主頁（http://www.by236.com）：淺談高速鐵路GSM-R系統干擾現狀及對策

1 GSM-R系統簡介

近年來我國高速鐵路建設取得長足發展，已經成為世界上運營里程最長、運行速度最高、在建規模最大的國家。由于高速鐵路列車運行時速超過200公里/小時（很多線路超過300公里/小時），以往的通信調度和列車控制方式已不能滿足需求，因此原鐵道部將歐洲的GSM-R（GSM for Railways）系統引入我國作為鐵路專用數字移動通信系統，并在此基礎上發展出適合中國特點的CTCS(Chinese Train Control System)系列安全調度和列車自動化控制系統。

GSM-R系統是一種主體基于GSM標準基礎上，增加了針對鐵路高速環境和調度需求而進行過改良的系統。它使用中國移動GSM公網（以下簡稱G網）退讓的兩個頻段，上下行各19個信道，信道間隔200kHz。GSM-R系統沿鐵路線每2～3公里布設一個基站，在隧道內和轉彎路段使用直放站作為補充，達到整個線路無縫覆蓋，為列車自動控制與傳感檢測信息提供數據傳輸通道，實現無線列調、編組調車通信、應急通信等語音通信功能。此外還可提供列車定位尋址和旅客服務等功能。

當前，我國CTCS-3等級鐵路（設計最高時速約350公里/小時）已全部使用GSM-R無線信號進行列車自動控制。可以說如果離開了GSM-R網絡，列車高速運行毫無安全性可言。

2 GSM-R系統常見干擾的類型及特點

隨著高速鐵路網的不斷延伸，各地無線電管理部門陸續承擔起保障高鐵GSM-R系統頻率安全的重要工作。湖北省孝感市毗鄰武漢、地處華中腹地，從2010年開始孝感市無線電管理處陸續排查了6起高鐵GSM-R系統信號干擾，并兩次參加湖北省無線電管理委員會辦公室、原鐵道部運輸管理局、鐵科院及漢宜高鐵、京石武高鐵內部有關方面參加的高鐵GSM-R系統干擾問題分析會，提出的“鐵路GSM-R信號聯調聯試和復測過程中測試方法的問題”以及“武漢樞紐地區GSM-R網絡優化問題”得到了原鐵道部相關專家的重視。

高鐵GSM-R系統信號干擾根據干擾信號來源可分為來自鐵路系統自身的內部干擾和外來干擾；根據干擾頻段不同可分為上行頻率干擾和下行頻率干擾；根據干擾信號的強度可分為直接影響正常工作的干擾和底噪超標帶來的隱患干擾。

2.1 內部干擾

內部干擾是指干擾信號來自鐵路系統內部，主要有兩種情況：

（1）在鐵路交會的樞紐站地區以及線路相鄰區域，大量GSM-R系統基站的集中工作，使得各基站間下行信號相互影響。此類干擾的形式多為同頻、鄰頻干擾，具體表現為在較大范圍內整個GSM-R系統下行頻段底噪明顯升高。

（2）GSM-R系統設備出現故障，產生的雜散信號對周邊基站造成干擾。此類雜散信號很難從移動G網設備雜散信號中區分出來，但在本線或相鄰線路網管監視端上很容易被發現。隨著GSM-R系統設備的逐年老化，此類干擾出現的概率會逐步增加。

此外，列車車身的輻射超標以及列車受電弓和接觸網接觸不良產生的高壓電弧等因素也會導致無線電干擾。其特點是受干擾時間與列車存在相關。

2.2 外來干擾

外來干擾是指干擾信號來自鐵路GSM-R系統之外。由于鐵路線路跨越地域非常廣，來自外部的干擾信號多種多樣，主要有以下幾種類型：
  （1）來自中國移動G網基站的干擾

GSM-R系統使用的是G網的技術體制，并且頻率相近，因此很容易被數量龐大、分布廣泛的移動G網基站干擾。

來自移動G網的干擾可分為兩種情況：一種是還在占用GSM-R系統下行頻段的移動基站、直放站對GSM-R系統直接造成的同頻干擾。這種情況在各條高鐵沿線普遍存在，也是現階段各地無線電管理部門重點清頻對象。其主要特點是在GSM-R系統下行頻段存在明顯的GSM頻譜特征信號。另一種干擾是G網基站設備的雜散信號對附近的GSM-R系統基站造成的干擾。此類干擾在江蘇、福建、浙江等地已發生過多起。G網基站設備產生的雜散信號，其頻譜多為窄帶持續強信號，而由于共站產生的互調信號，其頻譜多為斷續寬帶信號。G網設備故障引起的高鐵干擾往往伴隨附近本網設備同樣受干擾，而因互調引起的干擾則因衰弱比較快，影響范圍很小。

