GSM—R系统中主要干扰的分类

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引言：本文主要对GSM-R系统可能中存在的干扰类型进行了分类，便于在日常维护中，进行科学的分析与判断。
前言
GSM-R是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统，是在GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统。为了适应中国铁路实现跨越式发展的需要，原铁道部已决定在全国铁路系统中逐步建设起一套符合中国铁路发展需求的数字移动通信网络—GSM-R系统。在铁路运输安全方面起着重要的作用。对于GSM-R系统存在干扰，下文将根据不同方面进行简单的分析与分类。
目前公用无线网络通信系统主要由中国移动通信的TD-SCDMA和GSM网络、中国联合通信集团的WCDMA和GSM网络、中国电信的CDMA2000网络及各家的PHS和ETACS系统，而根据国家频率资源的划分规定，
目前我国运营商实际占用的频段情况如下：
中国移动：
GSM900：885-909MHz上行 930-954MHz下行；
GSM1800：1710-1725MHz上行 1805-1820MHz下行；
ETACS现划归中移EGSM900：885-890MHz上行 930-935MHz下行；
TD-SCDMA为1880MHz -1900MHz， 2010MHz-2025MHz。
中国联通：
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）。
中国电信：
CDMA：825-840MHz 上行 870-885MHz下行；
PHS：1900-1920MHz；
CDMA2000 1920MHz -1935MHz（上行）、2110MHz -2125MHz（下行）。
而GSM-R的频段情况，目前实际GSM-R采用885MHz-889MHz（上行）、930MHz-934MHz（下行）共4MHz的频率资源，其属于EGSM部分，是由中国移动进行频率腾退而来的，是在中国移动原有的频段内的，在铁路附近归GSM-R占用。而铁路以外的区域，仍然归中国移动使用。铁路GSM-R系统使用该频段的地域范围是：在直辖市、省会城市和计划单列市的城区，铁路轨道两侧各2km以内，GSM-R系统协调使用该频段；而在其他地域，铁路轨道两侧各6km，GSM-R可以使用该频段。从上述可以看出，由于中国铁路GSM-R系统使用的频段较特殊，对于铁路附近的区域内，与GSM-R频段临近，并且最可能对GSM-R造成影响的，主要是该三大移动通信的运营企业。随着铁路的不断发展，运营商为了更好的提供服务，也都在加大对铁路沿线的信号覆盖。
GSM-R移动通信系统中常见的干扰，本质上是网外的一些非法信号占据了合法GSM-R信号的频率，造成GSM-R信号无法正常工作而形成的。对于铁路专用移动通信系统来说，比其他公众移动通信系统的干扰要复杂，按照其干扰源可以粗略地将GSM-R移动通信系统的干扰分为外部干扰和内部干扰。
一、外部干扰
外部干扰又主要分为以下几种情况：强信号干扰、固定频率干扰、不可预测信号干扰和非法信号干扰。
1.1强信号干扰
铁路GSM-R系统与GSM系统工作在同一频段，铁路沿线两系统基站间存在同、邻频设台现象，因此在进行两系统的频率规划时，必须重点考虑两系统间的同、邻频干扰。此外，GSM系统大量使用的直放站也称为了GSM-R的主要干扰源，特别是GSM系统采用的一些宽带直放站，把GSM-R整个频段上下行通带所有的信号、噪声都进行了放大，这些因素对覆盖区域内GSM-R系统的干扰尤为严重，将直接影响到GSM-R系统的稳定运用，甚至危及到高速铁路的行车安全。
1.2固定频率的干扰
这种干扰频率虽然小范围抖动，但是都几乎不变，上下行都有可能存在。这种干扰信号频谱干净，而且也比较稳定，这些固定频率的干扰源日常工作于GSM-R移动通信的合法频段。在日常运用中，由于中国铁路GSM-R频段是原有的E-GSM的频段，而该部分频段，原来主要是中国移动使用，所以中国移动的E-GSM频段是GSM-R的主要干扰源之一，但是实际监测中也表明，存在其他运营商非法使用该频段的情况，比如下述的中国联通非法占用等，因此，日常监测中也应特别留意。
1.3不可预测信号干扰
目前，对于工作在900MHz的GSM系统来说，微波设备及对讲设备产生的杂波干扰、有线电视信号放大器漏泄的杂散信号干扰、宽带射频直放站转发的大信号干扰等是三种常见类型的不确定类不可预测信号干扰。由于公众网络的移动通信运营商大量采用宽带射频转发类直放站设备，该类设备会将不同移动通信网络基站的发射信号放大后并进行转发，主要是将一些与GSM-R网络频段临近的或者相同的信号进行了放大，从而对GSM-R网络造成干扰。
1.4非法信号的干扰
这种干扰信号，主要是一些非法运营者或者单位，在未得到国家授权的情况下，违反国家的无线电管理规定，私自使用了GSM-R频段进行了发射，这种信号同时具备有了突发、不定时等一些特点。也主要是人为造成的。
二、内部干扰
内部干扰主要有两个来源：一个是网络设备硬件质量和施工质量以及周边环境因素造成的，另一个主要是网络规划和小区覆盖设置以及网络数据配置等造成的，主要与网络本身的特点和通信制式的技术特性有关。2.1设备内部干扰
