（通信与信息系统专业论文）青藏铁路gsmr通信系统中干扰问题的分析与研究.pdf

中文摘要 摘要：青藏铁路是中国第一条建设g s m r 数字移动通信系统( 以下简称 g s m r 系统) 的铁路，同时也是亚洲第一条采用g s m r 网络承载列控系统安全 数据的铁路。随着青藏铁路开通运营，g s m r 系统中出现的干扰问题影响了部分 区段网络通信服务质量，甚至造成通信中断。因此，对青藏铁路g s m r 系统干扰 的分析以及干扰删除技术的研究十分必要。 本文首先介绍青藏铁路g s m r 系统的构成以及频率使用现状，分析了系统外 部干扰和系统内部干扰。针对中国联通c d m a 网络给g s m r 系统带来的杂散干 扰，结合g s m r 系统的相关参数，计算分析了两个网络之间的隔离距离，理想情 况下采用此隔离距离可以抑制杂散干扰。针对青藏铁路g s m r 系统内部的同频干 扰、一阶邻频干扰和二阶邻频干扰，采用h a t a 电波传播模型，通过计算和仿真， 得出了满足g s m r 系统载干比要求的区段。针对g s m r 系统内部光纤直放站区 域存在干扰的问题，通过分析青藏铁路a b i s 接口监测系统的数据，发现光纤直放 站区域存在干扰的原因。研究成果对g s m r 系统无线网络优化具有重要参考价值。 本文针对g s m r 系统下行链路中的同频干扰问题，通过分析青藏铁路a b i s 接口监测系统的数据，引入单天线干扰删除( s a i c ) 技术，从系统级和链路级两 个方面对该技术进行了研究。本文建立了一个分析下行同频干扰的多小区g s m r 系统仿真模型，分别通过对蜂窝小区和链状小区同频干扰的m o n t ec a r l o 仿真分析， 得到两种小区结构的同频干扰构成情况，从理论上分析得到采用s a i c 技术的可行 性与潜在的系统性能改善。本文采用了适合于g s m r 下行链路使用的联合最大似 然序列估计( j m l s e ) 的s a i c 算法，通过链路级仿真，得到采用该s a i c 检测算 法对于链路上误码率( b e g ) 性能的改善情况：对于未编码的g s m r 链路而言， 与不考虑同频干扰的m l s e 均衡算法相比，s a i c 技术能够给物理链路带来2 d b 以 上的性能增益。 关键词：g s m r ；同频干扰；邻频干扰：光纤直放站；单天线干扰删除；j m l s e 分类号：t n 9 2 9 5 3 2 ；u 2 8 5 21 a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h eq i n g h a i - t i b e tr a i l w a yi st h ef i r s tr a i l r o a dw h i c he q u i p sg s m r s y s t e mi nc h i n aa n da l s ot h ef i r s tr a i l r o a dt h a tu t i l i z e sg s m rs y s t e mt ot r a n s p o r tt h e s a f e t yd a t af o rt r a i nc o n t r o ls y s t e mi na s i a a st h eq i n g h a i - t i b e tr a i l w a yi sb e i n g o p e r a t e d , t h ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c eq u a l i t yi sd e g r a d e db yt h ei n t e r f e r e n c eo ft h e g s m rs y s t e ma n ds e r i o u si n t e r f e r e n c ee v e nr e s u l t si nt h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r r u p t i o n s ； t h e r e f o r e , t h ea n a l y s i s0 1 1t h ei n t e r f e r e n c ea n dt h er e s e a r c ho ni n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n t e c h n i q u e sf o rg s m ri nt h eq i n g h a i - t i b e tr a i l w a ya r es i g n i f i c a n t l yi m p o r t a n ta n d n e c e s s a r y a c c o r d i n gt ot h es y s t e mc o n f i g u r a t i o na n dt h ef r e q u e n c ya s s i g n m e n to fg s m - r s