GSMR系統(tǒng)中的干擾分析理論演示文稿

GSMR系統(tǒng)中的干擾分析理論演示文稿1目前一頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點GSMR系統(tǒng)中的干擾分析理論目前二頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點參考書目：樊昌信.《通信原理》馬玉珉.《通信系統(tǒng)理論》胡昌桂.《GSM-R移動通信系統(tǒng)的干擾分析及解決方法》鮑節(jié)爾.《GSM-R干擾分析和解決》目前三頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點主要內(nèi)容：4.1GSM-R干擾概述4.2噪聲干擾4.3同頻干擾4.4鄰頻干擾4.5互調(diào)干擾4.6系統(tǒng)間干擾分析目前四頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點4.1GSM-R干擾概述移動通信系統(tǒng)的干擾是影響無線網(wǎng)絡(luò)的運用質(zhì)量和傳輸可靠性的重要因素之一,為了保證移動通信網(wǎng)能夠有效地運轉(zhuǎn),使所有用戶能夠互不干擾地通信,必須進行干擾的評估與協(xié)調(diào)。在GSM-R系統(tǒng)中,干擾將引起誤碼增加、話音質(zhì)量下降、數(shù)據(jù)傳輸差錯增加。GSM-R系統(tǒng)與公眾移動通信系統(tǒng)不同的是它要求系統(tǒng)具有更高的可靠性和QoS來保障列車的安全運行。在GSM-R移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應特別注意解決于擾問題,以便GSM-R網(wǎng)絡(luò)更好地發(fā)揮作用。目前五頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點干擾對GSM-R網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的影響：手機用戶的現(xiàn)象通話時經(jīng)常聽不到對方的話音，背景噪音大。固定打移動、移動打移動經(jīng)常在聽到“嘟、嘟、嘟”后就掉線，該聲音與手機有關(guān)。通話過程中經(jīng)常有斷續(xù)感，經(jīng)常掉話。路測的現(xiàn)象切換困難。目前六頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點話務統(tǒng)計的現(xiàn)象擁塞率高。掉話率遠高于其它小區(qū)。切換成功率低。信令追蹤的現(xiàn)象誤碼率高于其它小區(qū)。干擾是影響無線通信系統(tǒng)通信質(zhì)量的重要因素。目前七頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點干擾的分類：

干擾——本質(zhì)上是未按頻率分配規(guī)定的信號占據(jù)了合法信號的頻率，造成合法信號無法正常工作而形成的。中國鐵路GSM-R系統(tǒng)工作在885-889/930-934MHz頻段范圍中,共4MHz帶寬。由于GSM-R系統(tǒng)使用的頻段較特殊,因此,比其他公眾移動通信系統(tǒng)的干擾要復雜,按照其干擾源可以粗略地將GSM-R系統(tǒng)的干擾進行分類。

目前八頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點按照干擾所處的上下行鏈路，可分為上行鏈路干擾和下行鏈路干擾。按照干擾源的性質(zhì)，包括自然干擾和人為干擾。按照干擾所處的系統(tǒng)，可分為系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)外干擾：

—系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)的干擾，包括同頻干擾、鄰頻干擾、直放站干擾以及互調(diào)干擾。

—系統(tǒng)網(wǎng)外的干擾，包括固定頻率干擾、不可預測信號干擾、強信號對弱信號的干擾等。目前九頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點4.2噪聲干擾由于移動通信是靠空中電波傳播的，來自于環(huán)境的外部噪聲和系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲，在電路輸出端作為正常信號處理，從而影響正常信號傳輸。

這些干擾電波來源非常復雜，是多方面的，例如工業(yè)干擾、電源火花干擾和其它專業(yè)的鄰近電波干擾等，這些干擾是很難完全避免的。

目前十頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點噪聲主要可分為：(1)自然噪聲大氣噪聲銀河噪聲太陽噪聲（安靜期）(2)人為噪聲汽車或其它發(fā)動機點火系統(tǒng)的干擾 通信電子干擾 電力線干擾 工業(yè)、科研、醫(yī)療及家用電器設(shè)備的干擾(3)內(nèi)部噪聲系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲目前十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點美國ITT對上述噪聲/干擾的研究數(shù)據(jù)：目前十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

從ITT的研究數(shù)據(jù)可以看出：

在30～1000MHz范圍內(nèi)，大氣噪聲和太陽噪聲很小，可以忽略不計；

在100MHz以上，銀河系射電噪聲低于典型接收機的熱噪聲，也可以忽略不計。

因此對于450MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、2000MHz的移動通信系統(tǒng)均無需考慮自然噪聲（大氣噪聲、銀河噪聲、太陽噪聲）。目前十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

