GSMR系统中的干扰分析理论演示文稿

GSMR系统中的干扰分析理论演示文稿1目前一页\总数四十九页\编于十三点GSMR系统中的干扰分析理论目前二页\总数四十九页\编于十三点参考书目：樊昌信.《通信原理》马玉珉.《通信系统理论》胡昌桂.《GSM-R移动通信系统的干扰分析及解决方法》鲍节尔.《GSM-R干扰分析和解决》目前三页\总数四十九页\编于十三点主要内容：4.1GSM-R干扰概述4.2噪声干扰4.3同频干扰4.4邻频干扰4.5互调干扰4.6系统间干扰分析目前四页\总数四十九页\编于十三点4.1GSM-R干扰概述移动通信系统的干扰是影响无线网络的运用质量和传输可靠性的重要因素之一,为了保证移动通信网能够有效地运转,使所有用户能够互不干扰地通信,必须进行干扰的评估与协调。在GSM-R系统中,干扰将引起误码增加、话音质量下降、数据传输差错增加。GSM-R系统与公众移动通信系统不同的是它要求系统具有更高的可靠性和QoS来保障列车的安全运行。在GSM-R移动通信网络建设中应特别注意解决于扰问题,以便GSM-R网络更好地发挥作用。目前五页\总数四十九页\编于十三点干扰对GSM-R网络产生的影响：手机用户的现象通话时经常听不到对方的话音，背景噪音大。固定打移动、移动打移动经常在听到“嘟、嘟、嘟”后就掉线，该声音与手机有关。通话过程中经常有断续感，经常掉话。路测的现象切换困难。目前六页\总数四十九页\编于十三点话务统计的现象拥塞率高。掉话率远高于其它小区。切换成功率低。信令追踪的现象误码率高于其它小区。干扰是影响无线通信系统通信质量的重要因素。目前七页\总数四十九页\编于十三点干扰的分类：

干扰——本质上是未按频率分配规定的信号占据了合法信号的频率，造成合法信号无法正常工作而形成的。中国铁路GSM-R系统工作在885-889/930-934MHz频段范围中,共4MHz带宽。由于GSM-R系统使用的频段较特殊,因此,比其他公众移动通信系统的干扰要复杂,按照其干扰源可以粗略地将GSM-R系统的干扰进行分类。

目前八页\总数四十九页\编于十三点按照干扰所处的上下行链路，可分为上行链路干扰和下行链路干扰。按照干扰源的性质，包括自然干扰和人为干扰。按照干扰所处的系统，可分为系统内干扰和系统外干扰：

—系统网内的干扰，包括同频干扰、邻频干扰、直放站干扰以及互调干扰。

—系统网外的干扰，包括固定频率干扰、不可预测信号干扰、强信号对弱信号的干扰等。目前九页\总数四十九页\编于十三点4.2噪声干扰由于移动通信是靠空中电波传播的，来自于环境的外部噪声和系统设备本身产生的内部噪声，在电路输出端作为正常信号处理，从而影响正常信号传输。

这些干扰电波来源非常复杂，是多方面的，例如工业干扰、电源火花干扰和其它专业的邻近电波干扰等，这些干扰是很难完全避免的。

目前十页\总数四十九页\编于十三点噪声主要可分为：(1)自然噪声大气噪声银河噪声太阳噪声（安静期）(2)人为噪声汽车或其它发动机点火系统的干扰 通信电子干扰 电力线干扰 工业、科研、医疗及家用电器设备的干扰(3)内部噪声系统设备本身产生的各种噪声目前十一页\总数四十九页\编于十三点美国ITT对上述噪声/干扰的研究数据：目前十二页\总数四十九页\编于十三点

从ITT的研究数据可以看出：

在30～1000MHz范围内，大气噪声和太阳噪声很小，可以忽略不计；

在100MHz以上，银河系射电噪声低于典型接收机的热噪声，也可以忽略不计。

因此对于450MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、2000MHz的移动通信系统均无需考虑自然噪声（大气噪声、银河噪声、太阳噪声）。目前十三页\总数四十九页\编于十三点

根据美国国家标准局（NBS）的研究，人为噪声是移动通信系统的主要干扰源之一。

在这些人为干扰/噪声源中，有些干扰是无法控制的，如汽车发动机点火干扰、电力干扰、工业电气设备干扰，而有的干扰是可以通过对网络的合理规划和系统优化克服的，如通信设备之间和之内的干扰。目前十四页\总数四十九页\编于十三点汽车马达产生干扰目前十五页\总数四十九页\编于十三点4.3同频干扰在GSM-R系统中，频率资源是稀有资源。为提高系统容量，必须对频率进行复用。

频率复用——就是指同一频率被相距足够远的几个小区同时使用。同频复用小区之间的距离就叫复用距离。对于一定的频率资源，频率复用越紧密，网络容量越大，复用距离越小，干扰就越大。目前十六页\总数四十九页\编于十三点我们把由若干个使用全部频率的小区组成的集合称为一个簇。把不同簇中使用相同频率的小区称为同频小区。任意两个同频小区之间的距离称为同频复用距离。

