干擾的測試與定位

華為無線網(wǎng)絡規(guī)劃部 屈琴　李忠東　



　　摘 要：本文主要介紹無線通信中各種干擾的可能成因，干擾的測試、定位、處理方法，第一節(jié)著重介紹CDMA網(wǎng)絡中干擾的主要來源，第二節(jié)介紹有關(guān)干擾的測試和定位，最后就干擾的處理做了一定的介紹。



　　關(guān)鍵字：干擾、CDMA、GSM、RSSI、路測、共站址



前言



　　在無線蜂窩通信系統(tǒng)中，不同的頻段分配給不同的通信系統(tǒng)導致系統(tǒng)間產(chǎn)生干擾，同時由于各系統(tǒng)采用不同的復用方法來提高頻譜效率，以增加系統(tǒng)容量，同時帶來了同/鄰頻干擾。另外，系統(tǒng)還存在由于電波傳播的多徑效應造成的干擾等。無線干擾信號會給基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動通信帶來許多問題，如掉話、通話質(zhì)量差、信道擁塞等。本文將主要介紹在第三代無線通信網(wǎng)絡CDMA（WCDMA）中可能出現(xiàn)的各種干擾，以及對這些干擾的定位和處理方法。



干擾來源



　　如今最新的移動通信系統(tǒng)（如第三代CDMA網(wǎng)絡）還必須與舊移動通信系統(tǒng)(如第二代GSM網(wǎng)絡、或?qū)ず舻?共存于一個復雜的無線環(huán)境中，其中多數(shù)舊系統(tǒng)在以后若干年里還將一直用下去；與此同時，其它無線射頻設(shè)備如數(shù)字視頻廣播和無線局域網(wǎng)等又會產(chǎn)生新的可能使通信服務中斷的信號。而由于環(huán)境限制越來越大，眾多新業(yè)務競相擠占有限的蜂窩式站點，使得信號發(fā)射臺上豎滿了各種天線,通信的天空變得更加擁擠。
與第二代頻分復用的GSM網(wǎng)絡相比，CDMA網(wǎng)絡的設(shè)計更為復雜。因為CDMA是一個自干擾系統(tǒng)，其信號都共享相同的頻率，每個用戶都對其他用戶構(gòu)成干擾，每個小區(qū)對其它小區(qū)構(gòu)成干擾，鏈路性能和系統(tǒng)容量取決于干擾功率的控制結(jié)果。因此，干擾分析、功率配置等各項工作顯得尤為重要。同時干擾不但依賴于主小區(qū)和相鄰小區(qū)的業(yè)務情況；而且也存在外部干擾源的影響。




下面本文對CDMA網(wǎng)絡中干擾來源的通用模型進行一些初步的分析：



　　由上式可知，任何一個參數(shù)發(fā)生改變都會對整個系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響：



　　1、本小區(qū)和鄰小區(qū)干擾：基于CDMA的通信系統(tǒng)不僅存在來自鄰區(qū)的信道的干擾，還存在有本小區(qū)內(nèi)的信道干擾，因此在系統(tǒng)設(shè)計中要著眼于限制這種干擾，得到最大的容量。



　　2、無線網(wǎng)絡中可能遇到的外部干擾T：如今可能造成外部干擾的原因正不斷增多，有些顯而易見易跟蹤，有些則非常細微，很難識別。雖然仔細設(shè)計無線系統(tǒng)可以提供一定的保護，但多數(shù)情況下對干擾信號只能在源頭處進行控制。一般干擾信號只影響接收器，即使在物理上接近發(fā)射器，發(fā)射也不會受其影響。下面列出最常見的干擾源，在實際情況下就可確定從何處著手，要注意的是大多數(shù)干擾源來自于基站的外部，即在直接控制范圍之外。



　　非法發(fā)射器 ：非法運營商在沒有得到許可的情況下，在同一個頻段上發(fā)射。



　　覆蓋區(qū)域重迭 ：使用網(wǎng)絡或其它網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域在一個或多個通道上超過規(guī)定范圍。天線傾斜不正確、發(fā)射功率過大或環(huán)境變化等都會引起覆蓋區(qū)域重迭。



　　信號互調(diào) ：兩個或兩個以上信號混在一起后會形成新的調(diào)制信號。最常見互調(diào)是三次信號，例如兩個間隔為1MHz的信號會在原高頻信號之上1MHz和低頻信號之下1MHz各產(chǎn)生一個新信號，如果原來兩個信號分別處于800和801MHz頻段，則將在799和802MHz出現(xiàn)三次信號。



　　雷達站：有些七、八十年代設(shè)計的分米波雷達，使用的頻率與800M的CDMA系統(tǒng)相近，由于其發(fā)射功率非常大，功率等級一般都在幾十到幾百千瓦范圍內(nèi)，其帶外雜散比較大，也很容易對附近的蜂窩基站造成干擾。