根據(jù)美國國家標準局（NBS）的研究，人為噪聲是移動通信系統(tǒng)的主要干擾源之一。

在這些人為干擾/噪聲源中，有些干擾是無法控制的，如汽車發(fā)動機點火干擾、電力干擾、工業(yè)電氣設(shè)備干擾，而有的干擾是可以通過對網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃和系統(tǒng)優(yōu)化克服的，如通信設(shè)備之間和之內(nèi)的干擾。目前十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點汽車馬達產(chǎn)生干擾目前十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點4.3同頻干擾在GSM-R系統(tǒng)中，頻率資源是稀有資源。為提高系統(tǒng)容量，必須對頻率進行復用。

頻率復用——就是指同一頻率被相距足夠遠的幾個小區(qū)同時使用。同頻復用小區(qū)之間的距離就叫復用距離。對于一定的頻率資源，頻率復用越緊密，網(wǎng)絡(luò)容量越大，復用距離越小，干擾就越大。目前十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點我們把由若干個使用全部頻率的小區(qū)組成的集合稱為一個簇。把不同簇中使用相同頻率的小區(qū)稱為同頻小區(qū)。任意兩個同頻小區(qū)之間的距離稱為同頻復用距離。

目前十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點頻率組A1頻率組A1其他頻率其他頻率復用距離DR有用信號干擾信號R頻率復用距離目前十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點干擾信號有用信號功率功率頻率頻率合成信號功率頻率f1f1f1兩個信號疊加同頻干擾——無用信號的載頻與有用信號的載頻相同，并對接收同頻有用信號的接收機造成的干擾。目前十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點在移動通信中,為了增加系統(tǒng)容量,提高頻率利用率,采用地理上較高密度的頻率重復方式,這樣勢必會造成同頻干擾。小區(qū)半徑R越小，同頻復用距離D就越小，頻率利用率就越高。但是同頻小區(qū)之間的干擾就會越大。同頻復用比Q的值越小，系統(tǒng)容量越大；但是Q值大可以提高傳播質(zhì)量，因為同頻干擾小。在實際的蜂窩系統(tǒng)設(shè)計中，要恰當?shù)倪x擇Q值，在容量和干擾之間進行折衷。

目前二十頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點用于評價接收信號質(zhì)量的性能指標稱為載干比,它取決于有用信號的載波功率C和同道干擾信號功率I的電平值,用C/I表示。當C/I小于某個特定值時，就會直接影響到手機的通話質(zhì)量，嚴重的就會產(chǎn)生掉話或使手機用戶無法建立正常的呼叫。大量的同頻干擾將取代人為噪聲和其它干擾，成為對小區(qū)制的主要約束。

目前二十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

對于GSM-R系統(tǒng)：主控制信道及列控業(yè)務信道所在頻率的C/I≥12dB；話音信道和非安全類電路域數(shù)據(jù)信道所在頻率C/I≥9dB；分組域數(shù)據(jù)信道頻率的C/I≥12dB。目前二十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

對于GSM-R系統(tǒng)：主控制信道及列控業(yè)務信道所在頻率的C/I≥12dB；話音信道和非安全類電路域數(shù)據(jù)信道所在頻率C/I≥9dB；分組域數(shù)據(jù)信道頻率的C/I≥12dB。目前二十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點為了減小和抑制同頻干擾,可以從頻率配置和工程技術(shù)方面采取措施。調(diào)整優(yōu)化頻率配置和同頻復用距離

頻率分配方案和同頻復用距離對系統(tǒng)C/I有直接的影響。在實際組網(wǎng)應用中,根據(jù)傳播環(huán)境和業(yè)務量的變化情況，調(diào)整同頻復用距離和頻率分配方案，以適應不同的C/I。2)降低天線高度和基站發(fā)射功率在特定環(huán)境下,比如平坦地面或山谷,降低天線高度對減少同頻干擾特別有效。有效控制基站天線高度可以減小該站對其他同頻站的干擾,從而提高C/I。目前二十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點3）定向天線覆蓋。

使用定向天線可以減少同頻干擾的小區(qū)數(shù)，從而提高接收信噪比，減小同頻干擾。4)天線主軸機械式下傾天線主軸機械式下傾的目的就是把基站天線的主要能量照射到服務區(qū)內(nèi),使落到遠處的同頻小區(qū)的能量盡可能小,從而,提高服務區(qū)內(nèi)C/I。在實現(xiàn)天線下傾的時候需要注意天線高度與覆蓋區(qū)直徑的比例必須合適，天線下傾角應保證本覆蓋區(qū)增益最大。目前二十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點26

