中國集群通信網(wǎng)
GSM-R電磁環(huán)境保護技術(shù)方案（試行）
一 建設(shè)目的
GSM-R系統(tǒng)承載了列車調(diào)度和列車控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵指令，若發(fā)生故障將引起鐵路系統(tǒng)的混亂，甚至可能造成嚴(yán)重的安全事故，因此為了充分保護鐵路GSM-R系統(tǒng)的用頻安全，需建設(shè)GSM-R監(jiān)測專用系統(tǒng)，以及時發(fā)現(xiàn)并初步判斷干擾來源，為干擾的快速消除提供有效可靠的先決條件。
二 定義
最大值：在一定的測量時間內(nèi)，所有測量中所測的最大值。
x%值：在一定的測量時間內(nèi)，超過某一數(shù)值的測量次數(shù)與全部測量次數(shù)之比為x%，則此值為x%值。
三 系統(tǒng)框圖
圖一 GSM-R干擾監(jiān)測專用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
四 實現(xiàn)功能
4.1 監(jiān)測小站功能
為了合理使用網(wǎng)絡(luò)資源，監(jiān)測小站應(yīng)具有很強的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)存儲功能。
4.1.1測量功能
§測試GSM-R下行頻段內(nèi)的各信道的強度，并根據(jù)多次測試值形成模板，記錄最大值、90%值、70%值、50%值和10%值，并統(tǒng)計方差；
§實時測量GSM-R上行頻段底噪，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、DSP處理等，記錄可能的干擾信號，并根據(jù)多次測試值形成不同時刻（如忙時和閑時）、不同模式（如GSM-R通信鏈路建立時和沒有建立時）的模板，分別記錄最大值、90%值、70%值、50%值和10%值，并統(tǒng)計方差。；
§測量掃描頻段內(nèi)GSM及CDMA基站信號，形成數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫格式以最新監(jiān)測數(shù)據(jù)庫格式為準(zhǔn)。
4.1.2識別及解碼功能
§具有GSM-R同頻信號的分離能力，并在同頻信號分離的情況下實現(xiàn)信號的測量和解碼，解出各GSM-R基站的配置情況（包括基站ID、運營商編號、用戶級別、載波配置等）；
§具有GSM系統(tǒng)解碼功能，能夠給出接收到的GSM基站的基站ID和載波配置和運營商編號，計算各基站的發(fā)射機互調(diào)，并測試BCCH載波的信號強度；根據(jù)干擾情況，識別可能引起干擾的GSM基站；
§能夠識別CDMA系統(tǒng)基站信號，能夠給出基站ID和載波配置；根據(jù)底噪情況，識別引起干擾的CDMA基站；能夠根據(jù)底噪模板判定高斯白噪聲干擾；
§能夠捕獲和識別GSM-R頻段內(nèi)的跳頻信號和突發(fā)信號；
§根據(jù)接收到的干擾情況，判定干擾類型（GSM-R同頻或鄰頻干擾、GSM互調(diào)、CDMA帶外干擾、模擬/數(shù)字電視干擾、集群干擾、跳頻干擾、突發(fā)干擾、噪聲干擾、不明干擾等）。
4.1.3告警功能
§發(fā)現(xiàn)可能的干擾信號，能夠迅速告警（反應(yīng)時間<2s），并上報數(shù)據(jù)處理中心；
§告警信息內(nèi)容包括：提交告警信息的監(jiān)測小站ID；干擾類型（GSM-R同頻或鄰頻干擾、GSM互調(diào)、CDMA帶外干擾、模擬/數(shù)字電視干擾、集群干擾、跳頻或突發(fā)干擾、噪聲干擾、不明干擾等）；干擾信號強度；干擾信號頻率；干擾信號頻譜圖；干擾信號解碼結(jié)果（GSM系統(tǒng)基站ID、GSM-R系統(tǒng)基站ID、 CDMA系統(tǒng)基站ID）；
§告警信息應(yīng)區(qū)分潛在干擾和事實干擾，并根據(jù)干擾類型劃分告警級別。
4.1.4記錄及查詢功能
§對一周內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)（包括頻譜圖、信號識別及解碼結(jié)果、告警信息）進行記錄和存儲，每周至少自動上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)一次；
§對尚未上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)能根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心的要求進行查詢和回放；
