24GHz频段地铁干扰案例分析2013稿

12.4G频段的频段地铁干扰案例分析希玉久中国无线电协会理事教授级高工2013.2.261.引言人类正经历着有史以来最为迅速的以信息和通信技术（ICT）为代表的科技革命。近十几年来，无线电正处于令人眩目的大变革时代，无线电业务应用越来越广泛，新技术、新制式曾出不穷，无线设备制造向智能化、移动化、宽带化、功能服务多样化发展演进，无线电在“物联网”“泛在网络社会”（UNS）中扮演着重要角色。与此同时，无线电频谱这种宝贵且有限的自然资源异常拥挤。连过去不怎么受“待敬”的工科医（ISM）频段（如2.4GHz）由于不收频占费、免发执照都成了“宝贝”频段在争相使用。城市轨道交通是引领中国走新型城市化道路满足城镇发展需求、改善民生的重要交通工具，近些年来中国各地正在大规模规划建设地铁、轻轨等基础设施，预计2020年前我国城轨交通新增营业里程将达到6560公里，将投入3万多亿元。在很多城市轨道交通建设中，与城市轨道交通配套的基于通信的列车控制系统CBTC（CommunicationBasedTrainControlSystem）也选用了与ISM“共用”的不受无线电管理“干扰保护”的2.4GHz频段，最近多次发生无线电“干扰”甚至“逼停”地铁运营。本文将就2.4GHz频段的频谱利用、管理及“逼停”地铁事件作为案例进行干扰分析，供研究参考。2.国际国内2.4GHz频段的频率划分规定2.1电磁频谱是宝贵的自然资源无线电磁频谱的定义电磁频谱是指按照电磁波频率或者波长排列起来所形成的谱系。实际上‘频谱’(Spectrum)的物理概念最初只限于从红色到紫色各种不同颜色的光组成的可见光，在空中以每秒钟30万公里的速度传播。电磁频谱2可以从可见光向两个方向扩展，更高频率的‘光’包括紫外线、X射线以及宇宙射线，较低频率的‘光’就是红外光，而3000GHz以下称为无线电（radio）频谱，但3000GHz以上频率的“无线”(Wireless)通信包括红外线(波长0.7m-1mm)、自由空间光无线通信等现也已用于从电信链路到卫星遥感等多种业务,国际电联ITU已将3000GHz以上频段及此频段上的固定业务应用纳入国际《无线电规则》及相关建议。无线电磁频谱是有限的、宝贵的自然资源二十一世纪将是信息社会时代，谁掌握了信息谁就有了竞争的优势。信息时代正在改变着人们的工作方式和生活方式，而且将彻底改变世界利益的格局和竞争的态势。无线电通信是传递信息的重要手段，为全社会提供着各类信息传递服务，在社会、经济发展，国防建设和人民生活中发挥着重要的作用。电磁频谱虽然很宽，但由于受到无线电波的固有传播特性和现有技术发展等因素所限，尽管采用时域、频域、空域、正交等多种技术，可用的无线电频谱资源仍然是有限的、宝贵的，必须充分有效地予以利用、保护和科学管理。2.2频率规划与划分、分配、指配无线电业务根据ITU《无线电规则》和《中华人民共和国无线电频率划分规定》，使用无线电频率的无线电业务基本上分为两大类，即无线电通信业务和射电天文业务。无线电通信业务又可分为地面业务及空间业务，其中包括固定业务、移动业务、广播业务、业余业务、安全业务等总共定义了43种业务。近些年来，不管是空间业务还是地面业务都取得了迅速发展，应用非常广泛。无线电频率划分无线电频率划分即为规定某一无线电频段供一种或多种地面或空间无线电通信业务，或射电天文业务在规定的条件下使用，是无线电频率操作、使用、管理的基础和依据，不能违反。国际频率划分表将全球分为三个区域，第一区包括欧洲、非洲和部分亚洲国家；第二区包括南、北美洲；第三区包括大部分亚洲国家和大洋洲，我国属于第三区。国际和国内的频率划分通常在一段时间内相对稳定不变，通常根据无线电技术和无线电业务发展的需要，集中进行调整和修订。我国最新修订的《中华人民共和国无线电频率划分规定》于2010年12月1日起公布实施。ITU关于2.4-2.53GHz频段三个无线电区的频率划分规定（见下表1），中国关于2.4-2.5GHz频段的频率划分规定（见下表2）。