劉 順

(中國鐵路南寧局集團(tuán)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(diào)、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)、應(yīng)急通信等功能，承載列車指揮調(diào)度、應(yīng)急通信等涉及人民生命財(cái)產(chǎn)安全的業(yè)務(wù)，在鐵路運(yùn)輸行車調(diào)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(wǎng)元多級(jí)容災(zāi)和高QoS，保障網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的干擾因素眾多，排查干擾往往需要設(shè)備維護(hù)單位、地方無線電管理委員會(huì)和電信運(yùn)營商等密切配合，是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，下面列舉2 個(gè)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)受到干擾案例，對(duì)干擾進(jìn)行分析和定位，提出合理解決方式，確保整個(gè)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(jī)多次反饋接收不到進(jìn)路預(yù)告信息。網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，松川基站掉話次數(shù)異常增高達(dá)到48次，掉話率達(dá)到1.19%。

1.1.2 問題分析

對(duì)松川基站切換失敗的信令進(jìn)行分析，切換時(shí)通話上行質(zhì)量急劇惡化，接收電平降至-110 dBm，導(dǎo)致接收機(jī)解調(diào)失敗。觀察網(wǎng)管性能統(tǒng)計(jì)，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(jí)），從BSC 的小區(qū)干擾檢測(cè)，可知松川小區(qū)存在較強(qiáng)干擾。

通過BSC 網(wǎng)管設(shè)備的“上行頻點(diǎn)掃描”功能，對(duì)基站接收頻帶范圍內(nèi)所有頻點(diǎn)進(jìn)行掃描，統(tǒng)計(jì)接收信號(hào)情況，可以對(duì)干擾源類型進(jìn)行初步的分析和判斷。上行頻點(diǎn)掃描結(jié)果包含接收主集天線和分集天線信號(hào)底噪的最大值和平均值，其中主集和分集對(duì)應(yīng)著BTS3012 里DDPU 設(shè)備的二個(gè)機(jī)頂口，也就是對(duì)應(yīng)天線的兩個(gè)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(huì)對(duì)接收機(jī)的接收質(zhì)量造成影響。對(duì)上行885 ～889 MHz 頻段（999 ～1018 信道號(hào)）的底噪幅度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出885 MHz（999 頻點(diǎn)）的分集天線底部噪聲最高，889 MHz（1018 頻點(diǎn)）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(cè)50 m 處新建1 個(gè)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(jìn)行頻點(diǎn)掃描，878 MHz 頻點(diǎn)附近存在強(qiáng)信號(hào)，且雜散信號(hào)拖尾引起885 MHz頻點(diǎn)底部噪聲抬升，聯(lián)系電信公司對(duì)該干擾站點(diǎn)進(jìn)行閉站操作，在BSC 網(wǎng)管進(jìn)行干擾帶監(jiān)測(cè)，信道干擾帶由5 級(jí)降至1 級(jí)，干擾基本消除。至此可以確定導(dǎo)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(duì)GSM-R 基站底噪的分析，找出干擾頻點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)考察確定了干擾源，最終確認(rèn)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(hào)雜散，降低了對(duì)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(wǎng)絡(luò)測(cè)試時(shí)，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(hào)電平大于最小覆蓋-92 dBm 的要求，但通話質(zhì)量為6 級(jí)，導(dǎo)致切換掉話嚴(yán)重。但在該區(qū)域沿鐵線進(jìn)行掃頻測(cè)試未發(fā)現(xiàn)明顯干擾。

1.2.2 問題分析

無線信號(hào)傳輸受地形或者建筑的阻擋會(huì)產(chǎn)生折射或者散射，接收機(jī)會(huì)接收到不同路徑傳輸?shù)臒o線信號(hào)。由于受GSM 接收機(jī)均衡器的限制，2 個(gè)無線信號(hào)之間時(shí)延差不能大于4 TA（約15 μs），否則就會(huì)對(duì)接收機(jī)造成多徑干擾，導(dǎo)致接收機(jī)掉話。

對(duì)掉話兩側(cè)的2 個(gè)直放站（直放站2 和直放站3）依次閉鎖測(cè)試，發(fā)現(xiàn)2 個(gè)直放站發(fā)出的信號(hào)時(shí)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(shí)延差為9 TA。因此，可以確認(rèn)掉話是接收機(jī)收到2 個(gè)直放站的信號(hào)時(shí)延差過大造成。

1.2.3 處理措施

經(jīng)與設(shè)計(jì)公司、施工單位及設(shè)備廠家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和核實(shí)，原因是直放站3 的周邊地質(zhì)松軟，不適宜進(jìn)行挖掘作業(yè)，施工單位繞道敷設(shè)光纜，延長(zhǎng)了光纜距離，造成不同直放站發(fā)出的信號(hào)時(shí)延相差太大。