GSM-R设备内部的干扰主要是由无线设备收发信机及设备内部元器件产生的。在GSM-R基站中，主振器、振荡器、调制器、倍频器、放大器等各种射频器件在运行时都会产生一些热噪声，这些噪声被调制后经设备发射出去，进入空间后，直接对GSM-R有用信号造成干扰，同时设备外部的一些杂散信号以及噪声也会发生串扰，进入电源电路，在电源设备滤波不理想的情况下，经各次交流脉动谐波就会进入到发射电路，进而形成发射噪声；同时，由于设备的技术因素，发射机本身的寄生杂散性辐射和邻信道发射以及接收机内部的组合干扰等设备自身因素，也会对GSM-R系统行成有害干扰。
2.2GSM-R网内干扰
在GSM-R网络中，由于基站和直放站设备众多，他们相互之间互相影响，相互作用，也可能产生同频、邻频和互调等干扰信号，同时，由于GSM-R网络的时间色散等因素，也会引起一些干扰。
1 同频干扰：
在移动通信中，为了提高频率利用率，增加系统容量，地理上都采用较高密度的频率复用方式，这种情况下，也会造成一些同频、邻频等干扰。实际使用中，使用相同频率的小区之间距离越小，同频干扰影响越大，造成得干扰越明显，但这种情况下，频率复用率较高，频率利用率也高；相反，加大相同频率小区的距离，就可以减小同频干扰，但频率利用率也会降低。但在GSM-R中，进行频率规划时，应兼顾两者，早考虑同频干扰的同时，也应考虑频率的利用率。这里用于评价接收信号质量的性能指标称为载波干扰比，它取决于有用信号的功率（C）和同频率干扰信号的功率（I），用C/I表示。对于GSM-R系统中，GSM-R信号的一些非安全类电路域数据信道和话音信道所在信道应满足载波干扰比C/I≥9dB，分组域数据类业务所在信道至少应满足载波干扰比C/I≥12dB。列控信道日常要求一般应满足载波干扰比C/I≥12dB。
2 邻频干扰：
邻频干扰是指信道相邻或信道互相之间比较接近的信号之间的互相干扰。GSM-R移动通信系统是属于频分双工，时分多址的多信道工作系统，为了有效提高频谱利用率，设计中常把信道间的间隔设计得很小（比如GSM-R两个频道之间间隔200kHz），这个就是产生邻频干扰的最主要的原因。在相邻小区或同一小区使用相邻信道时，尽可能减小邻频干扰是非常重要的。对于GSM-R系统，通常200kHZ邻频干扰保护比要求C/I≥-6dB；400kHz邻频干扰保护比要求C/I≥-38dB。
3 互调干扰：
互调干扰是指当存在多个不同频率的信号同时加到非线性器件上时，非线性变换会将产生一系列新的不同频率分量，其中一部分落到接收机通带内的信号，成为对有用信号的干扰。新产生信号的频率分量满足公式1的频率关系，设输入的两个信号的频率为f1，f2（绝对频率）：
最常见是三阶、五阶互调分量，因为在各阶互调分量中，三阶、五阶互调产物的幅度相对较高。以下以三阶互调为例，2f1- f2 和2f2- f1 的两种频谱分量距离本身信号最近，它们最有可能对系统产生干扰，频谱分布如图1 所示。
图1 三阶互调产物示意图 third order intermodulation products diagram
而互调信号又细分为发射机互调、接收机互调和外部互调等。
1）发射机互调是指一部或多部发射机的发射信号在有效的作用范围之内，通过天线和其它途径侵入另一部发射机中，并在其另一部发射机的功率放大器等设备的非线性作用下，相互调制，组合产生不需要的频率，随有用信号发射出去，造成对接收机的干扰。
2）接收机互调主要是由于接收机在输入端同时接收到几个功率相对较大的不同频率信号产生的。这几个不同频率的信号进入到接收机前端电路，在设备的非线性作用下就会生成一些互调产物，这些互调产物落入到接收机中频带内时，就会引起对接收机的干扰。
3）外部效应互调是由于在设备施工安装过程中，造成的天馈线、双工器以及滤波器等一些无源器件之间接触不好，以及不同金属的接触部分引起的非线因素，在强高频场中产生了检波作用，进而生成了互调信号。
4 时间色散引起的干扰：
无线电波在传播路径上原直达波和各反射波之间的传播路径不同，这是形成时间色散的根本原因。由于时间色散的原因，接收信号中的一个码元的波形，由于时间的延迟，就会扩展到后面的相邻码元周期中，这样，携带同一信息、由于直达波和反射波在到达接收端时的时间不同，就会产生码间干扰。因此，时间色散也会使GSM-R数字移动通信系统产生误码，这种干扰在系统中引入同频直放设备之后显得尤为明显。
5 阻塞干扰：
阻塞干扰是指当大幅度的干扰信号伴随着有用信号同时进入到接收机时，干扰信号会使接收机链路的非线性器件饱和，进而产生非线性失真。而且，设备在只有有用信号时，如果信号幅度过大时，也会产生振幅压缩现象，严重时也会造成阻塞。发生阻塞干扰是设备的非线性原因造成的，特别是会引起互调、交调等的多阶产物，同时，如果接收机的动态范围受限的话，这种情况下也会引起阻塞干扰。阻塞会导致接收机无法正常工作，长时间的阻塞还可能造成接收机的永久性性能下降。在GSM-R线路内，应特别考虑公众网络，特别是GSM网络引入过程中的大信号阻塞，因此在考虑外网设备的情况下，应注意自身网络设备的阻塞性能。
结束语
针对不同的干扰来源，GSM-R系统在日常维护工作中，应根据实际情况，做出不同的判断，分析清楚是哪一种干扰类型，针对网内还是网外的干扰，采取不同的处理措施。
参考文献
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（作者单位：通号工程局集团有限公司）