GSM-R电磁干扰及沪杭高铁的清频实例

■ 周天庶

电磁环境测试是GSM－R无线网络规划中的重要一环，关系到GSM-R网络的可靠运行。通过电磁环境测试发现干扰，采取可行的电磁干扰防护措施，如天线类型的选择、分集技术的采用等，为GSM－R网络建设提供技术保障，为后期网络优化提供参考数据。

1 GSM-R电磁干扰概述

1.1 系统内干扰

GSM－R系统内可能存在同频干扰、邻频干扰和互调干扰。同频干扰是指在一定范围内使用相同频率进行复用而产生的干扰。GSM规范05105规定，GSM移动台的同频干扰信号不高于有用信号9 dB。为了满足这一条件，必须确保两个使用相同频率的基站间有足够的空间距离。同频复用距离是指任意2个同频小区之间的距离。GSM-R系统的小区是线状分布，半径为R的小区1和小区3是同频小区，则同频复用距离为2R（见图1）。

邻频干扰是来自相邻的或相近的频道干扰，相近频道可以是相隔几个或几十个频道。造成这种干扰的原因主要有以下两种：一是由于工作频带紧随的若干频道的寄生边带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；二是指移动通信网内一组空间离散的邻近工作频道引入的干扰，如果邻信道载波功率过大，就会对有用信号产生干扰。GSM规范05105规定GSM移动台的邻频干扰（C/A）性能要求：在城市环境下（有多径快衰落但运动速度不高），分别在200 kHz邻频存在不高于有用信号9 dB的GSM干扰信号，400 kHz邻频存在不高于有用信号41 d B的GSM干扰信号，600 kHz邻频存在不高于有用信号49 d B的GSM干扰信号，此时误码率可以满足要求。

图1 GSM-R系统的小区是线状分布图

互调干扰是指有多个不同频率的信号加到接收机非线性器件上时，产生许多组合频率信号，继而造成新的频率分量，其中一部分可能落到接收机通带内， 成为对有用信号的干扰。产生互调干扰的条件： （1）存在非线性部件，各输入信号混频产生互调成分；（2）输入信号频率必须满足其组合频率能落到接收机通带之内；（3）输入信号功率足够大，由此产生幅度较大的互调干扰成分。

1.2 系统外干扰

系统外干扰主要是码分多址（CDM A）网络和GSM网络对GSM-R的干扰。中国电信CDM A的运行频段为：上行825～840 M Hz，下行870～885 M Hz。CDM A 的下行频段与GSM-R的上行频段比较接近，如果站址选择及网络规划不当，有可能对GSM-R产生干扰。具体表现为：（1）CDM A发射机的边带杂散噪声落入GSM-R接收带内；（2）当2个或2个以上载频通过GSM-R上行非线性器件时将发生互调干扰，一般只考虑3阶与5 阶互调干扰，其余高阶可忽略不计。该类干扰信号的特点是具有稳定性。

中国移动GSM公众移动通信系统与GSM-R网络在2009年12月31日之前共用相同频段，我国铁路GSM-R系统使用增强型全球通信系统（EGSM）的频段，频段范围为：885～889 M Hz （上行）、930～934 M Hz （下行），共4 M Hz带宽。该频段与中国移动公众通信系统GSM共用，并规定在直辖市、省会城市和计划单列市的城区，GSM-R 系统的覆盖范围应小于铁路两侧各2 km；在其他地域的覆盖范围应小于铁路轨道两侧各6 km。2009年12月31日之后，移动公司应全面退出该4 M Hz带宽。但如果中国移动没有彻底退出该频段并使用该频段，可对GSM-R网络产生以下几类干扰。

（1）同频干扰。所有落在接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号的干扰，也称为同信道干扰。这些无用信号与有用信号一样在超外差接收机中经放大变频而落入中频通带内，因此只要在接收机输入端存在同频干扰，接收系统就无法滤除和抑制。存在同频干扰的频率范围为f±B/2，f为有用信号载波频率，B为接收机中频带宽。