全向基站天線目前二十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點27

兩個與三個扇區(qū)基站天線目前二十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點28小區(qū)扇區(qū)化三扇區(qū)單扇區(qū)雙扇區(qū)目前二十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點4.4鄰頻干擾鄰頻干擾是一種來自相鄰的或相近的頻道的干擾。移動通信系統(tǒng)屬于多信道工作系統(tǒng),為了有效利用頻譜,常把信道間的頻率間隔設(shè)計很小(GSM-R頻道間隔200kHz),這是造成鄰頻干擾的主要原因。由于頻率規(guī)劃原因造成的鄰近小區(qū)中存在與本小區(qū)工作信道相鄰的信道或由于某種原因致使基站小區(qū)的覆蓋范圍比設(shè)計要求范圍大，均會引起鄰頻道干擾。目前二十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點C(0dB)Ic(-9dB)Ia1(+9dB)Ia2(+41dB)F1+200

kHz+400

kHz鄰信道干擾目前三十頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點對于GSM-R系統(tǒng)：主控制信道及列控業(yè)務信道、分組域數(shù)據(jù)信道：200kHz鄰頻干擾保護比要求C/I≥-6dB；

400kHz鄰頻干擾保護比要求C/I≥-39dB。話音信道和非安全類電路域數(shù)據(jù)信道：200kHz鄰頻干擾保護比要求C/I≥-9dB；

400kHz鄰頻干擾保護比要求C/I≥-41dB。當鄰頻道的載波干擾比C/Ｉ小于某個特定值時，就會直接影響到手機的通話質(zhì)量，嚴重的就會產(chǎn)生掉話或使手機用戶無法建立正常的呼叫。目前三十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點鄰頻干擾作為移動通信網(wǎng)的一種干擾方式,比同頻干擾更容易控制。抑制鄰頻道干擾的方法有:l)頻率規(guī)劃優(yōu)化調(diào)整

如果存在鄰頻道干擾的相鄰小區(qū)間的載干比C/I≤-6dB時,則需要對系統(tǒng)的頻率規(guī)劃重新優(yōu)化調(diào)整。GSM-R系統(tǒng)要求同小區(qū)、覆蓋區(qū)重疊的多個小區(qū)、相鄰小區(qū)的控制信道及業(yè)務信道的載波間隔至少400kHz,高速區(qū)段控制信道載波間隔至少600kHz。2)提高接收機的鄰頻道選擇性。另外,對同頻干擾的解決措施也同樣適用于鄰頻干擾。目前三十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點4.5互調(diào)干擾互調(diào)干擾是指當兩個以上不同頻率信號作用于一非線性電路時，將互相調(diào)制產(chǎn)生新頻率的信號輸出。如果該頻率正好落在接收機工作信道帶寬內(nèi)，則構(gòu)成對該接收機的干擾，成為互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾可能是外部信號與發(fā)射信號混合產(chǎn)生；也有可能完全是兩個外部信號產(chǎn)生，它們只是借助接收機的非線性器件來相互混合。目前三十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點在GSM-R系統(tǒng)中，可能產(chǎn)生互調(diào)干擾的原因是：發(fā)射機互調(diào)：在發(fā)射機的末端，由于功率放大器的工作非線性，把侵入的其它干擾信號與有用的發(fā)射信號產(chǎn)生相互調(diào)制，產(chǎn)生不需要的頻率組合,隨有用信號發(fā)射出去,造成對接收機干擾。接收機互調(diào)：處于互調(diào)關(guān)系的兩個或兩個以上的無線電信號同時被一個接收機接收，由于接收機高頻放大器或混頻器的非線性而發(fā)生相互調(diào)制形成一種干擾。電路的非線性特性是造成互調(diào)干擾的根本原因。目前三十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點要想從根本上消除互調(diào)干擾是十分困難的,但通過采取一定措施可減輕其影響。1)當多個發(fā)射機共用一副天線時,要提高天線共用器的隔離度；當發(fā)射機分用天線時,宜采用垂直分離架設(shè),并盡可能適當加大天線間距,以減小發(fā)射機之間的耦合。2)改進基站的輸出級、高放、混頻等電路,擴大線性動態(tài)范圍。3)保持天線、饋線、雙工器與基站的匹配和接觸良好。目前三十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點4.6系統(tǒng)間干擾分析系統(tǒng)間的干擾，主要包括固定頻率干擾、不可預測信號干擾、強信號對弱信號的干擾等。GSM-R系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)共存干擾GSM-R系統(tǒng)與CDMA系統(tǒng)共存干擾目前三十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點目前三十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

