论文部分内容阅读
摘 要：铁路目前使用的GSM-R无线通信系统，技术成熟，安全性高，尤其应用在高速铁路的运输上的优势更加明显。但是由于无线通信系统电磁环境的复杂性，GSM-R无线通信系统的通信质量经常受到各种原因的影响，要保证网络的正常运行，就需要不断发现问题，并积极地进行解决。同时，制定相应的处置方式，以优化铁路沿线的电磁环境，确保铁路安全运输。
关键词：GSM-R系统;干扰排查;安全运输
中图分类号：TN91 文献标识码：A
0 引言
本文重点对目前高铁客运专线GSM-R运行环境进行简单介绍，对各种干扰源干扰造成的影响进行说明。指出干扰对高铁运行带来的不利影响。同时对各类干扰排查所使用的方法、仪表及综合分析，经过判断比对，找出干扰源，进行综合处置，降低或排除，确保高铁电磁环境的纯净，保证运行安全。
1 问题简介
1.1 高铁无线干扰来源及处置的必要性
近两年，为满足铁路旅客需求，4G网络开始覆盖铁路沿线，且保持较大的发射功率。因频点有限，移动运营商在频点的规划方面，和GSM-R网络的频点规划存在一定的冲突，为了解决这一问题，保障铁路运输的高效性和安全性，需要能够及时排查并定位干扰，以减少因外网干扰产生的铁路运输安全隐患。
1.2 采取的有效方案
为了能够及时准确的发现干扰，使用配备高速实时频谱扫描仪的专用检测列车，对GSM-R线路进行全面的电磁环境监测，通过这种方式能够快速的发现并定位干扰位置，同时配合线下作业人员的其它形式的测试和协调，能够迅速的将干扰问题解决，对于解决电磁干扰的排查困难现象具有有效的可操作性，对于保障铁路运输的安全性具有重要的安全意义。
2 干扰测试分析
2.1 系统间干扰分析
系统间干扰类型主要有：杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰，产生上述干扰的主要因素包括频率因素、设备因素和工程因素。
（1）杂散干扰：杂散干扰是指由于发射滤波器的非理想性，使得发射机在带外发射了例如谐波、热噪声、频率变换产物等功率，落入到其它系统带内而引起的底噪抬升，从而影响了灵敏度的一种干扰。如：郑徐客专线K223.5处，设备区间TSXLS-XXB01至TSXLS-XXB02，发现CSD指标不合格情况，现场使用频谱仪测试发现明显的底噪抬升现象。如图2-1所示是定向天线正对现场移动运营商基站时包络图：
图2-1采取的处置措施是，经协商在移动运营商基站上加装滤波器后，频谱仪底噪恢复正常，如图2-2所示。
（2）阻塞干扰：阻塞干扰产生的原因在于接收滤波器的非理想特性，由于接收滤波器在带外并不会完全抑制掉带外信号，所以会接收到一定强度的带外信号，若带外信号足够强，则接收滤波器将会接收到足够强的带外信号，从而引起干扰。
图2-3实时频谱的测试结果看，移动运营商基站的电平强度超过了-10 dBm，由于强度较大的干扰信号在接收机的相邻频段注入，使受害接收机链路的非线性期间产生失真，甚至饱和，造成受害接收机灵敏度损失，影响了GSM-R网络通信质量。图2-4是同时进行的服务质量检测图，在大信号位置GSM-R网络通信质量下降到7级。
（3）互调干扰。当两个或多个不同频率的发射信号通过非线性电路时，将在多个频率的线性组合频率上形成互调产物。当这些互调产物与受害接收机的有用信号频率相同或相近时，将导致受害接收机灵敏度损失，形成互调干扰。
图2-5是某条C3线路的实时频谱测试图，可以看到其中两个移动运营商的频点F1=937.4 MHz和F2=944.4 MHz互调后产生了 2*F1-F2 = 930.4 MHz，正好是该条线路GSM-R网络一个基站BCCH=1001的频点，造成7级质量，影响数据传输。
图2-6是与实时频谱图2-5同时检测的线路质量图。
三阶互调干扰在铁路沿线的存在也是较多的，采取的处置方案是通过协调移动运营商改动频率或降低发射功率，可有效解决该类问题。
2.2 频带内干扰分析
除了外网的干扰，GSM-R网络本身也有一些问题需要通过电磁环境的检查来发现。
由于铁路建设都是以线路进行，因此可能新建设的线路网络在频率设置考虑不周对已有的网络造成影响。另一方面，GSM-R网络不断发展，既有普速线的网络越来越多，在并线区间、枢纽区间都可能发生电磁环境的干扰如图2-7。
在C3线路也有这样的情况。图2-8是合福高铁与宁安客專交汇处的测试曲线，看到在隧道口出现6级质量，导致数据传输误码。