y s t e mi nt h eq i n g h a i - t i b e tr a i l w a y ，t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ei n t e r f e r e n c ef r o mo u t e r n e t w o r k sa n di n n e rn e t w o r k c o n s i d e r i n gt h er e l a t e dp a r a m e t e r so fg s m - t h e p a p e r a n a l y z e dt h es p u r i o u se m i s s i o ni n t e r f e r e n c ee a u s g db yc h i n au n i o nc d m a n e t w o r k a n dc a l c u l a t e dt h ei s o l a t i o nd i s t a n c ew h i c h w o u l db eu s e f u lf o ri n t e r f e r e n c es u p p r e s s i o n u n d e ri d e a ls i t u a t i o n b a s e do nh a t am o d e l ，t h ep a p e rd e e p l ya n a l y z e da n ds t u d i e dt h e i n n e ri n t e r f e r e n c e ，i n c l u d i n gc 0 - c h a n n e li n t e r f e r e n c e , a d j a c e n t ( 2 0 0l d a z ) i n t e r f e r e n c e a n da d j a c e n t ( 4 0 0l d - i z ) i n t e r f e r e n c eo fg s m rs y s t e mi nt h eq i n g h a i t i b e tr a i l w a y b y m e a n so fc a l c u l a t i o na n ds i m u l a t i o n , t h eb o u n dt h a ts a t i s f i e st h ec is t a n d a r do fg s m r w a sa l s oa n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h ed a t af r o ma b i s 缸e f f a c em o n i t o rs y s t e m ，t h er e a s o n f o rt h ei n t e r f e r e n c eb r o u g h tb yo p t i c a lf i b e rr e p e a t e r sw a sa l s ot h o r o u g h l ya n a l y z e di n t h i sp a p e r a l lt h er e s e a r c hr e s u l t sh a v es i g n i f i c a n tv a l u ei nr a d i on e t w o r ko p t i m i z a t i o n o fg s m rs y s t e m b a s e du p o nt h ed a t af r o ma b i sm o n i t o rs y s t e mo ft h eq i n g h a l - t i b e tr a i l w a y g s m rs y s t e m ，t h ep a p e rb r o u g h tf o r w a r dt h es i n g l ea n t e n n ai n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ( s a i c ) t e c h n i q u et oa l l e v i a t ed o w n l i n kc 0 一c h a n n e li n t e r f e r e n c eo fg s m - rs y s t e m , a n d t h es t u d yw a sc o n d u c t e db yt h ew a yo f s y s t e ml e v e la n d l i n kl e v e la n a l y s i sr e s p e c t i v e l y ag s m - rs y s t e ml e v e lm o d e lt oc o n d u c tm o n t ec a r l os i m u l a t i o nf o rh e x a g o na n d l i n e a rc e l lr e s