目前十七页\总数四十九页\编于十三点频率组A1频率组A1其他频率其他频率复用距离DR有用信号干扰信号R频率复用距离目前十八页\总数四十九页\编于十三点干扰信号有用信号功率功率频率频率合成信号功率频率f1f1f1两个信号叠加同频干扰——无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰。目前十九页\总数四十九页\编于十三点在移动通信中,为了增加系统容量,提高频率利用率,采用地理上较高密度的频率重复方式,这样势必会造成同频干扰。小区半径R越小，同频复用距离D就越小，频率利用率就越高。但是同频小区之间的干扰就会越大。同频复用比Q的值越小，系统容量越大；但是Q值大可以提高传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统设计中，要恰当的选择Q值，在容量和干扰之间进行折衷。

目前二十页\总数四十九页\编于十三点用于评价接收信号质量的性能指标称为载干比,它取决于有用信号的载波功率C和同道干扰信号功率I的电平值,用C/I表示。当C/I小于某个特定值时，就会直接影响到手机的通话质量，严重的就会产生掉话或使手机用户无法建立正常的呼叫。大量的同频干扰将取代人为噪声和其它干扰，成为对小区制的主要约束。

目前二十一页\总数四十九页\编于十三点

对于GSM-R系统：主控制信道及列控业务信道所在频率的C/I≥12dB；话音信道和非安全类电路域数据信道所在频率C/I≥9dB；分组域数据信道频率的C/I≥12dB。目前二十二页\总数四十九页\编于十三点

对于GSM-R系统：主控制信道及列控业务信道所在频率的C/I≥12dB；话音信道和非安全类电路域数据信道所在频率C/I≥9dB；分组域数据信道频率的C/I≥12dB。目前二十三页\总数四十九页\编于十三点为了减小和抑制同频干扰,可以从频率配置和工程技术方面采取措施。调整优化频率配置和同频复用距离

频率分配方案和同频复用距离对系统C/I有直接的影响。在实际组网应用中,根据传播环境和业务量的变化情况，调整同频复用距离和频率分配方案，以适应不同的C/I。2)降低天线高度和基站发射功率在特定环境下,比如平坦地面或山谷,降低天线高度对减少同频干扰特别有效。有效控制基站天线高度可以减小该站对其他同频站的干扰,从而提高C/I。目前二十四页\总数四十九页\编于十三点3）定向天线覆盖。

使用定向天线可以减少同频干扰的小区数，从而提高接收信噪比，减小同频干扰。4)天线主轴机械式下倾天线主轴机械式下倾的目的就是把基站天线的主要能量照射到服务区内,使落到远处的同频小区的能量尽可能小,从而,提高服务区内C/I。在实现天线下倾的时候需要注意天线高度与覆盖区直径的比例必须合适，天线下倾角应保证本覆盖区增益最大。目前二十五页\总数四十九页\编于十三点26

全向基站天线目前二十六页\总数四十九页\编于十三点27

两个与三个扇区基站天线目前二十七页\总数四十九页\编于十三点28小区扇区化三扇区单扇区双扇区目前二十八页\总数四十九页\编于十三点4.4邻频干扰邻频干扰是一种来自相邻的或相近的频道的干扰。移动通信系统属于多信道工作系统,为了有效利用频谱,常把信道间的频率间隔设计很小(GSM-R频道间隔200kHz),这是造成邻频干扰的主要原因。由于频率规划原因造成的邻近小区中存在与本小区工作信道相邻的信道或由于某种原因致使基站小区的覆盖范围比设计要求范围大，均会引起邻频道干扰。目前二十九页\总数四十九页\编于十三点C(0dB)Ic(-9dB)Ia1(+9dB)Ia2(+41dB)F1+200

kHz+400

kHz邻信道干扰目前三十页\总数四十九页\编于十三点对于GSM-R系统：主控制信道及列控业务信道、分组域数据信道：200kHz邻频干扰保护比要求C/I≥-6dB；

400kHz邻频干扰保护比要求C/I≥-39dB。话音信道和非安全类电路域数据信道：200kHz邻频干扰保护比要求C/I≥-9dB；

400kHz邻频干扰保护比要求C/I≥-41dB。当邻频道的载波干扰比C/Ｉ小于某个特定值时，就会直接影响到手机的通话质量，严重的就会产生掉话或使手机用户无法建立正常的呼叫。目前三十一页\总数四十九页\编于十三点邻频干扰作为移动通信网的一种干扰方式,比同频干扰更容易控制。抑制邻频道干扰的方法有:l)频率规划优化调整

