引 言

隨著移動通信的不斷發展，手機業務的不斷擴大，各無線通信網絡之間的干擾越來越受到人們的關注。GSM-R是中國鐵路專用無線通信網絡，其通信安全和業務的可靠性直接影響到我國鐵路今后的發展，影響到整個國民經濟的發展。所以在CSM-R系統的初建和網絡優化過程中要特別注意信號的干擾問題，盡可能的做到各移動通信網絡之間互不干擾。

1、 GSM-R潛在干擾分析

1.1 CDMA干擾

根據中國無線電管理委員會的規定，GSM-R的使用頻率范圍為上行885～889 MHz，下行930～934 MHz，而中國聯通公司的CDMA系統的下行為870～880 MHz，它與GSM-R系統的頻域范圍只有5 MHz的保護帶。CDMA采用的是擴頻技術，即把信號的頻譜擴展到一個更寬的頻帶中去，只要將接收信號解擴便可恢復出攜帶的信息。擴頻碼偽隨機序列有很好的自相關性，因此，當若干個偽隨機序列不同的擴頻信號進入同一接收機時，只有那些偽隨機序列與接收機本地產生的偽隨機序列相同且同步的信號才能被接收機檢測出來，所以GSM-R對CDMA系統并不會產生干擾。但是，GSM-R系統沒有采用擴頻技術，所以只要CDMA系統的帶外信號落在GSM-R通帶范圍內且幅值達到一定值就會干擾GSM-R接收機接收的有用信號，導致GSM-R接收信噪比下降，影響GSM-R的通話質量，這就是CDMA系統對GSM-R的主要干擾——雜散干擾。

1.2 GSM干擾

中國移動公眾移動通信系統和GSM-R系統按地域共用一段頻率范圍，并且GSM-R系統是建立在GSM平臺上的，根據規定：在直轄市、省會城市和計劃單列市的城區，GSM-R系統的覆蓋范圍應小于鐵路兩側各2 km，其他地區應小于鐵路兩側各6 km，所以，如果這兩個網絡系統布網不夠理想就會互相干擾。

1.3 非法干擾

除了以上干擾外，鐵路兩側還有一些不可知的非法運營基站或大功率天線的存在，當這些天線發射出的信號頻率落在GSM-R系統的通帶內且幅值達到一定值時，就會干擾GSM-R系統。

1.4 鄰頻干擾

GSM-R系統采用GSM運行制式，在4 MHz帶寬內分成20個信道，每個信道占用200 kHz，因此，相鄰信道之間可能相互干擾，形成鄰頻干擾。根據規定，GSM-R系統200 kHz鄰道干擾保護比要求為C／I≥-6 dB，400 kHz鄰道干擾保護比為C／I≥-38 dB。

1.5 同頻干擾

為了提高GSM-R系統的頻率利用率，多個小區使用相同的頻率，當兩個使用相同信道頻率的小區距離過近時，一個小區就可能會對另一個小區的通信產生干擾，這就是同頻干擾。

1.6 多徑干擾

由于發射機和接收機之間復雜的地理環境，接收機和發射機之間可能是視距傳播（LOS），也可能是非視距傳播（NLOS），電波經各種傳播路徑到達接收機，從而導致傳播時延，接收機接收到的信號是經各種傳播路徑的直射波、反射波、繞射波和散射波等的矢量和。由于GSM-R信號的波長很小，所以，較小的傳播時延就會產生較大的相位變化，使信號產生多徑衰落，從而干擾GSM-R系統的正常有用信號。

2、 實驗裝置框圖

圖1為GSM-R干擾源排查裝置框圖。

下面介紹裝置框圖的具體構成：

天線：本實驗采用八木天線，目的是為了能得到較好的天線增益和方向角度，更準確地指向干擾源天線，從而減小測試的誤差。

射頻接收電路：用“超外差”式的二次變頻寬中頻接收機，將天線接收到的無線信號經過2次變頻，輸出一個中頻為零的信號，即零中頻信號，這種信號不存在鏡像干擾問題，當信道選擇在低頻進行時，可以很方便地利用集成電路對信號進行數字化處理，以利于后端計算機對信號的數字化處理，提高工作效率。

