高速铁路GSM-R干扰问题分析及对策

刘 顺

(中国铁路南宁局集团有限公司南宁通信段，南宁 530029)

铁路综合无线通信系统(GSM-R)，为铁路提供无线列调、区段养护维修作业、应急通信等功能，承载列车指挥调度、应急通信等涉及人民生命财产安全的业务，在铁路运输行车调度指挥过程中发挥着重要的作用。因此，GSM-R 系统必须具备高可靠性、网元多级容灾和高QoS，保障网络的安全稳定运行。由于GSM-R 网络的干扰因素众多，排查干扰往往需要设备维护单位、地方无线电管理委员会和电信运营商等密切配合，是网络优化工作的重点和难点，下面列举2 个GSM-R 网络受到干扰案例，对干扰进行分析和定位，提出合理解决方式，确保整个通信系统的安全性和稳定性。

1 案例分析

1.1 衡柳线受电信CDMA干扰

1.1.1 问题描述

2017 年1 月以来，衡柳线松川至全州南区间，司机多次反馈接收不到进路预告信息。网络性能指标统计发现，松川基站掉话次数异常增高达到48次，掉话率达到1.19%。

1.1.2 问题分析

对松川基站切换失败的信令进行分析，切换时通话上行质量急剧恶化，接收电平降至-110 dBm，导致接收机解调失败。观察网管性能统计，松川基站TCH 空闲信道的底部噪声大于-85 dBm（信道干扰带5 级），从BSC 的小区干扰检测，可知松川小区存在较强干扰。

通过BSC 网管设备的“上行频点扫描”功能，对基站接收频带范围内所有频点进行扫描，统计接收信号情况，可以对干扰源类型进行初步的分析和判断。上行频点扫描结果包含接收主集天线和分集天线信号底噪的最大值和平均值，其中主集和分集对应着BTS3012 里DDPU 设备的二个机顶口，也就是对应天线的两个相互正交的“天线振子”，即±45°双极化方向的天线。因此，接收主集或分集底噪抬升都会对接收机的接收质量造成影响。对上行885 ～889 MHz 频段（999 ～1018 信道号）的底噪幅度进行统计，可以看出885 MHz（999 频点）的分集天线底部噪声最高，889 MHz（1018 频点）的分集底噪最低，说明干扰源频率在885 MHz 频率附近。

考察松川基站周围环境，发现松川GSM-R基站西侧50 m 处新建1 个电信CDMA 基站，与GSM-R 基站站高相同为45 m。在松川基站附近及小区切换带使用频谱仪进行频点扫描，878 MHz 频点附近存在强信号，且杂散信号拖尾引起885 MHz频点底部噪声抬升，联系电信公司对该干扰站点进行闭站操作，在BSC 网管进行干扰带监测，信道干扰带由5 级降至1 级，干扰基本消除。至此可以确定导致GSM-R 基站接收性能下降的原因是电信CDMA 基站干扰。

1.1.3 处理措施

通过对GSM-R 基站底噪的分析，找出干扰频点，现场考察确定了干扰源，最终确认松川基站受到电信CDMA 基站的干扰。与电信部门沟通后，电信部门在电信CDMA 基站上加装滤波器限制其信号杂散，降低了对GSM-R 基站干扰，该问题得以解决。

1.2 南昆客专直放站受多径干扰

1.2.1 问题描述

南昆客专GSM-R 网络测试时，发现DK112至DK114 之间存在切换掉话现象。掉话区域终端接收电平大于-80 dBm，覆盖信号电平大于最小覆盖-92 dBm 的要求，但通话质量为6 级，导致切换掉话严重。但在该区域沿铁线进行扫频测试未发现明显干扰。

1.2.2 问题分析

无线信号传输受地形或者建筑的阻挡会产生折射或者散射，接收机会接收到不同路径传输的无线信号。由于受GSM 接收机均衡器的限制，2 个无线信号之间时延差不能大于4 TA（约15 μs），否则就会对接收机造成多径干扰，导致接收机掉话。

对掉话两侧的2 个直放站（直放站2 和直放站3）依次闭锁测试，发现2 个直放站发出的信号时间提前量（TA）存在较大差距，直放站2 的TA 值为12 TA，直放站3 的TA 值为21 TA，时延差为9 TA。因此，可以确认掉话是接收机收到2 个直放站的信号时延差过大造成。

