现代化铁路通信信号引入干扰分析

潘延文

摘要：本文笔者分别对产生干扰的机制和信号比值计算进行剖析，并探讨多系统共用铁塔和漏泄电缆的方案。

关键词：铁路通信；信号引入；干扰；信号比值

前言

目前，公众移动通信信号引入现代化铁路的共建共享是一项综合性工作，需要充分考虑多种因素，其中多系统间的干扰和信号比值分析以及对共用方案的确定是首当其冲的任务。根据本文分析和计算，多系统间的干扰在采取合理工程措施的情况下，完全可以达到所要求的信号比值标准，多系统共建共享的建设方案可以最大程度实现资源共享和节约投资。

1引入信号类型

随着公用移动通信的发展，多种不同制式的公用移动通信信号需要引入现代化铁路全线，主要有以下几种。

（1）中国移动的GSM900和WCDMA

（2）中国联通的GSM900和TD-SCDMA

（3）中国电信的CDMA2000o

由此可见，公用移动通信引入系统不仅种类繁多，而且频段分布极广，如表1所示。

2现代化铁路公用移动通信引入系统共址时的干扰及信号比值分析

2.1干扰模型和干扰分析

共址基站间的干扰主要分为3部分:杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰，如图1所示。

（1）杂散干扰与基站带外发射有关，这是接收方自身无法克服的。发射机的杂散辐射主要通过直接落人接收机的工作信道形成同频干扰而影响接收机，这种影响可以简化为提高接收机的基底噪声，使被干扰基站的上行链路变差，从而降低接收机的灵敏度。考虑杂散干扰的信号比值按以下公式进行计算：

（1）

其中，Nmax为被干扰系统能容忍的杂散上限；Pt为干扰基站天线连接处输出的杂散辐射电平；E为信号比值；WA为干扰电平的可测带宽，WB为被干扰系统的信道带宽。

（2）阻塞干扰与接收方接收机的带外抑制能力有关。当较强功率加于接收机端时，可能导致接收机过载，使其增益下降，从而导致接收方接收机因饱和而无法工作。考虑阻塞干扰的信号比值按以下公式进行计算：

（2）

其中，Pt为干扰系统额定发射功率；Nmax为被干扰系统能容忍的阻塞上限；E为信号比值。

（3）互调干扰是干扰信号满足一定关系时，由于接收机的非线性，会出现与接收信号同频的干扰信号，其影响和杂散辐射一样，提高接收机的基底噪声，降低接收机的灵敏度，因此可以把互调干扰也看作杂散的影响。研究表明，三阶互调干扰是最强的互调干扰，其频率为。相比杂散干扰和阻塞干扰，三阶互调干扰强度要小很多，在当前的干扰模型下，信号比值如果满足了杂散和阻塞干扰要求，也会满足三阶互调干扰的要求。

系统干扰的引入势必会导致接收机灵敏度的下降，所以，为了保证较好的系统性能，接收机侧的3种干扰必须避免或最小化，为了实现这个目标就必须保证不同系统间有较好的信号比值。通常认为干扰信号落人被干扰系统，使被干扰系统的灵敏度恶化0.5dB以内，即认为干扰可以忽略。要使接收机的灵敏度恶化0.5dB以内，其所收到的干扰电平应低于受干扰系统内部的噪声9dB以上。

