GSM-R干擾的分析與測定

邱 兵

（中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北 0500810）

0 引言

在當前信息時代之下，鐵路運輸為了進一步推動整個運輸體系的安全運行，在通信方面不斷加強建設(shè)。當前鐵路通信網(wǎng)已經(jīng)成為了當前確保鐵路運輸環(huán)境正常開展工作的重要支持力量。但是考慮到鐵路通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)覆蓋區(qū)域的帶狀特征，必然相對其他社會通信網(wǎng)絡(luò)會面對更多的干擾，因此，如何切實對干擾實現(xiàn)測定和排除，就成為了當前鐵路通信環(huán)境中的重要職責(zé)。

1 鐵路通信網(wǎng)干擾狀況分析

鐵路移動通訊系統(tǒng)（GSM-R，Global System of Mobile communication for Railways）是目前我國鐵路運輸系統(tǒng)所統(tǒng)一采用的通信網(wǎng)絡(luò)載體，從根本上說，這種技術(shù)是全球移動通訊系統(tǒng)GSM在鐵路運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。這種狀況直接決定了GSM-R和常規(guī)的GMS在技術(shù)核心層面表現(xiàn)出極強的一致性，對應(yīng)地必然導(dǎo)致GSM-R要面對來源于GSM的更多干擾問題。與此同時另一個方面，鐵路通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域是以鐵路運輸系統(tǒng)作為核心的非直線帶狀區(qū)域，并且橫跨極大的地理范圍，同時需要面對諸多復(fù)雜的自然環(huán)境，因此信號在這樣的環(huán)境傳輸過程中，無法避免的會遭到來源于GSM-R系統(tǒng)外界的干擾影響。

想要實現(xiàn)對于 GSM-R系統(tǒng)干擾狀況的準確測定，首先需要對其所面臨的干擾狀況進行了解。對于 GSM-R系統(tǒng)而言，常見的干擾可以分為系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)外干擾兩類。對于系統(tǒng)內(nèi)干擾而言，進一步分為同臨頻干擾、互調(diào)干擾以及直放站干擾三種。其中同臨頻干擾，同時是考慮到 GSM-R系統(tǒng)本身在資源方面僅占有較窄帶寬，從而導(dǎo)致在 GSM-R系統(tǒng)中不同的區(qū)段之間可能會造成的使用同一或相鄰頻點的復(fù)用距離減小，從而造成干擾的問題。并且這種情況會由于鐵路運輸系統(tǒng)本身的曲線特征而加劇。當C/I<12dB或C/Ia<-6dB的時候，即構(gòu)成干擾。而互調(diào)干擾則是指多個不同頻率的信號加到非線性器件上時所形成的干擾。直放站干擾則是考慮到 GSM-R系統(tǒng)在隧道內(nèi)環(huán)境展開工作的時候通常會采用級聯(lián)直放站方式進行服務(wù)覆蓋，并因為直放站同頻放大且對于信號的處理需要時間，因此每段信號之間均會設(shè)置時延，而當時延超過 GSM-R系統(tǒng)能夠分辨的時間窗時，就會產(chǎn)生同頻干擾。除此以外，硬件故障，諸如載頻、天饋避雷器、天線等設(shè)備故障原因也可能會造成GSM-R系統(tǒng)內(nèi)部干擾的產(chǎn)生。

而從 GSM-R系統(tǒng)外部的角度看，主要需要考慮的干擾因素是頻帶問題。從占用頻帶角度看，GSM-R通信系統(tǒng)在我國使用上行885～889MHz以及下行930～934MHz頻段，而GSM系統(tǒng)在社會中采用的是上行890～915MHz，下行 935-960MHz以及上行 1710-1785MHz，下行 1805-1880MHz兩個頻段，并且CDMA系統(tǒng)使用上行825-840MHz，下行870-885MHz頻段。由此可見 GSM-R系統(tǒng)的夾縫地位，極易招致干擾的形成。其上行臨界889MHz與GSM系統(tǒng)上行的890 MHz之間的區(qū)隔僅為1 MHz，并且同樣的隱患也存在于下行頻段以及GSM-R與CDMA系統(tǒng)之間，過小的區(qū)隔導(dǎo)致其干擾本身的易于發(fā)生。

除此以外，來源于社會環(huán)境的其他干擾，諸如非法電臺以及有線電視倍增器漏泄雜波干擾、微波及對講機系統(tǒng)雜波干擾等多個方面，也都是GSM-R系統(tǒng)干擾形成的主要原因。

2 GSM-R系統(tǒng)干擾的測定

干擾對于GSM-R系統(tǒng)的正常工作而言，其影響不容忽視，因此有必要針對其展開切實有效的測定，并且在此技術(shù)上實現(xiàn)對于干擾的判斷并且加以排除。通常而言，需要在存在干擾的區(qū)域內(nèi)進行電測環(huán)境測試，來實現(xiàn)對于干擾源的定位。這種做法本身是在關(guān)閉 GSM-R基站的前提下展開對于鐵路沿線電磁信號的測試，所采用的相關(guān)設(shè)備包括場強測試儀、距離傳感器、GSM-R天線、GPS、測試手機以及必要的軟件支持，并且能夠適應(yīng)列車行駛環(huán)境工作需求。

