GSMR系統(tǒng)中的干擾分析理論

第四章GSM-R系統(tǒng)中的干擾分析理論現(xiàn)在是1頁\一共有50頁\編輯于星期日參考書目：樊昌信.《通信原理》馬玉珉.《通信系統(tǒng)理論》胡昌桂.《GSM-R移動通信系統(tǒng)的干擾分析及解決方法》鮑節(jié)爾.《GSM-R干擾分析和解決》現(xiàn)在是2頁\一共有50頁\編輯于星期日主要內(nèi)容：4.1GSM-R干擾概述4.2噪聲干擾4.3同頻干擾4.4鄰頻干擾4.5互調(diào)干擾4.6系統(tǒng)間干擾分析現(xiàn)在是3頁\一共有50頁\編輯于星期日4.1GSM-R干擾概述移動通信系統(tǒng)的干擾是影響無線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用質(zhì)量和傳輸可靠性的重要因素之一,為了保證移動通信網(wǎng)能夠有效地運(yùn)轉(zhuǎn),使所有用戶能夠互不干擾地通信,必須進(jìn)行干擾的評估與協(xié)調(diào)。在GSM-R系統(tǒng)中,干擾將引起誤碼增加、話音質(zhì)量下降、數(shù)據(jù)傳輸差錯增加。GSM-R系統(tǒng)與公眾移動通信系統(tǒng)不同的是它要求系統(tǒng)具有更高的可靠性和QoS來保障列車的安全運(yùn)行。在GSM-R移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)特別注意解決于擾問題,以便GSM-R網(wǎng)絡(luò)更好地發(fā)揮作用?，F(xiàn)在是4頁\一共有50頁\編輯于星期日干擾對GSM-R網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的影響：手機(jī)用戶的現(xiàn)象通話時經(jīng)常聽不到對方的話音，背景噪音大。固定打移動、移動打移動經(jīng)常在聽到“嘟、嘟、嘟”后就掉線，該聲音與手機(jī)有關(guān)。通話過程中經(jīng)常有斷續(xù)感，經(jīng)常掉話。路測的現(xiàn)象切換困難?，F(xiàn)在是5頁\一共有50頁\編輯于星期日話務(wù)統(tǒng)計的現(xiàn)象擁塞率高。掉話率遠(yuǎn)高于其它小區(qū)。切換成功率低。信令追蹤的現(xiàn)象誤碼率高于其它小區(qū)。干擾是影響無線通信系統(tǒng)通信質(zhì)量的重要因素。現(xiàn)在是6頁\一共有50頁\編輯于星期日干擾的分類：

干擾——本質(zhì)上是未按頻率分配規(guī)定的信號占據(jù)了合法信號的頻率，造成合法信號無法正常工作而形成的。中國鐵路GSM-R系統(tǒng)工作在885-889/930-934MHz頻段范圍中,共4MHz帶寬。由于GSM-R系統(tǒng)使用的頻段較特殊,因此,比其他公眾移動通信系統(tǒng)的干擾要復(fù)雜,按照其干擾源可以粗略地將GSM-R系統(tǒng)的干擾進(jìn)行分類。

現(xiàn)在是7頁\一共有50頁\編輯于星期日按照干擾所處的上下行鏈路，可分為上行鏈路干擾和下行鏈路干擾。按照干擾源的性質(zhì)，包括自然干擾和人為干擾。按照干擾所處的系統(tǒng)，可分為系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)外干擾：

—系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)的干擾，包括同頻干擾、鄰頻干擾、直放站干擾以及互調(diào)干擾。

—系統(tǒng)網(wǎng)外的干擾，包括固定頻率干擾、不可預(yù)測信號干擾、強(qiáng)信號對弱信號的干擾等?，F(xiàn)在是8頁\一共有50頁\編輯于星期日4.2噪聲干擾由于移動通信是靠空中電波傳播的，來自于環(huán)境的外部噪聲和系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲，在電路輸出端作為正常信號處理，從而影響正常信號傳輸。

這些干擾電波來源非常復(fù)雜，是多方面的，例如工業(yè)干擾、電源火花干擾和其它專業(yè)的鄰近電波干擾等，這些干擾是很難完全避免的。

現(xiàn)在是9頁\一共有50頁\編輯于星期日噪聲主要可分為：(1)自然噪聲大氣噪聲銀河噪聲太陽噪聲（安靜期）(2)人為噪聲汽車或其它發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的干擾 通信電子干擾 電力線干擾 工業(yè)、科研、醫(yī)療及家用電器設(shè)備的干擾(3)內(nèi)部噪聲系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲現(xiàn)在是10頁\一共有50頁\編輯于星期日美國ITT對上述噪聲/干擾的研究數(shù)據(jù)：現(xiàn)在是11頁\一共有50頁\編輯于星期日

