GSM-R系统电磁环境的测试解决方案

0 引言

近年来，青海省无线电通信事业发展速度较快，各类无线电台站迅速增多。
无线电技术在青海省经济社会发展中发挥着十分重要的作用，特别是在作为青海省经济干线的青藏铁路系统中起着基础性作用。

为切实保障进藏列车的无线电通信通畅，青海省无线电监测站开展了青藏铁路线不冻泉-唐古拉段GSM-R基站的电磁环境测试，并深入分析了监测数据。

此次测试对维护青藏铁路沿线的电波秩序、科学规划和利用无线电频谱资源有着极其重要的作用。
1 电磁环境简介国家标准GB/T4365-1995对电磁环境有这样的描述：电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。

此定义包括两层含义：首先，电磁环境要求限定地区范围；其次，电磁环境是在给定地区范围内所有电磁环境的总和，包括自然界电磁现象和人为电磁现象。
电磁环境的优劣直接影响无线电设备的运行效果。
恶劣的电磁环境将导致无线电设备不能正常工作，这就是我们常说的电磁噪声干扰。
电磁噪声是一种明显不传递信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。
无线电环境是指无线电频率范围内的电磁环境，特指在给定场所内所有处于工作状态的无线电发射机产生的电磁场总和，属于人为电磁现象（人工装置所产生的电磁现象）的范畴。
2 测试的依据与目的本次测试依据 《900MHz TDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制》，以全面测试青藏铁路线GSM-R系统基站的电磁环境，并确定各类干扰源的干扰信号强度。
同时，本次测试分析了基站与基站、基站与火车之间的无线电干扰情况，判断基站是否符合技术要求，以给建站单位提供技术依据。
此次测试主要包括如下几个方面：（1）测试GSM-R系统同频、邻道及来自其他GSM系统的干扰。
《900MHz TDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制规定》中明确指出：对于GSM数字移动通信网站系统，要求同频道干扰保护比 (工程值)应为C/I≥9dB，邻频道干扰保护比(工程值)应为C/I≥-9dB，频率间隔为400kHz时干扰保护比(工程值)应为C/I≥-38dB。
（2）计算载波/干扰比(C/I)。
一般地，GSM基站接收时的工作参数是：基站接收机灵敏度电平Pr为-104dBm，基站接收机所需的C/I为9dB，基站接收机噪声电平为-116dBm。
GSM系统的实际设计中，通常要考虑环境噪声和多径干扰对基站的影响（一般最小取3dB）。
因此，GSM的最小可用功率C=Pr+3=-101dBm。
由于GSM的载干比C/I=9dB，GSM系统允许的最大干扰电平为I=C-C/I=-110dBm。
3 电磁环境测试设备电磁环境测试需要专用的设备和测试系统来完成。
电磁环境的测试设备不同于通信接收机。
通信接收机用于再现某个无线电信号，在接收信号过程中，灵敏度和速度是关键。
电磁环境测试设备则用来测试电磁噪声、无线电信号电平值以及有无干扰等指标。
一般而言，电磁环境测试所需要的设备有：（1）测试设备：HP8563E，频率范围为9kHz～26.5GHz；（2）NSMI-0118频谱自动测试系统；（3）0.6米抛物面天线（0.7GHz～4GHz）、对称振子天线；（4）0.7GHz～4GHz低噪声放大器（50dB）；（5）GPS定位仪。
其中，NSMI-0118系统的连接情况如图1所示。
该系统需要选用合适的低噪放大器和天线，使用时要防止输入端过载，并在测试前进行校准。
图1 NSMI-0118频谱自动测试系统连接图（图中数字分别表示的是：1.支架，2.方位电机，3.仰角电机，4.天线，5.馈源，6.电脑，7.频谱仪，8.天线运动控制器，9.射频电缆，10.电源及控制线，11.RS232线。
） 4 电磁环境的测试过程4.1 准备工作(1) 熟悉相关指标根据测试的内容、范围及工作频率，熟悉与之相对应的国标，掌握900MHZ基站指标相关要求。
(2) 准备测试仪器备齐测试所需要的频谱仪HP8563E、笔记本电脑、NSMII-0118频谱自动监测系统和配套的电机、测试天线、LNA低噪声放大器、GPS（全球定位）等设备，并检查设备是否处于良好状态。
(3) 完善测试方案测试方案应尽可能的细致，除了包括测试方式、原始记录、报告制作之外，与相关单位约定时间、车辆保障等环节也应考虑。
4.2 现场测试各项准备工作就绪之后，可以在所测基站周围，连接测试设备。
然后正确设置频谱仪上的主要参数，根据预指配频率，选用相应的低噪放大器，合理设置输入天线、低噪放大器、分辨率带宽（RBW）、视频带宽（VBW）、扫描时间（50msec）、中心频率（MHz）、扫描带宽（Span）等参数，以获得准确的测量数据。
4.3 测试方法及步骤具体测试方法及步骤如下：（1）根据测试方框图连接测试系统，开机测试仪表。
（2）调整频谱分析仪的分辩率带宽（RBW）、视频带宽（VBW）和中心频率参考电平等参数，正确预置频段后即可开始测试。
（3）用GPS测量GSM-R基站（包括拟建的）的经纬度和海拔高度，确定天线方向。
（4）将测试天线置于0度垂直或水平方向，顺时针旋转天线，直至旋转360°，观测有无干扰信号并记录频谱图。
（5）在预指配的频率±20MHZ范围内重复测试，观测有无干扰信号并记录频谱图。
（6）选择不同时间段进行重复测试。
（7）选择干扰最大或离预指配频率最近的干扰源，重复进行长时间的测试，观察有无干扰信号，并记录频谱图。
4.4 数据保存认真记录、保存现场测试数据，为进一步分析、形成电磁环境报告做准备。
5 电磁环境分析青海省无线电监测人员到唐古拉、托托河等处的地形复杂、高海拔地区站址进行了第一次电磁环境测试，完整记录了每个站址的基本情况和所测的数据。
监测人员对每个站址所测得的数据和频谱图进行了深入分析，发现在格尔木车站附近有一个干扰信号。
经搜索，发现是附近移动基站杂散干扰所引起的。
因此，应加大这两个基站的间距或者优化相关设置，以避免相互干扰。
从频谱图来分析，大多数站址周围没有发现干扰信号（如图2、图3所示）。

