浅谈高速铁路GSM-R系统干扰现状及对策

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1 GSM-R系统简介

近年来我国高速铁路建设取得长足发展，已经成为世界上运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。由于高速铁路列车运行时速超过200公里/小时（很多线路超过300公里/小时），以往的通信调度和列车控制方式已不能满足需求，因此原铁道部将欧洲的GSM-R（GSM for Railways）系统引入我国作为铁路专用数字移动通信系统，并在此基础上发展出适合中国特点的CTCS(Chinese Train Control System)系列安全调度和列车自动化控制系统。

GSM-R系统是一种主体基于GSM标准基础上，增加了针对铁路高速环境和调度需求而进行过改良的系统。它使用中国移动GSM公网（以下简称G网）退让的两个频段，上下行各19个信道，信道间隔200kHz。GSM-R系统沿铁路线每2～3公里布设一个基站，在隧道内和转弯路段使用直放站作为补充，达到整个线路无缝覆盖，为列车自动控制与传感检测信息提供数据传输通道，实现无线列调、编组调车通信、应急通信等语音通信功能。此外还可提供列车定位寻址和旅客服务等功能。

当前，我国CTCS-3等级铁路（设计最高时速约350公里/小时）已全部使用GSM-R无线信号进行列车自动控制。可以说如果离开了GSM-R网络，列车高速运行毫无安全性可言。

2 GSM-R系统常见干扰的类型及特点

随着高速铁路网的不断延伸，各地无线电管理部门陆续承担起保障高铁GSM-R系统频率安全的重要工作。湖北省孝感市毗邻武汉、地处华中腹地，从2010年开始孝感市无线电管理处陆续排查了6起高铁GSM-R系统信号干扰，并两次参加湖北省无线电管理委员会办公室、原铁道部运输管理局、铁科院及汉宜高铁、京石武高铁内部有关方面参加的高铁GSM-R系统干扰问题分析会，提出的“铁路GSM-R信号联调联试和复测过程中测试方法的问题”以及“武汉枢纽地区GSM-R网络优化问题”得到了原铁道部相关专家的重视。

高铁GSM-R系统信号干扰根据干扰信号来源可分为来自铁路系统自身的内部干扰和外来干扰；根据干扰频段不同可分为上行频率干扰和下行频率干扰；根据干扰信号的强度可分为直接影响正常工作的干扰和底噪超标带来的隐患干扰。

2.1 内部干扰

内部干扰是指干扰信号来自铁路系统内部，主要有两种情况：

（1）在铁路交会的枢纽站地区以及线路相邻区域，大量GSM-R系统基站的集中工作，使得各基站间下行信号相互影响。此类干扰的形式多为同频、邻频干扰，具体表现为在较大范围内整个GSM-R系统下行频段底噪明显升高。

（2）GSM-R系统设备出现故障，产生的杂散信号对周边基站造成干扰。此类杂散信号很难从移动G网设备杂散信号中区分出来，但在本线或相邻线路网管监视端上很容易被发现。随着GSM-R系统设备的逐年老化，此类干扰出现的概率会逐步增加。

此外，列车车身的辐射超标以及列车受电弓和接触网接触不良产生的高压电弧等因素也会导致无线电干扰。其特点是受干扰时间与列车存在相关。

2.2 外来干扰

外来干扰是指干扰信号来自铁路GSM-R系统之外。由于铁路线路跨越地域非常广，来自外部的干扰信号多种多样，主要有以下几种类型：
  （1）来自中国移动G网基站的干扰

GSM-R系统使用的是G网的技术体制，并且频率相近，因此很容易被数量庞大、分布广泛的移动G网基站干扰。

来自移动G网的干扰可分为两种情况：一种是还在占用GSM-R系统下行频段的移动基站、直放站对GSM-R系统直接造成的同频干扰。这种情况在各条高铁沿线普遍存在，也是现阶段各地无线电管理部门重点清频对象。其主要特点是在GSM-R系统下行频段存在明显的GSM频谱特征信号。另一种干扰是G网基站设备的杂散信号对附近的GSM-R系统基站造成的干扰。此类干扰在江苏、福建、浙江等地已发生过多起。G网基站设备产生的杂散信号，其频谱多为窄带持续强信号，而由于共站产生的互调信号，其频谱多为断续宽带信号。G网设备故障引起的高铁干扰往往伴随附近本网设备同样受干扰，而因互调引起的干扰则因衰弱比较快，影响范围很小。

