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随着我国高速铁路建设的不断发展，对于GSM-R 网络的需求也日益增长。然而，由于各种干扰因素的存在，GSM-R通信网络的正常运行受到了一定程度的影响。因此，如何有效地处理干扰问题，提高通信系统的稳定性和实时性，成为无线电管理部门亟须解决的重要问题。
本文旨在通过对GSM-R铁路通信系统的频谱特性进行分析，探讨干扰源对通信系统传输性能的影响，并提出相应的抗干扰措施。首先，需要了解GSM-R网络的需求量与高速铁路建设规模的关系，以及干扰对通信质量的影响。其次，将分析各种干扰源对GSM-R 通信系统的干扰特点，并针对不同的干扰源提出相应的处理方法。最后，总结所提出的抗干扰措施，并展望未来在这一领域的研究方向。铁路运输的特点
一、研究背景及现状
综合来看，GSM-R铁路移动通信系统在目前国内外的高速和普速铁路中广泛使用，并在国内外主流的铁路移动通信平台中
发挥主要作用。相比传统的铁路移动通信技术，GSM-R能够以面向乘客的形式，帮助乘客通过铁路移动通信系统接入互联网，提供更稳定、可靠和高速的通信服务。
随着我国无线电技术的快速发展，铁路沿线电磁环境也越来越复杂，给通信系统带来了一定程度的干扰。同时，随着各类无线通信设备的增多，铁路通信干扰问题也日益严重[1]。目前，GSM-R铁路移动通信中的干扰源主要包括CDMA带外干扰、GSM互调干扰、高斯白噪声以及其他同频和邻频干扰。这些干扰源严重影响了列车通信质量，如果处理不当，将对列车运行的安全性造成严重破坏。自2009年以来，随着高速铁路运行速度的提升，高铁逐渐成为人们出行的首选交通工具。在铁路安全领域中，高铁的安全运行也成为各铁路部门和单位关注的重点。通信调度是安全运行的重要环节之一[1]。目前，国内外的研究主要着重于GSM-R铁路移动通信系统的干扰源问题，而对于频谱特性方面的研究较少。本文针对移动通信中的干扰源问题进行了研究，并对铁路沿线的特定环境进行了抗干扰分析。这两部分内容在文章的第三章详细介绍。
在英国铁路公司Network Rail通过对伦敦附近铁路终端设备的测试中，发现经常发生通信掉话的问题。通过改善接收机性能，能够降低附近对铁路通信造成的干扰[2]。借鉴发达国家高速铁路建设的相关经验，同时结合我国铁路建设的情况，我国研制了先进的检测设备，用于周期性动态检测铁路基础设施。
全球铁路通信系统的建设使中国能够充分利用国外成功的铁路建设优势，整合自己的技术结构，扩大规模，并促进现代化发展[1]。正在短期内积极实现变革。当前，我国的主要设施已达到或接近国际水平，以更好地满足社会和国家经济发展的需求，让我国的主要设施达到甚至超越国际水平。
二、GSM-R铁路移动通信系统
GSM-R铁路移动通信技术最初应用于欧洲，其工作核心是2G无线通信。在2000年底，我国将GSM-R 铁路无线通信系统正式确定为铁路专用通信的重点研究方向。随着我国铁路通信里程的进一步增加，铁路运输
基于GSM-R的铁路移动通信频谱特性
及干扰分析
摘要：GSM-R是在铁路通信领域广泛应用的铁路数字通信系统，也是铁路通信的专用平台，同时也是铁路运行的神
经中枢。我国于2000年底将GSM-R铁路移动通信系统作为铁路运输的专用通信方式，GSM-R铁路移动通信保障
了列车的安全运行。近年来，随着各类无线通信设备的增多和铁路沿线周边电磁环境的日益复杂，基于GSM-R的铁
路移动通信所面临的干扰问题也日趋严重，对列车运行造成了重大安全隐患。针对这一问题，本文结合铁路移动通信
应用中的电磁环境，从GSM-R通信频谱特性的角度入手，研究了GSM-R的通信频谱特性，并重点对GSM-R铁路
移动通信过程进行了干扰分析，包括干扰源分析、干扰检测技术的改进以及抗干扰技术的优化，致力于解决铁路移动
通信中的干扰问题。
关键字：GSM-R；铁路移动通信频谱；GSM-R干扰分析；干扰检测技术
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将呈现高运输密度和高复杂度的特点。未来，GSM-R 在铁路通信领域将迎来更广阔的发展。
（一）GSM-R网络系统总体结构
GSM-R系统是铁路信息化的数字交互平台，为铁路安全运输提供保障。GSM-R系统核心部分包括平台系统和终端设备。平台系统包括网络子系统（NSS）、子系统（BSS）及运行和业务支撑子系统（OSS/ BSS）。终端设备主要包括铁路各管理机构、安装在铁
路沿线的通信接收设备，以及区间电话和接收机等。
图1　GSM-R网络系统结构示意图
三、GSM-R铁路移动通信频谱特性和干扰分析
（一）GSM-R网络的频谱特性
在GSM-R铁路移动通信系统的1000-1018的频道序号中，实际可用的频道数量为19个，频道序号999和1019被用作通信中的隔离保护而不可用。因此，GSM-R系统将按照等间隔的方式在4MHz的带宽上配置频道进行传输工作[3]。GSM-R系统的邻频间隔为0~200KHz，并设置了收发频率间隔为45MHz，以增加邻近区段的保护区间。频道编号和频道中心频率的关系如下式所示：