图2
起始频率为925MHz、截止频率为935MHz的测试结果
图3

起始频率为925MHz、截止频率为935MHz的测试结果 6 测试报告分析对基站进行测试时，监测人员准确把握测试过程，保存了站址周围电磁环境测试结果的所有数据，并详细记录了设台单位、台站名称、地址径纬度地面海拔高度（米）、天线距离地面高度（米）等参数。
此外，监测人员核对了被测站址的方位角（度）、仰角（天线口径）、天线接收增益（DBi）、接收载波中心频率（MHz）、接收信号带宽（MHz）、传输容量、馈线系统损耗（DB）、接收系统等效噪声温度（K）、通信方式、载频间隔等数据。
最后，他们根据电磁环境测试频谱图，分析同频、邻频等各种类型的干扰，并以被测站址的数据、频谱图为基础，分析、计算是否有干扰信号。
通过分析发现，青藏铁路线不冻泉-唐古拉段的GSM-R基站所测69个站点没有干扰，符合《900MHz TDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制规定》的规定。
7 结束语电磁环境测试是为用户在建站前提供详实、准确的测试数据，也是进行科学、高效无线电管理的保证。
为保证测试数据的精度，无线电监测人员必须保证测试系统本身的准确性，详细记录实际测试数据，并进一步分析、研究。
此外，NSMII-0118频谱自动检测系统软件可以起到很好的辅助作用，提高电磁环境测试的技术水平。
参考文献[1] 无线电监测与频谱管理教材[2] 林京平等.电磁兼容国家标准汇编.中国标准出版社.1996.[3] 电磁兼容分析和电磁环境测试培训教材作者：张建荣