T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATIONDOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2018.12.009关于GSM-R网络干扰的测试方案李雪峰(上海中铁通信信号测试有限公司，上海 200436)摘要：介绍GSM-R干扰监测的意义、GSM-R通信系统干扰类型，详细阐述GSM-R网络干扰的测试仪表和现场测试方法和GSM-R网络干扰的测试实例。关键词：高铁；GSM-R；干扰；测试方法中图分类号：U285.4+1 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2018)12-0038-06Test Scheme of GSM-R Network InterferenceLi Xuefeng（Shanghai ChinaRail Signal & Communication Testing Co., Ltd., Shanghai 200436, China）Abstract: This paper discusses the signifi cance of GSM-R interference test, the classifi cation of GSM-R network interference, as well as the testing instrument and method of fi eld test, and provides test cases of GSM-R network interference.Keywords: high speed railway; GSM-R; interference; testing methods截止2017年底，中国高铁里程已经超过2.5万km，预计到2020年，中国高铁里程将达3万km。（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R）是用于铁路通信的数字移动通信系统，我国高铁线路GSM-R系统自开通运行以来，总体上达到了设计功能要求，GSM-R网络质量基本保持稳定，在提高铁路工作效率、保证铁路通信安全方面起到了重要作用。但应注意的是，GSM-R通信系统易受到外界多种因素的影响，造成无线信号干扰，进而影响GSM-R无线业务的通信质量和网络性能。正因为如此，排查处理无线网络干扰成为维护铁路通信安全的一项非常重要的工作。本测试方案主要是依据相关国家标准,结合自身工作经验，同时参考我国GSM-R网络的实际*********************************************** Sun Feng.Design Strategy of Passenger Service System for Passengers[J].Railway Standard Design，2010（1): 163-166.[6]中国铁路总公司.QCR4-2016 铁路客站WiFi无线接入系统技术条件[S].北京:中国铁路总公司，2016.[7]杨崑，薛宁，胡绍海，等.IP电话及其增值业务技术[M].北京：人民邮电出版社.2002. （收稿日期：2018-07-13）（修回日期：2018-07-20）[8]夏子炜.PIS系统设计探讨[J].中国电子商务, 2013（4):77-77.Xia Ziwei.Design of PIS System[J].E-commerce in China, 2013（4):77-77.38铁路通信信号工程技术(RSCE） 2018年12月，第15卷第12期Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.TECHNOLOGICAL INNOVATION技术创新需求。希望对有相关需求的人员带来一点点启示和帮助。干扰、邻频干扰、多径干扰、阻塞干扰等等。依据干扰信号的来源不同可区分为来自铁路系统自身的内部干扰和来自铁路系统以外的外部干扰；依据干扰频段的不同又可分为干扰上行频段的上行干扰和干扰下行频段的下行干扰。1) 内部干扰：主要有铁路系统频率规划不合理、设备本身非线性及故障、多路径效应、基站天线角度不合理造成覆盖范围过大进而引起同邻频干扰等等。