对合福及宁安进行了扫频测试，可以看到宁安客专的基站TLB-ML02小区所用频点BCCH=1 014，与合福高铁FCX-TL04基站的TCH为同频。虽然，宁安客专基站距合福高铁较远，信号不会很强，可是我们看到由于合福高铁FCX-TL04基站的TCH载频板工作不良，辐射电平低于BCCH信道电平20 dB，因此收到了宁安客专基站的同频干扰导致通信质量恶化。
上面的案例看到，通过有效的检测一是发现频率设置不合理，二是基站TCH载频板故障。通过调整了频点和载频板，质量问题得到解决。采用合适的方法可以及时发现铁路交叉线等网络复杂区间的干扰问题，尽早解决保证GSM-R网络正常运行。
通过在现场对GSM-R系统应用场所中无线网侧干扰常见种类的案例分析，进一步提高对故障的处理来强化自己对理论知识的理解，在GSM-R无线侧的网络优化过程中，我们经常会遇到各种干扰现象并伴随着不同难度的协调工作，有时即便找到干扰源，也需要协调当地运营商或者私人调整干扰源设备。这就需要我们了解网络优化的基本原则、积累故障无线干扰的经验，多学习理论知识，明确干扰处理的思路，掌握常见的干扰处理方法，从而缩短干扰处理的时间实现干扰源的准确定位、迅速排除，保障铁路运输的安全。
3 结论
在日常维护中，由于外界干扰的复杂性和多样性，需要我们不仅要学习和掌握相对应的相关业务知识，而且还需要具备丰富的处置经验。实践出真知，要将一系列的理论知识深入到现场进行核实比对，经过表像分析干扰源的实质，比如运营商运用LTE-FDD（频分双工）技术与铁路频段较近，会造成铁路无线信号底噪抬升，造成干扰;还有的运用LTE800技术，也会造成高铁的上行干扰等。只有知己知彼，才能对相关干扰对象提出有针对性的方案。
对高铁GSM-R无线干扰排查工作，一直会延续下去，老问题解决了，新的问题就会出现。我们维护高铁运行稳定的信念会更加坚定。
参考文献：
[1]邵汝峰，蒋笑冰.铁路移动通信系统[M].中国铁道出版社，2011.
[2]钟章队.铁路数字移动通信系统应用基础理论[M].清华大学出版社，2009.
[3]李旭.铁路GSM-R数字移动通信系统[M].中国铁道出版社，2007.
[4]姚美菱.移动通信原理与系统[M].北京邮电大学出版社，2011.
[5]郑祖辉.数字集群移动通信系统[M].电子工业出版社，2008.
关键词：GSM-R系统;干扰排查;安全运输
中图分类号：TN91 文献标识码：A
0 引言
本文重点对目前高铁客运专线GSM-R运行环境进行简单介绍，对各种干扰源干扰造成的影响进行说明。指出干扰对高铁运行带来的不利影响。同时对各类干扰排查所使用的方法、仪表及综合分析，经过判断比对，找出干扰源，进行综合处置，降低或排除，确保高铁电磁环境的纯净，保证运行安全。
1 问题简介
1.1 高铁无线干扰来源及处置的必要性
近两年，为满足铁路旅客需求，4G网络开始覆盖铁路沿线，且保持较大的发射功率。因频点有限，移动运营商在频点的规划方面，和GSM-R网络的频点规划存在一定的冲突，为了解决这一问题，保障铁路运输的高效性和安全性，需要能够及时排查并定位干扰，以减少因外网干扰产生的铁路运输安全隐患。
1.2 采取的有效方案
为了能够及时准确的发现干扰，使用配备高速实时频谱扫描仪的专用检测列车，对GSM-R线路进行全面的电磁环境监测，通过这种方式能够快速的发现并定位干扰位置，同时配合线下作业人员的其它形式的测试和协调，能够迅速的将干扰问题解决，对于解决电磁干扰的排查困难现象具有有效的可操作性，对于保障铁路运输的安全性具有重要的安全意义。
2 干扰测试分析
2.1 系统间干扰分析
系统间干扰类型主要有：杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰，产生上述干扰的主要因素包括频率因素、设备因素和工程因素。
（1）杂散干扰：杂散干扰是指由于发射滤波器的非理想性，使得发射机在带外发射了例如谐波、热噪声、频率变换产物等功率，落入到其它系统带内而引起的底噪抬升，从而影响了灵敏度的一种干扰。如：郑徐客专线K223.5处，设备区间TSXLS-XXB01至TSXLS-XXB02，发现CSD指标不合格情况，现场使用频谱仪测试发现明显的底噪抬升现象。如图2-1所示是定向天线正对现场移动运营商基站时包络图：
