主頁(yè)（http://www.130131.com）：淺談高速鐵路GSM-R系統(tǒng)干擾現(xiàn)狀及對(duì)策

1 GSM-R系統(tǒng)簡(jiǎn)介

近年來(lái)我國(guó)高速鐵路建設(shè)取得長(zhǎng)足發(fā)展，已經(jīng)成為世界上運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)行速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)家。由于高速鐵路列車運(yùn)行時(shí)速超過(guò)200公里/小時(shí)（很多線路超過(guò)300公里/小時(shí)），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(guó)作為鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出適合中國(guó)特點(diǎn)的CTCS(Chinese Train Control System)系列安全調(diào)度和列車自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

GSM-R系統(tǒng)是一種主體基于GSM標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，增加了針對(duì)鐵路高速環(huán)境和調(diào)度需求而進(jìn)行過(guò)改良的系統(tǒng)。它使用中國(guó)移動(dòng)GSM公網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱G網(wǎng)）退讓的兩個(gè)頻段，上下行各19個(gè)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(gè)基站，在隧道內(nèi)和轉(zhuǎn)彎路段使用直放站作為補(bǔ)充，達(dá)到整個(gè)線路無(wú)縫覆蓋，為列車自動(dòng)控制與傳感檢測(cè)信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)無(wú)線列調(diào)、編組調(diào)車通信、應(yīng)急通信等語(yǔ)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(dāng)前，我國(guó)CTCS-3等級(jí)鐵路（設(shè)計(jì)最高時(shí)速約350公里/小時(shí)）已全部使用GSM-R無(wú)線信號(hào)進(jìn)行列車自動(dòng)控制。可以說(shuō)如果離開(kāi)了GSM-R網(wǎng)絡(luò)，列車高速運(yùn)行毫無(wú)安全性可言。

2 GSM-R系統(tǒng)常見(jiàn)干擾的類型及特點(diǎn)

隨著高速鐵路網(wǎng)的不斷延伸，各地無(wú)線電管理部門陸續(xù)承擔(dān)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(kāi)始孝感市無(wú)線電管理處陸續(xù)排查了6起高鐵GSM-R系統(tǒng)信號(hào)干擾，并兩次參加湖北省無(wú)線電管理委員會(huì)辦公室、原鐵道部運(yùn)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(wèn)題分析會(huì)，提出的“鐵路GSM-R信號(hào)聯(lián)調(diào)聯(lián)試和復(fù)測(cè)過(guò)程中測(cè)試方法的問(wèn)題”以及“武漢樞紐地區(qū)GSM-R網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)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(hào)干擾根據(jù)干擾信號(hào)來(lái)源可分為來(lái)自鐵路系統(tǒng)自身的內(nèi)部干擾和外來(lái)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(hào)的強(qiáng)度可分為直接影響正常工作的干擾和底噪超標(biāo)帶來(lái)的隱患干擾。

2.1 內(nèi)部干擾

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

（1）在鐵路交會(huì)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(hào)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(gè)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(hào)對(duì)周邊基站造成干擾。此類雜散信號(hào)很難從移動(dòng)G網(wǎng)設(shè)備雜散信號(hào)中區(qū)分出來(lái)，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(huì)逐步增加。

此外，列車車身的輻射超標(biāo)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(huì)導(dǎo)致無(wú)線電干擾。其特點(diǎn)是受干擾時(shí)間與列車存在相關(guān)。

2.2 外來(lái)干擾

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

來(lái)自移動(dòng)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(dòng)基站、直放站對(duì)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?zé)o線電管理部門重點(diǎn)清頻對(duì)象。其主要特點(diǎn)是在GSM-R系統(tǒng)下行頻段存在明顯的GSM頻譜特征信號(hào)。另一種干擾是G網(wǎng)基站設(shè)備的雜散信號(hào)對(duì)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(guò)多起。G網(wǎng)基站設(shè)備產(chǎn)生的雜散信號(hào)，其頻譜多為窄帶持續(xù)強(qiáng)信號(hào)，而由于共站產(chǎn)生的互調(diào)信號(hào)，其頻譜多為斷續(xù)寬帶信號(hào)。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(lái)自中國(guó)移動(dòng)G網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的干擾

