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GSM-R常见干扰问题及解决措施

干扰的大小是影响网络运行的关键因素,对通话质量、掉话、切换、拥塞均有很大的影响。如何降低或消除干扰是网络规划、优化的首要任务。GSM系统受到的干扰有很多,有上行的、下行的干扰,有同频的、邻频的干扰。但是总的来说,GSM系统受到的干扰分为内部干扰和外部干扰两大类,其中有以内部干扰最为常见和最难处理。

一、网内干扰分析及解决措施

1、设备内部的干扰

GSM-R设备内部的干扰主要是指发射机、接收机以及设备内部元器件产生的干扰。在GSM-R基站中,主振器、振荡器、调制器、倍频器、放大器等部件工作时都会产生热噪声,这些热噪声一旦被调制就会形成干扰发射出去;当电源滤波不好时,外界的杂散电波及噪声也会串扰电源电路,经各次交流脉动谐波进入发射电路形成发射噪声;发射机的寄生辐射及邻道辐射,以及接收机的寄生响应(组合干扰)等设备自身机制因素,也会对基站的覆盖效果带来影响。

2GSM-R网内干扰

频谱资源是稀有资源。在GSM系统中,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。复用距离与小区半径之比被称作同频干扰因子。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。网络内部干扰主要包括同频干扰、邻频干扰和互调干扰。

1)同频干扰

同频干扰是指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干扰。GSM-R系统通过频率复用方式提高频谱效率,增大容量。通常,同频小区之间距离越小,同频干扰越大,但频率复用次数增加,频率利用率提高;反之,同频干扰可以减小,但频率利用率降低。因此,在进行GSM-R系统的频率分配时两者要兼顾考虑,尽量提高频率利用率。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)和同频干扰信号(I)的电平值,用C/I表示。对于GSM-R系统,主控制信道及列控业务信道所在频率的C/I12dB,语音信道和非安全类电路域数据信道所在频率的C/I9dB,分组域数据信道频率C/I12dB

在实际网络优化过程中,如果发现有同频干扰存在,可以通过采取以下措施来减少同频干扰。

修改同频小区的同频频率。

增加两个同频小区的间距。由于同频小区的间隔在工程设计初期已经确定,故在对网络进行优化时,再次改变基站站址以增加同频小区的间距是不行的。

降低基站的发射功率。基站的发射功率和它的场强覆盖范围是相关的,如果将发射功率调整得过小,就会引入过多的盲区,所以只有通过同频道干扰测试才能判断某同频小区是一个很强的同频干扰源,并且通过场强测试还发现该小区的覆盖范围过大,此时才能降低该基站的发射功率。

降低基站天线高度。该措施对建立在平坦地面上的天线减小同频干扰十分有效,但和降低基站的功率相同,这样同会影响到基站的覆盖范围,因此要结合其覆盖范围一同考虑是否能降低基站天线高度;而对于基站天线设置在高山上时,降低天线高度对于减小同频干扰的作用并不大,从天线有效高度的变化可以看出,降低山谷中的天线高度对到达距离较远的高地上的路径损耗影响较大,对天线附近的地区影响则不大。故降低天线高度并不是一个值得首先推荐的办法。

使天线向下倾斜。对于建立在高山上的基站,有时候使天线倾斜比降低天线高度更有效,适当改变干扰小区的天线方位角,使天线方向图中的凹坑准确地对准被干扰小区,可以利用凹坑进行减小同频干扰,当调整过后的下倾角过大时,还需要考虑天线的前后辐射比,避免天线的后瓣对背后小区的干扰或者是天线的旁瓣对相邻扇区的干扰。

在参数调整完后,还需要重新进行同频干扰测试和场强测试,以确认对C/I值的改善程度和对覆盖区的影响。

2)邻频干扰

邻频干扰是指邻道功率在落入接收有用信号的接收机的通带内造成的干扰。邻频干扰的大小取决于接收机中频滤波器的筛选能力及发信机在相邻通带内的边带噪声,同时,频率复用和覆盖区过大也会造成邻频干扰。在同一小区或相邻小区使用相邻信道时,应尽可能减小邻频干扰。对于GSM-R系统,要求200kHz邻频干扰保护比C/I≥-9dB;要求400kHz邻频干扰保护比C/I-41dB;要求600kHz邻频干扰保护比C/I-49dB

邻频干扰的解决办法:

对频率规划进行优化调整,应尽量保证小区的BCCH频率不出现邻频干扰;

对带通滤波器进行特性调整;

对同频干扰的解决措施也同样适用于邻频干扰。

3)互调干扰

互调干扰是指当有多个不同频率的信号加到非线性电路上时,将互相调制而产生新频率信号输出,如果该频率正好落在接收机工作信道带宽内,将构成对该接收机的干扰。它主要是指数字与模拟系统公用的基站,由于模拟发射机的影响而对数字基站产生的干扰,这种干扰将造成基站资源的浪费,同时产生掉话。

