【摘要】数字集群通信系统因其开放性易受到内外部电磁干扰。本文根据数字集群通信系统系统特点提出电磁环境测试方案，以测试数据为例对集群通信系统受到的几种常见的干扰信号进行了分析和研究，并提出针对不同类型的干扰的若干建议性解决措施。
【关键词】数字集群通信系统；电磁环境；干扰；互调
1.引言
随着现代信息技术的飞速发展，数字集群通信技术在通信领域的应用越来越广泛，尤其对现场指挥调度要求较高的政府管理部门（如公安、消防、铁路等）的应用需求更为突出，成为处理日常活动及重大指挥任务不可或缺的技术和工作保障。因此数字集群通信系统的工作效率和通信安全性变得尤为重要。系统建成后，通过建立与系统指挥中心的连接，为实施新型警务指挥模式和勤务管理模式提供技术应用支撑平台，建立安全可靠的无线数据传输通道，推动公安信息化成果的移动应用，使全局处于同一、统一的信息平台之上[1]，使系统在运行过程中完全通过集群通信实现系统数据传输、信息指令调度、安全预告等任务。但空间中的无线信道是开放的，因此集群通信系统容易受到来自系统内部或外部的电磁环境干扰。电磁环境干扰是影响集群通信系统通信业务应用质量和网络性能指标的重要因素之一，会引起传输误码增加、语音通话质量降低、接收机灵敏度下降、数据传输差错率升高，干扰严重时会发生无线信道阻塞中断、通信系统瘫痪等现象，酿成严重的通信事故。
2.数字集群通信系统干扰检测
数字集群通信系统作为专用移动通信网络，目前正处于建设发展阶段，由于其网络覆盖方式为链状覆盖，覆盖范围和用户均相对有限，因此电磁环境干扰的发现需采用主动检测的方式，即对新建的集群通信系统覆盖网络进行清频工作，在网络建设前期发现电磁干扰并进行处理。而对于已建成投入运营的集群通信系统网络，则需通过长期的电磁环境测试来发现[2]。
对于数字集群通信系统系统电磁环境干扰的检测，可根据干扰来源及干扰信号的类型，采取定点或动态电磁环境测试的方法来检测并处理来自外部的干扰源，通过频率与信道的重新指配规划、网络运营设备的性能检测等措施减少来自内部的干扰。利用无线电频谱监测系统对系统无线信道使用情况以及对无线频谱中所存在的杂散、谐波、互调及非法占用信道等干扰进行测量和分析，为切实保护专用频率使用安全，以保证通信系统安全运行，提供决策依据。
在掌握被测区域的数字集群通信系统网络的建设模式和信道规划方案的基础上，制定周密的电磁环境测试方案，并运用技术装备和电测手段对可能存在的网内同频或邻频干扰进行初步分析和排查。具体的电磁环境干扰检测与处理步骤如下：
a.数字集群通信系统电磁环境定点监测。使用固定式无线电频谱监测站和固定式伞状全向天线，对电磁干扰多发的区域进行定点长期连续监测，记录数字集群通信系统频段内所有频点的使用情况。
b.数字集群通信系统电磁环境动态测试。使用便携式无线电频谱监测站和便携式伞状全向天线随车测试，对电磁环境和各类无线电信号进行常规扫描测量，记录数字集群通信系统频段内所有频点的使用情况并根据GPS位置信息定位干扰区域。
c.根据电磁环境测试结果进行频点最佳分配，避开干扰频点，使干扰程度降到最低。避免出现内部同邻频现象。利用无线电频谱监测系统并结合测试数据来分析干扰类型[3]。
2.1 测试系统结构
负责频谱监测工作的测试系统主要由各监测站、通讯网络、各监控机构和数据库服务器组成，监测站负责监测接受无线电信号，其监测频段为短波（1.5MHz-30MHz）和超短波（30MHz-3000MHz），数据库服务器主要负责存储监测站监测到的实时数据，以及生成的统计数据和报告书，并供用户随时提取历史数据。用户通过网络控制各监测站，下发监测任务，查看监测结果。其结构方框图如图1所示：
2.2 定点监测
定点测试采用固定式无线电频谱监测站和固定式伞状全向天线，测试频段包括数字集群通信系统上、下行频段。
TRS-3000F固定式监测站具备全频段监测/测向能力，监测范围为1.5MHz～3000MHz，扫描速度为200MHz/s～1000MHz/s，灵敏度优于-117dBm，可解调AM、FM、FFSK等多种数字调制信号，测量误差不大于3dB。可远程管理、长期自主运行，主要用于对车站等重要站点进行长期连续监测。
2.3 动态测试
动态测试采用便携式无线电频谱监测站和手持式定向天线，测试频段包括数字集群通信系统上、下行频段。
TRS-3600T是一种具备超小型监测站，该设备具有超越其它大型监测站的优异性能和全部技术指标，能独立和组网工作。内置高精度时统装置和GPS定位功能，具备时差定位功能。它可轻松地建立一个时差定位系统，迅速地对干扰信号进行高速精准定位。具有携带方便、便于布设、功能完备、信号定位精度高（30～50米）的特点。时统精度小于50ns；镜频抑制和中频抑制比大于90dBc；三阶截点大于15dBm（带内，低失真模式）；噪声系数小于8dB（低噪声模式时），典型值小于6dB；重量小于2Kg；电源为内置锂电，可供连续工作8小时以上。