2) 外部干扰：主要有运营商违规占用、无线设备产生杂散或互调信号落入GSM-R频段、无线信号干扰器等等。3) 上行频率干扰是指GSM-R上行频段出现干扰信号，导致基站受到干扰，造成GSM-R系统的接收性能下降，影响基站上行覆盖范围，甚至是终端用户不能正常通话。4) 下行频率干扰是指GSM-R下行频段出现干扰信号，导致终端用户受到干扰，包括对BCCH和TCH信号产生同频或邻频干扰，其中TCH因为是业务信道，并不保持常发状态，所以只在TCH载波发射时会受到干扰，造成通信质量差，杂音断续或掉话等等。1 GSM-R网络干扰测试的重要意义GSM-R网络系统是为高铁列车自动控制、传感检测信息提供了数据传输的通道，可实现无线列调、编组调车通信、应急通信等相关语音通信功能，还能提供列车定位寻址、旅客服务等其他功能。作为高速铁路调度指挥、列车运行控制的重要通信手段，为提高运输效率、保障行车安全发挥了非常重要的作用。但是在日常铁路运营中，GSM-R网络容易受到各种电磁信号影响，造成系统通信质量下降，干扰严重时甚至造成语音或数据业务中断，所以排查无线干扰,对保护铁路专用频率安全，保障列车安全运行有着非常重要的意义。更重要的是，随着铁路GSM-R系统的不断推广和大面积应用，铁路沿线的电磁环境也趋于复杂化，干扰问题日趋频繁、干扰情况不容乐观。2 GSM-R应用现状和干扰基本原理依据国家相关规定，铁路专用GSM-R网络的频段分别为上行频段为885～8 MHz（传输方向为移动台发射，铁路基站接收）、下行频段930～934 MHz（传输方向为铁路基站发射，移动台接收），上行和下行各4 MHz频率带宽，相邻信道间隔为200 kHz，共有21个信道，信道号为999～1019，扣除最低端999和最高端1019用为隔离保护信道，实际可用信道为19个，即1 000～1 018。具体的信道序号和信道中心频率的换算公式为：MHz+(n-1024)×0.2 MHz（传输方向为移L(n)=0 动台发射，铁路基站接收），fH(n)=fL(n)+45 MHz（传输方向为铁路基站发射，移动台接收），n为999～1 019。在通信方面，干扰通常是指对有用信号的接收造成损伤，所以GSM-R干扰是指对GSM-R频段正常接收信号构成的损伤和影响。常见的干扰类型有杂散干扰、互调干扰、同频No.12 李雪峰：关于GSM-R网络干扰的测试方案3 GSM-R网络干扰监测测试方案3.1 测试目的本测试方案是为铁路GSM-R网络干扰测试制定的测试方法及测试要求。3.2 测试说明3.2.1 规范性引用文件1)GB/T15658-2012《无线电噪声测量方法》2)GB13616-2009《数字微波接力站电磁环境保护要求》；3)信部无函[2007]394号《关于铁路专用GSM-R移动通信系统使用频率及有关问题的函》；4)信部无函[2007]136号《关于铁道部和中国移动共用900 MHz移动通信网频率资源问题的函》；39Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATION5)TB10430-2014《铁路数字移动通信系统(GSM-R)工程检测规程》；6)TB10088-2015《铁路数字移动系统（GSM-R）设计规范》。3.2.2 测试结果计算测试值=频谱分析仪读值-天线增益+馈线和接头损耗3.2.3 评判标准依据信部无函[2007]136号《关于铁道部和中国移动共用900 MHz移动通信网频率资源问题的函》的规定，判别准则如下：在铁路轨道上方4.5 m处的电平统计值WS4.5m＜-105 dBm。3.3 测试系统要求和配置3.3.1 测试仪表接收设备：快速扫描接收机或频谱分析仪（通常为R&S设备如:FSH4/FSH8）；接收天线：GSM900频段的定向测试天线1个、全向测试天线1个；基站识别设备：1台（通常为sagem测试手机，如:OT498/OT290）；位置记录器：GPS定位仪；配套设备：便携式计算机若干（包括测试软件等）；需要注意的是：仪表和天线要求经过计量校准，天线必须标明增益。3.3.2 仪表参数设定（以R&S的FSH4为例）1）RBW：根据现场频谱干扰情况设定RBW以确保本底噪声低于-105 dBm，建议：RBW通常设定1 kHz（参见GBT15658-2012《无线电噪声测量方法》6.4），无特殊情况下，尽量满足RBW≤10 kHz；2）VBW:建议与RBW保持一致，或者比RBW略大；3）TraceMode:建议使用MaxHold方式（存储频谱图时）；4）TraceDetector：建议使用MaxPeak方式；5）RefLevel：建议设定为-30 或-20 dBm。