地鐵中的無線電頻率干擾及其對策論文

1、地鐵中的無線電頻率干擾及其計策論文地鐵中的無線電頻率干擾及其計策論文摘要提出了地鐵中由于頻率配置不當產生無線電頻率干擾問題；介紹了一種比較完善的無線電頻率治理程序移動通信頻率整理和分 配程序；給出了應用該程序解決地鐵中無線電頻率干擾的方法,并 舉出了實例；關鍵詞地鐵,無線通信,移動通信,無線電干擾目前地鐵中除了原有的專用無線通信系統(tǒng)外,仍有各種各樣的城 市商用移動無線通信系統(tǒng)引入；各種各樣的無線電頻率必定相互干 擾；因此,如何削減和防止這種無線電頻率干擾,不但具有理論意 義,而且具有工程價值；1 各通信系統(tǒng)的使用頻率1.1 專用移動通信系統(tǒng)所謂集群,指的是不按用途配置頻道,而是信道為全部用戶共

2、用,實現(xiàn)設備和信道共享,因此又稱為共用信道方案；由于集群系統(tǒng)采 用信道共享及動態(tài)安排信道的技術,使系統(tǒng)內全部信道均忙的概率 要遠小于專用信道繁忙的概率；假如系統(tǒng)容納的用戶數(shù)不變,就呼 損率大大減小 ; 反之,假如用戶的呼損率不變,就系統(tǒng)容納的用戶數(shù) 大大增加；這是集群方案較之專用信道方案最主要的優(yōu)點；另外,在牢靠性、保密性、擴容、占用無線電頻率、頻率切換和頻道轉換,以及呼叫功能和檢測功能等方面,集群方案都優(yōu)于專用信道方案；依據(jù)筆者運算,當信道數(shù)為3 個以上時,集群方案的優(yōu)越性就表現(xiàn)出來；目前新建地鐵一般采納數(shù)字集群方案,但在特別情形下或在 已建地鐵中也采納專用信道方案；專用移動通信系統(tǒng)的使用頻

3、率如下 :1 工作頻段依據(jù)國家無線電治理委員會對移動通信工作頻段的規(guī)定,系統(tǒng)工 作頻段為 :160MHz頻段為 138149.9MHz上行/150.05 167MHz下行 ,專用信道方案采納 ;450MHz頻段為 403420MHz上行/450 470MHz下行 ,專用信道方案采納 ;800MHz頻段為 806821MHz上 行/851 866MHz下行,集群方案采納；上行頻率指從移動臺到基地臺的發(fā)射頻率,即移動臺的發(fā)射頻率,或基地臺的接收頻率,位于頻段低端；下行頻率指從基地臺到移動臺的發(fā)射頻率,即基地臺的發(fā)射頻率,或移動臺的接收頻率,位于頻段高端；2 頻道間隔和標稱頻率每個頻段的相鄰頻道間隔

4、均為25kHz；對于 160MHz、450MHz頻段,標稱頻率的最終 2 位有效數(shù)字應為 00、25、50、75kHz;對于 800MHz頻段,標稱頻率的最終 3 位有效數(shù)字應為 12.5 、37.5 、62.5 、87.5kHz；3 雙工間隔 160MHz頻段為 5.7MHz;450MHz頻段為 10MHz;800MHz頻段為 45MHz；地鐵專用移動通信系統(tǒng)滿意移動臺“ 發(fā)低收高” 、基地臺“ 發(fā)高 收低” ,以及上述頻段、頻道間隔和標稱頻率的要求；1.2 城市商用移動通信引入系統(tǒng)地鐵因其采納高強度、高密度的鋼筋混凝土結構,從而對外部空 間電磁波產生了很強的屏蔽作用,形成城市商用移動通信的