p e c t i v e l yi sb u i l ti n t h i sp a p e r , w i t ht h ep u r p o s eo fa n a l y z i n gt h e c o m p o s i t i o no ft h ec o c h a n n e li n t e r f e r e n c e ，t h r o u g hw h i c ht h i sp a p e ri n v e s t i g a t e dt h e f e a s i b i l i t ya n dt h ep o t e n t i a lg a i no fs a i ct e c h n i q u et h e o r e t i c a l l y j o i n tm a x i m u m l i k e l i h o o ds e q u e n c ee s t i m a t i o n ( j m l s e ) a l g o r i t h mb a s e ds a i cw a sa d o p t e da n d s t u d i e dt oo b t a i nt h ei m p r o v e m e n to fb i te r r o rr a t e ( b e r ) p e r f o r m a n c eb yc a r r y i n go u t l i n kl e v e ls i m u l a t i o n t h r o u g hs i m u l a t i o nr e s u l t s ，i ti ss h o w nt h a tt h ej m l s eb a s e d s a i co u t p e r f o r m st h ec o n v e n t i o n a lm l s e e q u a l i z a t i o na l g o r i t h mw h i c hd o e sn o tt a k e c o c h a n n e li n t e r f e r e n c ei n t oc o n s i d e r a t i o nb ym o r et h a n2 d bf o ru n c d d e dg s m rl i n k k e y w o r d s ： c l a s s n 0 ： g s m - r ；c o c h a n n e li n t e r f e r e n c e ；a d j a c e n tc h a n n e li n t e r f e r e n c e ； o p t i c a lf i b e rr e p e a t e r ；s a i c ；j m l s e t n 9 2 9 5 3 2 ：u 2 8 5 2 1 v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 互痞 签字日期： 躺年6 月l i 日 导师签名： 锄纫l 签字日期：莎谚多年月i1 日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 互荡 签字日期： 如富年月1 日 致谢 本论文的工作是在我的导师钟章队教授的悉心指导下完成的，钟章队教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 钟章队老师对我的关心和指导。 钟章队教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予 了我很大的关心和帮助，在此向钟章队老师表示衷心的谢意。 无线通信实验室的朱刚、杨炎、张小津、吴吴等老师对于我的科研工作和论 文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，蒋文怡、丁建文、武贵军等老师和许多同学 对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 引言 1 1青藏铁路g s m r 通信系统 青藏铁路是修建在世界屋脊的高原铁路，沿线自然条件恶劣，人烟稀少，海 拔高使得空气稀薄，气压较低，其中西格段( 西宁格尔木) 在平均海拔3 0 0 0 米以 上，格拉段( 格尔木拉萨) 在平均海拔4 5 0 0 米左右。冻土、高寒缺氧和生态脆弱 成为建筑工程上的三大难题，同时也给铁路沿线的通信系统建设提出了难题。 针对青藏铁路所处的特殊外部环境，需要建设接近连续式的无线机车信号。 而铁路提速高速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高 度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的 车地信息传输通道。在学习和借鉴了欧洲铁路成功经验的基础上，我国铁道部于 2 0 0 0 年决定将g s m r 作为我国铁路无线通信未来的发展方向。在相关专家和科研 机构的研究和攻关下，g s m r 在中国已经制定了比较完善的技术体制和相关行业 标准，将为中国铁路未来的列车控制系统提供基础平台。 