铁路无线电通信GSM-R频率干扰分析及排查

摘要：GSM-R作为专用于铁路通信的无线网络系统，其可靠性和安全性直接影响列车运行调度和控制系统的正常运作。近年来，由于无线电频谱资源的紧张以及铁路沿线复杂的电磁环境，GSM-R系统受到外部干扰的情况愈发严重，甚至对行车安全构成潜在威胁。本文基于对GSM-R无线电干扰现象的分析，探讨其主要来源、影响及排查方法，并提出相应的优化措施，以提升铁路无线通信系统的稳定性和安全性。

关键词：铁路无线电；GSM-R；频率干扰；排查

引言：GSM-R作为服务于铁路的专用无线通信，主要满足铁路运输的列车调度指挥、信号传送、列控系统（ETCS）、应急通信等业务需求，对铁路运输起到了较佳的通信保证。铁路沿线电磁环境复杂，GSM-R频段与公众通信网络（LTE900MHz）、广播电视、工业无线等存在重叠或邻近，易发生邻频干扰、共信道干扰等现象；同时铁路沿线存在高压输电线路、牵引变电站、机车电气设备等也能产生电磁辐射，对GSM-R通信的传输造成影响。

1 铁路无线电通信GSM-R频率干扰的概述

GSM-R通信系统是在GSM技术的基础上针对铁路通信的特点进行改造优化并实现的无线通信系统，系统网络层次主要包括基站子系统（BSS）、网络交换子系统（NSS）、运营支撑子系统（OMC）和移动台（车载无线电台或手持终端），其中BSS实现无线传输，NSS实现呼叫控制与用户管理，OMC实现系统维护监控。而GSM-R系统分别在欧洲与我国分配了特殊的频段，我国的GSM-R系统主要采用频段885–889MHz（上行）+930–934MHz（下行）的频段，在无线通信技术逐渐成熟之后，相邻频段被其他无线通信系统频段所替代，如LTE900MHz、无线电对讲机、广电无线广播等通信系统占用频段导致相邻频段、共信道干扰及互调干扰等问题引起GSM-R系统邻频干扰、共道干扰以及互调干扰。

GSM-R系统干扰主要有：邻频干扰（AdjacentChannelInterference，ACI），GSM-R系统的通信频段与其他无线电业务（公众移动通信、LTE等）频段相邻，带外抑制不够或相邻信号功率较大，会造成GSM-R接收设备受到干扰从而造成GSM-R通信质量下降；共信道干扰（Co-ChannelInterference，CCI），由于GSM-R系统的频率资源十分有限，因此，在一定区域之内，不同基站会复用相同的频率，如果同频干扰控制不合理，那么会对信号接收质量造成影响，进而干扰通信信号的通话或数据通信正常进行；非授权无线电设备干扰，一些未经审批或非授权的无线电设备（私自设置无线电台、工业无线设备等）在GSM-R的频率内发出的信号会影响信号质量从而造成干扰；电磁环境干扰，由于铁路沿线可能会分布一些高压电网、牵引变电站、机车电力系统等功率比较大而且会产生电磁的设备，由于其产生的干扰会给GSM-R通信带来干扰。

2 铁路无线电通信GSM-R频率干扰的排查方法

2.1 频谱分析与干扰信号识别

一是采用频域频谱监测的方法，对GSM-R工作频段（上行885–889MHz，下行930–934MHz）进行监测，采集频谱数据，寻找是否存在异常的强干扰信号或突发的脉冲干扰信号，这些信号很可能是外界无线电台发射装置或非法电台干扰设备导致的干扰信号。二是结合时域分析及调制特性分析，分析干扰信号的传播特征，例如是否存在连续的干扰波、是否为突发脉冲干扰、是否存在带宽的占用干扰。若存在LTE900MHz频段对GSM-R的邻频干扰，可以根据调制方式及带宽占用情况进行分析；三是利用射频指纹识别技术对持续性的干扰进行比对，锁定是否存在特定的已知无线电设备干扰源。除静态分析以外，在铁路的运营过程中，也需要进行动态的频谱监测，借助无线电监测系统的长期的频谱数据采集及数据分析，对相关数据进行大数据分析，发现规律性干扰信号。如果存在间歇性的干扰及移动的干扰源，则可以利用时间—频率联合分析方法，将频谱数据、列车数据等相关数据进行结合，通过比对确定其干扰发生的时间、区域等。

2.2 干扰源定位与巡检

铁路沿线环境复杂，干扰源既可能是基站、无线电发射设备等固定干扰源，也可能是工地对讲机、非法无线电台等移动设备，因此根据不同的干扰源合理选择定位方法，选择合适的监测定位手段显得非常关键。移动监测车携带高精度天线阵、射频分析仪及GPS定位系统，可以在铁路沿线行驶中实时记录GSM-R频段电磁信号，并对该地区干扰信号进行测向，当发现干扰信号强度明显增大时，可以记录该位置为干扰热点，结合多个监测点数据，利用三角定位法或AOA算法，通过多基站联合测向，从而对干扰源进行粗略定位。对于确定的固定干扰源，可利用定向天线对干扰区域进行探测，用手持式无线电干扰探测器进行步进测向，根据干扰信号的方向、强度变化缩小干扰区域，在铁路站场、沿线工业区、信号控制中心等重点区域，通过对这些区域内可能存在的干扰设备加强巡检，再此基础上可以结合无人机巡检技术，在铁路沿线的高塔、建筑物顶部对无线电信号进行扫描，提高检查高架信号干扰源效率。

2.3 基站间干扰比对与优化

GSM-R系统是一个复杂的蜂窝网络，由基站间的频率复用和覆盖区的重叠可能会发生内部干扰问题，在查找外部干扰的同时，还需要与对基站间的干扰进行分析并改善网络参数，降低内部干扰。

一是可以利用无线网络优化的工具来测试分析GSM-R无线网络各个GSM-R基站的信号，尤其是信号强度（RSSI）、信噪比（SNR）、误码率（BER）等指标数据进行对比分析。某个基站的误码率大幅度升高或者部分覆盖区域内出现通信掉话现象，通信信时长增长等现象的存在，说明这两个基站之间有互相干扰的现象；二是对于覆盖区域过大的GSM-R基站，可以适当将该基站的发射功率减小或者将天线的倾角调节下降来减弱该基站和相邻基站的相互干扰，对于发生共信道或者邻频干扰影响严重的覆盖区域，可以对频率进行重新分配，避免部分同频基站的覆盖区域过大的现象或者使用动态频率分配（DFS）功能，根据GSM-R实时通信网络使用情况进行实时动态频率分配。

结语：铁路运用调度和安全保障离不开GSM-R无线电通信技术，稳定的GSM-R无线电通信才能保障铁路运输的高效和稳定。然而受无线电外部环境的变化、频谱资源占用混乱、系统内部干扰等干扰因素影响，越来越多的GSM-R出现频率干扰问题，为铁路通信系统优化造成极大的困扰。本文从GSM-R频率干扰现象出发，从无线电干扰主要形式、干扰因素分析，到无线电干扰排查的技术方法，从基站优化的角度，到干扰抑制策略，全面分析论述构建有效无线电监测的运行和策略，降低外部电磁环境对GSM-R的影响，提高铁路通信系统抵抗无线电干扰的能力。

参考文献：

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