青藏線不凍泉—唐古拉段GSM-R系統(tǒng)電磁環(huán)境的測試解決方案

0 引言

近年來，青海省無線電通信事業(yè)發(fā)展速度較快，各類無線電臺站迅速增多。無線電技術(shù)在青海省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用，特別是在作為青海省經(jīng)濟(jì)干線的青藏鐵路系統(tǒng)中起著基礎(chǔ)性作用。

為切實(shí)保障進(jìn)藏列車的無線電通信通暢，青海省無線電監(jiān)測站開展了青藏鐵路線不凍泉-唐古拉段GSM-R基站的電磁環(huán)境測試，并深入分析了監(jiān)測數(shù)據(jù)。此次測試對維護(hù)青藏鐵路沿線的電波秩序、科學(xué)規(guī)劃和利用無線電頻譜資源有著極其重要的作用。

1 電磁環(huán)境簡介

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-1995對電磁環(huán)境有這樣的描述：電磁環(huán)境是指存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。此定義包括兩層含義：首先，電磁環(huán)境要求限定地區(qū)范圍；其次，電磁環(huán)境是在給定地區(qū)范圍內(nèi)所有電磁環(huán)境的總和，包括自然界電磁現(xiàn)象和人為電磁現(xiàn)象。

電磁環(huán)境的優(yōu)劣直接影響無線電設(shè)備的運(yùn)行效果。惡劣的電磁環(huán)境將導(dǎo)致無線電設(shè)備不能正常工作，這就是我們常說的電磁噪聲干擾。電磁噪聲是一種明顯不傳遞信息的時變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號疊加或組合。

無線電環(huán)境是指無線電頻率范圍內(nèi)的電磁環(huán)境，特指在給定場所內(nèi)所有處于工作狀態(tài)的無線電發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁場總和，屬于人為電磁現(xiàn)象（人工裝置所產(chǎn)生的電磁現(xiàn)象）的范疇。

2 測試的依據(jù)與目的

本次測試依據(jù) 《900MHz TDMA數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)技術(shù)體制》，以全面測試青藏鐵路線GSM-R系統(tǒng)基站的電磁環(huán)境，并確定各類干擾源的干擾信號強(qiáng)度。同時，本次測試分析了基站與基站、基站與火車之間的無線電干擾情況，判斷基站是否符合技術(shù)要求，以給建站單位提供技術(shù)依據(jù)。此次測試主要包括如下幾個方面：

（1）測試GSM-R系統(tǒng)同頻、鄰道及來自其他GSM系統(tǒng)的干擾。

《900MHz TDMA數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)技術(shù)體制規(guī)定》中明確指出：對于GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)站系統(tǒng)，要求同頻道干擾保護(hù)比 (工程值)應(yīng)為C/I≥9dB，鄰頻道干擾保護(hù)比(工程值)應(yīng)為C/I≥-9dB，頻率間隔為400kHz時干擾保護(hù)比(工程值)應(yīng)為C/I≥-38dB。

（2）計算載波/干擾比(C/I)。

一般地，GSM基站接收時的工作參數(shù)是：基站接收機(jī)靈敏度電平Pr為-104dBm，基站接收機(jī)所需的C/I為9dB，基站接收機(jī)噪聲電平為-116dBm。

GSM系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計中，通常要考慮環(huán)境噪聲和多徑干擾對基站的影響（一般最小取3dB）。因此，GSM的最小可用功率C=Pr+3=-101dBm。由于GSM的載干比C/I=9dB，GSM系統(tǒng)允許的最大干擾電平為I=C-C/I=-110dBm。

3 電磁環(huán)境測試設(shè)備

電磁環(huán)境測試需要專用的設(shè)備和測試系統(tǒng)來完成。電磁環(huán)境的測試設(shè)備不同于通信接收機(jī)。通信接收機(jī)用于再現(xiàn)某個無線電信號，在接收信號過程中，靈敏度和速度是關(guān)鍵。電磁環(huán)境測試設(shè)備則用來測試電磁噪聲、無線電信號電平值以及有無干擾等指標(biāo)。

一般而言，電磁環(huán)境測試所需要的設(shè)備有：

（1）測試設(shè)備：HP8563E，頻率范圍為9kHz～26.5GHz；

（2）NSMI-0118頻譜自動測試系統(tǒng)；

（3）0.6米拋物面天線（0.7GHz～4GHz）、對稱振子天線；

（4）0.7GHz～4GHz低噪聲放大器（50dB）；

（5）GPS定位儀。

其中，NSMI-0118系統(tǒng)的連接情況如圖1所示。該系統(tǒng)需要選用合適的低噪放大器和天線，使用時要防止輸入端過載，并在測試前進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖1 NSMI-0118頻譜自動測試系統(tǒng)連接圖

（圖中數(shù)字分別表示的是：1.支架，2.方位電機(jī)，3.仰角電機(jī)，4.天線，5.饋源，6.電腦，7.頻譜儀，8.天線運(yùn)動控制器，9.射頻電纜，10.電源及控制線，11.RS232線。）

4 電磁環(huán)境的測試過程

4.1 準(zhǔn)備工作

(1) 熟悉相關(guān)指標(biāo)

