高速铁路隧道场景下系统干扰和解决方案研究

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高速铁路隧道场景下系统干扰和解决方案研究
中通服咨询设计研究院有限公司 冯斯麒
自2014 年铁塔公司成立以来，由于基础配套建设成本降低，三大运营商均加强了高速铁路沿线无线网络覆盖。

高速铁路列车比普通快速列车具有更大的车体穿透损耗，隧道场景下由于环境密闭性一般使用泄露电缆分布系统进行无线信号覆盖。

常用的基本设计方案为隧道内采用两条漏泄同轴电缆进行覆盖，并在隧道出入口设置天线，确保与隧道外的信号覆盖平滑过渡。

在隧道内洞室设置各系统制式RRU 设备，采用POI 合路设备将信源接入漏缆内。

由于高铁多系统共建，因此各系统的有源设备在发射有用信号的同时，在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号落到其他系统的工作频带内，就会对其他系统形成干扰。

本文针对隧道场景的常规设计方案进行系统间干扰分析，并根据试验测试结果提出了优化解决方案。

1.干扰分析
系统间的干扰主要分为三类：杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰。

1.1 杂散干扰
杂散干扰就是一个系统的发射频段外的杂散发射落入到了另一个系统的接 收频段内而可能造成的干扰，杂散干扰对系统最直接的一个影响就是降低了系统的接收灵敏度。

对应杂散所需要的隔离度为：
MCL≥Pspu －10Log ( W Interfering / W Affected )－Pn －Nf ＋6.9其中： Pspu 为干扰基站的杂散辐射电平，单位为dBm ；W In-terfering 为干扰电平的测量带宽，单位为kHz ；W Affected 为被干扰系统的信道带宽，单位为kHz ；Pspu －10Log ( W Interfering / W Af-fected )为干扰基站在被干扰系统信道带宽内的杂散辐射电平；Pn 为被干扰系统的接收带内热噪声，单位为dBm ；Nf 为接收机的噪声系数，基站的接收机噪声系数一般不会超过5dB ；1.2 阻塞干扰
阻塞干扰是指多系统合路时，一个较大干扰信号进入一个系统接收机前端的低噪放时将接收机推向饱和，这时无论有用信号质量多好（信噪比好）都无法解调。

阻塞干扰与被干扰系统的接收机的带外抑制能力有关。

在多系统设计时只要保证到达接收机输入端的强干扰信功率不超过系统指标要求的阻塞电平，系统就可器件的接触点，特别是压力接触电（如两金属器件靠螺丝固定）而产生。

多系统合路较突出的互调产物主要为二阶互调产物(FIM2)和三阶互调产物(FIM3) 。

由表2计算结果可知，目前运营商主要使用的系统频段无二阶互调干扰。

表1
干扰系统被干扰系统系统项目800MCDMA GSM900WCDMA LTE FDD TD-LTE 800MCDMA 杂散隔离　59858289阻塞隔离-914-17-17GSM900杂散隔离82　343333阻塞隔离29-17-17-17WCDMA
杂散隔离9428　3333阻塞隔离23-15-23-23LTE FDD
杂散隔离716571　67阻塞隔离23-158-23TD-LTE
杂散隔离71657170　
阻塞隔离
-101
-35
-41
-23
表2
三阶互调干扰可主要分为双信号互调和三信号互调：
干扰方式一：双信号互调，即 2F1-F2， 2F2-F1，2F2-F3等，计算结果如表3。

由表3可见，干扰方式一会有以下干扰：
①TD-LTE(F 频段)+FDD-LTE(联通)互调产物将干扰TD-LTE(F 频段)/FDD-LTE(电信)/WCDMA ；
②WCDMA+FDD-LTE(电信)互调产物将干扰WCDMA ；（2）干扰方式二：三信号互调，即 F1+F2-F3，F1-F2+F3
，
表3
以正常的工作。

