-f2=f3，（f1＋f2）－f3=f4。

2 滬杭高鐵GSM-R干擾測試及電磁環境整改

GSM-R系統的干擾測試分靜態測試和動態測試兩種，動態測試主要是利用路測儀器在試驗車上對沿線進行全面測試。靜態測試主要是利用前期動態測試得出的干擾資料，用頻譜分析儀在現場逐點定位干擾源。

為保證鐵路GSM－R系統安全可靠運行，工信部要求鐵路GSM-R系統頻段內干擾信號低于-105 dBm。在具備路測條件后，對滬杭高鐵全程進行了干擾路測。由于滬杭高鐵所在區域地處平原，沿線經濟發達，各種無線覆蓋系統很多，電磁環境極為復雜；而高鐵架設很高，機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公司聯系，與他們一起制訂清頻方案。根據實際測試結果，浙江移動公司逐步擴大鐵路沿線EGSM退頻范圍，清退相鄰地市邊緣區域的EGSM頻點。同時對基站、直放站設備進行了測試，加強了對直放站信息的整理與核查。

2.1 全面的清頻

浙江省內各地市公司在2010年5月初進行了清頻，沿鐵路線兩側15 km范圍內確保沒有一個小區使用EGSM頻點。經測試，效果不夠理想，隨即擴大到60 km以上。并計劃逐步在全省范圍內全面清退EGSM頻段。

2.2 三階互調干擾排查

即使在鐵路沿線，各電信公司全面清退了EGSM頻段，但還會有EGSM頻率的干擾信號，這主要是由三階互調造成的。聯合測試組在余杭附近測試時，發現EGSM頻段內干擾較大，最大時達到-85 dBm左右。在余杭基站下面做了反復的測試，發現1004頻點上還存在干擾。移動公司經過改頻、換扇區等手段后，最終消除了三階互調的干擾。

2.3 更遠范圍內的EGSM清頻

通過EGSM信號傳播能力分析，我們擴大對EGSM頻點系統內使用的排查力度，避免遠處的同頻信號干擾鐵路沿線。通過測試發現，杭州灣跨海大橋上的EGSM頻點對鐵路沿線有干擾，最終對頻率進行重新規劃后得到了解決。

2.4 直放站干擾測試

在無線直放站附近測試EGSM頻譜信號，EGSM頻段內底噪抬升非常明顯。針對這個情況，移動專門隊伍開展問題排查。

2.5 小區改頻

2010年6月30日凌晨，在高鐵5 km范圍內，將嘉興下掛直放站的所有宏基站45號頻點以下的載波改頻：頻點從低頻改為高頻，禁止使用45號以下頻點。嘉興境內共修改頻點200多個。45號以下頻點的三階互調產物極易落在GSMR頻段內。

2.6 針對異常網元進行調查

為了防止三階互調對EGSM頻段的影響，我們對直放站做進一步的測試，從而確定基站設備以及天饋系統對三階互調的抑制能力。嚴格把關設備入網，對已入網設備進行檢測。加強對直放站以及有故障設備的排查。

3 總結

經過浙江省無委、浙江移動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驗，也取得了一些結論如：EGSM頻段內強干擾已經完全消除，EGSM段內尚有零星干擾信號；滬杭高鐵高架上無線環境非常優良，遠處EGSM同頻信號的影響較大；直放站、干擾器等設備對底噪有一定影響，應加強干擾信號排查力度等等。為保證滬杭高鐵GSM-R通信業務的高質量高標準，我們也建立了溝通的長效機制，各家單位定期碰頭，保證信息暢通，發現一處解決一處。