在动态电磁环境测试过程中，应考虑到高速运行对测试结果的影响。当移动台在运动中通信时，会发生多普勒频移[4]。对于数字集群通信系统信号，以900MHz为例，车速以350Km/h计算，最大多普勒频移为：
（2-1）
因此TRS-3600T对监测结果的修正范围为291.7Hz，该测试系统可根据车速进行实时修正。
2.4 测试实例
以甘肃省集群通信系统电磁干扰测试为例，根据集群通信使用单位提供的集群通信系统使用频率分布情况，对相关频点进行监测。由图2、3可知，数字集群通信系统正常信号受到不同程度的外界电磁信号干扰，因此相关部门还需要进一步进行清频工作[5]。
3.干扰信号分析
3.1 同频干扰
在数字集群通信系统中，因相邻同频基站距离较小，不能满足频率复用距离，会导致集群通信系统信号发生同信道碰撞，造成相邻扇区同频干扰。例如，某基站1的BCCH与某基站2的BCCH同频。在基站1发射天线附近的BCCH功率为-30dBm，在测试现场测向发现有来自基站2方向的强同频信号。在基站2发射天线附近测试的BCCH幅度最大为-34dBm。两基站相距较近（3～4Km，按3.5Km计算），按照集群通信系统无线传播理论，基站2的BCCH传输到基站1的功率衰减大约为18.9dB，信号大约为-53dBm，这样，基站1的BCCH的载干比为5.9，会造成通信不可靠。
3.2 邻频干扰
造成邻频干扰主要有两个方面：
（1）相邻频率基站距离较近，例如某基站BCCH业务信道频率和与其相邻基站BCCH业务信道频率相邻，较强的邻频信号造成信噪比下降，从而导致通信不可靠。（2）集群通信系统相邻频段其他网络运营商信较（下转第110页）（上接第107页）强，例如电信CDMA下行（870-885Mhz）和移动GSM上行（890-909Mhz）、下行（935-954Mhz）均会对数字集群通信系统上、下行信号造成邻频干扰。
3.3 互调干扰
当不同频率的信号加到非线性器件上时，非线性变换将产生许多新的频率分量，其中一部分可能落到接收机通带内，对有用信号造成干扰[6]。互调干扰信号频率大小为：
其中、……为多个干扰信号的绝对频率，、……为互调干扰系数。
在常见的三阶互调中，和这两种互调信号与干扰信号、距离最近，出现频率也最高，其频谱分布如图4所示。
例如，经测试某干扰点处频率为932.8MHz上有较强干扰信号，呈现互调干扰的特点，通过与移动公司相关人员沟通得知附近GSM基站载频为943MHz和953.2MHz，由此判断这一干扰为最常见的三阶互调干扰：
将其中的943MHz调整为940MHz，干扰消失。
3.4 不确定信号干扰
在GSM通信系统中，不确定信号干扰通常主要有射频信号反射直放站转发信号、有线电视倍增器漏泄杂波干扰、微波及对讲机系统杂波干扰等三种常见类型[7]。由于网络运营商常采用大功率宽频段射频级联转发直放站系统，会将与数字集群通信系统网络同邻频上、下行通带内所有信号和噪声同时进行放大并转发，造成对覆盖范围内的数字集群通信系统网络的干扰。除此之外还有一些未知非法反射台站和大功率发射天线，当这些未知信号的频率落在数字集群通信系统系统接收机通带内且幅值较强，就会对数字集群通信系统系统形成有害干扰。
4.总结
根据电磁环境测试情况来看，目前数字集群通信系统网络干扰情况较为严重。通过数字集群通信系统网络优化及基站选址合理布置可在一定程度上避免或排除数字集群通信系统网内干扰，通过使用专用的测试工具（如TRS-3000F、TRS-3600T等）对数字集群通信系统工作区域进行长期或动态电磁环境测试，分析干扰种类及位置从而进行清频工作，可在一定程度上解决来自数字集群通信系统网络外部的干扰。
参考文献
[1]张津.青岛公安350兆TETRA数字集群系统二次开发纪要[J].移动通信，2008（17）：13-16.
[2]徐贵宝.数字集群通信系统关键技术与标准[J].电信网技术，2005（02）：32-35.
[3]兰俊杰.复杂电磁环境下电磁干扰抑制措施研究[J].航天电子对抗，2008（06）：7-13.
[4]William C.Y.Lee.Estimate of Local Average Power of a Mobile Radio Signal.IEEE Trans[J].1985.VolVT-34 No.1.
[5]吴超.集群通信系统车际无线设备间电磁干扰预测分析[D].西安电子科技大学，2006.
[6]石小勇.铁路枢纽无线列调同频干扰问题解决方案[J].科技信息，2010（09）：13-16.
[7]GSM05.05.Digital cellular telecommunications system （Phase2+）.Radio transmission and reception，1998.
作者简介：徐峰（1967—），男，甘肃天水人，甘肃省公安消防总队司令部信息通信处工程师，主要从事甘肃消防计算机三级网络、视频会议、卫星通信网络、3G通信指挥调度系统及跨区域救援通信等相关工作。