F
移动台
=885+（N-999）×0.2MHz（上行）
F
=930+（N-999）×0.2MHz（下行）
（其中，1000≤N≤1018）
图2、图3是GSM-R上行和下行频段频谱特性图。
从频谱扫描图中可以看出，GSM-R系统采用的无线频段为下行930MHZ至934MHZ，上行885MHZ至889MHZ。GSM-R系统上行频段的频谱波动性较低且频率较低。一般来说，的功率要远高于接收机的功率，因此当远离时，只有增强接收机的上行功率才能对信号进行解析。然而，在铁路专网中仍然面临着专网频谱利用率低的问题，目前的解决方式是通过CRN的方式实现。
（二）GSM-R铁路移动通信抗干扰分析
作为铁路专用通信系统，GSM-R不可避免地会遇到干扰的问题。干扰问题对通信网络造成极大的影响，会导致传输质量下降，进而影响到列控业务和语音通信，甚至可能对列车的安全运行产生重大影响。GSM-R系统主要遇到的信号干扰包括同频干扰和邻频干扰等问题[8]。
1.干扰源分析
工作频率900MHz的频段主要适用于时速达到500KM/H的GSM-R通信系统，能有效抵抗一些较低频率的干扰，例如在隧道等场景中的通信，能有效保证高速列车的通信质量[1]。GSM-R系统信号干扰来自系统内部以及电信、移动等运营商的信号干扰。可以使用扫频仪或者TEMS对GSM-R信号频段进行清频测试，如果发现底噪异常升高的路段，及时进行排查，并对干扰源进行处理[4]。
CDMA作为一种扩频通信技术，其通信信号（85~935MHz）可能会与GSM-R通信频段重叠。
当图2　GSM-R上行频段频谱特性图
图3　GSM-R下行频段频谱特性图
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CDMA功率较大或者信号幅值达到一定程度时，会对GSM-R通信造成干扰，导致通信中断甚至对列车的安全构成隐患。
互调干扰也严重影响着铁路通信。对于铁路移动通信而言，三阶互调是主要的干扰形式，其中又以两信号的三阶互调的影响最大。接收机的互调干扰，可折算为同频道干扰来估算其对通信的影响，即为了保证一定的接收信号质量，应当满足：
P IM=2A+3B+C
2,3
-
60lg（1/∆f）
式中A和B分别为在接收机输入端收到的来自各干扰发射机的功能，1/∆f是GSM-R系统中干扰频率和同步接收机频率偏离程度的平均值(单位为MHz)，C2,3是两两通信信号中的三阶互调常数，其值大约为-10dB。
要对GSM-R铁路移动通信系统进行干扰分析，首先需要明确不同的干扰源以及系统对不同干扰源的应对方法。目前，各电信运营商正在针对工作频率约为900MHz的频段进行清理工作，因此GSM-R系统同频干扰较少。监测重点主要集中在阻塞干扰和互调干扰[6]。
2.干扰检测
针对GSM-R通信系统进行分析时，应该优先考虑同频干扰。在对干扰源进行定位时，常用的检测技术包括底噪分析和信令查询。各种检测技术依据使用环境的不同各有优劣。虽然互调干扰检测方法准确性高，但存在着检测复杂度高和成本较高的问题[7]。造成GSM-R 通信系统内部同频干扰的主要原因是其频点资源较少，同时在铁路的设计和施工过程中，不同的建设单位和人员也会导致频率复用不合理的现象。因此，首先应建立起GSM-R频率的保护长效机制，然后通过建立针对其频率资源的监测专用网络，来进行快速的响应和分析。
3.GSM-R网络干扰数据分析
GSM-R网络数据干扰数据的提取，首先应当建立干扰数据模型。然后，通常通过频谱仪和扫描仪对数据进行特征提取[8]。
具体的措施包括对通信系统接口数据的检测，和公里标的关联等。获取的数据需要进一步提取特征值，并与训练数据一起用于模型和算法的训练。同时，应将数据的一部分作为对比数据集，通过调整模型的参数来达到预期的效果。在训练模型时，采用决策树算法可以最大程度上对模型进行训练[9]。最后，根据GSM-R网络自动检测模型，可以粗略计算出干扰的数据量，从而进行准确的数据分析。根据分析结果，可以选择适合的干扰检测方法[10]。
四、结束语
随着我国高速列车的建设规模越来越大，对GSM-R网络的需求也越来越大，因此需要建设更多的。为了保证GSM-R通信的正常运行，无线电管理部门的任务也越来越艰巨[8]。干扰是影响GSM-R 通信网络正常运行的重要因素之一，主要原因是其他信号频率的占用，导致有用信号接收质量下降[7]。通过制定解决GSM-R干扰的方法，提高处理干扰的响应速度，缩短对干扰的处理时间，不仅能保证通信质量，还能提高移动通信的实时性。通过对GSM-R频谱特性进行分析，在不同干扰源和复杂环境下采用GSM-R干扰处理方法，有效提升铁路GSM-R通信的稳定性和实时性。本文研究了GSM-R铁路通信系统的频谱特性、分析了抗干扰性能，并重点研究了不同干扰源对通信系统传输性能的影响，同时给出了GSM-R铁路移动通信中的抗干扰措施。
作者单位：王东 李华夏 高兴昌 甘肃省无线电监
测站
参考文献
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