无线电频率分配频率分配是指批准频率（或频道）给某一个或多个国家、地区、部门在规定的条件下使用。我国主要通过下达频率分配文件的形式，为频率需求部门分配专用频率。根据我国无线电管理条例的规定，频率分配由国家无线电管理机构统一进行。无线电频率指配无线电频率指配是国家或地方无线电管理机构根据设台（站）审批权限，批准某单位或个人的某一无线电台（站）在规定的条件下使用某一无线电频率。通信范围或服务区域涉及两个以上的省或涉及境外的无线电台（站），由国家无线电管理机构指配频率。在省、自治区、直辖市范围内通信或服务的无线电台（站），由省、自治区、直辖市无线电管理机构指配频率。表1ITU关于2.4-2.5GHz频段三个无线电区的频率划分规定国际电联无线电频率业务划分第1区第2区第3区2300—2450固定移动5.384A无线电定位[业余]5.1505.2825.3952300—2450固定移动5.384A无线电定位[业余]5.1505.2825.3935.3945.3962450—2483.5固定移动无线电定位5.1505.3972450—2483.5固定移动无线电定位5.1502483.5—2500固定移动卫星移动（空对地）5.351A无线电定位5.1505.3715.3975.3985.3995.4005.4022483.5—2500固定移动卫星移动（空对地）5.351A无线电定位[卫星无线电测定（空对地）]5.3985.1505.4022483.5—2500固定移动卫星移动（空对地）5.351A无线电定位[卫星无线电测定（空对地）]5.3985.1505.4005.4024表2中国关于2.4-2.5GHz频段的频率划分规定中华人民共和国无线电频率划分国际电联第三区无线电频率划分中国内地中国香港2300—2450固定移动5.384A无线电定位[业余]5.1505.282CHN282300—2400固定移动2300—2450固定移动5.384A无线电定位[业余]5.1505.2825.3935.3945.3962400—2483.5工业、科学和医疗（ISM）2450—2483.5固定移动无线电定位5.1502450—2483.5固定移动无线电定位5.1502483.5—2500固定移动卫星移动（空对地）5.351A无线电定位卫星无线电测定（空对地）5.3985.1505.4005.4022483.5—2500卫星移动（空对地）2483.5—2500固定移动卫星移动（空对地）5.351A无线电定位[卫星无线电测定（空对地）]5.3985.1505.4005.4022.3使用2.4GHz频段的相关规定1）频率划分规定由以上两表的无线电频率业务划分可知，该频段内有多种无线电业务与工科医设备共用，并用脚注方式做了规定：表1中的脚注5.150注明：下列频带：2400-2500MHz（中心频率为2450MHz）也指定给工业、科学和医疗（ISM）使用。在这些频带内工作的无线电通信业务必须承受由于这些应用可能产生的有害干扰。在这些频带内操作的ISM设备应遵守15.13款的规定（详见国家无线电规则）。表2中的中国划分表中的脚注CHN28注明：该频段引入的有关IMT应用的国际注脚，不改变移动业务在划分表中现有业务主次地位。同时，应尽快研究该频段已划分业务的应用模式、频率使用规划、业务间的兼容共存条件及协调程序。在此之前，IMT应用不投入实际部署使用，但在2300-2400MHz频段，IMT可在室5内使用(2010年)。2）对该频段的无线电设备管理（型号认证）规定根据《中华人民共和国无线电管理条例》规定，无线电管理机构对无线电设备的研制、进口、生产和销售的管理是其主要职责之一。无线电管理机构对无线电设备管理主要包括无线电发射“设备型号核准”和设备检测等，目的是从源头上减少和消除干扰源。重点审核无线电发射设备的发射技术参数。不符合无线电管理规定或相关技术标准，是扰乱无线电波秩序的主要原因之一。