§能在發(fā)現(xiàn)GSM-R帶內(nèi)異常信號時自動存儲I/Q信號（觸發(fā)前后各存儲1Mbytes），并能在最短的時間內(nèi)傳輸至控制中心，或在事后根據(jù)控制中心要求傳回，進行進一步的分析處理和確認；
§根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心要求，上傳所需的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。
4.1.5其他功能
§具有遠程控制功能，如遠程控制重啟、設(shè)置干擾判定門限、頻率、帶寬和分辨率等；
§具有自檢功能，可定時啟動和人工啟動，完成后上報自檢報告；
§定時向數(shù)據(jù)處理中心上報監(jiān)測報告，包括設(shè)備運行情況、告警情況，以及重點監(jiān)測對象情況；
§站設(shè)備具有良好的通信、電源、防雷接地、電磁兼容及環(huán)境適應(yīng)能力;設(shè)備可靠性高，能在鐵路沿線環(huán)境下長期穩(wěn)定正常工作；
§站設(shè)備具有良好的工程實施能力，能在鐵路GSM-R基站鐵塔上快速安裝和維護。
§留有TDOA定位的接口。
4.2 數(shù)據(jù)處理中心功能
數(shù)據(jù)處理中心的核心功能是匯總及綜合處理路段內(nèi)各監(jiān)測小站的實時干擾監(jiān)測結(jié)果；并能根據(jù)干擾類型及強度，初步定位干擾源。例如，若干擾類型為GSM下行信號，可給出產(chǎn)生干擾的GSM基站；若為其他類型干擾，綜合分析附近小站報告的干擾強度，初步劃分干擾源所在地。另外，能夠?qū)Ω鞅O(jiān)測小站進行狀態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，能夠主動告警；在需要時，可與現(xiàn)有監(jiān)測定位系統(tǒng)聯(lián)動，消除干擾。其主要功能如下：
4.2.1用戶管理
程序啟動后，用戶首先進行登錄，系統(tǒng)核準(zhǔn)用戶信息后，可進入主界面。用戶管理主要功能是實現(xiàn)用戶登錄身份確認以及系統(tǒng)用戶管理功能；操作用戶通過該部分可以添加修改和刪除系統(tǒng)操作用戶與系統(tǒng)管理員，系統(tǒng)操作用戶只能登錄系統(tǒng)軟件，但在操作軟件時操作權(quán)限將受到嚴(yán)格限制，只有具備管理員權(quán)限的用戶登錄方可進行所有操作。
添加、修改和刪除用戶信息時主要包括用戶名稱、用戶密碼、用戶權(quán)限等基本信息。
當(dāng)用戶進行添加修改和刪除用戶信息時軟件將進行操作用戶權(quán)限檢查，需要管理員身份方可進行該操作，當(dāng)用戶為普通操作員時，則只能修改自身信息。
4.2.2數(shù)據(jù)信息瀏覽
主要提供以下數(shù)據(jù)信息的瀏覽：
系統(tǒng)數(shù)據(jù)：包括系統(tǒng)用戶、系統(tǒng)工作日志、數(shù)據(jù)備份記錄。
告警數(shù)據(jù)：包括提交告警信息的監(jiān)測小站ID；干擾信號頻譜圖；干擾信號頻率；干擾信號調(diào)制類型；干擾信號強度；干擾類型（GSM互調(diào)、CDMA帶外干擾、模擬/數(shù)字電視干擾、集群干擾、跳頻干擾、噪聲干擾、不明干擾等）；干擾信號解碼結(jié)果（GSM系統(tǒng)基站ID、CDMA系統(tǒng)基站ID、基站經(jīng)緯度、數(shù)字電視信道號）；
測量數(shù)據(jù)：測量信號記錄、干擾信號判決門限；
設(shè)備狀態(tài)：設(shè)備故障小站ID、發(fā)生故障的類型（如設(shè)備損壞、停電、網(wǎng)路等）和時間、故障排除時間等。
4.2.3 控制及告警功能
根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心用戶命令，調(diào)用監(jiān)測小站的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并存儲；
自動定期調(diào)取各監(jiān)測小站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以最新監(jiān)測數(shù)據(jù)庫格式存儲；
對監(jiān)測小站具有遠端控制能力，能遙控開關(guān)監(jiān)測小站、設(shè)置參數(shù)等。
4.2.4 數(shù)據(jù)查詢
數(shù)據(jù)查詢?yōu)橛脩籼峁⿺?shù)據(jù)的檢索功能，在上節(jié)中提到的各類數(shù)據(jù)可按以下的組合查詢條件進行檢索：
