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1、高速铁路沿线电磁干扰分析及应对策略宾凌目前国内高铁建设正如火如荼地进行，铁道部预计在2020 年前建设高速铁路里程将超 过 1.2 万公里。既有线上绝大部分中高端旅客将被分流至高铁上，各大运营商出于服务旅客 的目的及竞争的需要势必进行高铁沿线的移动覆盖。但高速铁路沿线基本上由高架桥及隧道 构成，且所经区域绝大部分为人烟稀少的郊区农村，种种原因导致高铁沿线通信基础资源的 稀缺。因此，运营商除考虑相互间的共建共享以外，还必须考虑共享铁路部门的通信基础设 施。而由此所带来的多系统间干扰也势必成为运营商亟须解决的首要问题。二、需考虑的干扰类型上文提到由于铁路通信资源有限将导致多系统间存在干扰，干扰的大
2、小是影响网络运行 的关键因素，对通话质量、掉话、切换、拥塞均有显著影响。如何降低或消除干扰是网络规 划、优化的首要任务。从干扰形成机理的角度，系统间干扰可分为杂散干扰、互调干扰及阻 塞干扰三种（考虑到一般情况下系统间间隔频率大于工作带宽数倍，因此本文中不考虑邻频 干扰的问题）。（一）杂散干扰 由于发射机中的功放、混频、滤波等器件工作特性非理想，会在工作带宽以外较宽的范 围内产生辐射信号分量（不包括带外辐射规定的频段），包括电子热运动产生的热噪声、各 种谐波分量、寄生辐射、频率转换产物以及发射机互调等。3GPP将该部分信号通归为杂散 辐射，因为其分布带宽很广，也称为宽带噪声。根据3GPP规定：杂
3、散辐射适用于指配带宽 以外、有效工作带宽2.5倍以上的频段。当两系统的工作频段相差带宽2.5倍以上时，滤波 器非理想性将主要表现为杂散干扰。（二）互调干扰 互调干扰集中在各系统的下行输出，在进行合路时的互调产物上，主要表现为三阶互调干扰。如果互调产物落在其中某一个系统的上行接收频段内，从而对该系统基站的接收灵敏 度造成一定的影响。（三）阻塞干扰任何接收机都有一定的接收动态范围，在接收功率超过接收动态允许的最大功率电平 时，会导致接收机饱和，从而降低接收机的增益，导致接收机的灵敏度恶化，长时间的阻塞 还可能造成接收机的永久性性能下降。阻塞干扰的根本原因在于接收滤波器的抑制能力不 够，与发射信号的
4、带外杂散无关。三、系统间干扰分析由于高速客专乘客大部分为运营商中高端用户，运营商在高铁沿线引入系统较多。其中电信为CDMA800M系统（CDMA2000系统从目前电信用户的发展趋势看，可暂不考虑）、 移动为GSM900M和TD-SCDMA系统（DCS1800系统更多是为增加用户容量而建设，从目 前高铁乘客流量来看，可暂不考虑）联通为GSM900M和WCDMA系统。除此之外，还需 考虑铁路调度通信系统GSM-R系统。各通信系统的参数指标见下表：运营 商名称系统名称基站发，移动台收基站收，移动台发阻塞电平 要求基站杂散要求电信CDMA800870MHz 880MHz825MHz 835MHz-13
5、dBm60dBc移动GSM900935MHz 954MHz890MHz 909MHz8dBm-96dBm/100kHzTD-SCDMA2010 MHz 2025MHz2010 MHz 2025MHz-15dBm-98dBm/100kHz联通GSM900954MHz 960MHz909MHz 915MHz8dBm-96dBm/100kHzWCDMA2110 MHz 2170MHz1920 MHz 1980MHz-15dBm-98dBm/100kHz铁路GSM-R930MHz 934MHz885MHz 889MHz8dBm-96dBm/100kHz考虑到移动、联通GSM900M系统与铁路GSM-R
6、系统都归属于GSM制式，因此，本 文将就GSM/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA四个系统间干扰情况进行分析。同时，考虑到高 铁沿线通信基础资源稀缺且各运营商覆盖目标一致的情况，系统间干扰按四系统共站且天线 朝向一致的情况进行分析。（一）干扰隔离度计算公式1、杂散干扰隔离度计算公式LIso=Pt+YZamp-Lsg-Nmax-10log（ BW1/BW2）其中：Pt 为干扰系统额定发射功率 单位： dBmYZamp 为干扰系统功率放大器带外抑制度 单位： dBc/kHzLsg 为干扰系统双工器带外抑制度 单位： dBNmax 为被干扰系统能容忍的杂散上限 单位： dBmBW1 为干扰系统信