用户购置设备须知：（1）设置使用的这类SRD无线电设备，应当是通过设备检测经国家认可的“型号核准”的设备，用户采购设备时应确认销售单位是否持有无线电管理机构核发的《无线电发射设备型号核准证》；（2）购置设备的型号、性能、制式、组网形式等是否符合组网的要求；（3）应考察设备的真伪、供货期限、设备来源渠道、设备质量、价格以及设备的技术参数等；（4）考察销售单位的实力信誉、技术力量、维修能力及售后服务等情况，销售单位应为用户提供可靠的质量保证和售后服务。3）对2.4GHz频段的操作使用等相关规定为规范微功率、短距离设备（SRD）包括2.4GHz频段的无线电设备和业务管理，国家于1998年、2001年、2002年多次发布相关管理规定，2.4GHz频段作为无线局域网、无线接入系统、数字无绳电话、蓝牙技术设备、点对点或点对多点扩频通信系统等各类无线电台站的共用频段，符合技术要求的各类无线电通信设备在2.4-2.4835GHz频段内与无线电定位业务及工业、科学和医疗等非无线通信设备共用频率，均为主要业务。2002年(信部无〔2002〕353号)文《关于调整2.4GHz频段发射功率限值及有关问题的通知》对2.4-2.4835GHz频段无线电发射设备的主要技术指标如等效全向辐射功率(EIRP)、天线增益、最大功率谱密度做了明确规定。2005年（信部无〔2005〕423号）文发布的“微功率（短距离）无线电设备的技术要求”中又专门把2.4GHz数字无绳电话调整作为该频段业务，平均等效全向发射功率限值为25mW，必须采用跳频工作方式，且跳频信道至少为75个。6另外对其它短距离无线电设备的发射功率限值为10mW(e.i.r.p)。同时要求该频段内的无线电发射设备的射频部分与其天线必须按照一体化设计和生产；在该频段内的无线电台站之间产生干扰，原则上不受保护。另外还规定在大中城市城近郊区等人口密集地区，不得设置使用点对点扩频通信台站。3.关于2.4GHz频段的无线电业务及频率使用现状3.1在2.4-2.4835GHz频段操作使用的无线电业务和设备多种ISM设备（微波炉等大量操作使用,中心频率为2．45GHz）医用微波治疗仪（一定规模）WLAN（大量操作使用）扩频通信系统（短距离点对点和点对多点10-20km）（发执照限制使用）2.4GHz数字无绳电话（一定规模）蓝牙、RFID等微功率设备（大量使用）其它微功率设备等。上述设备制式一般发射功率(ISM设备除外)均符合国家规定，天线的制式、结构及增益指标差异很大，频率配置、调制方式、信道间隔、保护带不统一。3.2关于2.4GHz频段的无线电干扰状况由于该频段属工科医设备与无线电业务共用频段，无需交频占费的免发电台执照的频段，设备的品种繁多，电磁环境异常复杂。在2.4GHz频段内经常有发生干扰的申诉。尽管有法制、有处罚，但仍存在有同频段电台超标或非法操作和受工科医设备干扰等问题。4.关于2.4GHz频段无线电干扰及典型干扰案例分析4.1无线电干扰无线电通信的最大优点是设备操作使用灵活、方便，而其最大的缺点就是7容易受到干扰，直接影响通信信号质量甚至会造成更为严重的后果，甚至会给人民生命财产安全带来威胁或损失。如我国曾发生多次民航机场的通信导航系统受到干扰的投诉，迫使有的飞机导航受干扰只能飞到其它机场降落，有的机场不得不暂时关闭几个小时经过紧急处理干扰之后才使飞机正常起落，直接造成经济损失并影响到人们的正常生活和工作。结果发现其中有不少干扰是来自一些电台选址不当、发射频率或设备不符合国家标准、发射功率过大以及天线之间距离过近形成互调干扰等多种原因所造成的。（1）无线电系统及系统之间的干扰是指发生在无线电频谱内的干扰。当接收机收到无用信号时会导致有用信号的接收质量下降，出现信息差错或丢失，甚至会阻断通信，这就是通常所说的无线电干扰。无线电通信系统和设备的干扰通常有如下几类，即：同信道干扰与有用信号载频相同的无用信号对有用信号接收机造成的干扰均称为