2 0 0 4 年3 月，铁道部决定进行青藏铁路g s m r 试验，试验段始自格尔木，终 止于不冻泉，线路全长1 8 2 公里，沿线设有格尔木、南山口、甘隆、纳赤台、小 南川、玉珠峰、望昆和不冻泉共八个车站，g s m r 无线网络共部署了6 4 个b t s ( 采用双覆盖，a 、b 层网各3 2 个) ，2 个b s c ，1 套m s c ，和l 套智能网系统。 在试验段中，隧道总长度为2 3 3 7 米，共三个隧道分别是：干沟隧道为2 3 4 米、 昆仑桥隧道为4 1 7 米，最长的隧道昆仑山隧道1 6 8 6 米。隧道中的覆盖采用了光纤 直放站，泄漏电缆作为隧道内辐射天线，用同轴电缆将b t s 和隧道直放站直接耦 合。2 0 0 4 年7 月，开始展开试验段建设和测试工作。9 月2 3 日完成了格尔木至不 冻泉全部3 2 个站址6 4 套基站的开通，随后进行了长达半年多的试验工作【3 】。 下图是试验段铁路线的总体形状。 e塞窒 道厶堂亟 堂位途塞互!直 州 ，一中彳j 占 图1 1 青藏铁路试验铁路示意图 f i g 1 1 t e s t i n gr a i l r o a do ft h eq i n g h a i - t i b e tr a i l w a y 长达1 1 4 2 公里的青藏铁路是中国第一条完全基于g s m r 铁路无线通信系统 支持的铁路，而且无需传统的模拟系统作为后备支持，同时也是中国铁路第一次 采用g s m r 网络传输安全数据进行列车控制，以及首个采用g p r s ( 通用分组无 线业务) 数据应用的g s m r 网络。业界首次应用的无线网络双层覆盖等技术，也 开创了中国铁路无线通信的先河。此次试验还肩负着中国g s m r 技术标准的制定、 工程设计和施工提供基础数据的重任。 1 1 1青藏铁路g s m r 系统构成 铁路综合数字移动通信系统( g s m r ) t 1 1 ，基于g s m 体系，是在g s m 蜂窝系 统上增加了铁路调度通信功能和适合高速环境下使用要素的系统。它能够满足国 际铁路联盟提出的铁路专用调度通信的要求，可以实现跨越国界的高速列车和一 般列车之间的通信。g s m - r 是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统， 它基于g s m 的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务( a s c i ) ，并提供铁路特有的 调度业务，将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，并以此为信息化平台， 使铁路部门用户可以在此信息平台上开发各种铁路应用。 典型的g s m r 无线子系统是在沿路轨方向安装定向天线，以形成沿轨的椭圆 形小区。核心网部分保留了g s m 的基本结构，增加了存储组呼属性的寄存器( g c r ) 2 来实现高级语音呼叫功能。除了提供g s m 系统的通用业务外，还需要支持铁路调 度业务，如功能寻址、基于位置寻址、接入矩阵等。未来，利用g s m r 通信平台 还可以开展列车控制、旅客服务等业务。 青藏铁路g s m r 系统由下列六个子系统组成【4 】：交换子系统( s s s ) 、基站子系 统( b s s ) 、通用分组无线业务系统( g p r s ) 、移动智能网系统( i n ) 、终端子系统以及 运行与维护子系统( o m c ) 。g s m r 系统的结构如图1 2 所示。 0 m ed 一墨口 | t 。一 l 一蕾翻 智能业务平台 溜 l ，l f 二篓! 三一 j 口四厂一 锄 m s c 蠊昃l 一 n c ，| 0 m cr0 m es 一 ， j 音 ：，_ ，。 喝l 蠢强。 幽1 2g s m - r 系统结构 f i g l - 2g s m - rs y s t e mc o n f i g u r a t i o n 1 1 2青藏铁路g s m r 系统频率规划现状 青藏铁路试验段g s m r 网络上下行分别有4 m h z 带宽，使用的频率是： 夺上行信道：8 8 5 - - 一8 8 9 m h z 令下行信道：9 3 0 - 9 3 4 n h z 在青藏铁路上采用了a 、b 双网共站址覆盖，其中a 网和b 网分别由3 2 个 b t s 组成。青藏铁路试验段采用的是五小区频率复用的方式，如图1 3 所示的其中 一组五个基站频点配置。而在实际网络中，由于网络优化的过程中，可能会有变 更或采用边界频点的方法来减少干扰，因此有部分频点不符合此规律。 l 号基站2 号基站 3 号基站4 号基站5 号基站 1 0 1 0 1 0 1 61 0 0 8 1 0 1 4 l 0 0 6 1 0 1 21 0 0 9 1 0 1 51 0 0 7 1 0 1 3 1 0 0 41 0 0 2 1 0 0 01 0 0 31 0 0 l 崖 支么会么支么公么箩虞 三銎童3 图1 3 青藏铁路5 频组示意图 f i g l - 3f r e q u e n c yl a y o u to f g s m r i nt h eq i n g h a i - t i b e tr a i l w a y g s m r 网络共有从1 0 0 0 1 0 1 8 的1 9 个绝对频点号( a r f c n ) 。