主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：淺談高速鐵路GSM-R系統(tǒng)干擾現(xiàn)狀及對策

1 GSM-R系統(tǒng)簡介

近年來我國高速鐵路建設(shè)取得長足發(fā)展，已經(jīng)成為世界上運營里程最長、運行速度最高、在建規(guī)模最大的國家。由于高速鐵路列車運行時速超過200公里/小時（很多線路超過300公里/小時），以往的通信調(diào)度和列車控制方式已不能滿足需求，因此原鐵道部將歐洲的GSM-R（GSM for Railways）系統(tǒng)引入我國作為鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出適合中國特點的CTCS(Chinese Train Control System)系列安全調(diào)度和列車自動化控制系統(tǒng)。

GSM-R系統(tǒng)是一種主體基于GSM標準基礎(chǔ)上，增加了針對鐵路高速環(huán)境和調(diào)度需求而進行過改良的系統(tǒng)。它使用中國移動GSM公網(wǎng)（以下簡稱G網(wǎng)）退讓的兩個頻段，上下行各19個信道，信道間隔200kHz。GSM-R系統(tǒng)沿鐵路線每2～3公里布設(shè)一個基站，在隧道內(nèi)和轉(zhuǎn)彎路段使用直放站作為補充，達到整個線路無縫覆蓋，為列車自動控制與傳感檢測信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，實現(xiàn)無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、應(yīng)急通信等語音通信功能。此外還可提供列車定位尋址和旅客服務(wù)等功能。

當前，我國CTCS-3等級鐵路（設(shè)計最高時速約350公里/小時）已全部使用GSM-R無線信號進行列車自動控制。可以說如果離開了GSM-R網(wǎng)絡(luò)，列車高速運行毫無安全性可言。

2 GSM-R系統(tǒng)常見干擾的類型及特點

隨著高速鐵路網(wǎng)的不斷延伸，各地無線電管理部門陸續(xù)承擔起保障高鐵GSM-R系統(tǒng)頻率安全的重要工作。湖北省孝感市毗鄰武漢、地處華中腹地，從2010年開始孝感市無線電管理處陸續(xù)排查了6起高鐵GSM-R系統(tǒng)信號干擾，并兩次參加湖北省無線電管理委員會辦公室、原鐵道部運輸管理局、鐵科院及漢宜高鐵、京石武高鐵內(nèi)部有關(guān)方面參加的高鐵GSM-R系統(tǒng)干擾問題分析會，提出的“鐵路GSM-R信號聯(lián)調(diào)聯(lián)試和復(fù)測過程中測試方法的問題”以及“武漢樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題”得到了原鐵道部相關(guān)專家的重視。

高鐵GSM-R系統(tǒng)信號干擾根據(jù)干擾信號來源可分為來自鐵路系統(tǒng)自身的內(nèi)部干擾和外來干擾；根據(jù)干擾頻段不同可分為上行頻率干擾和下行頻率干擾；根據(jù)干擾信號的強度可分為直接影響正常工作的干擾和底噪超標帶來的隱患干擾。

2.1 內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾是指干擾信號來自鐵路系統(tǒng)內(nèi)部，主要有兩種情況：

（1）在鐵路交會的樞紐站地區(qū)以及線路相鄰區(qū)域，大量GSM-R系統(tǒng)基站的集中工作，使得各基站間下行信號相互影響。此類干擾的形式多為同頻、鄰頻干擾，具體表現(xiàn)為在較大范圍內(nèi)整個GSM-R系統(tǒng)下行頻段底噪明顯升高。

（2）GSM-R系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障，產(chǎn)生的雜散信號對周邊基站造成干擾。此類雜散信號很難從移動G網(wǎng)設(shè)備雜散信號中區(qū)分出來，但在本線或相鄰線路網(wǎng)管監(jiān)視端上很容易被發(fā)現(xiàn)。隨著GSM-R系統(tǒng)設(shè)備的逐年老化，此類干擾出現(xiàn)的概率會逐步增加。

此外，列車車身的輻射超標以及列車受電弓和接觸網(wǎng)接觸不良產(chǎn)生的高壓電弧等因素也會導(dǎo)致無線電干擾。其特點是受干擾時間與列車存在相關(guān)。