（2）来自中国移动G网相关设备的干扰

此类干扰主要来自“移动GSM信号放大器”、“手机信号干扰器”和“伪基站”。这三种设备都是与移动G网紧密联系的设备。“GSM信号放大器”是用户为增强手机信号而私自架设的非法设备，会对附近GSM-R系统造成同频干扰。“手机信号干扰器”本身就是一种专用干扰设备，涵盖GSM-R系统频段，对上行下行频率都有可能造成干扰。其信号不仅强度大而且杂乱无章，对普通手机和GSM-R通信网络都会产生干扰。“伪基站”设备的技术指标普遍不符合规定，发生故障时可整段抬升GSM-R系统的下行频段底噪，干扰的作用范围半径一般不超过100米。

（3）来自CDMA公网（以下简称C网）的干扰

GSM-R系统上行频段大功率设备很少，唯一在高铁沿线分布比较多、功率较大且频率相邻的发射设备就是C网基站。虽然C网基站本身不会干扰GSM-R，但是当设备发生故障特别是直放站出现故障时，产生的杂散信号会对GSM-R上行频率形成干扰。

（4）其他类型

一些“山寨手机”会挤占GSM-R上行信道，造成GSM-R网络阻塞。正规厂家生产的手机在登录基站被拒绝后一般不会再次发送登录请求，而“山寨手机”被拒绝后仍然持续发送请求。据铁路方面统计，这种垃圾请求曾经占到基站登录总量的95%以上，铁路有关部门不得不全面更换GSM-R信令、信道来解决这个问题。此外，铁路高架桥附近的汽车、摩托车的电火花，其他辐射无线电波的非无线电设备也会干扰GSM-R网络。需要指出的是由于GSM-R系统本身的下行发射功率较大，并且相邻频段的其他大功率发射设备种类和数量较多，因此GSM-R网络干扰绝大部分都发生在下行频段上。

3 GSM-R系统抗干扰的主要措施

看到这里人们不禁要问，高铁通信信号这么容易受到干扰，那么现在的高铁安全吗？实际上，从通信网络角度来看目前的高铁还是很安全的，主要是因为GSM-R系统有以下一些特点：一是铁路部门从高铁诞生起就给GSM-R基站设置了足够强的功率；二是GSM-R基站直接设置在铁路沿线，与列车实行无障碍的视距通信；三是在很长一段区间里每个基站的信道不同，高速列车通过一个信道区间的时间非常短，即使该信道不可用，列车很快就能在原地或下一个基站与相邻信道重新建立联系。因此，单一信道干扰对列车的运行安全影响不大，除非是遇上了宽频段的持续强干扰。而这种情况下列车将断开自动驾驶并降速转入人工接管模式。

现阶段铁路部门申报给无线电管理部门的大多属于底噪电平超标的干扰（GSM-R系统设计了很低的底噪电平标准，一般为-95dBm），而能把GSM-R基站干扰到出现掉话、误码甚至中断传输的情况非常少见。那么既然GSM-R抗干扰措施这么多，人们是不是可以高枕无忧了呢？答案是否定的。任何自动化系统都不是绝对可靠的，只有将安全隐患全部剔除才能保证高铁用频的真正安全。
 

4 思考与建议

（1）加大对移动G网基站的监督检查力度

在汉宜线和京石武线拟建GSM-R系统基站电磁环境测试阶段，无线电管理人员发现部分中国移动基站未退频的情况。而据了解，在全国各地高铁沿线这种情况非常普遍。在高铁建设初期，无线电管理部门应着重检查沿线的移动G网基站，加大城市区域“手机干扰器”的管理力度，将移动G网及其相关设备的影响降到最低。

（2）解决枢纽站地区GSM-R系统内部串扰问题

在铁路枢纽站地区，由于大量GSM-R系统基站集中使用，频率紧张和网络优化的问题将日益突出，如不及时加以统一解决，今后枢纽地区新增铁路可能会出现无频可用的局面。铁路相关部门必须对枢纽地区所有基站进行统一管理和长期规划。建议各线路在满足需要的情况下尽可能提高信道的复用率，通过信道隔离的方式减少相互串扰。另外，已设置的GSM-R系统基站在满足自身覆盖的条件下尽可能降低天线高度和发射功率，减少无用发射。

（3）提高GSM-R系统管理和使用水平

由于GSM-R在我国成熟应用的时间不长，铁路相关部门和无线电管理部门对GSM-R系统的管理和使用都还缺乏经验。此外，GSM-R系统的设计、施工、测试、优化、管理分别属于不同公司，存在人员和信息衔接方面的效率问题。

目前铁路部门对GSM-R基站还是沿用过去分散管理的模式，采取的大功率抗干扰的方法也不利于可持续发展。而今后集中管理、统一规划、合理复用有限频率是其发展的必然趋势。无线电管理部门也应该未雨绸缪，尽早消除各类干扰隐患并做好引导工作，尝试参照公众移动通信基站的管理模式来管理GSM-R基站，不断加强高铁信号管理人员无线电专业知识和有关政策的宣传培训，以求通过无线电管理的具体措施和要求来促进GSM-R网络良好发展。