如果存在邻频道干扰的相邻小区间的载干比C/I≤-6dB时,则需要对系统的频率规划重新优化调整。GSM-R系统要求同小区、覆盖区重叠的多个小区、相邻小区的控制信道及业务信道的载波间隔至少400kHz,高速区段控制信道载波间隔至少600kHz。2)提高接收机的邻频道选择性。另外,对同频干扰的解决措施也同样适用于邻频干扰。目前三十二页\总数四十九页\编于十三点4.5互调干扰互调干扰是指当两个以上不同频率信号作用于一非线性电路时，将互相调制产生新频率的信号输出。如果该频率正好落在接收机工作信道带宽内，则构成对该接收机的干扰，成为互调干扰。互调干扰可能是外部信号与发射信号混合产生；也有可能完全是两个外部信号产生，它们只是借助接收机的非线性器件来相互混合。目前三十三页\总数四十九页\编于十三点在GSM-R系统中，可能产生互调干扰的原因是：发射机互调：在发射机的末端，由于功率放大器的工作非线性，把侵入的其它干扰信号与有用的发射信号产生相互调制，产生不需要的频率组合,随有用信号发射出去,造成对接收机干扰。接收机互调：处于互调关系的两个或两个以上的无线电信号同时被一个接收机接收，由于接收机高频放大器或混频器的非线性而发生相互调制形成一种干扰。电路的非线性特性是造成互调干扰的根本原因。目前三十四页\总数四十九页\编于十三点要想从根本上消除互调干扰是十分困难的,但通过采取一定措施可减轻其影响。1)当多个发射机共用一副天线时,要提高天线共用器的隔离度；当发射机分用天线时,宜采用垂直分离架设,并尽可能适当加大天线间距,以减小发射机之间的耦合。2)改进基站的输出级、高放、混频等电路,扩大线性动态范围。3)保持天线、馈线、双工器与基站的匹配和接触良好。目前三十五页\总数四十九页\编于十三点4.6系统间干扰分析系统间的干扰，主要包括固定频率干扰、不可预测信号干扰、强信号对弱信号的干扰等。GSM-R系统与GSM系统共存干扰GSM-R系统与CDMA系统共存干扰目前三十六页\总数四十九页\编于十三点目前三十七页\总数四十九页\编于十三点

(1)固定频率的干扰这种干扰频率几乎不变,或小范围抖动,上下行都可能存在。其干扰信号呈现出稳定和频谱干净的特性,具有固定频率的干扰源工作于GSM-R移动通信频段。

由于中国铁路GSM-R频段与中国移动900MHz频段公用,所以中国移动9OOMHz频段的信号源是主要干扰之一。目前三十八页\总数四十九页\编于十三点

固定频率干扰的处理：由于铁路GSM-R系统与中国移动GSM系统按地域共用4MHz频带,因此,干扰情况将比较复杂,需要铁道部与中国移动就覆盖区边沿的最大边界场强问题达成一致,并建立设站协调程序、干扰协调办法,从而,有效地避免或减少干扰,发现干扰时,能及时处理。

目前三十九页\总数四十九页\编于十三点铁路GSM-R系统使用该频段的地域范围是：在直辖市、省会城市和计划单列市的城区，GSM-R系统协调的覆盖范围应小于铁路轨道两侧各2km；在其他地域协调的覆盖范围应小于铁路轨道两侧各6km。建议在网络规划阶段通过电磁环境测试来发现铁路范围内可能存在的中国移动GSM系统的干扰源,并在当地无线电管理机构的协调下,由中国移动调整其GSM系统的频率配置,在铁路车站及铁路轨道沿线两侧一定区域以外使用。目前四十页\总数四十九页\编于十三点

(2)强信号干扰这种干扰是指合法的信号占用合法的频率,由于功率过强造成邻近频段接收设备阻塞。

通过GSM-R系统的工作频段可以看出,由于CDMA系统基站发射频段为870-880MHz,铁路GSM-R系统基站接收频段为885-889MHz,两系统之间只有5MHz保护带,会发生CDMA系统基站和直放站的发射造成对GSM-R系统基站和直放站的接收产生有害干扰。目前四十一页\总数四十九页\编于十三点

强信号干扰的处理：

l)在铁路地域内设置CDMA基站前,须将台站资料报送当地无线电管理机构和铁道部,以便铁路GSM-R基站协调规划。2)铁路GSM-R基站在建设前,应调查相关地域内CDMA基站设置情况,分别处理。3)CDMA系统在建站时,除满足上述要求外,基站天线还应避免与GSM-R系统天线正对,并采取有一定的向下倾角等技术措施避免干扰GSM-R系统。目前四十二页\总数四十九页\编于十三点

(3)不可预测信号干扰目前,在900MHz频段的GSM-R系统,存在射频直放站转发信号干扰、有线电视倍增器漏泄杂波干扰、微波及对讲机系统杂波干扰等三种常见类型的不可预测干扰。

由于公众移动通信运营商大量采用宽频段射频转发直放站系统,会接收到不同移动通信网络基站的射频信号,并经过放大后转发,有可能将与GSM-R网络相同或相邻的射频信号放大后,造成对GSM-R网络的干扰。目前四十三页\总数四十九页\编于十三点(3)不可预测信号干扰的处理对于不可预测的干扰和非法信号的干扰这类问题,可以先通过网络规划阶段的电磁环境测试来发现干扰区域,再通过无线电定向测试等手段寻找干扰源的具体方位,并由当地