2.2 外來干擾

外來干擾是指干擾信號來自鐵路GSM-R系統(tǒng)之外。由于鐵路線路跨越地域非常廣，來自外部的干擾信號多種多樣，主要有以下幾種類型：
  （1）來自中國移動G網(wǎng)基站的干擾

GSM-R系統(tǒng)使用的是G網(wǎng)的技術(shù)體制，并且頻率相近，因此很容易被數(shù)量龐大、分布廣泛的移動G網(wǎng)基站干擾。

來自移動G網(wǎng)的干擾可分為兩種情況：一種是還在占用GSM-R系統(tǒng)下行頻段的移動基站、直放站對GSM-R系統(tǒng)直接造成的同頻干擾。這種情況在各條高鐵沿線普遍存在，也是現(xiàn)階段各地無線電管理部門重點清頻對象。其主要特點是在GSM-R系統(tǒng)下行頻段存在明顯的GSM頻譜特征信號。另一種干擾是G網(wǎng)基站設(shè)備的雜散信號對附近的GSM-R系統(tǒng)基站造成的干擾。此類干擾在江蘇、福建、浙江等地已發(fā)生過多起。G網(wǎng)基站設(shè)備產(chǎn)生的雜散信號，其頻譜多為窄帶持續(xù)強信號，而由于共站產(chǎn)生的互調(diào)信號，其頻譜多為斷續(xù)寬帶信號。G網(wǎng)設(shè)備故障引起的高鐵干擾往往伴隨附近本網(wǎng)設(shè)備同樣受干擾，而因互調(diào)引起的干擾則因衰弱比較快，影響范圍很小。

（2）來自中國移動G網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的干擾

此類干擾主要來自“移動GSM信號放大器”、“手機信號干擾器”和“偽基站”。這三種設(shè)備都是與移動G網(wǎng)緊密聯(lián)系的設(shè)備。“GSM信號放大器”是用戶為增強手機信號而私自架設(shè)的非法設(shè)備，會對附近GSM-R系統(tǒng)造成同頻干擾。“手機信號干擾器”本身就是一種專用干擾設(shè)備，涵蓋GSM-R系統(tǒng)頻段，對上行下行頻率都有可能造成干擾。其信號不僅強度大而且雜亂無章，對普通手機和GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)都會產(chǎn)生干擾。“偽基站”設(shè)備的技術(shù)指標普遍不符合規(guī)定，發(fā)生故障時可整段抬升GSM-R系統(tǒng)的下行頻段底噪，干擾的作用范圍半徑一般不超過100米。

（3）來自CDMA公網(wǎng)（以下簡稱C網(wǎng)）的干擾

GSM-R系統(tǒng)上行頻段大功率設(shè)備很少，唯一在高鐵沿線分布比較多、功率較大且頻率相鄰的發(fā)射設(shè)備就是C網(wǎng)基站。雖然C網(wǎng)基站本身不會干擾GSM-R，但是當設(shè)備發(fā)生故障特別是直放站出現(xiàn)故障時，產(chǎn)生的雜散信號會對GSM-R上行頻率形成干擾。

（4）其他類型

一些“山寨手機”會擠占GSM-R上行信道，造成GSM-R網(wǎng)絡(luò)阻塞。正規(guī)廠家生產(chǎn)的手機在登錄基站被拒絕后一般不會再次發(fā)送登錄請求，而“山寨手機”被拒絕后仍然持續(xù)發(fā)送請求。據(jù)鐵路方面統(tǒng)計，這種垃圾請求曾經(jīng)占到基站登錄總量的95%以上，鐵路有關(guān)部門不得不全面更換GSM-R信令、信道來解決這個問題。此外，鐵路高架橋附近的汽車、摩托車的電火花，其他輻射無線電波的非無線電設(shè)備也會干擾GSM-R網(wǎng)絡(luò)。需要指出的是由于GSM-R系統(tǒng)本身的下行發(fā)射功率較大，并且相鄰頻段的其他大功率發(fā)射設(shè)備種類和數(shù)量較多，因此GSM-R網(wǎng)絡(luò)干擾絕大部分都發(fā)生在下行頻段上。