1.2.3 处理措施

经与设计公司、施工单位及设备厂家进行现场检查和核实，原因是直放站3 的周边地质松软，不适宜进行挖掘作业，施工单位绕道敷设光缆，延长了光缆距离，造成不同直放站发出的信号时延相差太大。

为解决此问题，将原BTS 基站设备换成室内基带处理单元（BBU）+RRU（远端射频单元），并将直放站远端机3 改造成RRU（远端射频单元）。通过笔记本电脑对BBU 和RRU 的时延调整参数进行调整，将直放站远端机2 和直放站远端机3 的时延差调整至合理范围内，从而解决2 个直放站覆盖区的时延差问题。直放站2 与直放站3 的时延差为9 TA，1 TA ≈3.7 μs,差约为33.3 μs，将直放站2 的时延参数调整延迟33.3 μs。经设计单位修改设计，施工单位改造完成后，重新对掉话区域进行测试，直放站2 的TA 值为19 TA，直放站远端机3的TA 值为21 TA，又进行区间拨打通话测试，均拨通成功，通话话音清晰。至此，掉话问题不再复现，问题解决。

2 GSM-R系统干扰分析

GSM-R 系统信号干扰有来自系统内部以及来自电信、移动等运营商信号的干扰，如同频干扰和邻频干扰。下面按照所述干扰源的不同进行合理分析，总结各类干扰特征并提供有效的解决方案。

2.1 系统内干扰

系统内干扰一般是指干扰信号来自铁路GSM-R 通信系统本身的无线设备性能和网络组网，主要存在两种情况。

1）随着高铁业务的持续建设发展，在不同线路的交叉区段或枢纽区域，GSM-R 网络的基站非常密集，这些基站由于受到地理环境影响，越区覆盖的现象比较严重，GSM-R 网络频率资源匮乏导致在这些枢纽地区的基站在较短的距离内进行复用，很难通过距离来防止复用频率重叠，因此会造成同频干扰和邻频干扰。

2）GSM-R 系统基站的射频功放由于长时间使用出现杂散不合格，对周边正常基站造成干扰。此类干扰信号很难从其他GSM 网设备杂散信号中区分出来，但可通过本线或相邻线路的网管终端告警或性能统计上对它进行有效识别，具体表现为随着GSM-R 系统设备一年一年逐步老化，此类干扰出现的概率会逐步增高。

2.2 系统外干扰

系统外干扰范指来自铁路GSM-R 系统之外的干扰信号，多指干扰信号来自电信、移动等运营商信号杂散、互调原因引起的干扰。

铁路线路跨越地域广袤，来自外部的干扰信号也呈多样，常见的主要有以下3 种类型。

1）来自GSM 网络的干扰

目前，铁路GSM-R 基站的干扰主要来自移动和联通运营商的GSM 网基站，运营商基站数量庞大、分布广泛，而铁路GSM-R 系统使用的是E-GSM 频段，其网络与公网并无本质差别，隔离频段很窄，因此很容易受到运营商GSM 网络基站的信号干扰。

2）来自电信CDMA 网络的干扰

CDMA800 MHz 也是GSM-R 基站的干扰源之一。CDMA 基站的875 ～880 MHz 频段本身距离GSM-R 频率较远，产生的影响比GSM 网络要小，CDMA 采用的扩频技术使其在较宽的带宽上进行工作，但是其产生的带外杂散较GSM 更高，尤其是在引入CDMA 直放站工作时，由直放站产生的杂散更容易对GSM-R 上行频率形成干扰。

3）来自非运营商的其他GSM 网相关设备的干扰

除了电信运营商的基站之外，现在还存在未经批准私自使用的“GSM 信号放大器”、“手机信号干扰器”和“伪基站”等设备，此类设备工作时都会对GSM-R 系统造成干扰，这也是GSM-R 系统外干扰常见的类型。

3 GSM-R干扰的处理办法和步骤

3.1 分析干扰的来源

首先通过底噪分析和后台信令查询等手段，确定干扰信号来自GSM-R 网内干扰还是非GSM-R网干扰。如果是来自网内，则查找被干扰基站的信令以及Abis 端口数据，判断产生掉话的原因，例如基站或直放站工作异常，时延过大产生的多径干扰，网络质量差，覆盖场强地等；如果来自网外则需要进行干扰源排查工作。