從ITT的研究數(shù)據(jù)可以看出：

在30～1000MHz范圍內(nèi)，大氣噪聲和太陽噪聲很小，可以忽略不計；

在100MHz以上，銀河系射電噪聲低于典型接收機(jī)的熱噪聲，也可以忽略不計。

因此對于450MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、2000MHz的移動通信系統(tǒng)均無需考慮自然噪聲（大氣噪聲、銀河噪聲、太陽噪聲）?，F(xiàn)在是12頁\一共有50頁\編輯于星期日

根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的研究，人為噪聲是移動通信系統(tǒng)的主要干擾源之一。

在這些人為干擾/噪聲源中，有些干擾是無法控制的，如汽車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火干擾、電力干擾、工業(yè)電氣設(shè)備干擾，而有的干擾是可以通過對網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃和系統(tǒng)優(yōu)化克服的，如通信設(shè)備之間和之內(nèi)的干擾?，F(xiàn)在是13頁\一共有50頁\編輯于星期日汽車馬達(dá)產(chǎn)生干擾現(xiàn)在是14頁\一共有50頁\編輯于星期日4.3同頻干擾在GSM-R系統(tǒng)中，頻率資源是稀有資源。為提高系統(tǒng)容量，必須對頻率進(jìn)行復(fù)用。

頻率復(fù)用——就是指同一頻率被相距足夠遠(yuǎn)的幾個小區(qū)同時使用。同頻復(fù)用小區(qū)之間的距離就叫復(fù)用距離。對于一定的頻率資源，頻率復(fù)用越緊密，網(wǎng)絡(luò)容量越大，復(fù)用距離越小，干擾就越大?，F(xiàn)在是15頁\一共有50頁\編輯于星期日我們把由若干個使用全部頻率的小區(qū)組成的集合稱為一個簇。把不同簇中使用相同頻率的小區(qū)稱為同頻小區(qū)。任意兩個同頻小區(qū)之間的距離稱為同頻復(fù)用距離。

現(xiàn)在是16頁\一共有50頁\編輯于星期日頻率組A1頻率組A1其他頻率其他頻率復(fù)用距離DR有用信號干擾信號R頻率復(fù)用距離現(xiàn)在是17頁\一共有50頁\編輯于星期日干擾信號有用信號功率功率頻率頻率合成信號功率頻率f1f1f1兩個信號疊加同頻干擾——無用信號的載頻與有用信號的載頻相同，并對接收同頻有用信號的接收機(jī)造成的干擾?，F(xiàn)在是18頁\一共有50頁\編輯于星期日在移動通信中,為了增加系統(tǒng)容量,提高頻率利用率,采用地理上較高密度的頻率重復(fù)方式,這樣勢必會造成同頻干擾。小區(qū)半徑R越小，同頻復(fù)用距離D就越小，頻率利用率就越高。但是同頻小區(qū)之間的干擾就會越大。同頻復(fù)用比Q的值越小，系統(tǒng)容量越大；但是Q值大可以提高傳播質(zhì)量，因?yàn)橥l干擾小。在實(shí)際的蜂窩系統(tǒng)設(shè)計中，要恰當(dāng)?shù)倪x擇Q值，在容量和干擾之間進(jìn)行折衷。

現(xiàn)在是19頁\一共有50頁\編輯于星期日用于評價接收信號質(zhì)量的性能指標(biāo)稱為載干比,它取決于有用信號的載波功率C和同道干擾信號功率I的電平值,用C/I表示。當(dāng)C/I小于某個特定值時，就會直接影響到手機(jī)的通話質(zhì)量，嚴(yán)重的就會產(chǎn)生掉話或使手機(jī)用戶無法建立正常的呼叫。大量的同頻干擾將取代人為噪聲和其它干擾，成為對小區(qū)制的主要約束。

現(xiàn)在是20頁\一共有50頁\編輯于星期日

對于GSM-R系統(tǒng)：主控制信道及列控業(yè)務(wù)信道所在頻率的C/I≥12dB；話音信道和非安全類電路域數(shù)據(jù)信道所在頻率C/I≥9dB；分組域數(shù)據(jù)信道頻率的C/I≥12dB?，F(xiàn)在是21頁\一共有50頁\編輯于星期日