在青藏铁路上， 一般来说，把1 0 0 6 1 0 1 0 作为a 网b c c h 频点，1 0 1 2 1 0 1 6 作为a 网t c h 频点， 1 0 0 0 1 0 0 4 作为b 网频点，1 0 0 5 作为a 、b 网之间的间隔频点，1 0 1 1 作为b c c h 和t c h 之间的间隔频点，1 0 1 7 和1 0 1 8 作为备用频点。线上每个频点对应得频率 如表所示。 表1 1 青藏铁路g s m - r i 式验段信道号与频点的对应 信道号上行信道频率o i h z )下行信道频率( m h z ) 1 0 0 08 8 5 2 9 3 0 2 1 0 0 l8 8 5 。49 3 0 4 1 0 0 28 8 5 69 3 0 6 1 0 0 38 8 5 89 3 0 8 1 0 0 48 8 6 。09 3 l 1 0 0 58 8 6 29 3 1 2 1 0 0 68 8 6 49 3 1 4 1 0 0 78 8 6 69 3 1 6 1 0 0 88 8 6 89 3 1 8 1 0 0 98 8 7 09 3 2 1 0 1 0 8 8 7 2 9 3 2 2 1 0 1 1 8 8 7 4 9 3 2 4 1 0 1 28 8 7 69 3 2 6 1 0 1 38 8 7 89 3 2 8 1 0 1 48 8 8 09 3 3 1 0 1 58 8 8 29 3 3 2 1 0 1 68 8 8 49 3 3 4 1 0 1 78 8 8 69 3 3 6 1 0 1 88 8 8 89 3 3 8 4 1 1 3青藏铁路g s m r 系统实现的主要业务 在青藏铁路上，g s m r 系统承载的信息通信业务，与传统的铁路通信相比， 还能满足各项铁路通信特殊业务的需求【4 1 。 一调度通信：目前，铁路对无线调度的需求以无线列调为主。利用g s m r 网络平台，可轻松实现行车调度员、车站值班员和机车司机之间的通信，以 及车站值班员、机车司机和运转车长之间的通信，即“大三角”和“小三角 的通信。 一站场通信：g s m r 网络可在铁路车站( 场) 内进行作业指挥和业务联系， 为流动作业人员与固定作业人员提供通信联络系统。主要有平面调车电话、 驼峰作业电话、货运电话、列检电话、车号电话、商检电话等专用通信。 一应急通信：在各种突发性事件中，利用g s m r 网络平台提供的无线通信 业务，可以让各级救援中心指挥人员、事件现场指挥人员及各工种作业人员、 有关调度人员、车站值班员、助理值班员、机车司机等，在事件中及时指挥 和控制。 一公安通信：可以为铁路公安部门的乘警、车站巡警、各级公安指挥人员在 进行突发事件处理和业务联系时提供安全、保密的通信手段。 一战备通信：在发生局部战争或重大事件时，可以通过铁路既有有线、无线 等多种通信手段，确保铁道部、铁路局、调度区段的通信畅通，确保调度中 心、指挥所与现场的通信联络。 一数据业务：通过叠加g p r s ( 通用分组无线业务) 系统和添加具有内部互联 功能的i w f ，g s m r 同地面电子售票网络连接，可以得到动态车票信息，实 时反馈出票信息，进而在列车上或铁路沿线提供补票、客票查询、购票等业 务。在列车行驶过程中，通过g s m r 网络，也可以在车上显示设备或广播系 统发布天气预报、新闻等一些对旅客有用的信息。 1 2青藏铁路g m s r 系统的干扰问题 通过前文的青藏铁路g s m r 系统构成及频率规划的介绍，青藏铁路的特殊环 境以及业务需要高质量的安全通信，如何保障整个系统的安全可靠连续通信，将 是今后工作的重点。目前，青藏铁路全线a 网基站的频率配置大部分按照 1 0 0 6 1 0 1 2 ，1 0 0 8 1 0 1 4 ，1 0 1 0 1 0 1 6 ，1 0 0 7 1 0 1 3 ，1 0 0 9 1 0 1 5 等五频组配置，b 层基 站的频率配置都是按照1 0 0 0 ，1 0 0 2 ，1 0 0 4 ，1 0 0 1 ，1 0 0 3 等五频组配置。 从理论角度上，看1 9 个频点中，青藏铁路g s m r 系统实际只用了1 5 个频点， 5 不仅频率利用率不高，且频率规划中的同频复用距离和邻频复用距离都比较近， 这就容易造成同频干扰和邻频干扰。此外，由于同站址的a ，b 网使用的是等差的 频点分配( 即a 网t c h 与b c c h 频差为6 ，同时a 网的b c c h 与b 网的b c c h 频 差也为6 。在直放站区域，由于a ，b 网使用相同的漏缆和天线，就很有可能会产 生互调干扰。 从实际分析上看，通过对青藏铁路2 0 0 7 年3 月到l o 月的机车运行中a 、a b i s 、 p r i 接口监视系统数据的收集与分析，发现系统中存在多处的干扰问题，严重的区 段甚至引起通信中断。为了保证青藏铁路g s m r 通信系统的正常高质量运行，干 扰问题的分析与解决至关重要。 