3 GSM-R系統(tǒng)抗干擾的主要措施

看到這里人們不禁要問，高鐵通信信號這么容易受到干擾，那么現(xiàn)在的高鐵安全嗎？實際上，從通信網(wǎng)絡(luò)角度來看目前的高鐵還是很安全的，主要是因為GSM-R系統(tǒng)有以下一些特點：一是鐵路部門從高鐵誕生起就給GSM-R基站設(shè)置了足夠強的功率；二是GSM-R基站直接設(shè)置在鐵路沿線，與列車實行無障礙的視距通信；三是在很長一段區(qū)間里每個基站的信道不同，高速列車通過一個信道區(qū)間的時間非常短，即使該信道不可用，列車很快就能在原地或下一個基站與相鄰信道重新建立聯(lián)系。因此，單一信道干擾對列車的運行安全影響不大，除非是遇上了寬頻段的持續(xù)強干擾。而這種情況下列車將斷開自動駕駛并降速轉(zhuǎn)入人工接管模式。

現(xiàn)階段鐵路部門申報給無線電管理部門的大多屬于底噪電平超標的干擾（GSM-R系統(tǒng)設(shè)計了很低的底噪電平標準，一般為-95dBm），而能把GSM-R基站干擾到出現(xiàn)掉話、誤碼甚至中斷傳輸?shù)那闆r非常少見。那么既然GSM-R抗干擾措施這么多，人們是不是可以高枕無憂了呢？答案是否定的。任何自動化系統(tǒng)都不是絕對可靠的，只有將安全隱患全部剔除才能保證高鐵用頻的真正安全。
 

4 思考與建議

（1）加大對移動G網(wǎng)基站的監(jiān)督檢查力度

在漢宜線和京石武線擬建GSM-R系統(tǒng)基站電磁環(huán)境測試階段，無線電管理人員發(fā)現(xiàn)部分中國移動基站未退頻的情況。而據(jù)了解，在全國各地高鐵沿線這種情況非常普遍。在高鐵建設(shè)初期，無線電管理部門應(yīng)著重檢查沿線的移動G網(wǎng)基站，加大城市區(qū)域“手機干擾器”的管理力度，將移動G網(wǎng)及其相關(guān)設(shè)備的影響降到最低。

（2）解決樞紐站地區(qū)GSM-R系統(tǒng)內(nèi)部串擾問題

在鐵路樞紐站地區(qū)，由于大量GSM-R系統(tǒng)基站集中使用，頻率緊張和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的問題將日益突出，如不及時加以統(tǒng)一解決，今后樞紐地區(qū)新增鐵路可能會出現(xiàn)無頻可用的局面。鐵路相關(guān)部門必須對樞紐地區(qū)所有基站進行統(tǒng)一管理和長期規(guī)劃。建議各線路在滿足需要的情況下盡可能提高信道的復(fù)用率，通過信道隔離的方式減少相互串擾。另外，已設(shè)置的GSM-R系統(tǒng)基站在滿足自身覆蓋的條件下盡可能降低天線高度和發(fā)射功率，減少無用發(fā)射。

（3）提高GSM-R系統(tǒng)管理和使用水平

由于GSM-R在我國成熟應(yīng)用的時間不長，鐵路相關(guān)部門和無線電管理部門對GSM-R系統(tǒng)的管理和使用都還缺乏經(jīng)驗。此外，GSM-R系統(tǒng)的設(shè)計、施工、測試、優(yōu)化、管理分別屬于不同公司，存在人員和信息銜接方面的效率問題。

目前鐵路部門對GSM-R基站還是沿用過去分散管理的模式，采取的大功率抗干擾的方法也不利于可持續(xù)發(fā)展。而今后集中管理、統(tǒng)一規(guī)劃、合理復(fù)用有限頻率是其發(fā)展的必然趨勢。無線電管理部門也應(yīng)該未雨綢繆，盡早消除各類干擾隱患并做好引導(dǎo)工作，嘗試參照公眾移動通信基站的管理模式來管理GSM-R基站，不斷加強高鐵信號管理人員無線電專業(yè)知識和有關(guān)政策的宣傳培訓(xùn)，以求通過無線電管理的具體措施和要求來促進GSM-R網(wǎng)絡(luò)良好發(fā)展。