對于GSM-R系統(tǒng)：主控制信道及列控業(yè)務(wù)信道所在頻率的C/I≥12dB；話音信道和非安全類電路域數(shù)據(jù)信道所在頻率C/I≥9dB；分組域數(shù)據(jù)信道頻率的C/I≥12dB。現(xiàn)在是22頁\一共有50頁\編輯于星期日為了減小和抑制同頻干擾,可以從頻率配置和工程技術(shù)方面采取措施。調(diào)整優(yōu)化頻率配置和同頻復(fù)用距離

頻率分配方案和同頻復(fù)用距離對系統(tǒng)C/I有直接的影響。在實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用中,根據(jù)傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)量的變化情況，調(diào)整同頻復(fù)用距離和頻率分配方案，以適應(yīng)不同的C/I。2)降低天線高度和基站發(fā)射功率在特定環(huán)境下,比如平坦地面或山谷,降低天線高度對減少同頻干擾特別有效。有效控制基站天線高度可以減小該站對其他同頻站的干擾,從而提高C/I?，F(xiàn)在是23頁\一共有50頁\編輯于星期日3）定向天線覆蓋。

使用定向天線可以減少同頻干擾的小區(qū)數(shù)，從而提高接收信噪比，減小同頻干擾。4)天線主軸機(jī)械式下傾天線主軸機(jī)械式下傾的目的就是把基站天線的主要能量照射到服務(wù)區(qū)內(nèi),使落到遠(yuǎn)處的同頻小區(qū)的能量盡可能小,從而,提高服務(wù)區(qū)內(nèi)C/I。在實(shí)現(xiàn)天線下傾的時候需要注意天線高度與覆蓋區(qū)直徑的比例必須合適，天線下傾角應(yīng)保證本覆蓋區(qū)增益最大?，F(xiàn)在是24頁\一共有50頁\編輯于星期日

全向基站天線25現(xiàn)在是25頁\一共有50頁\編輯于星期日

兩個與三個扇區(qū)基站天線26現(xiàn)在是26頁\一共有50頁\編輯于星期日小區(qū)扇區(qū)化三扇區(qū)單扇區(qū)雙扇區(qū)27現(xiàn)在是27頁\一共有50頁\編輯于星期日4.4鄰頻干擾鄰頻干擾是一種來自相鄰的或相近的頻道的干擾。移動通信系統(tǒng)屬于多信道工作系統(tǒng),為了有效利用頻譜,常把信道間的頻率間隔設(shè)計很小(GSM-R頻道間隔200kHz),這是造成鄰頻干擾的主要原因。由于頻率規(guī)劃原因造成的鄰近小區(qū)中存在與本小區(qū)工作信道相鄰的信道或由于某種原因致使基站小區(qū)的覆蓋范圍比設(shè)計要求范圍大，均會引起鄰頻道干擾?，F(xiàn)在是28頁\一共有50頁\編輯于星期日C(0dB)Ic(-9dB)Ia1(+9dB)Ia2(+41dB)F1+200

kHz+400

kHz鄰信道干擾現(xiàn)在是29頁\一共有50頁\編輯于星期日對于GSM-R系統(tǒng)：主控制信道及列控業(yè)務(wù)信道、分組域數(shù)據(jù)信道：200kHz鄰頻干擾保護(hù)比要求C/I≥-6dB；

400kHz鄰頻干擾保護(hù)比要求C/I≥-39dB。話音信道和非安全類電路域數(shù)據(jù)信道：200kHz鄰頻干擾保護(hù)比要求C/I≥-9dB；

400kHz鄰頻干擾保護(hù)比要求C/I≥-41dB。當(dāng)鄰頻道的載波干擾比C/Ｉ小于某個特定值時，就會直接影響到手機(jī)的通話質(zhì)量，嚴(yán)重的就會產(chǎn)生掉話或使手機(jī)用戶無法建立正常的呼叫?，F(xiàn)在是30頁\一共有50頁\編輯于星期日鄰頻干擾作為移動通信網(wǎng)的一種干擾方式,比同頻干擾更容易控制。抑制鄰頻道干擾的方法有:l)頻率規(guī)劃優(yōu)化調(diào)整