1 3论文主要工作与贡献 青藏铁路自建设以来，就成为世人瞩目的焦点，保障其安全可靠通信的g s m r 通信系统也是工作的重点所在。自g s m r 系统在青藏铁路投入使用后，提高通信 质量、保证网络的正常运行的网络优化工作一直在进行之中。 在青藏铁路g s m r 通信系统中，干扰问题一直影响着部分区段的通信质量， 严重地区甚至出现通信中断。本论文针对青藏铁路上的干扰问题进行探讨研究， 提出了一些改进措施。在论文中，首先对青藏铁路通信系统进行了简要介绍，描 述了干扰的不同类型，介绍了g s m r 通信系统适用的电波传播模型，并重点针对 h a t a 模型进行了详细分析。然后，本文从系统内、外干扰角度进行分析，不仅分 析了c d m a 对g s m r 的干扰，而且通过对青藏铁路五频组中的一组频点基站建 模，根据g s m r 系统标准，详细分析了系统的同频、邻频载干比，同时针对光纤 直放站的同频干扰，单独进行了详细分析。最后针对分析结论，提出了抗干扰措 施，重点分析了单天线干扰删除技术( s a i c ) ，并通过系统仿真，得出了改进结果。 本论文所做的主要工作和贡献体现在以下几个方亟： 1 针对青藏铁路g s m r 系统的具体情况，对网络干扰进行分类；结合适当 的电波传播模型，从理论的角度上给出了青藏铁路干扰载干比计算方法； 2 根据实际参数，分析了中国联通c d m a 网络对g s m - r 系统的干扰，针对 主要的杂散干扰进行了计算，分析了基站隔离距离( 未考虑天线等参数的变 化) ，并提出了相应的一些改进措施，对网络规划有一定帮助； 3 结合青藏铁路g s m - r 系统实际频率规划，以一组频点为模型建模，分析 了同频与邻频干扰，并通过计算机仿真以及干扰载干比标准，找出了满足网络 干扰防护要求的区段范围，并进行了分析； 6 4 针对青藏铁路上光纤直放站带来的干扰问题，分别从直放站对同源基站的 噪声干扰和同源基站对直放站区域的同频干扰两个方面，根据相关技术标准和 参数，进行了详细分析计算； 5 根据干扰分析和接口监视系统数据，发现青藏铁路上存在较多的同频干 扰，从而引进了抗同频干扰技术一单天线干扰删除技术s a i c ) ，并从系统级和 链路级两个方面对该技术进行了研究。参照系统仿真方法论，本文建立了一个 分析下行同频干扰的多小区系统仿真模型，并分别通过对蜂窝小区和链状小区 的同频干扰m o n t ec a r l o 仿真分析，得到两种小区结构的同频干扰构成情况， 并从理论上分析得到采用s a i c 技术的可行性与潜在的系统性能改善。本文给 出了适合于g s m r 下行链路使用的联合最大似然序列估计( j m l s e ) 的s a i c 算法，并通过链路级仿真，得到采用该s a i c 检测算法后对于链路上误码率 ( b e r ) 性能的改善情况 7 2g s m r 系统干扰相关概念与分析模型 g s m r 系统的干扰分析非常重要，它贯穿于前期规划到后期优化的全过程。在 无线网络规划设计阶段，为了保证g s m r 网络的正常运行，需要使用相应的设备进 行测试，要求频带必须在充分的保护频带和保护区内保持干净，为后期网络的正常运 行做好准备；在基站建设完成后，网络优化阶段同样要对干扰进行测试，避免干扰影 响网络质量，造成不必要的损失。 随着铁路运输向高速化、信息化方向发展，铁路通信技术也在向高可靠性的无线 移动化方向发展。无线网络历来是移动通信系统中最薄弱的环节，覆盖的好坏是衡量 系统服务质量的重要指标，而其中干扰的分析对覆盖有着重要影响。因此在分析系统 干扰时，需要引入无线电波覆盖模型来进行分析。而铁路运行环境的特殊性，需要选 取适当的电波模型。 2 1 g s m r 干扰类型 在移动通信环境中，存在噪声和干扰。严重干扰的存在，会使系统掉话率增加， 减少基站的有效覆盖范围，使网络指标和用户的通话质量受到影响，严重时甚至不能 正常工作。下图为机车运行中可能存在一些干扰示意图。 图2 1 干扰示意图 f i 9 2 1 d i f f e r e n tk i n d so fi n t e r f 蝴 鉴于g s m r 移动通信信号自身特点，可将其所受干扰按如下三种方法进行分类： 2 1 1从频段角度分类 根据上下行所占频段不同，可以分为上行干扰与下行干扰。 2 1 1 1上行干扰 上行干扰定义为干扰信号在移动网络上行频段，移动基站受外界射频干扰源干 扰。上行干扰的后果造成基站覆盖的降低。物理上看，手机在无上行干扰的情况下， 基站能够接收较远处手机信号。当上行干扰出现时，手机信号需强于干扰信号，基站 才能与手机联络，因此手机必须离基站更近。 2 1 1 2 下行干扰 下行干扰是指干扰源所发干扰信号在移动网络下行频段，手机接收到干扰信号， 可能会无法区分正常基站信号，使手机与基站联络中断，造成掉话或无法登记。 2 1 2从频点角度分类 根据工作频点与干扰频点之间的关系，可以分为同频干扰、邻频干扰与互调干扰。 2 1 2 1同频干扰 同频干扰【l 】广义上是指干扰源的频率恰好与正常信号频率相同的干扰信号，也可 以理解为所有落到接收机通带内的与有用信号频率相同的无用信号，其在上行链路下 行链路上都有存在。