(1)固定頻率的干擾這種干擾頻率幾乎不變,或小范圍抖動,上下行都可能存在。其干擾信號呈現(xiàn)出穩(wěn)定和頻譜干凈的特性,具有固定頻率的干擾源工作于GSM-R移動通信頻段。

由于中國鐵路GSM-R頻段與中國移動900MHz頻段公用,所以中國移動9OOMHz頻段的信號源是主要干擾之一。目前三十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

固定頻率干擾的處理：由于鐵路GSM-R系統(tǒng)與中國移動GSM系統(tǒng)按地域共用4MHz頻帶,因此,干擾情況將比較復雜,需要鐵道部與中國移動就覆蓋區(qū)邊沿的最大邊界場強問題達成一致,并建立設(shè)站協(xié)調(diào)程序、干擾協(xié)調(diào)辦法,從而,有效地避免或減少干擾,發(fā)現(xiàn)干擾時,能及時處理。

目前三十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點鐵路GSM-R系統(tǒng)使用該頻段的地域范圍是：在直轄市、省會城市和計劃單列市的城區(qū)，GSM-R系統(tǒng)協(xié)調(diào)的覆蓋范圍應小于鐵路軌道兩側(cè)各2km；在其他地域協(xié)調(diào)的覆蓋范圍應小于鐵路軌道兩側(cè)各6km。建議在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段通過電磁環(huán)境測試來發(fā)現(xiàn)鐵路范圍內(nèi)可能存在的中國移動GSM系統(tǒng)的干擾源,并在當?shù)責o線電管理機構(gòu)的協(xié)調(diào)下,由中國移動調(diào)整其GSM系統(tǒng)的頻率配置,在鐵路車站及鐵路軌道沿線兩側(cè)一定區(qū)域以外使用。目前四十頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

(2)強信號干擾這種干擾是指合法的信號占用合法的頻率,由于功率過強造成鄰近頻段接收設(shè)備阻塞。

通過GSM-R系統(tǒng)的工作頻段可以看出,由于CDMA系統(tǒng)基站發(fā)射頻段為870-880MHz,鐵路GSM-R系統(tǒng)基站接收頻段為885-889MHz,兩系統(tǒng)之間只有5MHz保護帶,會發(fā)生CDMA系統(tǒng)基站和直放站的發(fā)射造成對GSM-R系統(tǒng)基站和直放站的接收產(chǎn)生有害干擾。目前四十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

強信號干擾的處理：

l)在鐵路地域內(nèi)設(shè)置CDMA基站前,須將臺站資料報送當?shù)責o線電管理機構(gòu)和鐵道部,以便鐵路GSM-R基站協(xié)調(diào)規(guī)劃。2)鐵路GSM-R基站在建設(shè)前,應調(diào)查相關(guān)地域內(nèi)CDMA基站設(shè)置情況,分別處理。3)CDMA系統(tǒng)在建站時,除滿足上述要求外,基站天線還應避免與GSM-R系統(tǒng)天線正對,并采取有一定的向下傾角等技術(shù)措施避免干擾GSM-R系統(tǒng)。目前四十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點

(3)不可預測信號干擾目前,在900MHz頻段的GSM-R系統(tǒng),存在射頻直放站轉(zhuǎn)發(fā)信號干擾、有線電視倍增器漏泄雜波干擾、微波及對講機系統(tǒng)雜波干擾等三種常見類型的不可預測干擾。

由于公眾移動通信運營商大量采用寬頻段射頻轉(zhuǎn)發(fā)直放站系統(tǒng),會接收到不同移動通信網(wǎng)絡(luò)基站的射頻信號,并經(jīng)過放大后轉(zhuǎn)發(fā),有可能將與GSM-R網(wǎng)絡(luò)相同或相鄰的射頻信號放大后,造成對GSM-R網(wǎng)絡(luò)的干擾。目前四十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十三點(3)不可預測信號干擾的處理對于不可預測的干擾和非法信號的干擾這類問題,可以先通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段的電磁環(huán)境測試來發(fā)現(xiàn)干擾區(qū)域,再通過無線電定向測試等手段尋找干擾源的具體方位,并由當?shù)?/p>