根據(jù)測試的內(nèi)容、范圍及工作頻率，熟悉與之相對應(yīng)的國標(biāo)，掌握900MHZ基站指標(biāo)相關(guān)要求。

(2) 準(zhǔn)備測試儀器

備齊測試所需要的頻譜儀HP8563E、筆記本電腦、NSMII-0118頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)和配套的電機(jī)、測試天線、LNA低噪聲放大器、GPS（全球定位）等設(shè)備，并檢查設(shè)備是否處于良好狀態(tài)。

(3) 完善測試方案

測試方案應(yīng)盡可能的細(xì)致，除了包括測試方式、原始記錄、報告制作之外，與相關(guān)單位約定時間、車輛保障等環(huán)節(jié)也應(yīng)考慮。

4.2 現(xiàn)場測試

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒之后，可以在所測基站周圍，連接測試設(shè)備。然后正確設(shè)置頻譜儀上的主要參數(shù)，根據(jù)預(yù)指配頻率，選用相應(yīng)的低噪放大器，合理設(shè)置輸入天線、低噪放大器、分辨率帶寬（RBW）、視頻帶寬（VBW）、掃描時間（50msec）、中心頻率（MHz）、掃描帶寬（Span）等參數(shù)，以獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。

4.3 測試方法及步驟

具體測試方法及步驟如下：

（1）根據(jù)測試方框圖連接測試系統(tǒng)，開機(jī)測試儀表。

（2）調(diào)整頻譜分析儀的分辯率帶寬（RBW）、視頻帶寬（VBW）和中心頻率參考電平等參數(shù)，正確預(yù)置頻段后即可開始測試。

（3）用GPS測量GSM-R基站（包括擬建的）的經(jīng)緯度和海拔高度，確定天線方向。

（4）將測試天線置于0度垂直或水平方向，順時針旋轉(zhuǎn)天線，直至旋轉(zhuǎn)360°，觀測有無干擾信號并記錄頻譜圖。

（5）在預(yù)指配的頻率±20MHZ范圍內(nèi)重復(fù)測試，觀測有無干擾信號并記錄頻譜圖。

（6）選擇不同時間段進(jìn)行重復(fù)測試。

（7）選擇干擾最大或離預(yù)指配頻率最近的干擾源，重復(fù)進(jìn)行長時間的測試，觀察有無干擾信號，并記錄頻譜圖。

4.4 數(shù)據(jù)保存

認(rèn)真記錄、保存現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步分析、形成電磁環(huán)境報告做準(zhǔn)備。

5 電磁環(huán)境分析

青海省無線電監(jiān)測人員到唐古拉、托托河等處的地形復(fù)雜、高海拔地區(qū)站址進(jìn)行了第一次電磁環(huán)境測試，完整記錄了每個站址的基本情況和所測的數(shù)據(jù)。

監(jiān)測人員對每個站址所測得的數(shù)據(jù)和頻譜圖進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)在格爾木車站附近有一個干擾信號。經(jīng)搜索，發(fā)現(xiàn)是附近移動基站雜散干擾所引起的。因此，應(yīng)加大這兩個基站的間距或者優(yōu)化相關(guān)設(shè)置，以避免相互干擾。

從頻譜圖來分析，大多數(shù)站址周圍沒有發(fā)現(xiàn)干擾信號（如圖2、圖3所示）。

圖2 起始頻率為925MHz、截止頻率為935MHz的測試結(jié)果

圖3 起始頻率為925MHz、截止頻率為935MHz的測試結(jié)果

6 測試報告分析

對基站進(jìn)行測試時，監(jiān)測人員準(zhǔn)確把握測試過程，保存了站址周圍電磁環(huán)境測試結(jié)果的所有數(shù)據(jù)，并詳細(xì)記錄了設(shè)臺單位、臺站名稱、地址徑緯度地面海拔高度（米）、天線距離地面高度（米）等參數(shù)。

此外，監(jiān)測人員核對了被測站址的方位角（度）、仰角（天線口徑）、天線接收增益（dBi）、接收載波中心頻率（MHz）、接收信號帶寬（MHz）、傳輸容量、饋線系統(tǒng)損耗（dB）、接收系統(tǒng)等效噪聲溫度（K）、通信方式、載頻間隔等數(shù)據(jù)。

最后，他們根據(jù)電磁環(huán)境測試頻譜圖，分析同頻、鄰頻等各種類型的干擾，并以被測站址的數(shù)據(jù)、頻譜圖為基礎(chǔ)，分析、計算是否有干擾信號。

通過分析發(fā)現(xiàn)，青藏鐵路線不凍泉-唐古拉段的GSM-R基站所測69個站點(diǎn)沒有干擾，符合《900MHz TDMA數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)技術(shù)體制規(guī)定》的規(guī)定。

7 結(jié)束語

電磁環(huán)境測試是為用戶在建站前提供詳實(shí)、準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，也是進(jìn)行科學(xué)、高效無線電管理的保證。為保證測試數(shù)據(jù)的精度，無線電監(jiān)測人員必須保證測試系統(tǒng)本身的準(zhǔn)確性，詳細(xì)記錄實(shí)際測試數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步分析、研究。此外，NSMII-0118頻譜自動檢測系統(tǒng)軟件可以起到很好的輔助作用，提高電磁環(huán)境測試的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 無線電監(jiān)測與頻譜管理教材

[2] 林京平等.電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)匯編.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.1996.

[3] 電磁兼容分析和電磁環(huán)境測試培訓(xùn)教材