5、死區(qū)和 盲區(qū),在相當程度上限制了城市商用移動通信的進展和應用；解決好地鐵內城市商用移動通信的引入問題,實現(xiàn)無障礙的城市 商用移動通信,必將產生良好的社會效益和經濟效益；依據(jù)北京地 鐵的情形,城市商用移動通信引入系統(tǒng)的頻率有以下 9 種: 調頻立體聲廣播,為 86108MHz;寬帶無線尋呼,為137285MHz;中國聯(lián)通CDMA移動電話,為 800MHz頻段; 中國聯(lián)通 GSM移動電話,為 900MHz 頻段; 中國移動 GSM移動電話,為 900MHz頻段; 中國移動 GPRS移動電話,為 1800MHz頻段; 第三代移動電話,為2.1GHz頻段 ; 多媒體與無線局域網通信,為 2.4GHz頻

6、段; 公安、消防等特別性行業(yè)需要引入的系統(tǒng),頻率與原系統(tǒng)相同；由于是引入系統(tǒng),因此掌握中心和交換機仍采納原系統(tǒng),地鐵只設基地臺或雙向光纖射頻中繼器,用以增加或擴大無線管區(qū)；很顯然,其頻道間隔、標稱頻率和雙工間隔與原系統(tǒng)相同；2 干擾定義及基本要求長期以來,國家和各級無線電治理委員會對頻率的治理,僅在于安排無線電頻段和詳細的頻點；這種治理可以防止同頻干擾 重復使用頻率 ,但忽視了 3 種干擾,即鄰頻干擾、三階互調干擾和三階準互調干擾；由于移動通信的場強波動大,加上接收機前級和發(fā)射機末級的非線性,必定產生大量交叉調制重量；其中尤以上述 3 種無線電頻率干擾影響最大；2.1 干擾定義和相容鄰頻干擾,

7、指兩頻道載頻之差小于其頻道間隔值 當兩頻道的頻道間隔值不同時,取兩種頻道間隔值之和的一半表示 所造成的干擾；三階互調干擾,是由于非線性以及兩個或三個頻道載頻的和差值等于另一頻道的載頻而造成的干擾；三階準互調干擾,指由于非線性以及兩個或三個頻道載頻的和差值雖不等于另一頻道的載頻,但其頻帶落到另一頻道的帶寬內,從而造成的 干擾；在一頻率序列中,如無上述 3 種干擾,就稱為相容,否就稱為不相容；2.2 基本要求地鐵中無線通信系統(tǒng)正是要排除或削減上述 求如下 :3 種干擾,其基本要為了使地鐵專用無線通信系統(tǒng)本身不產生干擾,無論地鐵專用 無線通信系統(tǒng)采納何種方案,均要求其所采納的頻率序列無上述 3 種干

8、擾 即為相容頻率序列 ；假如把地鐵專用無線通信系統(tǒng)所采納的頻率序列作為原頻率序 列,把城市商用移動通信引入系統(tǒng)所采納的頻率序列作為待加入頻 率序列,就要求加入頻率序列與原頻率序列彼此相容,即要求加入頻率序列不對原頻率序列產生干擾,原頻率序列也不對加入頻率序 列產生干擾；至于加入頻率序列本身是否要求相容,由引入系統(tǒng)單 位打算；由于地鐵可能有部分線路和車站位于地面或高架,并且車輛段 總是在地面,這時應把城市商用移動通信以及其它移動通信所采納 的頻率序列作為原頻率序列,而把地鐵專用無線通信系統(tǒng)所采納的 頻率序列作為待加入頻率序列；這時除了要求加入頻率序列與原頻 率序列彼此相容外,仍要求加入頻率序列相

9、容；3 移動通信頻率整理和安排程序簡介移動通信頻率整理和安排程序是一個程序系統(tǒng),它除了必要的菜單程序外,仍由移動通信頻率整理 包括檢查、調整、挑選、主加入、次加入 和安排 獨分、接分、多分 共 8 個方面的 16 個應用程序 每個均包括肯定值程序和相對值程序 組成；所謂頻率肯定值即頻率真值,指的是以兆赫茲 MHz為單位的頻率值,而頻率相對值指的是以該頻率序列中最小的頻率為 1,其它頻率由其值與最小頻率之差除以頻道間隔值所得的商加 1 表示; 或以某一起始頻率 1 而求得；本程序系統(tǒng)具有以下功能特點 :1 關于頻道間隔值為了有效地利用無線電頻率,頻道間隔要求越來越??；目前,我國無線電治理委員會規(guī)