这些无用信号和有用信号一样，在超外差接收机中经过放大、变 频而落到中频通带内，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 和抑制它。存在同频干扰的频率范围是f o 毋2 ，厶为有用信号载波频率，耳为接 收机中频带宽。 但在移动通信网络中，同频干扰特指g s m 制式中不同基站同一频点的下行信号 在同一小区出现，使手机无法区分不同的基站，形成干扰。由于g s m 制式采用多频 点复用，相邻小区不会用同一频点。但远处小区功率控制出现问题或小区间频率规划 不当时，远处小区同频点信号可能干扰到本小区。 同频干扰还可能因为多径传输而产生。这种情况下，中断业务时，多径信号同时 中断，b i s c 码也相同，给测试造成难度。我们只能利用定向测试，发现该信号除在 基站方向外另一较强的方向，再分析地理环境作进一步判断。 下图为同频干扰示意图。 9 功事 f l 两僵号叠加 2 1 2 2 邻频干扰 弧 功事有用信号 图2 - 2 同频干扰示意图 f i 9 2 2c o c h a n n e li n t e r f e r e n c e 邻频干扰【l 】是由发射机和接收机的滤波器的非理想性所引起的。凡是在收信机射 频通带内或通带附近的信号，经变频后落入中频通带内所造成的干扰，称为邻频干扰。 邻频干扰主要取决于接收机的预检滤波响应，接收机中频滤波器的选择性和发射 机在相邻频谱通带内的边带频谱分布。这种干扰会使收信机信噪比下降，灵敏度降低。 在发射机方面，如果频率稳定度太差或调制度过大，造成发射频谱过宽，就可造成对 其他站的邻频干扰。移动通信系统属于多信道工作系统，为了提高频谱利用率，常把 信道间的频率间隔设计很小，这是造成邻频干扰的主要原因。 根据干扰信号与有用信号的频率间隔，可以将邻频干扰分为若干类。由于在邻频 干扰中，三阶及以上的邻频干扰比较小，通常只考虑一阶和二阶邻频干扰。设载波频 率为五： ( 1 ) 一阶邻频l 。，其频率满足石= f o 矽，一阶邻频载干比表达为c l 。； ( 2 ) 二阶邻频l 2 ，其频率满足五= t o 2 鲈，二阶邻频载干比表达为c i 2 ； 其中k ( 七= 1 , 2 ，3 ) 表示k 阶干扰信号；矽为g s m r 系统中的频率间隔，且有 a f = 2 0 0 k h z 。 1 0 2 1 2 3互调干扰 图2 - 3 邻频干扰示意图 f i 9 2 3a d j a c e n tc h a n n e li n t e r f e r e n c e l d 劭 、 互调干扰【1 7 】是由于外部一个或多个无线信号源由馈缆进入接收装置的非线性放 大器产生的。外部信号互相混合( 同时也与发射装置本身信号源互相混合) ，产生具 有新的频率的互调信号，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。互调干扰也有可能完全是两个外部信号产生的，他们只是借助接收机的非线性器 件来相互混合，这种情况下，问题的来源是接收机本身，而不是相互混合的两个外部 信号。 2 1 3从干扰源角度分类 由于无线电波传播环境的复杂性，干扰源种类繁多，归纳起来可分为系统外部干 扰和内部干扰【5 1 。 2 1 3 1系统外部干扰 g s m r 系统中的无线电波传播过程中会存在很多外在的干扰因素： 强信号干扰：这种干扰是指合法的信号占用合法的频率，由于功率过强，造成邻 近频段接受设备阻塞。最常见的为c d m a 下行频段对g s m 上行频段的干扰。 固定频率的干扰：具有固定频率的干扰源工作与g s m - r 通信频段。这种干扰频 率几乎不变，或小范围抖动，上下行都可能存在。这种干扰多见于移动通信占用 g s m r 所使用的频段。 杂乱信号干扰：这种干扰信号频谱不定，此起彼伏。 具体的干扰源主要有： 一中国移动g s m 网的干扰； 一c d m a 基站下行链路对g s m - r 上行链路的干扰； 一全频段或部分频段人为故意大信号堵塞干扰； 一人为故意瞄准式或扫描跟踪窄带干扰； 一工业噪声、天电噪声等。 2 1 3 2系统内部干扰 g s m r 系统内部干扰主要是由频率规划和小区规划不当，造成的同频、邻频干 扰；或者是直放站对g s m r 系统的干扰。 2 2g s m r 无线通信资源环境与正常通信条件 根据铁道部g s m r 数字移动通信网技术体制规定【4 1 ，中国铁路g s m r 无线通信 资源有以下规定和标准： 只有4 m h z 带宽，8 8 5 8 8 9 9 3 0 9 3 4 m h z ； 与中国移动在地域上分享使用频率，在直辖市、省会城市和计划单列市的城区， 铁路g s m r 覆盖范围应小于铁路轨道两侧各2 k m ；其他地域覆盖范围应小于铁 路轨道两侧各6 k m 。覆盖范围内应满足铁路g s m r 系统专用移动通信业务应用 的需要； 正常通信条件( ( g s m r 数字移动通信网技术体制( 暂行规定) 中对同频和邻 频载干比要求) ： 一f o rc o c h a n n e li n t e r f e r e n c e ： 控制信道及列控业务信道：c i 芝1 2d b ， 其他业务信道所在频率的：c i 芝9d b 。 