3.3.3 测试系统图测试示意如图1所示。接收天线测试手机信息电平及时间信息GPS频谱仪或接收机信息处理系统经纬度及时间信息图1 室外监测系统架构Fig.1 Railway GSM-R interference test system diagram3.4 定点测试方法3.4.1 测试区域选择对GSM-R的干扰区段可通过以下4种方式进行初步判定：1) GSM-R系统频率申请、台站申报中电测环境GSM-R频段电平底噪超过-105 dBm或存在明显信号包络区段；2) 日常运营过程中出现的列控发生降级、通信质差或中断、通信连接失败的区段；3) GSM-R网管统计中乒乓切换、越站切换、存在频繁异常信令区段及存在干扰区段；4) 电务监测车等日常运营维护中QoS指标较差、场强覆盖信号明显高于日常监测及理论计算电平值区段。对无明显干扰线路的监测可选择铁路所经的繁华地区、GSM-R基站中间地带的开阔区域进行测试。3.4.2 测试步骤选择确定测试区域，在铁路沿线可能存在干扰的区域选择开阔无遮挡的地点，进行现场测试(如可能关闭预测线路GSM-R基站)，如图1所示搭建测试系统，详细记录测试位置的周边环境（包括高大建筑物、遮挡情况、铁路和运营商的通信基站）、测试天线距铁路轨面高度及地面高度，根据现场测试与预测线路测试信息分析干扰源类型。1）首先采用标准天线（建议进行频谱扫描时使铁路通信信号工程技术(RSCE) 2018年12月40Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.TECHNOLOGICAL INNOVATION技术创新用全向天线，进行干扰位置查找时使用定向天线）对885～8 MHz/930～934 MHz频段进行全方位扫描测试，检波方式可采用峰值检波，轨迹模式可采用最大值保持的方式，首先用最大保持方式检测20 min，如果没有发现异常问题即可结束，如果发现有频点超过门限值，则应进行进一步测试，核查并统计这些信号特征信息、信号源方位等，并按下列步骤测试：2）分析并解码确认测试频谱图上各频点信号是否为本线路的GSM-R基站信号，如为本线路GSM-R信号则利用测试手机进行拨打测试各频点的C/I、并观察通话质量RQ，进而判断各信道的干扰程度。3）根据已发现干扰信号的具体特征逐步扩展频谱仪扫描范围，进一步分析此信号的类型及与频谱内其他信号的关系。4）根据已发现干扰信号的具体特征初步判断是否为其他既有线GSM-R信号，进一步判断是否为GSM-R系统内部的同频或邻频干扰。5）根据已发现干扰信号的具体特征初步判断是否为GSM信号，在各个可疑小区内利用测试手机软件使用多个手机进行拨打测试，并使用频谱仪和测试手机扫描该测试点频谱，经过反复多次拨打测试确认小区是否存在TCH使用GSM-R频点；对于TCH采用了跳频技术的小区可通过测试手机拨打中直接看到参与跳频的频点序列，然后计算测试位置附近各小区信道的3阶互调信号是否能落在GSM-R下行频段内，如落在GSM-R下行频段内则可利用频谱仪追踪该小区BCCH信道，进而逐步逼近该基站，在逐步逼近的过程中可判断该基站是否会存在对GSM-R系统的干扰。6）对于非GSM的干扰源查找可使用FSH4等频谱分析仪或接收机连接定向天线、罗盘等测试设备判定干扰源方位，再用逐步逼近的方法锁定干扰源。因为在空间传播的无线信号具有不稳定的特点，定向天线在旋转时要尽量放慢，在确定可疑信号方No.12 李雪峰：关于GSM-R网络干扰的测试方案位时选择的测试位置应有较高的测试高度且开阔无遮挡，测试方向时的测试数据应不小于15 min的测试时间。部分干扰源天线位置隐蔽或使用美化天线，在实际测试过程中需当地无线电管理部门或运营商协助查找。需要注意的是：对于需要确定是否存在干扰的位置点，在有条件情况下，应关闭GSM-R系统的射频发射，在该地点进行尽可能长时间的电磁环境监测。在测试过程中，应尽可能使测试接收天线的高度，与列车机车车顶的高度保持一致或者不低于机车天线。3.5 干扰源处理当测试出干扰信号为GSM-R系统的同频干扰后应及时通报铁路局，由铁路局根据实际情况处理。