中國集群通信網(wǎng)
GSM-R電磁環(huán)境保護(hù)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(hù)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(shí)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(shí)間內(nèi)，所有測量中所測的最大值。
x%值：在一定的測量時(shí)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(shí)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(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(qiáng)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(jì)方差；
§實(shí)時(shí)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(hào)，并根據(jù)多次測試值形成不同時(shí)刻（如忙時(shí)和閑時(shí)）、不同模式（如GSM-R通信鏈路建立時(shí)和沒有建立時(shí)）的模板，分別記錄最大值、90%值、70%值、50%值和10%值，并統(tǒng)計(jì)方差。；
§測量掃描頻段內(nèi)GSM及CDMA基站信號(hào)，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(shí)別及解碼功能
§具有GSM-R同頻信號(hào)的分離能力，并在同頻信號(hào)分離的情況下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的測量和解碼，解出各GSM-R基站的配置情況（包括基站ID、運(yùn)營商編號(hào)、用戶級(jí)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(yùn)營商編號(hào)，計(jì)算各基站的發(fā)射機(jī)互調(diào)，并測試BCCH載波的信號(hào)強(qiáng)度；根據(jù)干擾情況，識(shí)別可能引起干擾的GSM基站；
§能夠識(shí)別CDMA系統(tǒng)基站信號(hào)，能夠給出基站ID和載波配置；根據(jù)底噪情況，識(shí)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(shí)別GSM-R頻段內(nèi)的跳頻信號(hào)和突發(fā)信號(hào)；
§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(hào)，能夠迅速告警（反應(yīng)時(shí)間<2s），并上報(bào)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(hào)強(qiáng)度；干擾信號(hào)頻率；干擾信號(hào)頻譜圖；干擾信號(hào)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(shí)干擾，并根據(jù)干擾類型劃分告警級(jí)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(hào)識(shí)別及解碼結(jié)果、告警信息）進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，每周至少自動(dòng)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(jìn)行查詢和回放；
§能在發(fā)現(xiàn)GSM-R帶內(nèi)異常信號(hào)時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)I/Q信號(hào)（觸發(fā)前后各存儲(chǔ)1Mbytes），并能在最短的時(shí)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(jìn)行進(jìn)一步的分析處理和確認(rèn)；
§根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心要求，上傳所需的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。
4.1.5其他功能
§具有遠(yuǎn)程控制功能，如遠(yuǎn)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(shí)啟動(dòng)和人工啟動(dòng)，完成后上報(bào)自檢報(bào)告；
§定時(shí)向數(shù)據(jù)處理中心上報(bào)監(jiān)測報(bào)告，包括設(shè)備運(yùn)行情況、告警情況，以及重點(diǎn)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(shí)施能力，能在鐵路GSM-R基站鐵塔上快速安裝和維護(hù)。
§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(shí)時(shí)干擾監(jiān)測結(jié)果；并能根據(jù)干擾類型及強(qiáng)度，初步定位干擾源。例如，若干擾類型為GSM下行信號(hào)，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(bào)告的干擾強(qiáng)度，初步劃分干擾源所在地。另外，能夠?qū)Ω鞅O(jiān)測小站進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，能夠主動(dòng)告警；在需要時(shí)，可與現(xiàn)有監(jiān)測定位系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，消除干擾。其主要功能如下：
4.2.1用戶管理
程序啟動(dòng)后，用戶首先進(jìn)行登錄，系統(tǒng)核準(zhǔn)用戶信息后，可進(jìn)入主界面。用戶管理主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶登錄身份確認(rèn)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(shí)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(jìn)行所有操作。
添加、修改和刪除用戶信息時(shí)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(jìn)行添加修改和刪除用戶信息時(shí)軟件將進(jìn)行操作用戶權(quán)限檢查，需要管理員身份方可進(jìn)行該操作，當(dāng)用戶為普通操作員時(shí)，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(hào)頻譜圖；干擾信號(hào)頻率；干擾信號(hào)調(diào)制類型；干擾信號(hào)強(qiáng)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(hào)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(hào)）；
測量數(shù)據(jù)：測量信號(hào)記錄、干擾信號(hào)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(shí)間、故障排除時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)；
自動(dòng)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(chǔ)；
對監(jiān)測小站具有遠(yuǎn)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(jìn)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(shí)段，事件類型；
設(shè)備狀態(tài)：事件發(fā)生時(shí)段；
監(jiān)測信號(hào)記錄：測量時(shí)間范圍，中心頻率范圍，信號(hào)調(diào)制方式；
干擾信號(hào)記錄：測量時(shí)間范圍，中心頻率范圍，信號(hào)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(gè)或多個(gè)相同頻段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行比對。
以選定的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，分析信號(hào)的增減數(shù)量及可能的序號(hào)、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(bào)的干擾信號(hào)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(yùn)營商編號(hào)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(bào)的干擾信號(hào)強(qiáng)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(shí)可調(diào)用現(xiàn)有監(jiān)測定位系統(tǒng)，對干擾源進(jìn)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(jìn)行自動(dòng)備份。
五 設(shè)備指標(biāo)
指標(biāo)名稱
指標(biāo)要求
實(shí)時(shí)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(shí)）
4GHz/s（分辨率為25kHz時(shí)）
靈敏度
-105dBm/200kHz
-107dBm/200kHz
接收機(jī)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(dòng)態(tài)范圍
70dB
70dB
解調(diào)、解碼分析能力
實(shí)時(shí)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(hào)能監(jiān)聽電視伴音； 可分辨是否屬于噪聲干擾，可識(shí)別跳頻干擾； 發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)時(shí)向數(shù)據(jù)處理中心上報(bào)干擾類型及強(qiáng)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(shí)間
3000小時(shí)
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(shí)別流程
2
圖三 干擾發(fā)現(xiàn)及處理流程圖
七 重點(diǎn)及難點(diǎn)
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(yùn)營商編碼、載波配置和BCCH載波強(qiáng)度；
具有跳頻信號(hào)識(shí)別功能，能夠得到跳頻信號(hào)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(hào)分離
GSM-R工作頻段內(nèi)的同頻信號(hào)分離是本系統(tǒng)的建設(shè)難點(diǎn)。雖然高鐵運(yùn)行有“天窗”時(shí)間，但由于干擾信號(hào)的出現(xiàn)具有一定的隨機(jī)性，以及考慮到消除干擾的時(shí)效性要求，必須能夠?qū)νl干擾進(jìn)行分離和識(shí)別。
注：“天窗”時(shí)間為高鐵停運(yùn)檢修時(shí)間。
(責(zé)任編輯：陳曉亮)