此類干擾主要來(lái)自“移動(dòng)GSM信號(hào)放大器”、“手機(jī)信號(hào)干擾器”和“偽基站”。這三種設(shè)備都是與移動(dòng)G網(wǎng)緊密聯(lián)系的設(shè)備。“GSM信號(hào)放大器”是用戶為增強(qiáng)手機(jī)信號(hào)而私自架設(shè)的非法設(shè)備，會(huì)對(duì)附近GSM-R系統(tǒng)造成同頻干擾。“手機(jī)信號(hào)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(duì)上行下行頻率都有可能造成干擾。其信號(hào)不僅強(qiáng)度大而且雜亂無(wú)章，對(duì)普通手機(jī)和GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)都會(huì)產(chǎn)生干擾。“偽基站”設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)普遍不符合規(guī)定，發(fā)生故障時(shí)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(guò)100米。

（3）來(lái)自CDMA公網(wǎng)（以下簡(jiǎn)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(huì)干擾GSM-R，但是當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障特別是直放站出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生的雜散信號(hào)會(huì)對(duì)GSM-R上行頻率形成干擾。

（4）其他類型

一些“山寨手機(jī)”會(huì)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(jī)在登錄基站被拒絕后一般不會(huì)再次發(fā)送登錄請(qǐng)求，而“山寨手機(jī)”被拒絕后仍然持續(xù)發(fā)送請(qǐng)求。據(jù)鐵路方面統(tǒng)計(jì)，這種垃圾請(qǐng)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(lái)解決這個(gè)問(wèn)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(wú)線電波的非無(wú)線電設(shè)備也會(huì)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(wèn)，高鐵通信信號(hào)這么容易受到干擾，那么現(xiàn)在的高鐵安全嗎？實(shí)際上，從通信網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)看目前的高鐵還是很安全的，主要是因?yàn)镚SM-R系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)：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(qiáng)的功率；二是GSM-R基站直接設(shè)置在鐵路沿線，與列車實(shí)行無(wú)障礙的視距通信；三是在很長(zhǎng)一段區(qū)間里每個(gè)基站的信道不同，高速列車通過(guò)一個(gè)信道區(qū)間的時(shí)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(gè)基站與相鄰信道重新建立聯(lián)系。因此，單一信道干擾對(duì)列車的運(yùn)行安全影響不大，除非是遇上了寬頻段的持續(xù)強(qiáng)干擾。而這種情況下列車將斷開(kāi)自動(dòng)駕駛并降速轉(zhuǎn)入人工接管模式。

現(xiàn)階段鐵路部門申報(bào)給無(wú)線電管理部門的大多屬于底噪電平超標(biāo)的干擾（GSM-R系統(tǒng)設(shè)計(jì)了很低的底噪電平標(biāo)準(zhǔn)，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(jiàn)。那么既然GSM-R抗干擾措施這么多，人們是不是可以高枕無(wú)憂了呢？答案是否定的。任何自動(dòng)化系統(tǒng)都不是絕對(duì)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(duì)移動(dòng)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(cè)試階段，無(wú)線電管理人員發(fā)現(xiàn)部分中國(guó)移動(dòng)基站未退頻的情況。而據(jù)了解，在全國(guó)各地高鐵沿線這種情況非常普遍。在高鐵建設(shè)初期，無(wú)線電管理部門應(yīng)著重檢查沿線的移動(dòng)G網(wǎng)基站，加大城市區(qū)域“手機(jī)干擾器”的管理力度，將移動(dòng)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?dāng)_問(wèn)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(wèn)題將日益突出，如不及時(shí)加以統(tǒng)一解決，今后樞紐地區(qū)新增鐵路可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)頻可用的局面。鐵路相關(guān)部門必須對(duì)樞紐地區(qū)所有基站進(jìn)行統(tǒng)一管理和長(zhǎng)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(guò)信道隔離的方式減少相互串?dāng)_。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(wú)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(guó)成熟應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng)，鐵路相關(guān)部門和無(wú)線電管理部門對(duì)GSM-R系統(tǒng)的管理和使用都還缺乏經(jīng)驗(yàn)。此外，GSM-R系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、測(cè)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(wèn)題。

目前鐵路部門對(duì)GSM-R基站還是沿用過(guò)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(shì)。無(wú)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(dòng)通信基站的管理模式來(lái)管理GSM-R基站，不斷加強(qiáng)高鐵信號(hào)管理人員無(wú)線電專業(yè)知識(shí)和有關(guān)政策的宣傳培訓(xùn)，以求通過(guò)無(wú)線電管理的具體措施和要求來(lái)促進(jìn)GSM-R網(wǎng)絡(luò)良好發(fā)展。