轨道车地通信系统干扰共存方法研究

轨道车地通信系统干扰共存方法研究

蒋广健

重庆信息通信研究院401336

摘要：在城市轨道交通建设工程当中，无线通信具有着非常重要的意义。本文分析了轨道车地通信系统干扰共存研究目标，提出了一种普遍适用于轨道车地通信与其他通信系统干扰共存的研究方法，为城市轨道交通行业建设车地通信系统提供理论依据。

关键词：轨道车地通信TD-LTE干扰共存

1.引言

目前轨道交通车地通信系统主要采用工作在2.4GHz/5.8GHz开放频段的无线局域网，该技术尚存在高速限制、发射功率限制、无线干扰严重等局限性，不能适应将来城市轨道交通对高速和安全的发展需要。

为满足城市轨道交通列车在较高速度下（高达120km/h）运行时车地通信质量要求，更好地解决民用通信对轨道交通的干扰问题，目前倾向于在新建轨道线路中采用TD-LTE1.785至1.805GHz频段进行轨道车地通信。然而该频段紧邻IMT系统，若未合理规划和保护，可能会发生严重干扰，存在较大的安全隐患，对开展该频段的干扰共存模型研究提出了迫切需求。

2.干扰共存研究目标

针对轨道车地通信系统，需从以下几方面开展研究：

（1）研究传统蜂窝网络模型的建模方法，针对轨道车地通信的室外应用场景和线性网络结构，基于蒙特卡洛仿真方法，对实际复杂的轨道通信网络进行简化，提出与轨道专网相适应的线性网络模型；

（2）针对轨道车地通信对于传输性能的实时性和可靠性的高要求，通过研究时延、丢包率与信道资源、信干噪比之间的关系，提出轨道车地通信的业务模型，同时建立各业务的干扰保护准则，以满足业务安全可靠传输[1]；

（3）在轨道车地通信系统与IMT通信系统的网络模型、业务模型的基础上，研究邻频干扰原理，针对功率控制、接入控制、资源分配等关键技术，对轨道车地通信系统与IMT通信系统间的干扰共存进行研究；进一步，研究轨道车地通信系统与IMT通信系统间的ACIR模型，提出干扰共存所需的规避措施[2]；

（4）在轨道车地通信系统与IMT通信系统的网络模型、业务模型和干扰研究的基础上，研究系统仿真原理和方法，搭建系统仿真平台，进行轨道车地通信系统与IMT通信系统的干扰共存分析，为轨道车地通信系统电磁环境的实际评估和保护奠定理论基础；

（5）根据理论分析和计算机仿真，提出提高轨道车地通信系统频谱利用率、规避邻频信号干扰的一系列措施。

3.干扰共存研究方法

本文提出了从网络研究、业务研究、干扰研究、共存研究4方面递进式的研究方法。

图1研究方法

3.1网络研究

轨道通信场景复杂，站台有露天站台和地下站台，站台之间轨道有地下隧道和露天高架之分。各种场景下轨道车地通信运营管理特点和场强覆盖方式各不相同，相应地，应采用的天线模式和信号传播模型也各不相同。在充分分析研究不同场景网络结构的基础上，建立与轨道专网相适应的TD-LTE通信系统的网络模型。同时，针对IMT系统网络结构在轨道站点的差异、终端在轨道站点上的特殊分布，在传统网络模型的基础上，建立新的IMT通信系统的网络模型。

3.2业务研究

轨道车地通信系统承载了信号、列车紧急文本、站台视频等多种业务，不同业务有不同的服务质量（丢包率、时延）要求。基于对通信系统的充分分析，建立轨道车地通信不同的业务模型。同时，根据时延、丢包率与信道资源、信干噪比之间的关系，建立不同业务的干扰保护准则，以满足业务安全可靠传输。

3.3干扰研究

（1）关键算法研究

将干扰计算作为系统研究的重点关键算法，针对轨道车地通信系统TD-LTE所采用的自适应编码调制、多输入多输出天线、资源动态分配等技术，分析其对系统干扰效果的影响，建立技术与干扰的关系模型。

（2）系统参数与ACIR模型研究

在轨道车地通信系统与IMT通信系统的网络模型、业务模型的基础上，针对功率控制、资源分配等关键技术，以及传输带宽、发射功率、噪声系数等系统参数，研究轨道车地通信系统与IMT通信系统间的ACIR模型，并对邻频干扰原理进行研究，计算系统间干扰，提出共存所需的规避措施。

3.4共存计算

在取得轨道车地通信系统与邻频IMT系统网络模型、业务模型、设备射频参数的基础上，对传播模型、天线模型、接入控制、功率分配、干扰计算方法等进行建模，并研究系统仿真原理和方法，搭建系统仿真平台，进行轨道车地通信系统与IMT通信系统的干扰共存分析，为轨道车地通信系统电磁环境的实际评估和保护奠定理论基础。

4.干扰共存保护措施

根据轨道车地通信系统与同频、邻频系统的干扰仿真分析结果，从以下几个方面制定干扰共存保护措施。

（1）设备标准限制

通过规定足够的设备指标（例如发射机的发射功率、天线增益、发射机的ACLR和接收机的ACS指标）来保证收发频率同频、相邻的共存问题[3]。

（2）保护带宽

通过规定足够大的频率保护带，使得干扰系统的发射频段和被干扰系统的接收频段在频域上得到一定的隔离。随着隔离的增大，干扰系统发射机信号落入被干扰接收机接收带宽内的分量减小，同时接收机接收滤波器对干扰系统发射信号的衰减加大，从而减小系统间干扰。

（3）站址隔离

通过规定基站间的隔离距离，使得干扰系统的发射机与被干扰系统的接收机在距离上得到一定的隔离。随着隔离距离的增大，信号的传输衰减加大，接收机接收到的干扰信号减小，从而减小系统间干扰。

5.结论

本文针对轨道车地通信系统与邻频IMT通信系统间的干扰共存，提出了共性的研究目标、普遍适用的研究方法以及相应的干扰保护措施，研究成果为城市轨道交通行业建设车地通信系统的提供了理论依据和思路，并可以为其他频段专网与公网的干扰共存研究提供参考，具有较高的应用价值。

参考文献:

[1]李强强，LTE系统共存干扰研究，北京邮电大学，2009.

[2]TC5_WG8_2011_184B_900-1800MHz频段GSM-LTE系统共存分析.

[3]3GPPTR25.942version12.0.0Release12,UniversalMobileTelecommunicationsSystem(UMTS);RadioFrequency(RF)systemscenarios.