一f o ra d j a c e n t ( 2 0 0k h z ) i n t e r f e r e n c e ：c l = - 6d b f o ra d j a c e n t ( 4 0 0k h z ) i n t e r f e r e n c e ：c | l1 2 - - 3 8d b 1 2 表2 1g s m r 相关技术指标 应用环境 最小接收电平其他指标 ( d b m ) 机车台收、大城7 7机车台灵敏度1 0 4 d b m ，3 d b 馈线损耗，3 d b 老化保 市中心 护，快衰落保护3 d b ，慢衰落保护12 d b ( 9 5 可通率) ，干 扰噪声2 d b ，环境噪声保护2 d b ，列控2 d b 机车台收、大城 - 7 4 机车台灵敏度1 0 4 d b m ，3 d b 馈线损耗，3 d b 老化保 市 护，快衰落保护4 d b ，慢衰落保护1 3 d b ( 9 5 可通率) ，干 扰噪声2 d b ，环境噪声保护2 d b ，高速l d b ，列控2 d b 机车台收、效区 - 7 0 机车台灵敏度1 0 4 d b m ，3 d b 馈线损耗，3 d b 老化 保护，快衰落保护5 d b ，慢衰落保护1 4 d b ( 9 5 可通率) ， 干扰噪声2 d b ，环境噪声保护2 d b ，高速3 d b ，列控2 d b 2 3g s m r 电波传播模型 2 3 1无线电波传播特性 电磁波在无线空间中传输，将经历三类衰落过程，平均路径损耗、快衰落、慢衰 落，从而形成到达接收机的最终信号。电波在沿地表传播中会受到各种阻碍物的反射、 散射和吸收，到达接收天线的电波是直射波、反射波和散射波的合成波，再加上移动 台快速移动而划过电波的波节和波腹引起驻波，而且高速移动会带来多普勒频移，这 些使得移动台接收到的功率电平在振幅和相位上随时随地都在急剧变化，这种现象 就是小尺度衰落。小尺度衰落的影响主要因素包括：多径传播和多普勒频移。可以分 为快衰落和慢衰落( 从多普勒扩展角度分) ，而从多径角度分为平坦衰落和频率选择 性衰落。 ( 1 ) 平均路径损耗 平均路径损耗通常用对数距离路径损耗模型来表示： 一，j p l ( d b ) = e l ( d o ) + l o n l o g ( - ；- ) ( 2 - 1 ) “0 其中：以为近地参考距离，由测试决定； d 为收发距离； 拜为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速率。它的取值依赖于特 定的传播环境，自由空间取之为2 ； ( 2 ) 快衰落信号 1 3 快衰落是由电磁波的多径传播和移动台移动引起的，故又称多径衰落。快衰落严 重时深度达到2 0 - - 4 0 d b ，这种现象可能会造成接收信号的恶化。 研究指出，在多径传播过程中，假设存在n 条多径信道： n 条信道相互独立且没有一个信道的信号占主导地位，此时接收信号的包络 衰落变化服从瑞利分布。 令如果存在一个起支配作用的直射波，则接收信号的包络为莱斯分布。 ( 3 ) 慢衰落信号 夺接收信号除瞬时值出现快衰落之外，由阴影效应和气象原因引起的信号变 化，场强中值( 平均值) 也会出现缓慢变化，称为慢衰落。 慢衰落接收信号近似服从对数正态分布，变化幅度取决于障碍物状况、工作 频率、障碍物和移动台移动速度等。 2 3 2 g s m r 系统中的电波传播模型 无线电波传播的规律是无线移动通信系统设计中的重点，其传播的特性决定 其在传播过程中易受外界多种因素的影响。目前，针对宏小区环境移动无线电波 的传播特性提出多种传播预测模型，在9 0 0 m h z 时常用的有：h a t a 模型和c o s t 2 3 1 w a l f i s c h - i k e g a m i 模型等。我们可以根据实际情况，选择适当的无线电波传播 模型来分析干扰，为系统的频率规划、覆盖分析等提供理论依据。本文的干扰分 析主要应用了h a t a 模型。 p r 图2 _ 4g s m - r 铁路覆盖模型 f i 9 2 - 4t h em o d e lo fg s m - re n v i r o n m e n t 1 4 2 3 2 1c o s t 2 3 1w i m 模型 此模型【1 2 】适用范围：适用于宏小区、微小区。该模型广泛应用于建筑物高度 近似一致的郊区和城区环境。模型考虑了较多的影响因素，如建筑物高度、道路 宽度、建筑物的间隔、道路方位等，对大城市环境预测相对精确。可以应用到通 过城市等建筑物密集地区的铁路沿线分析。在青藏铁路中，很少有此环境，不作 为本文分析重点。 频率f - 8 0 0 2 0 0 0 m h z 距离d ：0 0 2 - - 5 k i n 基站天线高度鬼：4 - - 5 0 m 移动台天线高度h 。：l 3 m 路径损耗公式： 视距路径：l ( d b ) = 工疗+ 1 0 1 9 + 6 1 0 9 d ( 2 - 2 ) 其中，l f s = ! 1 1 由空间损耗= 3 2 4 5 + 2 0 1 0 9