為解決此問題，將原BTS 基站設(shè)備換成室內(nèi)基帶處理單元（BBU）+RRU（遠(yuǎn)端射頻單元），并將直放站遠(yuǎn)端機(jī)3 改造成RRU（遠(yuǎn)端射頻單元）。通過筆記本電腦對(duì)BBU 和RRU 的時(shí)延調(diào)整參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將直放站遠(yuǎn)端機(jī)2 和直放站遠(yuǎn)端機(jī)3 的時(shí)延差調(diào)整至合理范圍內(nèi)，從而解決2 個(gè)直放站覆蓋區(qū)的時(shí)延差問題。直放站2 與直放站3 的時(shí)延差為9 TA，1 TA ≈3.7 μs,差約為33.3 μs，將直放站2 的時(shí)延參數(shù)調(diào)整延遲33.3 μs。經(jīng)設(shè)計(jì)單位修改設(shè)計(jì)，施工單位改造完成后，重新對(duì)掉話區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，直放站2 的TA 值為19 TA，直放站遠(yuǎn)端機(jī)3的TA 值為21 TA，又進(jìn)行區(qū)間撥打通話測(cè)試，均撥通成功，通話話音清晰。至此，掉話問題不再復(fù)現(xiàn)，問題解決。

2 GSM-R系統(tǒng)干擾分析

GSM-R 系統(tǒng)信號(hào)干擾有來自系統(tǒng)內(nèi)部以及來自電信、移動(dòng)等運(yùn)營商信號(hào)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(jìn)行合理分析，總結(jié)各類干擾特征并提供有效的解決方案。

2.1 系統(tǒng)內(nèi)干擾

系統(tǒng)內(nèi)干擾一般是指干擾信號(hào)來自鐵路GSM-R 通信系統(tǒng)本身的無線設(shè)備性能和網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，主要存在兩種情況。

1）隨著高鐵業(yè)務(wù)的持續(xù)建設(shè)發(fā)展，在不同線路的交叉區(qū)段或樞紐區(qū)域，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)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(yán)重，GSM-R 網(wǎng)絡(luò)頻率資源匱乏導(dǎo)致在這些樞紐地區(qū)的基站在較短的距離內(nèi)進(jìn)行復(fù)用，很難通過距離來防止復(fù)用頻率重疊，因此會(huì)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(zhǎng)時(shí)間使用出現(xiàn)雜散不合格，對(duì)周邊正?；驹斐筛蓴_。此類干擾信號(hào)很難從其他GSM 網(wǎng)設(shè)備雜散信號(hào)中區(qū)分出來，但可通過本線或相鄰線路的網(wǎng)管終端告警或性能統(tǒng)計(jì)上對(duì)它進(jìn)行有效識(shí)別，具體表現(xiàn)為隨著GSM-R 系統(tǒng)設(shè)備一年一年逐步老化，此類干擾出現(xiàn)的概率會(huì)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(hào)，多指干擾信號(hào)來自電信、移動(dòng)等運(yùn)營商信號(hào)雜散、互調(diào)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(hào)也呈多樣，常見的主要有以下3 種類型。

1）來自GSM 網(wǎng)絡(luò)的干擾

目前，鐵路GSM-R 基站的干擾主要來自移動(dòng)和聯(lián)通運(yùn)營商的GSM 網(wǎng)基站，運(yùn)營商基站數(shù)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(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)并無本質(zhì)差別，隔離頻段很窄，因此很容易受到運(yùn)營商GSM 網(wǎng)絡(luò)基站的信號(hào)干擾。

2）來自電信CDMA 網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)，產(chǎn)生的影響比GSM 網(wǎng)絡(luò)要小，CDMA 采用的擴(kuò)頻技術(shù)使其在較寬的帶寬上進(jìn)行工作，但是其產(chǎn)生的帶外雜散較GSM 更高，尤其是在引入CDMA 直放站工作時(shí)，由直放站產(chǎn)生的雜散更容易對(duì)GSM-R 上行頻率形成干擾。

3）來自非運(yùn)營商的其他GSM 網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的干擾

除了電信運(yùn)營商的基站之外，現(xiàn)在還存在未經(jīng)批準(zhǔn)私自使用的“GSM 信號(hào)放大器”、“手機(jī)信號(hào)干擾器”和“偽基站”等設(shè)備，此類設(shè)備工作時(shí)都會(huì)對(duì)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(tái)信令查詢等手段，確定干擾信號(hào)來自GSM-R 網(wǎng)內(nèi)干擾還是非GSM-R網(wǎng)干擾。如果是來自網(wǎng)內(nèi)，則查找被干擾基站的信令以及Abis 端口數(shù)據(jù)，判斷產(chǎn)生掉話的原因，例如基站或直放站工作異常，時(shí)延過大產(chǎn)生的多徑干擾，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差，覆蓋場(chǎng)強(qiáng)地等；如果來自網(wǎng)外則需要進(jìn)行干擾源排查工作。