7、号带宽 单位： kHzBW2 为被干扰系统带宽 单位： kHz2、阻塞干扰隔离度计算公式LIso=Pt-Lsg-Nmax-10log（BW1/BW2）其中：Pt为干扰系统额定发射功率单位：dBmLsg 为被干扰系统双工器带外抑制度 单位： dBNmax 为被干扰系统能容忍的阻塞上限 单位： dBmBW1 为干扰系统信号带宽 单位： kHzBW2 为被干扰系统接收机带宽 单位： kHz3、互调干扰隔离度计算公式LIso=Pt-Nmax-10log（BW1/BW2）其中：Pt为落入带内的交调信号功率强度单位：dBmNmax 为被干扰系统能容忍的干扰强度 单位： dBmBW1 为交调信号带宽 单位：
8、 kHzBW2 为被干扰系统带宽 单位： kHz4、天线空间隔离度计算公式MCL 水平=22+201gl0 （d/入）一（Gtx+Grx）MCL 垂直=28+401g10 （d/A ） -（Gtx+Grx）MCL倾斜=（MCL水平一MCL垂直）（8 /90）+MCL水平其中：d 为天线的距离（ m）A 为波长8 ：两天线在垂直面内的夹角Gtx 为发射天线在接收天线主瓣方向的增益Grx 是接收天线在发射天线主瓣方向的增益注：对于两天线为定向65度天线，且朝向相同的情况（方位角相同）Gt+Gr 一般取为0dBi（二）系统间隔离度计算结果根据上述公式及各系统参数，各系统间隔离度要求如下表干扰系统被干
9、扰系统隔离度要求（dB）干扰类型天线垂直 隔离距离（米）被干扰系统GSMCDMA59阻塞干扰2.1CDMAWCDMA58阻塞干扰2.0WCDMATD-SCDMA31杂散干扰0.4TD-SCDMACDMAGSM79杂散干扰6.0GSMWCDMA59杂散干扰2.1WCDMATD-SCDMA60杂散干扰2.1TD-SCDMAWCDMAGSM35阻塞干扰0.5GSMCDMA59阻塞干扰2.1CDMATD-SCDMA83阻塞干扰7.5TD-SCDMATD-SCDMAGSM29杂散干扰0.3GSMCDMA49阻塞干扰1.1CDMAWCDMA48阻塞干扰1.0WCDMA注：以上数据受频率选择、设备选型及厂家
10、参数等影响将存在较大偏差四、干扰解决方案常见的干扰解决方案有以下几种：1、干扰基站发射端安装带通滤波器；2、干扰系统发射端与被干扰系统接收端之间保留适当的保护带；3、在干扰系统发射天线与被干扰系统接收天线之间保证足够的空间隔离；4、更改干扰系统的频点；5、降低干扰系统的发射功率；6、调整干扰系统发射天线的倾角或水平方向角；7、在被干扰系统基站接收端安装带通滤波器。在实际工程中最常用的方法是对干扰系统与被干扰系统的天线进行空间隔离，该方法工 程量少、投资小且实际效果较佳。但在高速铁路这一特殊环境里，通信基础资源本身就稀缺， 多系统的多面发射/接收天线集中在同一铁塔上，受铁塔空间所限，实现系统间水
11、平或垂直 隔离的可能性基本为零，甚至多系统需通过 POI 合路共用一面宽频天线来满足高铁的良好 连续覆盖。因此，对于系统隔离度要求高的更多是采用外设滤波器的方式加以解决。以武广客专覆盖工程为例，电信引入CDMA800M系统、联通引入WCDMA系统、移 动引入GSM900M系统，以及铁路自身的调度通信GSM-R系统，根据前面计算的隔离度要 求表可看出，隔离度要求最高的是电信CDMA800M系统对GSM900M系统的杂散干扰，尤 其是铁路的GSM-R系统，CDMA系统的下行发射频率与GSM-R系统的上行接收频率间隔 仅为5MHz。而铁路铁塔平台间能提供的天线垂直间距为2 米,即隔离度为58.5dB
12、,无法满 足杂散干扰的抑制需求。因此，需通过增加外设滤波器的方法来提供额外的隔离度。武广客专定制滤波器的波形图如下：CDMA800M系统对GSM-R系统杂散干扰测试情况如下:（一）未加定制滤波器测试方框图 1：测试结果图 1：从上图可看出，885 MHz高（ 60dBm）， 指 标为 ：输出为过-67dBm/100kHz，指标不合格。（二）增加定制滤波器测试方框图 2：测试结果图 2：从上图可看出，885 MHz输出为小于一lOOdBm,指标为：-67dBm/100kHz,指标合格。（三）结论从测试结果可得出，对于系统隔离度要求较高，且受自带的带通滤波器指标较差影响而 无法抑制带外杂散发射值超标的干扰系统，应在其输出端增设一个性能好的带通滤波器，使 其带外杂散发射值合格方可避免干扰。五、结束语随着国内高铁建设的不断加快以及工信部联通201099 号“关于加强铁路沿线通信 基础设施共建共享的通知”的下发，各运营商在高铁移动覆盖网络工程上的三方共建并共享 铁路通信基础设施资源将成为必然趋势，如何在保证良好覆盖的同时避免系统间干扰也将成 为困扰运营商的一个难题。本文针对高铁特殊环境致使多运营商的多套系统共站址的情况， 对系统间干扰及其解决方案进行了深入探讨，希望取得抛砖引玉的效果。相信随着技术的日 新月异，该问题最终必然得到有效的解决。（作者单位：湖南省邮电规划设计院）
高速铁路沿线电磁干扰分析及应对策略