展開測試的第一步，是獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即在測試列車行駛的過程中用場強測試儀展開連續(xù)性的掃頻。在獲取數(shù)據(jù)的過程中，應(yīng)當注意對列車的位置進行定位，并且需要依照地面鐵路沿線的公里標或其他位置信息對自動測試系統(tǒng)的距離信息展開校準。在距離傳感器發(fā)生故障，或者無法有效展開工作的情況下，應(yīng)當用GPS作為測距的補充工具實現(xiàn)對于列車的定位，對于隧道等環(huán)境，應(yīng)當盡量勻速行駛，以實現(xiàn)對于位置的有效估計。在數(shù)據(jù)采集的整個過程中，應(yīng)當以 GSM-R基站區(qū)間作為基準展開測試手機掃頻，進一步求出干擾信號來源基站的識別 BSIC碼，通常而言會存在多個頻點干擾，可能會對應(yīng)有多個BSIC碼，此外還應(yīng)當對干擾信號場強展開完善記錄。

完成數(shù)據(jù)獲取工作之后，應(yīng)當對測試數(shù)據(jù)展開進一步的分析。具體包括確定場強數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法、場強測試儀采集數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計測試區(qū)間整體電磁環(huán)境圖以及深入分析獲取相關(guān)報告等幾個階段。在確定場強數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法階段，應(yīng)當明確多種數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用環(huán)境和技術(shù)特征，常見的處理方法包括算術(shù)平均法以及計算95%累積概率電平。其中前者是展開面向于整個數(shù)據(jù)序列的滾動平均來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的平滑處理，剔除其中偶發(fā)性的數(shù)據(jù)干擾來進行工作的。進一步依據(jù)李氏定律，當信號衰落并且滿足瑞利分布的時候，在40個波長的取樣區(qū)間長度內(nèi)抽取36-50個樣本并且求取局部均值，即可獲取到90%置信度條件下的樣本均值估計量，并且其偏差控制在1dB范圍內(nèi)。同時偏差的的值會隨著樣本數(shù)的增加而減小，這就是李氏平均。

而后者則相對復(fù)雜，設(shè)第n個頻點在第i區(qū)間內(nèi)累積概率p處的電平值為 Rxlevni，P，則有如下定義如式（1）：

進一步對各個區(qū)間的 Rxlevni，P進行統(tǒng)計，取 P=95%水平，依據(jù)EIRENE規(guī)范算法展開計算。在實際工作中通常選取統(tǒng)計窗口100m，滑動步長同樣為100m展開統(tǒng)計。

兩個方法在實際測試過程中都有應(yīng)用，其中前者是對場強均值的反映，剔除了一些衰落信息，而后者則用來與要求的門限值做比較來統(tǒng)計合格率，可對場強覆蓋進行評估，通常用于無線網(wǎng)絡(luò)的驗收測試。

數(shù)據(jù)經(jīng)過初步的處理之后，需要進一步對場強測試儀采集數(shù)據(jù)展開處理。在采用李氏平均算法的情況下，采用相對具有代表性的900MHz頻率作為參考，其波長為0.33m，因此樣本區(qū)間d應(yīng)當為40λ，約為13m。即相應(yīng)的處理數(shù)據(jù)步驟，應(yīng)當首先以13m作為統(tǒng)計樣本樣本區(qū)間，統(tǒng)計樣本區(qū)間連續(xù)。在一個統(tǒng)計樣本區(qū)間內(nèi)對采集到的數(shù)據(jù)展開算術(shù)平均統(tǒng)計，最后測試系統(tǒng)偏差和天饋系統(tǒng)損耗狀況，對應(yīng)的進入檢測結(jié)果。

在完成這些計算工作之后，即可以針對計算結(jié)果進行總結(jié)，并且進一步統(tǒng)計出測試區(qū)間的整體電磁環(huán)境圖，形成更為直觀的電磁環(huán)境體現(xiàn)。根據(jù)測試區(qū)間內(nèi)的電磁環(huán)境圖對于干擾嚴重的區(qū)域展開更為深入的分析，尤其是需要注意將干擾嚴重的區(qū)域內(nèi)，所有的干擾信號覆蓋狀況進行一一羅列。最后生成面向于干擾信號的具體狀況實現(xiàn)具體的表格分析，應(yīng)當考慮在內(nèi)的分析特征應(yīng)當包括干擾頻點、最大干擾強度、LAC /CI、干擾基站區(qū)間、公里標區(qū)間、經(jīng)度區(qū)間、緯度區(qū)間等內(nèi)容，最終結(jié)合相應(yīng)的計算結(jié)果，形成相對完整的GSM-R系統(tǒng)干擾測定報告。

3 結(jié)束語

在對 GSM-R系統(tǒng)實現(xiàn)有效干擾測定的基礎(chǔ)上，可以展開進一步的干擾排除工作。需要注意的是，在 GSM-R系統(tǒng)的實際工作環(huán)境中，干擾并非穩(wěn)定存在狀態(tài)，除了系統(tǒng)的測定，還應(yīng)當依據(jù)實際工作中的數(shù)據(jù)包傳輸狀況，展開更具有針對性且規(guī)模更小、更為便捷的測定。并且依據(jù)相應(yīng)的干擾檢測報告，切實實現(xiàn)面向于 GSM-R系統(tǒng)的有效的干擾排除，才是干擾測定工作的切實價值。

[1]鐘章隊，李旭，蔣文怡，等.鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[2]陳樂.GSM-R 中場強測試的研究[D].北京.北京交通大學(xué)，2006.