图2-1采取的处置措施是，经协商在移动运营商基站上加装滤波器后，频谱仪底噪恢复正常，如图2-2所示。
（2）阻塞干扰：阻塞干扰产生的原因在于接收滤波器的非理想特性，由于接收滤波器在带外并不会完全抑制掉带外信号，所以会接收到一定强度的带外信号，若带外信号足够强，则接收滤波器将会接收到足够强的带外信号，从而引起干扰。
图2-3实时频谱的测试结果看，移动运营商基站的电平强度超过了-10 dBm，由于强度较大的干扰信号在接收机的相邻频段注入，使受害接收机链路的非线性期间产生失真，甚至饱和，造成受害接收机灵敏度损失，影响了GSM-R网络通信质量。图2-4是同时进行的服务质量检测图，在大信号位置GSM-R网络通信质量下降到7级。
（3）互调干扰。当两个或多个不同频率的发射信号通过非线性电路时，将在多个频率的线性组合频率上形成互调产物。当这些互调产物与受害接收机的有用信号频率相同或相近时，将导致受害接收机灵敏度损失，形成互调干扰。
图2-5是某条C3线路的实时频谱测试图，可以看到其中两个移动运营商的频点F1=937.4 MHz和F2=944.4 MHz互调后产生了 2*F1-F2 = 930.4 MHz，正好是该条线路GSM-R网络一个基站BCCH=1001的频点，造成7级质量，影响数据传输。
图2-6是与实时频谱图2-5同时检测的线路质量图。
三阶互调干扰在铁路沿线的存在也是较多的，采取的处置方案是通过协调移动运营商改动频率或降低发射功率，可有效解决该类问题。
2.2 频带内干扰分析
除了外网的干扰，GSM-R网络本身也有一些问题需要通过电磁环境的检查来发现。
由于铁路建设都是以线路进行，因此可能新建设的线路网络在频率设置考虑不周对已有的网络造成影响。另一方面，GSM-R网络不断发展，既有普速线的网络越来越多，在并线区间、枢纽区间都可能发生电磁环境的干扰如图2-7。
在C3线路也有这样的情况。图2-8是合福高铁与宁安客專交汇处的测试曲线，看到在隧道口出现6级质量，导致数据传输误码。
对合福及宁安进行了扫频测试，可以看到宁安客专的基站TLB-ML02小区所用频点BCCH=1 014，与合福高铁FCX-TL04基站的TCH为同频。虽然，宁安客专基站距合福高铁较远，信号不会很强，可是我们看到由于合福高铁FCX-TL04基站的TCH载频板工作不良，辐射电平低于BCCH信道电平20 dB，因此收到了宁安客专基站的同频干扰导致通信质量恶化。
上面的案例看到，通过有效的检测一是发现频率设置不合理，二是基站TCH载频板故障。通过调整了频点和载频板，质量问题得到解决。采用合适的方法可以及时发现铁路交叉线等网络复杂区间的干扰问题，尽早解决保证GSM-R网络正常运行。
通过在现场对GSM-R系统应用场所中无线网侧干扰常见种类的案例分析，进一步提高对故障的处理来强化自己对理论知识的理解，在GSM-R无线侧的网络优化过程中，我们经常会遇到各种干扰现象并伴随着不同难度的协调工作，有时即便找到干扰源，也需要协调当地运营商或者私人调整干扰源设备。这就需要我们了解网络优化的基本原则、积累故障无线干扰的经验，多学习理论知识，明确干扰处理的思路，掌握常见的干扰处理方法，从而缩短干扰处理的时间实现干扰源的准确定位、迅速排除，保障铁路运输的安全。
3 结论
在日常维护中，由于外界干扰的复杂性和多样性，需要我们不仅要学习和掌握相对应的相关业务知识，而且还需要具备丰富的处置经验。实践出真知，要将一系列的理论知识深入到现场进行核实比对，经过表像分析干扰源的实质，比如运营商运用LTE-FDD（频分双工）技术与铁路频段较近，会造成铁路无线信号底噪抬升，造成干扰;还有的运用LTE800技术，也会造成高铁的上行干扰等。只有知己知彼，才能对相关干扰对象提出有针对性的方案。
对高铁GSM-R无线干扰排查工作，一直会延续下去，老问题解决了，新的问题就会出现。我们维护高铁运行稳定的信念会更加坚定。
参考文献：
[1]邵汝峰，蒋笑冰.铁路移动通信系统[M].中国铁道出版社，2011.
[2]钟章队.铁路数字移动通信系统应用基础理论[M].清华大学出版社，2009.
[3]李旭.铁路GSM-R数字移动通信系统[M].中国铁道出版社，2007.
[4]姚美菱.移动通信原理与系统[M].北京邮电大学出版社，2011.
[5]郑祖辉.数字集群移动通信系统[M].电子工业出版社，2008.