(一)檢索條件
系統(tǒng)用戶：用戶類型，用戶名稱；
系統(tǒng)工作日志：事件發(fā)生時段，事件類型；
設(shè)備狀態(tài)：事件發(fā)生時段；
監(jiān)測信號記錄：測量時間范圍，中心頻率范圍，信號調(diào)制方式；
干擾信號記錄：測量時間范圍，中心頻率范圍，信號調(diào)制方式，干擾類型。
(二)輸出
能以Word、Excel、pdf等多種文件格式輸出數(shù)據(jù)查詢結(jié)果列表。
4.2.5 對比分析
選取任意兩個或多個相同頻段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行比對。
以選定的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，分析信號的增減數(shù)量及可能的序號、中心頻率、頻寬、載波功率、載噪比等的變化情況。以word、pdf等格式輸出供對比的頻譜圖及對比結(jié)果。
4.2.6干擾來源分析
根據(jù)各監(jiān)測小站上報的干擾信號告警信息，若為GSM（包括GSM-R）、CDMA基站干擾，則根據(jù)基站ID及運營商編號等信息快速定位干擾來源的基站位置；若為其他干擾類型，根據(jù)各小站上報的干擾信號強度，大致劃分干擾來源區(qū)域。
4.2.7聯(lián)網(wǎng)
可與現(xiàn)有監(jiān)測定位系統(tǒng)通過TCP/IP協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，有需要時可調(diào)用現(xiàn)有監(jiān)測定位系統(tǒng)，對干擾源進行分析、定位；
保留向鐵路部門提供接口的功能。
4.2.8地圖顯示
可在地圖背景上顯示鐵路線路、監(jiān)測小站、數(shù)據(jù)處理中心和監(jiān)測范圍內(nèi)的GSM（包括GSM-R）、CDMA基站位置，以及干擾來源分析結(jié)果。能夠放大、打印圖片。
4.2.9
可人工導(dǎo)出/導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。并對數(shù)據(jù)庫每周進行自動備份。
五 設(shè)備指標(biāo)
指標(biāo)名稱
指標(biāo)要求
實時監(jiān)測
掃描監(jiān)測
監(jiān)測頻率范圍
885-889MHz（必選） 930-934MHz（可選）
137-960MHz
頻率穩(wěn)定度
≤±1×10-7 (0℃～45℃)
≤±1×10-7 (0℃～45℃)
掃描速度
5GHz/s（分辨率為25kHz時）
4GHz/s（分辨率為25kHz時）
靈敏度
-105dBm/200kHz
-107dBm/200kHz
接收機相位噪聲
≤-110dBc/Hz@10KHz
≤-100dBc/Hz@10KHz
IP3
≥10dBm
≥10dBm
中頻抑制
＞85dB
＞80dB
鏡頻抑制
＞85dB
＞80dB
無雜散動態(tài)范圍
70dB
70dB
解調(diào)、解碼分析能力
實時頻譜分析，可解碼GSM-R、GSM、CDMA、香港UMTS（僅限深圳地區(qū)），對模擬集群及對講系統(tǒng)能監(jiān)聽話音，對模擬電視信號能監(jiān)聽電視伴音； 可分辨是否屬于噪聲干擾，可識別跳頻干擾； 發(fā)現(xiàn)干擾信號時向數(shù)據(jù)處理中心上報干擾類型及強度。
接口協(xié)議
TCP/IP
正常工作溫度
室外：－40℃～＋55℃ 室內(nèi)： 0℃～＋45℃
相對濕度
室外：5%～98% 室內(nèi)：10%～85%
平均無故障時間
3000小時
工作方式
小型站設(shè)備安裝在鐵路通信鐵塔上，外置，無人值守
六 處理流程
6.1 初始化流程
圖二 初始化流程圖
6.2 干擾識別流程
2
圖三 干擾發(fā)現(xiàn)及處理流程圖
七 重點及難點
7.1 解調(diào)及解碼功能
要求監(jiān)測小站具有對GSM-R、GSM、CDMA、UMTS（廣東及深圳地區(qū)）等系統(tǒng)基站消息解碼功能，能夠獲取基站ID、運營商編碼、載波配置和BCCH載波強度；
具有跳頻信號識別功能，能夠得到跳頻信號的頻率集及跳頻速率信息；
具有對模擬集群及模擬對講系統(tǒng)的解碼功能，能夠獲取語音信息。
7.2 同頻信號分離
GSM-R工作頻段內(nèi)的同頻信號分離是本系統(tǒng)的建設(shè)難點。雖然高鐵運行有“天窗”時間，但由于干擾信號的出現(xiàn)具有一定的隨機性，以及考慮到消除干擾的時效性要求，必須能夠?qū)νl干擾進行分離和識別。
注：“天窗”時間為高鐵停運檢修時間。
(責(zé)任編輯：陳曉亮)