通常阻塞干扰对系统间隔离度的需求并不高，隔离度能满足杂散干扰的要求，就一定能满足阻塞干扰的要求。

各系统隔离度要求理论结果如表1。

1.3 互调干扰
互调干扰产生于器件的非线性度，在合路系统里我们主要关注无源器件的互调干扰，即合路器产生的互调干扰。

无源器件的互调干扰的定义是：射频电流流经不同金属
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F2+F3-F1等，计算结果如表4。

由表4可见，干扰方式二会有以下干扰：
①移动GSM+联通FDD+ TD-LTE(F 频段)互调将干扰移动GSM ；
②移动GSM+ TD-LTE(F 频段)+联通FDD 互调产物将干扰移动GSM ；
③移动GSM+电信FDD+WCDMA 互调产物将干扰移动GSM ；④联通FDD+电信FDD+WCDMA 的互调产物将干扰联通FDD ；⑤联通FDD+WCDMA+TD-L(F)的互调产物将干扰电信FDD ；⑥联通FDD+WCDMA+电信FDD 的互调产物将干扰联通FDD 和TD-LTE(F 频段)；
⑦TD-LTE(F 频段)+电信FDD+联通LTE 互调产物将干扰联通WCDMA 、联通LTE 和TD-LTE(F 频段)；
⑧TD-LTE(F 频段)+WCDMA+电信LTE 互调产物将干扰TD-LTE(F 频段)和电信LTE。

图1
2.工程测试和解决方案
2.1 工程测试
根据前文干扰分析，目前高速铁路隧道分布系统均由铁塔公司承建，铁塔公司采用的使用的POI 设备有明确的标准要求，器件的杂散隔离度均能满足系统正常工作要求，所以在规划设计时应重点考虑系统间的互调干扰。

互调干扰中互调信号会随着阶数的增加而功率逐渐下降，并且目前运营商主要使用的系统频段并无二阶互调
干扰，因此最主要的系统干扰应来自三阶互调干扰。

为验证工程中三阶互调对系统指标的影响，特别是主要验证TD-LTE(F)+FDD-LTE(联通)互调产物对TD-LTE(F)/FDD-LTE(电信)/WCDMA 的干扰以及WCDMA+FDD -LTE(电信)互调产物对WCDMA 的干扰，进行了以下测试：
（1）测试系统连接图如图1所示。

（2）根据测试情况可得到以下结：①移动TD-LTE （F 频段）组合干扰F 频段自身和联通WCDMA 上行频段；
②移动TD-LTE （F 频段）与电信FDD-LTE （1.8G
）下行频段三阶互调指标干扰移
表4
动F 频段，联通FDD-LTE 下行频段与电信FDD-LTE 下行频段三阶互调严重干扰移动TD-LTE （F 频段）；
③移动TD-LTE （F 频段）与联通FDD-LTE 下行频段三阶互调指标严重干扰WCDMA 上行频段。

当全系统开启MIMO 后，终端甚至无法接入网络。

2.2 优化解决方案
针对移动TD-LTE （F 频段）、电信FDD-LTE （1.8G ）、联通FDD-LTE 、联通WCDMA 之间的干扰，目前使用的无源器件中虽然已做了一定的隔离处理，但受限于器件规格等因素很难仅通过POI 器件就达到隔离度要求。

因此根据根据工程测试情况，建议高速铁路隧道场景下POI 和RRU 的连接方式优化如图2
所示。

图2
POI1连接WCDMA RRU 的Rx 接口，POI2连接WCDMA RRU 的Rx/Tx 接口，并由联通后台系统删除Rx/Tx 接口中上行配置数据。

电信和联通的FDD-LTE 仅连接POI2，不做MIMO 。

分缆连接后移动F 频段与联通FDD1800M 下行频率三阶互调后的干扰信号不会被WCDMA RRU 设备接收，有效避免了互调干扰。

电信和联通单缆方式有效降低了系统整体干扰，业务速率也能满足高铁场景的基本需求。

作者简介：冯斯麒，男，江苏苏州人，学士，中通服咨询设计研究院有限公司高级项目经理，工程师，主要从事无线网规划设计工作。