如果存在鄰頻道干擾的相鄰小區(qū)間的載干比C/I≤-6dB時,則需要對系統(tǒng)的頻率規(guī)劃重新優(yōu)化調(diào)整。GSM-R系統(tǒng)要求同小區(qū)、覆蓋區(qū)重疊的多個小區(qū)、相鄰小區(qū)的控制信道及業(yè)務(wù)信道的載波間隔至少400kHz,高速區(qū)段控制信道載波間隔至少600kHz。2)提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性。另外,對同頻干擾的解決措施也同樣適用于鄰頻干擾?，F(xiàn)在是31頁\一共有50頁\編輯于星期日4.5互調(diào)干擾互調(diào)干擾是指當(dāng)兩個以上不同頻率信號作用于一非線性電路時，將互相調(diào)制產(chǎn)生新頻率的信號輸出。如果該頻率正好落在接收機(jī)工作信道帶寬內(nèi)，則構(gòu)成對該接收機(jī)的干擾，成為互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾可能是外部信號與發(fā)射信號混合產(chǎn)生；也有可能完全是兩個外部信號產(chǎn)生，它們只是借助接收機(jī)的非線性器件來相互混合。現(xiàn)在是32頁\一共有50頁\編輯于星期日在GSM-R系統(tǒng)中，可能產(chǎn)生互調(diào)干擾的原因是：發(fā)射機(jī)互調(diào)：在發(fā)射機(jī)的末端，由于功率放大器的工作非線性，把侵入的其它干擾信號與有用的發(fā)射信號產(chǎn)生相互調(diào)制，產(chǎn)生不需要的頻率組合,隨有用信號發(fā)射出去,造成對接收機(jī)干擾。接收機(jī)互調(diào)：處于互調(diào)關(guān)系的兩個或兩個以上的無線電信號同時被一個接收機(jī)接收，由于接收機(jī)高頻放大器或混頻器的非線性而發(fā)生相互調(diào)制形成一種干擾。電路的非線性特性是造成互調(diào)干擾的根本原因?，F(xiàn)在是33頁\一共有50頁\編輯于星期日要想從根本上消除互調(diào)干擾是十分困難的,但通過采取一定措施可減輕其影響。1)當(dāng)多個發(fā)射機(jī)共用一副天線時,要提高天線共用器的隔離度；當(dāng)發(fā)射機(jī)分用天線時,宜采用垂直分離架設(shè),并盡可能適當(dāng)加大天線間距,以減小發(fā)射機(jī)之間的耦合。2)改進(jìn)基站的輸出級、高放、混頻等電路,擴(kuò)大線性動態(tài)范圍。3)保持天線、饋線、雙工器與基站的匹配和接觸良好?，F(xiàn)在是34頁\一共有50頁\編輯于星期日4.6系統(tǒng)間干擾分析

系統(tǒng)間的干擾，主要包括固定頻率干擾、不可預(yù)測信號干擾、強(qiáng)信號對弱信號的干擾等。GSM-R系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)共存干擾GSM-R系統(tǒng)與CDMA系統(tǒng)共存干擾現(xiàn)在是35頁\一共有50頁\編輯于星期日現(xiàn)在是36頁\一共有50頁\編輯于星期日

(1)固定頻率的干擾這種干擾頻率幾乎不變,或小范圍抖動,上下行都可能存在。其干擾信號呈現(xiàn)出穩(wěn)定和頻譜干凈的特性,具有固定頻率的干擾源工作于GSM-R移動通信頻段。

由于中國鐵路GSM-R頻段與中國移動900MHz頻段公用,所以中國移動9OOMHz頻段的信號源是主要干擾之一?，F(xiàn)在是37頁\一共有50頁\編輯于星期日

固定頻率干擾的處理：由于鐵路GSM-R系統(tǒng)與中國移動GSM系統(tǒng)按地域共用4MHz頻帶,因此,干擾情況將比較復(fù)雜,需要鐵道部與中國移動就覆蓋區(qū)邊沿的最大邊界場強(qiáng)問題達(dá)成一致,并建立設(shè)站協(xié)調(diào)程序、干擾協(xié)調(diào)辦法,從而,有效地避免或減少干擾,發(fā)現(xiàn)干擾時,能及時處理。

現(xiàn)在是38頁\一共有50頁\編輯于星期日鐵路GSM-R系統(tǒng)使用該頻段的地域范圍是：在直轄市、省會城市和計劃單列市的城區(qū)，GSM-R系統(tǒng)協(xié)調(diào)的覆蓋范圍應(yīng)小于鐵路軌道兩側(cè)各2km；在其他地域協(xié)調(diào)的覆蓋范圍應(yīng)小于鐵路軌道兩側(cè)各6km。建議在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段通過電磁環(huán)境測試來發(fā)現(xiàn)鐵路范圍內(nèi)可能存在的中國移動GSM系統(tǒng)的干擾源,并在當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)下,由中國移動調(diào)整其GSM系統(tǒng)的頻率配置,在鐵路車站及鐵路軌道沿線兩側(cè)一定區(qū)域以外使用?，F(xiàn)在是39頁\一共有50頁\編輯于星期日