（2）邻频干扰。来自相邻或相近频道的干扰，是由发射机的带外辐射和接收机共同作用而且发射机的辐射功率为一个带宽而非单频，因此其在邻道的辐射功率可以和有用信号一起进入接收机。邻道干扰有两个方面： 一是由于工作频带紧随的若干频道的寄生边带功率、宽带噪声、杂散辐射等产生的干扰；二是一组空间离散的邻近工作频道引入的干扰。

（3）互调干扰。当有多个不同频率的信号加到非线性器件上时，将产生许多组合频率信号，其中的一部分可能落到接收机通带内，成为对有用信号的干扰。例如：2f1-f2=f3，（f1＋f2）－f3=f4。

2 沪杭高铁GSM-R干扰测试及电磁环境整改

GSM-R系统的干扰测试分静态测试和动态测试两种，动态测试主要是利用路测仪器在试验车上对沿线进行全面测试。静态测试主要是利用前期动态测试得出的干扰资料，用频谱分析仪在现场逐点定位干扰源。

为保证铁路GSM－R系统安全可靠运行，工业和信息化部要求铁路GSM-R系统频段内干扰信号低于-105 d Bm。在具备路测条件后，对沪杭高铁全程进行了干扰路测。由于沪杭高铁所在区域地处平原，沿线经济发达，各种无线覆盖系统很多，电磁环境极为复杂；而高铁架设很高，机车的接收条件非常好，因此受干扰的概率非常高。为排除这些干扰，制定清频方案，根据实际测试结果，逐步扩大铁路沿线EGSM退频范围，清退相邻地市边缘区域的EGSM频点。同时对基站、直放站设备进行了测试，加强了对直放站信息的整理与核查。

（1）全面清频。浙江省内各地市公司在2010年5月初进行了清频，沿铁路线两侧15 km范围内确保没有一个小区使用EGSM频点。经测试，效果不够理想，随即扩大到60 km以上。并计划逐步在全省范围内全面清退EGSM频段。

（2）三阶互调干扰排查。即使在铁路沿线，各电信公司全面清退了EGSM频段，但还会有EGSM频率的干扰信号，这主要是由三阶互调造成的。联合测试组在余杭附近测试时，发现EGSM频段内干扰较大，最大时达到-85 d Bm左右。在余杭基站下面做了反复的测试，发现1004频点上还存在干扰。移动公司经过改频、换扇区等手段后，最终消除了三阶互调的干扰。

（3）更远范围内的EGSM清频。通过EGSM信号传播能力分析，扩大对EGSM频点系统内使用的排查力度，避免远处的同频信号干扰铁路沿线。通过测试发现，杭州湾跨海大桥上的EGSM频点对铁路沿线有干扰，最终对频率进行重新规划后得到了解决。

（4）直放站干扰测试。在无线直放站附近测试EGSM频谱信号，EGSM频段内底噪抬升非常明显。针对这个情况，移动公司组织专门队伍开展问题排查。

（5）小区改频。2010年6月30日凌晨，在高铁5 km范围内，将嘉兴下挂直放站的所有宏基站45号频点以下的载波改频：频点从低频改为高频，禁止使用45号以下频点。嘉兴境内共修改频点200多个。45号以下频点的三阶互调产物极易落在GSM-R频段内。

（6）针对异常网元进行调查。为了防止三阶互调对EGSM频段的影响，对直放站做进一步的测试，从而确定基站设备以及天馈系统对三阶互调的抑制能力。严格把关设备入网，对已入网设备进行检测，加强对直放站以及有故障设备的排查。

3 总结

经过浙江省无线电管理委员会、浙江移动通信公司和上海铁路局上海通信段多方面的努力，高铁GSM-R干扰排查积累了一定经验，也取得了一些结论，如EGSM频段内强干扰已经完全消除，EGSM段内尚有零星干扰信号；沪杭高铁高架上无线环境非常优良，远处EGSM同频信号的影响较大；直放站、干扰器等设备对底噪有一定影响，应加强干扰信号排查力度等。为保证沪杭高铁GSM-R通信业务的高质量高标准，也建立了长效沟通机制，各家单位定期协商，保证信息畅通，发现问题及时解决。