　　廣播發(fā)射器諧波 ：大功率源如商業(yè)廣播電臺等會產(chǎn)生大功率信號諧波，影響附近的移動通信發(fā)射器。


AMPS沒有退網(wǎng)：原有AMPS系統(tǒng)與CDMA2000 1X目前使用的一段頻譜重合，如果個別地區(qū)存在AMPS頻段未清退干凈，則對目前聯(lián)通使用的800M頻段下的CDMA2000 1X系統(tǒng)會造成干擾。



　　微波傳輸：很多地方存在大量用于傳輸?shù)奈⒉ㄦ溌�，這些微波傳輸處于比較高的頻段（2G左右的），對于使用2000M左右頻段的系統(tǒng)就會存在干擾。





干擾的測試定位



　　干擾會給系統(tǒng)帶來很大的影響，尤其當干擾嚴重時，會對手機上網(wǎng)、呼叫和切換產(chǎn)生影響；另外如果在接收頻段內(nèi)存在干擾，對接收機的靈敏度也會造成影響，把系統(tǒng)接收噪聲電平抬高。下表列出了幾種不同干擾電平情況下造成系統(tǒng)接收底噪抬高的具體電平。



　　從上表可知，對原系統(tǒng)接收靈敏度惡化0.5dB時，允許的干擾電平必須小于原系統(tǒng)接收噪聲電平9dB； 對原系統(tǒng)接收靈敏度惡化0.1dB時，允許的干擾電平必須小于原系統(tǒng)接收噪聲電平16dB；而當干擾電平與原系統(tǒng)接收噪聲電平相等時，系統(tǒng)接收靈敏度將惡化3dB。



　　由此可見干擾的測試和定位是非常重要的，貫穿于前期規(guī)劃到后期優(yōu)化的全過程。在無線規(guī)劃設(shè)計階段，要考慮為保證CDMA系統(tǒng)正常運行，頻帶必須在充分的保護頻帶以及保護區(qū)保持干凈，使用相應的設(shè)備進行測試，為后期網(wǎng)絡的正常運行做好準備工作；在基站建設(shè)完成，網(wǎng)絡優(yōu)化階段同樣要對干擾進行測試，避免干擾影響網(wǎng)絡質(zhì)量，造成不必要的損失。



　　在進行干擾測試前，需要得到運營商和當?shù)責o委會的幫助，充分了解當?shù)責o線頻段劃分和企業(yè)使用無線電設(shè)備情況。在測試前要確定測試時間和測試地點，準備測試儀器、測試天線和車輛、GPS、指北針。一般我們可選用以下測試儀器進行測試：



　　1、 測試干擾信號的主要工具為頻譜分析儀，這是一個高性能的寬帶信號接收機，可以顯示接收信號的頻譜，。不同的型號的頻譜儀有不同接收頻段和接收靈敏度，正確地使用好頻譜儀比較關(guān)鍵。泰克公司的YBT250就是比較出色的測試儀器之一。如下圖所示：



　　為了精確測試干擾信號，YBT250干擾選件最低測試電平達-130dBm。這種靈敏度對分析小區(qū)射頻特性是非常理想的。YBT250具有泰克公司專利的頻率、幅度、時間三維頻譜顯示，可讓用戶捕捉與時間相關(guān)的頻譜信息，大大方便了對間歇、周期性干擾的查找。YBT250還內(nèi)置干擾調(diào)制分析，只需選中欲分析的信號，YBT250干擾選件即可提供該信號可能的調(diào)制信息：GSM、CDMAOne、3G CDMA、IS-136或模擬基站信號，AM/FM信號等。



　　觀察頻譜儀的頻譜分布情況，仔細查找出異常的干擾信號。在初步確定存在干擾后，可以通過定向天線，調(diào)整天線的方向，根據(jù)信號的強度大致確定干擾源的位置。



　　2、測試 450M頻段上的CDMA系統(tǒng)時還可使用華為公司自行開發(fā)的SU450電測儀：建網(wǎng)初期，需要考慮新建的450系統(tǒng)對現(xiàn)有網(wǎng)絡設(shè)備是否造成影響，為選擇比較干凈的頻率，建議清頻測試時做全頻段掃描，并作詳細記錄，記錄時以25KHz為單位（起始頻率與系統(tǒng)頻率劃分一致），對每個1.25或1.5MHz進行分析，供后期備選。商用階段，運營商的頻率資源是確定的，測試的重點是運營商可用頻段，主要作用是排除所用頻段內(nèi)的干擾。



　　測試地點應該選擇基站天線架設(shè)的位置，考慮測試工作量,最好選擇當?shù)鼐哂兄聘唿c特征的建筑物頂層或原有的鐵塔上，天線可以選用便攜式小天線或者基站天線。對于下行鏈路電磁干擾測試，除在前面的測試條件測試外，還應該在小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)選擇一定數(shù)量的典型點進行測試，實際測試的時候分為定點測試和驅(qū)車測試，天線選用便攜式小天線；驅(qū)車測試可以在小區(qū)覆蓋的主要街道進行慢速行使，發(fā)現(xiàn)強干擾后進行下行定點測試，并與制高點測試情況進行比較。