10、定頻道間隔值為25kHz;國外有的國家規(guī)定為20kHz,并且正在進一步討論把頻道間隔縮小為 12.5kHz；另外,多 話路電臺、尋呼電臺與單話路電臺頻道間隔值也不同；因此,在同 一無線管區(qū)存在多種頻道間隔值的頻率是完全可能的；本程序系統(tǒng) 充分考慮這種情形,其應用程序適用于多種頻道間隔值組成的頻率 序列,滿意了實際的應用要求,優(yōu)于通常僅適用于同一頻道間隔值 的程序；2 關于檢查 1本程序適用于鄰頻干擾、互調干擾、準互調干擾的檢查,并給出 定量結果；這樣,優(yōu)于通常僅檢查互調干擾的程序；3 關于調整 2本程序給出各種類型和級別的調整,即鄰頻干擾、互調干擾、準 互調干擾的調整,以及 3 種干擾同時調整

11、 ; 除鄰頻干擾調整和 3 種干 擾同時調整給出全部正確調整 即完全排除干擾且調整頻率最少 外,互調干擾和準互調干擾的調整仍可以給出各種級別的調整,即調整 1 個干擾頻率、 2 個干擾頻率直至正確調整,每種調整的結果都有定 量表示；這樣,用戶可依據(jù)需要和條件挑選調整,從而以最小代價 的調整滿意使用要求；該調整程序比通常僅給出一種調整的程序更 加完善和有用；4 關于挑選本程序給出正確挑選,即滿意挑選條件 頻率個數(shù)和相容 且挑選頻率序列最多,從而達到有效地利用無線電頻率的目的；5 關于主加入 3 和次加入 主加入,指待加入頻率序列為設計主要方,原頻率序列為另一方；加入條件為 : 假如原頻率序列相容

12、,就加入頻率序列相容,并且原、加頻率構成的整個頻率序列也相容; 假如原頻率序列不相容,就加入頻率序列相容,且原、加頻率序列彼此相容；次加入,指原頻率序 列為設計主要方,待加入頻率列為另一方；加入條件變?yōu)?: 不要求加 入頻率序列肯定相容,但要求原、加頻率序列彼此相容；由于本程序系統(tǒng)適用于多種頻道間隔值組成的頻率序列,無論對 于主加入仍是地下加入,原頻率序列既可是多種頻道間隔值組成的 頻率序列,也可是同一種頻道間隔值組成的頻率序列,而待加入頻 率序列既可與原頻率序列的頻道間隔值相同,也可不同,都能夠實 現(xiàn)正確加入；即滿意加入條件且加入頻率最多,從而達到有效利用 無線電頻率的目的；主加入與次加入不

13、同的是 : 前者的加入條件要求加入頻率序列一 定相容 ; 而后者并不要求,因此加入頻率序列可能相容,也可能不相 容；6 關于獨立安排 4 ,5獨立安排的要求是 : 在滿意相容的條件下,占用頻寬盡量小,從 而達到有效地利用無線電頻率的目的；本程序采納挑選法或數(shù)學方法由用戶挑選；挑選法可得到全部最 佳解,當頻率數(shù)較少 3 11時,可快速獲得結果 除正確解外,仍 包括全部第 1 準正確解 ; 但當頻率數(shù)較多 大于 11 時,運算時間相 當長；本程序采納接續(xù)運算法可相對克服這一缺點；無論頻率數(shù)多少,數(shù)學方法都可快速或比較快速地得到結果,但所得結果不肯定 正確,也可能接近正確；7 關于接續(xù)安排 6接續(xù)安

