摘要：随着高速铁路对车地移动通信的要求越来越高，GSM-R系统成为车地无线通信的重要载体，特别是CTCS-3列控系统向列车发送的列控数据全由GSM-R网络传送。采用GSM-R作为列控信号的通信平台，才能满足时速达到250km/h以上的高铁的运行控制。但是，由于高速铁路干线的地形环境十分复杂，尤其是西部高速铁路运行线路的隧道、桥梁、山区、丘陵占比高，有各种各样的因素干扰着GSM-R系统无线电信号的传播，严重的干扰甚至会导致通信中断，造成不可预估的后果。本文就GSM-R网络基站直放站共同覆盖多径干扰的问题进行讨论研究。
关键词：GSM-R网络基站直放站；共同覆盖；多径干扰
1GSM-R网络的基本介绍
GSM-R网络是高速铁路的专用移动通信网络，对于网络的可靠性及安全性都有较高的要求。尽管GSM-R网络属于GSM公用网络的一种扩展应用，但是GSM-R网络与传统的GSM公用网络相比，对网络性能指标和通信服务质量有着更高、更严格的要求，这与GSM-R网络的组网方式有着密切的联系。中国高速铁路GSM-R网络常用的组网方式有三种，分别是普通单网覆盖、单层网交织覆盖、同站址双层网覆盖，目前我国CTCS-3列控系统的高速铁路大多数采用的是单层网交织覆盖的网络结构。但是，由于我国领土辽阔，高速铁路在建设的时候会途径多个地点，途中遇到的变数较多，因而影响GSM-R网络信号的因素也有很多，为我国的高速铁路列车的正常控制运行带来不少困难。
二、GSM-R网络干扰的常见类型及GSM-R网络基站直放站共同覆盖多径干扰问题的场景
1.同频干扰
同频干扰也称同信道干扰，是指由于载频频率相同导致的干扰现象。由于现在GSM-R通信系统频率资源的紧缺，采用频率复用的技术以提高频谱效率和系统容量。频率复用虽然提高频率利用率和效率，但也成为了系统内部同频干扰的一个诱因。频率复用如果发生在GSM-R系统中相隔较近的基站之间，当两个相邻基站采用相同频率的信号，就会发生频率复用造成同频干扰的现象。同频干扰产生的因素有很多，首先就是开始提到的相同频率基站之间的距离设置或者频率规划不合理，导致相同频率之间的信号出现互相干扰。其次，就是直放站的位置设置不合理或者直放站内部滤波器等元器件不良，导致同频干扰的发生。
2.邻频干扰
邻频干扰，也称为邻信道干扰，是指干扰台邻频道功率落入接收邻频道接收机通带内造成的干扰。邻频干扰产生的机理与同频干扰有一定的区别，它主要是由发射机和接收机非理想所致，即由于调制信号存在带外功率，而接收机滤波器的阻带衰减不够陡峭引起相邻频带信号的泄露。由于频率规划原因造成的邻近小区中存在与本小区工作信道相邻的信道或由于某种原因致使基站小区的覆盖范围比设计要求范围大，均会引起邻频干扰。当邻频干扰的载干比小于某个特定值时，就会直接影响手机的通话质量，严重时会产生掉话或使手机用户无法建立正常的呼叫。在GSM-R网络当中，邻频干扰发生的主要原因在于频率区域规划不合理造成的。邻频干扰发生的主要因素在于接收机与发射机上，由于接收机以及发射机的性能达不到相关标准，导致滤波器无法对相邻频率信号进行很好地滤波处理，导致频率干扰的情况发生。
3.互调干扰
当两个以上不同频率信号作用于一非线性电路时，将互相调制产生新频率信号输出，如果该频率正好落在接收机工作信道带宽内，则构成对该接收机的干扰，称这种干扰为互调干扰。互调干扰的主要影响因素可以分为三个，首先由于发射机与发射机之间间距的设置不合理，导致发射机信号出现互调现象，进而影响到最终接收机接受信号的准确性。其次，在对发射机进行频率信号输入的时候，同时输入过多的不同频率的信号内容，导致频率信号在非线性组合下产生多种不同的频率信号组合，影响最终接收机接受的准确信号。最后，发射或接受元件中的某些元件发生了故障，例如天线等非线性元件故障，都会造成信号产生非线性变化，进而导致互调干扰的发生。
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4.多径干扰