2.2各系统间信号比值要求

根据上述分析，主要对各系统问的杂散干扰和带外阻塞干扰进行分析，从而得出各系统间正常工作需要保持的信号比值要求。

目前，CDMA2000lx根据工信部的规范，下行频段为869—894，但该频段落入了GSM-R和移动GSM900的上行频段885—890和890—909之内。

同样，TD-SCDMA和WCDMA在1920MHz处也有上下行重叠。根据现在的干扰模型，同站址能满足的最大信号比值也不可能满足系统要求，所以CDMA2000lx引入现代化铁路与其他系统同站址建设，只能允许其下行采用869—880频段，TD-SCDMA和WCDMA系统不能在1920MHz处的邻频上共存工作，以上所有计算分析皆基于此进行。对各系统间杂散干扰和阻塞干扰的计算分别采用公式(I)和(2)，Nmax采用3GPP或3GPP2协议对共站址的相关要求。基站底噪电平采用No=KTB计算，其中K为玻尔兹曼常量1.38054×10-23(J/K),T为绝对温度值29℃，B为接收机带宽。根据对各系统杂散干扰和阻塞干扰的计算结果，并取相关信号比值的最大值，可以得到各系统间的信号比值要求，如表2所示。表2中数据表示第一列中系统对第一行中系统的信号比值要求。需要说明的是，所有计算都基于3GPP或3GPP2协议中对各制式基站的最小要求，但实际各厂家的技术参数各不一致且均优于协议中要求，在实际工程中需要根据厂家技术参数进行相应调整。

3多系统共用铁塔方案探讨

共用铁塔可建3层平台，鉴于GSM-R系统的重要性，第1层平台安装GSM-R天线，第2,3层平台安装公网引入系统的天线。由于两层平台要安装5个系统的天线，每层平台必然要安装多个系统的天线，天线之间的信号比值是必须考虑的问题。当电磁波通过视趾传播时，收发天线之间的隔离可以用下面公式计算：

（3）

其中，r为收发天线之间的距离；λ为电磁波波长；GT为发天线在与接收天线连线方向上的增益（dBi）；GR为接收天线在与发天线连线方向上的增益（dBi）。

根据导出的各系统间信号比值要求，天线架设方案可以按照以下原则进行。

(1)移动GSM和联通GSM系统应安装于不同的平台。

(2)WCDMA与TD-SCDMA天线宜处于不同平台。

(3)CDMA2000与各系统间的信号比值要求都较高，CDMA2000系统可考虑加设额外滤波装置。

(4)适当调整两个系统的功率和扇区天线方位间的位置和角度，保证水平背向一定角度来减少天线间的路径增益和增加空间信号比值。

(5)可以将信号比值要求较高的两个系统通过双频合路器合路后共馈线到塔顶，再通过双频分路器分路到达各自的天线系统。通过两个合路器叠加增加一定信号比值，但同时也带来了0.4dB左右的插损。

在实际工程设计中，可参考上述原则，并根据天线技术参数、各系统间信号比值要求和公式(3)计算得到满足工程要求的平台设置和天线安装方案。

4隧道内漏泄电缆共用方案探讨

为了避免各公众移动通信系统对GSM-R系统造成干扰，各公众移动通信系统应单独设置漏泄同轴电缆。隧道内各公网系统设备原则上均设于同一洞室，采用POI将各系统设备的不同载频信号合路后，输出到共用的漏泄同轴电缆，同时也将漏泄同轴电缆上行的不同载频信号分路后送往各自基站。目前POI对TD-SCDMA和WCDMA之间的信号比值指标一般为80—90dB，无法满足TD-SCDMA和WCDMA之间高达91dB的信号比值要求，故TD-SCDMA和WCDMA系统之间

应分缆设置。同时，CDMA20001x下行和移动GSM900之间的上行频段比较接近，也同样应分缆设置。所以隧道内公网系统共用2条漏缆，移动的GSM900和TD-SCDMA共享一条漏缆，联通WCDMA,GSM900和电信CDMA20001x共享另外一条漏缆。可知，当采用上述的漏缆共用方案时，各个系统之间的信号比值均能达到3GPP或3GPP2协议所规定的信号比值要求。

5结语

随着我国现代化铁路飞速发展和广大旅客对公众移动通信的需求，中国移动、电信和联通均已考虑将不同制式的公用移动通信信号引入覆盖现代化铁路全线。同时，根据铁道部的相关要求，在充分保障开通后行车安全的前提下，在设计中可以考虑多个不同制式移动通信系统的整合建设，合理利用现代化铁路富余资源。为了充分共享资源和节约投资，无线覆盖设备在满足条件的情况下应进行共建共享，这样必然增加了多系统之间互相产生干扰的机会。为了保障共建共享的多系统之间能同时正常工作，如何避免、减少不同系统之间的干扰就成为一个突出问题。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。