3.2 干擾源排查

采用掃頻儀或TEMS 對(duì)GSM-R 信號(hào)頻段進(jìn)行清頻測(cè)試，如發(fā)現(xiàn)底噪異常抬升的路段進(jìn)行排查，及時(shí)對(duì)干擾源進(jìn)行排查處理。

現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行掃頻測(cè)試。

頻譜儀設(shè)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(gè)方位測(cè)試，初步確認(rèn)干擾信號(hào)最大方向。調(diào)查該方向上的運(yùn)營商基站分布情況，驅(qū)車前往懷疑的站點(diǎn)，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(diǎn)為干擾源的可能性較大。

在疑似干擾站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試：1）在疑似干擾站點(diǎn)的下方，使用儀表的定向天線對(duì)準(zhǔn)疑似干擾方向的基站天線（空曠無阻擋），觀察測(cè)試儀上干擾電平及頻點(diǎn)，并記錄測(cè)試結(jié)果；2）確認(rèn)該干擾信號(hào)頻點(diǎn)并非受干擾GSM-R 站點(diǎn)規(guī)劃使用頻點(diǎn)，通知網(wǎng)管關(guān)閉該方向基站，在掃頻儀上觀察干擾變化情況；3）如果關(guān)閉前后干擾無變化，說明干擾信號(hào)與該基站無關(guān)，需要繼續(xù)對(duì)干擾進(jìn)行排查。

4 GSM-R干擾問題解決方法

4.1 運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

電信CDMA 對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量。該問題一般需要與運(yùn)營商進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，采用降低運(yùn)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(duì)GSM-R 基站的影響。

GSM 網(wǎng)絡(luò)可以通過對(duì)公網(wǎng)基站頻率進(jìn)行規(guī)劃，優(yōu)化GSM 基站的頻率配置，避免GSM 基站的互調(diào)產(chǎn)物對(duì)GSM-R 的干擾；如果鐵路基站周邊運(yùn)營商的GSM 站點(diǎn)較密集，可以將運(yùn)營商頻點(diǎn)調(diào)整至1 800 MHz 頻點(diǎn)或者通過調(diào)整周圍GSM 基站扇區(qū)覆蓋距離的方式，避免對(duì)GSM-R 形成干擾；建議運(yùn)營商不在離鐵路基站較近的地方架設(shè)基站，如果已存在基站則采用降低發(fā)射功率，使用遠(yuǎn)離GSM-R 頻點(diǎn)的頻率配置方式進(jìn)行工作，盡量避免采用跳頻方式擴(kuò)大話務(wù)量。

上述方法優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)對(duì)GSM-R 網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生影響，但是需要與運(yùn)營商進(jìn)行大量的溝通，實(shí)施的難度較大。

4.2 GSM-R基站增加濾波器

通過對(duì)GSM-R 基站增加濾波器來濾除運(yùn)營商的干擾。該濾波器主要工作頻點(diǎn)是885 ～889 MHz和930 ～934 MHz，對(duì)工作頻帶外的干擾抑制要求是≥30 dB，由于電信CDMA 頻點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，因此低端頻率對(duì)于濾波器的帶外抑制要求不高；由于移動(dòng)的規(guī)劃頻率為935 ～960 MHz，而GSM-R 的工作頻點(diǎn)為930 ～934 MHz，只有1 MHz 的隔離頻帶，因此對(duì)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(shí)現(xiàn)。

這種方法能夠有效的抑制來自運(yùn)營商的帶外干擾，也可以對(duì)互調(diào)干擾進(jìn)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(huì)帶來基站覆蓋距離的縮短，從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，可能會(huì)導(dǎo)致新的盲區(qū)的產(chǎn)生，因此需要日常進(jìn)行頻繁的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作。

5 結(jié)束語

GSM-R 網(wǎng)絡(luò)中不可避免存在著各種干擾情況，主要可通過以下兩個(gè)措施進(jìn)行有效處理:一是可以通過適當(dāng)?shù)姆椒▉砼懦虮苊獬Ｒ姼蓴_，尤其是加強(qiáng)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(cè)系統(tǒng)設(shè)備來加強(qiáng)對(duì)GSM-R 系統(tǒng)使用狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。二是在工程設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，應(yīng)首先通過電磁環(huán)境測(cè)試尋找是否存在外部干擾源，再結(jié)合工程的具體情況選擇適當(dāng)?shù)目垢蓴_方法(如設(shè)備的選型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整等)。解決鐵路GSM-R 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的干擾，尤其是降低系統(tǒng)內(nèi)部干擾，是一項(xiàng)長(zhǎng)期不間斷而且非常復(fù)雜的工作，有待于在實(shí)際工作中進(jìn)一步摸索總結(jié)。