多径干扰是GSM-R系统中常见的一种干扰，无线电波在传播过程中受建筑物、地形、地貌等影响，会发生反射、绕射、散射等现象，导致多条不同路径电磁波到达接收端后，会产生不等的能量衰减、相位偏移、延时等，所产生的多普勒频移现象引起频率随机调制，从而产生码间干扰，导致系统内的列控信号失真或错误。使得多径干扰成为影响GSM-R无线通信质量的重要因素，所以我们必须关注和重视GSM-R多径干扰问题。
三、GSM-R基站和直放站共同覆盖的电平平衡
对于GSM-R全双工通信系统来说，上下行链路的电平功率的平衡会直接影响部分区域内的通信质量。因此上下行链路平衡就显得尤为重要，这也是确保在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素，也关系到小区的实际覆盖范围。如果隧道覆盖区内上下行不能达到平衡，会出现在隧道覆盖区隧道口边缘通话时的话音质量下降，严重时甚至会出现移动台“有信号而无法发起呼叫”的现象。由于上下行信道的衰落性不完全一致，以及接收机噪声恶化性能的差异等其他一些因素，实际运用时上下行功率的平衡不是绝对的，会存在2dB至3dB的电平波动。隧道内的网络覆盖，因为加入了光纤直放站设备，从而其上下行链路的平衡问题要考虑到施主基站和直放站之间的上下行链路，光纤直放站和移动台之间的上下行链路等4条链路。科学、合理的优化好上下行链路的电平功率的平衡，能有效的提升通信质量，避免通话杂音、回响、掉话等问题的发生。
四、针对于GSM-R网络基站直放站共同覆盖多径干扰问题提出的相应解决方案
1.优化系统组网
通过对现有的系统组网进行优化，能够对目前存在的GSM-R网络基站直放站共同覆盖多径干扰问题进行解决。目前，对于时速高达300km的高速列车的GSM-R组网系统而言，采用的是在弱场区两侧设置源基站，以保证信号能够冗余覆盖。而所谓的优化系统组网，指的是面对于不同的状况，对于GSM-R组网系统中的主用基站信号以及从用基站信号进行调整。
2.降低干扰电平
对于GSM-R网络基站直放站共同覆盖多径干扰问题而言，导致的最直接后果是形成了一定的信号传送延时，而对问题进行具体的分析，能够发现最主要的因素在于不同信号路径强度为共同覆盖多径干扰提供了条件。由于直放站的建立需要较高的成本，因此在不改变直放站建立位置的前提之下，改善GSM-R网络基站直放站共同覆盖多径干扰问题的方法就是加强信号强度，避免出现多径干扰的可能性，具体措施如下：
（1）增大直放站远端机往基站方向发射天线的下倾角，缩小直放站天线覆盖范围，降低在基站位置信号强度。若下倾角压至最低后信号仍然过强，可朝向偏离铁路线路方向调整方位角，达到哀减信号的目的。
（2）调整直放站远端机内置下行衰减，从而降低直放站远端机下行增益。考虑上下行链路平衡应同时降低直放站远端机上行增益。由于调整远端机增益无法控制具体发射端口，因此调整时应注意另一方向发射端口的信号强度，不宜过低。
结束语
通过对GSM-R网络的干扰因素进行分析，能够发现GSM-R网络的主要影响因素在于网内对于GSM-R网络的影响，即同频干扰、邻频干扰以及互调干扰，而对具体原因进行分析的时候，可以发现这些干扰与GSM-R网络基站直放站的放置位置都有一定的关系。GSM-R网络基站直放站的位置放置不合理，很容易导致相同或是相邻的频率信号在GSM-R网络基站直放站共同覆盖的区域内产生干扰。因此，面对于GSM-R网络中的干扰，除了对于每种干扰进行相应的处理之外，最快、最直接的方法就是对GSM-R网络基站直放站的放置进行合理的安排，使得GSM-R网络基站直放站共同覆盖多径干扰的问题能够被解决，保证高速铁路的信息通讯的安全进行。
参考文献：
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作者简介：
魏斌（1980-），男，甘肃人，工程师，本科，主要从事铁路通信维护。
论文作者:魏斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/16
标签：干扰论文; 基站论文; 信号论文; 网络论文; 频率论文; 直放站论文; 接收机论文; 《基层建设》2019年第12期论文;