14、排,指原頻率序列為另一方,接續(xù)安排頻率序列為設計方；由于設計方無權轉變另一方使用的頻率,只能轉變本方的頻率,因 此接續(xù)安排條件為 : 假如原頻率序列相容,就接續(xù)安排頻率序列相容,并且原、接頻率構成的整個頻率序列也相容; 假如原頻率序列不相容,就接續(xù)安排頻率序列相容,并且原、接頻率序列彼此相容；由于本程序系統(tǒng)適用于多種頻道間隔值組成的頻率序列,對于接 續(xù)安排來講,原頻率序列既可是由多種頻道間隔值組成的頻率序列,也可是同一種頻道間隔值組成的頻率序列,而接續(xù)安排頻率序列既 可與原頻率序列頻道間隔值相同,也可不同,都能夠滿意接續(xù)安排 的要求,求得全部正確接續(xù)安排頻率序列；由于原頻率序列的影響,本程序采

15、納挑選法；當接續(xù)安排頻率較多時,運算時間相當長,本 程序采納接續(xù)運算法可相對克服這一缺點；8 關于多序列安排 7多序列安排的條件是 : 各頻率序列相容,并且全部頻率相異；本 程序采納挑選法或數(shù)學方法由用戶挑選；挑選法可得到滿意按列遞 增規(guī)律的全部正確解,但隨著頻率數(shù)或序列數(shù)的增加,運算時間迅速增加；本程序采納接續(xù)運算法可相對克服此缺點；數(shù)學方法無論頻率數(shù)或序列數(shù)多少,都可比較快速地得到結果,但所得結果不一定正確,也可能接近正確；4 移動通信頻率整理和安排程序的應用無線電頻率干擾是隨機性干擾,它和頻率配置、場強分布、電臺性能等有關,很難定量測量,也難于監(jiān)督,即使發(fā)生干擾也難于查明緣由；為明白決地

16、鐵中的無線電頻率干擾,第一應當要求電臺的發(fā)射機和接收機性能滿意指標要求,工程設計上嚴格遵循相應的無線電設計規(guī)范；另外,應對地鐵中各無線系統(tǒng)的挑選頻段、頻率配置、頻道間隔、雙工收發(fā)間隔等進行仔細分析,找動身射機和接收機帶通濾波器能夠通過的頻率,并挑選移動通信頻率整理和安排程序系統(tǒng)相應的應用程序進行運算,以確保使用的頻率相容；舉例如下 :某地鐵專用移動通采納專用信道方案,工作頻段挑選在 450MHz,雙工收發(fā)間隔 10MHz；該市無線電治理委員會批給該地鐵專用移動通信 6 組頻率 :F1/F1為 460. 500MHz/450.500MHz;F2/F2為460.675MHz/450.675MHz;

17、F3/F3為460.875MHz/450.875MHz;F4/F4為460.925MHz/450.925MHz;F5/F5為460.950MHz/450.950MHz;F6/F6為 461.125MHz/451.125MHz；引入系統(tǒng)雖有 9 種,但前 8 種都不是 450MHz頻段,因此可不加 考慮; 只有第 9 種 特別性行業(yè) 采納 450MHz頻段,需要考慮；假如地鐵專用移動通信系統(tǒng)采納160MHz頻段,就無線尋呼的干擾應當考慮; 假如采納 800MHz,就中國聯(lián)通CDMA移動電話的干擾應當考慮；其工作頻率為 4 組: f1/f1 為 464.825MHz/454.825MHz; f2/

18、f2 為 464.875MHz/454.875MHz;f3/f3 為 464.975MHz/454.975MHz;f4/f4 為 465.000MHz/455.000MHz；高端頻率用于下行,車站臺或中繼器發(fā)、移動臺收 ; 低端頻率用于上行,移動臺發(fā)、車站臺或中繼器收；由于高低端頻率之間有足夠的間隔,帶通濾波器可把干擾信號濾掉,因此可以不考慮高 -低端頻率之間的無線電頻率干擾；但應防止高端頻率之間、低端頻率之間,以及帶通濾波器內的其它無線電頻率干擾；1 該市無線電治理委員會批給該地鐵專用移動通信 6 組頻率并不相容,通過檢查程序查出兩組互調干擾,而待加入頻率序列本身是相容的；2 為了滿意第一個基本要求,采納挑選程序；當挑選 6 個頻率時,無挑選頻率序列,和檢查結果一樣; 當挑選 5 個頻率時,挑選頻率序列有 2 個,挑選第 1 個頻率序列