当测试出干扰信号为GSM系统使用GSM-R频点后利用测试手机记录该基站的BCCH、TCH、BSIC、CI、LAC、MNC、MCC信息，将测试数据通过铁路局申报到当地无线电管理机构，为频率协调提供数据。当测试出干扰信号为非GSM系统使用GSM-R频点需提交干扰源位置信息、测试频谱图及照片等，通报铁路部门做进一步处理。常用的处理方法有如下。1）公网运营商占用铁路频段信道的，建议相关小区退出铁路频段处理。2）公网运营商产生杂散干扰或互调干扰的，建议加装针对铁路频段的滤波器或调整小区使用频点或调整天线角度。3）使用无线干扰设备或无线放大器的，建议关闭无线设备或远离铁路使用。4）铁路系统内部干扰的，建议调整相关使用频点、避开同邻频或者调整相关天线角度。3.6 测试结果的整理测试完成后，应形成统一的测试结果，以便记录备案，测试结果中至少应包含以下基本信息。41Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.T技术创新ECHNOLOGICAL INNOVATION1）测试仪表的基本参数设置，如测量带宽、测量时间、检波方式、显示方式等信息。2）测量的基本位置信息，在铁路线的，提供基本的公里标信息，在铁路附近的，提供基本的GPS信息，对于无法靠近的位置点，应提供距离其比较近的、具有明显标志性建筑的GPS信息和方位信息。3）测试时间和参加测试人员的基本信息。4 测试实例4.1 运营商违规占用GSM-R信道某铁路沿线测试，频谱图发现频繁出现的不明TCH信号占用1017信道如图2所示，测试手机扫频发现此信号出现频率非常高并且持续时间较短，初步判断为运营商某小区TCH占用铁路1017信道，用测试手机装载中国移动SIM卡长时间反复拨打，强行占用多个移动小区进行呼叫，终于发现TCH占用1017信道的运营商小区，确认为中国移动小区如图3所示。4.2 信干扰某铁路沿线测试，发现频谱图出现宽频段的毛刺信号如图4所示，并且干扰信号强度基本稳定，用定向天线追踪该信号，逐步逼近可疑干扰源方向，最终在高铁高架桥附近某工厂大院内发现干扰源为无线信如图5所示，通知工厂进行处理。图3 测试手机界面Fig.3 Testing mobile phone interface图2 GSM-R频谱图Fig.2 GSM-R Spectrum图4 干扰信号频谱图Fig.4 Spectrum of interference signals根据测试手机拨打情况，确认中国移动小区（CGI:460-00-25937-4963）TCH违规使用铁路频点1017信道，根据TA值为11进行计算，此移动小区约在距离测试位置6 km，通知移动运营商对此小区做退频处理。5 结束语在21世纪，迎来了高铁飞速发展的好时期，但同时也面临着越来越复杂的铁路GSM-R网络电磁环境的新局面。随着网络干扰问题的层出不穷、42铁路通信信号工程技术(RSCE) 2018年12月Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.TECHNOLOGICAL INNOVATION技术创新国国家标准化管理委员会.GB/T 15658-2012 无线电噪声测量方法[S].北京：中国标准出版社，2012.[2]宫建磊.合福高铁G网连接建立失败问题研究[J].铁路通信信号工程技术，2017，14（6）：50-52.Gong Jianlei.Study on Access Failure of GSM-R System 图5 信Fig.5 jammerfor Hefei-Fuzhou High-speed Railway[J].Railway Signalling & Communication Engineering，2017，14（6）：50-52.[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 13616-2009 数字微波接力站电磁环境保护要求[S].北京:中国标准出版社，2009.[4]戴美泰.GSM移动通信网络优化[M].北京:人民邮电出版社，2003. [5]钟章队，艾渤,刘秋妍，等.铁路数字移动通信系统(GSM-R)应用基础理论[M].北京:清华大学出版社，2009. 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