(2)強(qiáng)信號干擾這種干擾是指合法的信號占用合法的頻率,由于功率過強(qiáng)造成鄰近頻段接收設(shè)備阻塞。

通過GSM-R系統(tǒng)的工作頻段可以看出,由于CDMA系統(tǒng)基站發(fā)射頻段為870-880MHz,鐵路GSM-R系統(tǒng)基站接收頻段為885-889MHz,兩系統(tǒng)之間只有5MHz保護(hù)帶,會發(fā)生CDMA系統(tǒng)基站和直放站的發(fā)射造成對GSM-R系統(tǒng)基站和直放站的接收產(chǎn)生有害干擾?，F(xiàn)在是40頁\一共有50頁\編輯于星期日

強(qiáng)信號干擾的處理：

l)在鐵路地域內(nèi)設(shè)置CDMA基站前,須將臺站資料報送當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理機(jī)構(gòu)和鐵道部,以便鐵路GSM-R基站協(xié)調(diào)規(guī)劃。2)鐵路GSM-R基站在建設(shè)前,應(yīng)調(diào)查相關(guān)地域內(nèi)CDMA基站設(shè)置情況,分別處理。3)CDMA系統(tǒng)在建站時,除滿足上述要求外,基站天線還應(yīng)避免與GSM-R系統(tǒng)天線正對,并采取有一定的向下傾角等技術(shù)措施避免干擾GSM-R系統(tǒng)?，F(xiàn)在是41頁\一共有50頁\編輯于星期日

(3)不可預(yù)測信號干擾目前,在900MHz頻段的GSM-R系統(tǒng),存在射頻直放站轉(zhuǎn)發(fā)信號干擾、有線電視倍增器漏泄雜波干擾、微波及對講機(jī)系統(tǒng)雜波干擾等三種常見類型的不可預(yù)測干擾。

由于公眾移動通信運(yùn)營商大量采用寬頻段射頻轉(zhuǎn)發(fā)直放站系統(tǒng),會接收到不同移動通信網(wǎng)絡(luò)基站的射頻信號,并經(jīng)過放大后轉(zhuǎn)發(fā),有可能將與GSM-R網(wǎng)絡(luò)相同或相鄰的射頻信號放大后,造成對GSM-R網(wǎng)絡(luò)的干擾。現(xiàn)在是42頁\一共有50頁\編輯于星期日(3)不可預(yù)測信號干擾的處理對于不可預(yù)測的干擾和非法信號的干擾這類問題,可以先通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段的電磁環(huán)境測試來發(fā)現(xiàn)干擾區(qū)域,再通過無線電定向測試等手段尋找干擾源的具體方位,并由當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理機(jī)構(gòu)組織協(xié)調(diào)以預(yù)防此類干擾。

現(xiàn)在是43頁\一共有50頁\編輯于星期日直放站引起的干擾：

直放站（中繼器）——是在無線通信傳輸過程中起到信號增強(qiáng)的一種無線電發(fā)射中轉(zhuǎn)設(shè)備。直放站是解決基站覆蓋而存在信號盲區(qū)的一種方式。通過架設(shè)直放站不但能改善覆蓋效果，同時能大大減少投資基站之成本。

使用直放站作為實(shí)現(xiàn)“小容量、大覆蓋”目標(biāo)的必要手段之一，它與基站相比有結(jié)構(gòu)簡單、投資較少和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于難于覆蓋的盲區(qū)和弱區(qū)，如商場、賓館、機(jī)場、碼頭、車站、體育館、娛樂廳、地鐵、隧道、高速公路、海島等各種場所，提高通信質(zhì)量，解決掉話等問題。

現(xiàn)在是44頁\一共有50頁\編輯于星期日現(xiàn)在是45頁\一共有50頁\編輯于星期日（一）干擾原因分析

直放站產(chǎn)生干擾的原因主要是空間的白噪聲和直放站自身的噪聲經(jīng)過放大后通過上行鏈路連同手機(jī)信號一同到到達(dá)基站接收端造成對基站的上行干擾。

直放站引起的干擾是目前存在的最普遍的上行干擾問題，干擾區(qū)域也較大，可造成該區(qū)域部分用戶無法正常使用手機(jī)，有掉話現(xiàn)象。

某些用戶自行安裝的非法直放站由于