計算機：作數據的最后綜合處理。首先，將射頻接收電路的數字輸出信號作為輸入，將其與標準的無干擾的GSM-R數字信號作相關計算，即以一個無干擾的GSM-R信號為標準信號，將接收信號與該標準信號作時域的相關運算求得相關值Pxy，并根據實際經驗設定一定的相關值范圍，當實際值Pxy超出限制值時就將其視為是有干擾信號的影響并記下該點。當一個干擾源發出的信號有足夠多的測試點時計算得到干擾源位置。

全球定位系統（globe position system，GPS）：該系統能全天候較精確地得到測試點的經緯度，以它為輔助工具得到若干個測試點的位置，為最后算法的設計提供計算工具。

本實驗沒有使用傳統的干擾源定位裝置——頻譜分析儀，而是直接將接收到的信號通過以太網線送到計算機中。這種處理方式利用了時域的方法分析是否存在干擾，減小了處理時間，提高了定位的實時性，但同時，其計算結果并沒有像頻域法那樣能分析干擾信號的特點或判斷是什么樣的干擾源，但已足夠用來定位干擾源。

3 、算法設計

無線電波的傳播環境甚是復雜，建筑物群的分布和密度、植被覆蓋等都會對傳播路徑損耗產生影響，所以要準確得到傳播損耗是非常困難的，我們一般通過結合經驗模式和確定性模式來得到具體的路徑損耗值。在實際工作中最常用到的傳播路徑損耗有自由空間模式、奧村模式（Okumura）、Hata模式、COST231-Hata模式、Egli模式等，具體的測試環境選擇具體的合適的模式。下面以最簡單的自由空間電波傳播路徑損耗模式來分析定位干擾源的算法。

假設測試點測量到的干擾源是由同一個干擾源發出的且是全向天線，當有3個以上測試點時，我們就可以設計一個簡單的定位算法。設干擾源N（x，y），發射天線的功率為一相對的穩定值P1，第1個檢測到干擾的點T1為（0，0），接收功率為P1，第2個測試點T2為（0，a），接收功率為P2，第3個測試點T3為（m，n），接收功率為P3。

利用GPS得到測試點1、2、3點的坐標，由式（4）、（5） 可精確解出x，y，得到干擾源的位置。以上分析的假設條件是干擾源天線為一全向天線，但在實際情況中，天線往往是有一定的方向性，比如有些CDMA基站和GSM基站的天線為120度，此時，以上計算結果不是精確值。當其中一個測試點處于干擾源天線的非覆蓋區時，其發射天線的功率與覆蓋區中的發射天線功率不同，因此上述的算法就不適用，所以在實際測試過程中，適當地選擇測試點之間的距離，盡量使測試點都在干擾源天線覆蓋區內。

4 、實驗測試

為了驗證以上算法的正確性，我們做了一次實際測試。已知某天線發出干擾信號，選擇3個干擾測試點，利用GPS測得其經緯度分別為（N：39°54′38.4″，E：116°18′48.9″）、（N：39°55′1.7″，E：116°19′5.2″）、（N：39°54′54.4″，E：116°19′24.4″），測試接收電平均值分別為：79.2、78.1、77.5（單位：dBμV），由于測試電磁環境較好，周圍地勢平坦，因此我們近似采用自由空間的傳播模式，根據上面闡述的算法設計，可求得干擾源的具體位置為（N：39°55′5.19″，E：116°18′1.51″）；同時，該干擾的實際位置為（N：39°55′5.62″，E：116°18′1.91″），誤差為14 m，這與用算法求得的位置有些偏差，這種誤差的產生是由于GPS本身就存在水平面小于5 m的誤差，同時又由于天線的仰角、實際電磁環境的影響，但這不影響我們確定干擾源，這個誤差完全可被接收，因此可驗證只要在具體的電磁環境中選擇合適的電波傳播模式就能在誤差允許的范圍內得到干擾源的具體位置。

5、 結 論

根據實際的干擾排查經驗，GSM-R系統的干擾主要來自網外天線的干擾，在實際工作中，利用GPS的定位得到測試點的經緯度、選擇具體合適的電波傳播路徑損耗模型就可以大概測得干擾源的位置范圍，然后排查干擾源，從而優化GSM-R網絡，凈化無線通信網絡的電磁環境，提高系統的運行可靠性。

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