（2）來自中國移動G網相關設備的干擾

此類干擾主要來自“移動GSM信號放大器”、“手機信號干擾器”和“偽基站”。這三種設備都是與移動G網緊密聯系的設備。“GSM信號放大器”是用戶為增強手機信號而私自架設的非法設備，會對附近GSM-R系統造成同頻干擾。“手機信號干擾器”本身就是一種專用干擾設備，涵蓋GSM-R系統頻段，對上行下行頻率都有可能造成干擾。其信號不僅強度大而且雜亂無章，對普通手機和GSM-R通信網絡都會產生干擾。“偽基站”設備的技術指標普遍不符合規定，發生故障時可整段抬升GSM-R系統的下行頻段底噪，干擾的作用范圍半徑一般不超過100米。

（3）來自CDMA公網（以下簡稱C網）的干擾

GSM-R系統上行頻段大功率設備很少，唯一在高鐵沿線分布比較多、功率較大且頻率相鄰的發射設備就是C網基站。雖然C網基站本身不會干擾GSM-R，但是當設備發生故障特別是直放站出現故障時，產生的雜散信號會對GSM-R上行頻率形成干擾。

（4）其他類型

一些“山寨手機”會擠占GSM-R上行信道，造成GSM-R網絡阻塞。正規廠家生產的手機在登錄基站被拒絕后一般不會再次發送登錄請求，而“山寨手機”被拒絕后仍然持續發送請求。據鐵路方面統計，這種垃圾請求曾經占到基站登錄總量的95%以上，鐵路有關部門不得不全面更換GSM-R信令、信道來解決這個問題。此外，鐵路高架橋附近的汽車、摩托車的電火花，其他輻射無線電波的非無線電設備也會干擾GSM-R網絡。需要指出的是由于GSM-R系統本身的下行發射功率較大，并且相鄰頻段的其他大功率發射設備種類和數量較多，因此GSM-R網絡干擾絕大部分都發生在下行頻段上。

3 GSM-R系統抗干擾的主要措施

看到這里人們不禁要問，高鐵通信信號這么容易受到干擾，那么現在的高鐵安全嗎？實際上，從通信網絡角度來看目前的高鐵還是很安全的，主要是因為GSM-R系統有以下一些特點：一是鐵路部門從高鐵誕生起就給GSM-R基站設置了足夠強的功率；二是GSM-R基站直接設置在鐵路沿線，與列車實行無障礙的視距通信；三是在很長一段區間里每個基站的信道不同，高速列車通過一個信道區間的時間非常短，即使該信道不可用，列車很快就能在原地或下一個基站與相鄰信道重新建立聯系。因此，單一信道干擾對列車的運行安全影響不大，除非是遇上了寬頻段的持續強干擾。而這種情況下列車將斷開自動駕駛并降速轉入人工接管模式。

現階段鐵路部門申報給無線電管理部門的大多屬于底噪電平超標的干擾（GSM-R系統設計了很低的底噪電平標準，一般為-95dBm），而能把GSM-R基站干擾到出現掉話、誤碼甚至中斷傳輸的情況非常少見。那么既然GSM-R抗干擾措施這么多，人們是不是可以高枕無憂了呢？答案是否定的。任何自動化系統都不是絕對可靠的，只有將安全隱患全部剔除才能保證高鐵用頻的真正安全。
 

4 思考與建議

（1）加大對移動G網基站的監督檢查力度

在漢宜線和京石武線擬建GSM-R系統基站電磁環境測試階段，無線電管理人員發現部分中國移動基站未退頻的情況。而據了解，在全國各地高鐵沿線這種情況非常普遍。在高鐵建設初期，無線電管理部門應著重檢查沿線的移動G網基站，加大城市區域“手機干擾器”的管理力度，將移動G網及其相關設備的影響降到最低。

（2）解決樞紐站地區GSM-R系統內部串擾問題

在鐵路樞紐站地區，由于大量GSM-R系統基站集中使用，頻率緊張和網絡優化的問題將日益突出，如不及時加以統一解決，今后樞紐地區新增鐵路可能會出現無頻可用的局面。鐵路相關部門必須對樞紐地區所有基站進行統一管理和長期規劃。建議各線路在滿足需要的情況下盡可能提高信道的復用率，通過信道隔離的方式減少相互串擾。另外，已設置的GSM-R系統基站在滿足自身覆蓋的條件下盡可能降低天線高度和發射功率，減少無用發射。

（3）提高GSM-R系統管理和使用水平

由于GSM-R在我國成熟應用的時間不長，鐵路相關部門和無線電管理部門對GSM-R系統的管理和使用都還缺乏經驗。此外，GSM-R系統的設計、施工、測試、優化、管理分別屬于不同公司，存在人員和信息銜接方面的效率問題。

目前鐵路部門對GSM-R基站還是沿用過去分散管理的模式，采取的大功率抗干擾的方法也不利于可持續發展。而今后集中管理、統一規劃、合理復用有限頻率是其發展的必然趨勢。無線電管理部門也應該未雨綢繆，盡早消除各類干擾隱患并做好引導工作，嘗試參照公眾移動通信基站的管理模式來管理GSM-R基站，不斷加強高鐵信號管理人員無線電專業知識和有關政策的宣傳培訓，以求通過無線電管理的具體措施和要求來促進GSM-R網絡良好發展。