3.2 干扰源排查

采用扫频仪或TEMS 对GSM-R 信号频段进行清频测试，如发现底噪异常抬升的路段进行排查，及时对干扰源进行排查处理。

现场在疑似干扰基站或者被干扰区域使用“定向天线+频谱仪”进行扫频测试。

频谱仪设置： 频率范围800 ～1 000 MHz；分辨率带宽（RBW）/可视带宽（VBW） 1 MHz；参考电平（Ref Level） -30 dBm。

扫频方法：在被干扰区域使用定向天线扫描东、西、南、北、东南、东北、西南、西北等8 个方位测试，初步确认干扰信号最大方向。调查该方向上的运营商基站分布情况，驱车前往怀疑的站点，行驶过程中定向天线一直指向该方向，观察干扰电平变化情况。如果电平持续变大，说明该站点为干扰源的可能性较大。

在疑似干扰站点进行测试：1）在疑似干扰站点的下方，使用仪表的定向天线对准疑似干扰方向的基站天线（空旷无阻挡），观察测试仪上干扰电平及频点，并记录测试结果；2）确认该干扰信号频点并非受干扰GSM-R 站点规划使用频点，通知网管关闭该方向基站，在扫频仪上观察干扰变化情况；3）如果关闭前后干扰无变化，说明干扰信号与该基站无关，需要继续对干扰进行排查。

4 GSM-R干扰问题解决方法

4.1 运营商的网络优化

电信CDMA 对GSM-R 网络的干扰主要是GSM-R 上行频段（885 ～889 MHz），其可能影响GSM-R 基站的接收灵敏度，造成基站的底部噪声抬升，从而降低通话质量。该问题一般需要与运营商进行协调沟通，采用降低运营商基站覆盖范围，改变CDMA 基站天线的俯仰角和覆盖方向等措施来减少对GSM-R 基站的影响。

GSM 网络可以通过对公网基站频率进行规划，优化GSM 基站的频率配置，避免GSM 基站的互调产物对GSM-R 的干扰；如果铁路基站周边运营商的GSM 站点较密集，可以将运营商频点调整至1 800 MHz 频点或者通过调整周围GSM 基站扇区覆盖距离的方式，避免对GSM-R 形成干扰；建议运营商不在离铁路基站较近的地方架设基站，如果已存在基站则采用降低发射功率，使用远离GSM-R 频点的频率配置方式进行工作，尽量避免采用跳频方式扩大话务量。

上述方法优点是不会对GSM-R 网络性能产生影响，但是需要与运营商进行大量的沟通，实施的难度较大。

4.2 GSM-R基站增加滤波器

通过对GSM-R 基站增加滤波器来滤除运营商的干扰。该滤波器主要工作频点是885 ～889 MHz和930 ～934 MHz，对工作频带外的干扰抑制要求是≥30 dB，由于电信CDMA 频点距离较远，因此低端频率对于滤波器的带外抑制要求不高；由于移动的规划频率为935 ～960 MHz，而GSM-R 的工作频点为930 ～934 MHz，只有1 MHz 的隔离频带，因此对于滤波器的带外抑制要求非常高，所以该滤波器要求采用性能较好的腔体滤波器来实现。

这种方法能够有效的抑制来自运营商的带外干扰，也可以对互调干扰进行一定的抑制，但是由于滤波器是无源器件，具有一定的插入损耗，其引入会带来基站覆盖距离的缩短，从而影响整个网络的性能，可能会导致新的盲区的产生，因此需要日常进行频繁的网络优化工作。

5 结束语

GSM-R 网络中不可避免存在着各种干扰情况，主要可通过以下两个措施进行有效处理:一是可以通过适当的方法来排除或避免常见干扰，尤其是加强与地方无线电管理部门的沟通协作，通过搭建无线电监测系统设备来加强对GSM-R 系统使用状态的实时监测。二是在工程设计和建设过程中，应首先通过电磁环境测试寻找是否存在外部干扰源，再结合工程的具体情况选择适当的抗干扰方法(如设备的选型、网络结构的优化调整等)。解决铁路GSM-R 移动通信网络的干扰，尤其是降低系统内部干扰，是一项长期不间断而且非常复杂的工作，有待于在实际工作中进一步摸索总结。