电路的非线性特性是造成互调干扰的根本原因。但是,在单机互调指标一定时,各个干扰信号必须满足一定的频率关系且具有一定幅度才能造成互调干扰。也就是说,系统设计时应考虑可从频率分配上和干扰信号强度上设法破坏构成互调干扰的条件。

4)直放站干扰

直放站作为无线网络覆盖的重要产品,应用于移动网络通信中。它在中继无线信号、延伸无线覆盖区、覆盖特殊地形、调配业务、消除盲区、优化网络方面起到了很大作用,但同时对周围基站(特别是异构系统)产生了较多的干扰。如果直放站设置使用不合理,将对移动通信网络造成严重干扰。

直放站引起上下行的干扰

对于GSM-R系统,当上行底部噪声过大时,会对基站造成阻塞干扰,为保证移动台正确接收到信号,要限制基站接收到直放站噪声电平。

通常下行干扰发生在无线同频直放站,当施主天线和用户天线没有足够的隔离度时,无线同频直放站形成自激,带来下行干扰。直放站自激时,轻则是直放站覆盖区的通话音质量变差,接通率下降,掉话率上升;严重时使施主基站和其周围的基站发生瘫痪。

在实际的工程设计中,最好能通过现场测量以决定天线的安装位置是否达到所需的隔离度。

从以上的分析可以看出,避免下行干扰的有效措施是增大直放站隔离度。一般采用以下方式增大施主天线和重发天线隔离度。

采用前后比大的天线。

采用旁瓣抑制比大的天线。

增大两天线安装距离及高度差。

安装天线时,两天线尽量背对背并利用隔离网或建筑物隔离两天线。

直放站对本系统邻区的干扰

直放站引入系统后,扩展了基站的覆盖范围,但是可能在局部破坏原先的网络规划,引起邻区重叠混淆;同时扩大覆盖范围也易增加多径干扰。

对于GSM-R系统,直放站覆盖可能会与其他非施主小区重叠覆盖,特别是在采用紧密复用网络规划的区域,更易产生同频、邻频干扰的现象,需重新配置相应的邻区关系,以避免干扰。

解决同频、邻频干扰的方法如下。

直放站是对网络中一个扇区信号的放大,因此规划时应纳入整网来考虑,需重新配置相应的邻区关系。

对于光纤直放站,由于从基站耦合信号不会直接引入其他无用信号,因此在规划中主要考虑目标覆盖区同周围其他基站的信号配合与交叠,避免干扰问题。

导频混淆发生后的解决办法如下。

调整引起导频混淆的小区的天线。

修改小区的导频配置。

直放站引入系统后,必须把它作为一个与基站等同的网元来看待,从系统的角度全面考虑与邻区基站的相互关系,并控制好覆盖区域,避免干扰。出于对现网的影响角度考虑,在直放站的设计建设过程中要注意以下几点。

上行天线应对准基站,如果上行天线偏离基站,直放站的上行信号则可能会给附近其他基站带来干扰,使掉话增加。

上行增益要恰当设置,如果上行增益过大会使上行信号过强,则基站接收放大器饱和以致无法接收信号。如果上行信号过弱,则易受到其他同频或邻频的干扰,使掉话增加。

下行增益不应过大,有些直放站为了满足覆盖,设置过大的下行增益,使功放超过额定功率工作,致使输出信号畸变,谐波成分增加带来不必要的干扰,使掉话增加。

二、网间干扰分析及解决措施

1CDMA干扰分析

根据中国无线电管理委员会的规定,中国联通800MHz CDMA系统的工作频段为:上行825835MHz,下行870880MHzGSM-R系统的工作频段为:上行885889MHz,下行930934MHz,两系统之间只有5MHz的保护带宽。CDMA采用扩频技术,即把信号的频谱扩展到一个更宽的频带中,只要将接收信号解扩便可恢复出携带的信息。扩频码伪随机序列有很好的自相关性,因此,当若干个伪随机序列不同的扩频信号进入同一接收机时,只有那些伪随机序列与接收机本地产生的伪随机序列相同且同步的信号才能被接收机检测出来,所以GSM-RCDMA系统并不会产生干扰。但是GSM-R并没有采用扩频技术,它是以GSM系统为平台建立起来的,采用频分复用(FDMA)和时分复用(TDMA)相结合的思想,所以当两系统网络规划不够理想时,CDMA基站或直放站的大功率发射机发射的信号功率稍大,干扰信号就有可能落在GSM-R的通带内,从而干扰GSM-R接收机的正常工作。

2GSM干扰分析

1)不可预测信号干扰

目前,在900MHz频段的GSM系统中,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3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,造成对GSM-R网络的干扰。

2)非法信号的干扰

非法信号的干扰也称为人为干扰,是指非法运营商在没有得到许可的情况下,违反国家无线电管理条例,使用与中国铁路专用无线网络GSM-R系统相同频段而造成的干扰。

对于网间干扰,需要与其他的网络运营者进行协调解决。目前整个网络的电磁环境还需要净化,对于频率的使用也需要更加规范。

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