　　3、除了使用上述設(shè)備以外，在具體定位干擾方位時，可以借助天線進行：一般全向天線可用于電磁干擾的測量，但不利于干擾源的定位，而定向天線可用于干擾源的搜索。天線的方向性越強，增益越高，搜索的能力越強。最好使用寬頻帶的對數(shù)周期天線，這種天線的頻帶寬，增益高，方向性強。常用定向的天線有板狀天線、八木天線、對數(shù)周期天線。



　　在基站建設(shè)完成后，進入網(wǎng)絡優(yōu)化階段，我們還可以通過以下方法進行定位：



　　1、通過話統(tǒng)或近端查看RSSI: 通過話統(tǒng)的RSSI數(shù)值可以看出大致的干擾，如果有哪個載頻干擾嚴重，可以再用telnet命令連接基站在近端使用相應命令查看RSSI的峰值等信息。在空載下看RSSI的平均值是判斷干擾的最主要手段。對于新開局，用戶很少，空載下RSSI電平一般小于-105dBm。在業(yè)務存在的情況下，根據(jù)某局的經(jīng)驗，有多個業(yè)務時RSSI平均值一般不會超過-95dBm。



　　2、 通過手機初步判斷前向干擾：在手機上看到導頻Ec/Io下降而手機接收功率上升，這就表示了前向鏈路有干擾，會造成掉話等問題。由于干擾，導頻強度會變得很差，如果前向鏈路不能再被解調(diào)，手機就會關(guān)閉其發(fā)射機。如果這種前向干擾時間較長，超過了手機的Fade Timer定時器（5S）時間，當Fade Timer計時器為0則手機重新初始化。


　　前向干擾的可能原因還有：



1、CDMA干擾造成切換失敗。如果手機重初始化后上到一個新的PN上，則掉話就歸因于切換失敗。這是最普遍的前向鏈路干擾掉話情況。



2、另一種特殊情況是：某一個處于閉塞狀態(tài)的基站突然解閉，對周圍的基站形成較大的前向干擾，造成周圍基站的部分呼叫掉話。



3、從接收質(zhì)量FER上也可以參考判斷是否有干擾存在：如果手機長時間進入搜索狀態(tài)（如超過10秒），則很有可能是由于存在不能被手機利用的干擾源，導致FER高（如AMPS系統(tǒng)、微波發(fā)射等），引起掉話等問題。



4、對于其他外界干擾，通過頻譜儀分析進一步查出是否存在干擾源。



5、通過路測可以發(fā)現(xiàn)干擾：檢查干擾路段和信號質(zhì)量分布，分析是哪些小區(qū)信號的重迭覆蓋引起的干擾，哪些是由于存在越區(qū)覆蓋而造成的干擾。



干擾的處理



　　在干擾進行測試和初步定位后，我們需要對這些干擾進行一定的處理和排除，在此僅介紹一些常用的方法：



　　1、清頻：CDMA系統(tǒng)所用頻段及保護帶不可被其他無線信號占用。在實際網(wǎng)絡規(guī)劃時，針對建設(shè)環(huán)境進行仔細的測試后，針對頻段內(nèi)的非法干擾可以向無線電委員會申請清頻。



　　2、規(guī)避頻段外的干擾：這是一種主要干擾，包括一些與接收器頻率相近而不相同的強信號，強度很大足以影響輸入。這些信號通常很接近預定頻率，因為接收器輸入濾波器會濾掉其它相差太遠的信號。 此類干擾使得接收器受到兩種影響：一種是前端阻塞，由于強信號進入接收器使第一級(前置放大器或混頻器)過載完全飽和引起，使得更強信號無法接收。另一個影響是減感效應，附近的信號進入接收器后被AGC(自動增益控制)發(fā)現(xiàn)或者啟動限制器電路，造成增益下降。接收器表現(xiàn)得就像是靈敏度降低，因此微弱信號會丟失，對強信號的信噪比也將減小。[1]



　　針對此類干擾可在規(guī)劃時進行一定的規(guī)避，在基站站址選取時要對周邊環(huán)境進行一定的了解和測試，并盡量在選擇站址時避開此類地區(qū)；也可與干擾發(fā)射源的經(jīng)營者進行協(xié)商，進行移頻或采取其他措施。



　　3、 利用共站址的天線隔離度來減少干擾：由于很多CDMA基站一對一地復用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡的基站，這樣可以降低運營商的成本。



　　因此基站建設(shè)時需要注意兩系統(tǒng)間的天線隔離度：



　　假設(shè)天線1最大輻射方向增益為G1(dBi)，在a1度方向(天線1的最大指向與天線1和天線2的連線方向夾角）的副瓣電平為SL1，天線2最大輻射方向增益為G2 (dBi)，在a2度方向(天線2的最大指向與天線2和天線1的連線方向夾角）的副瓣電平為SL2(dBp,相對于主波束，取負值)，水平間隔為dh，則
水平方向隔離度計算：HI= -22-20log (dh / λ )+(G! + G2 ) + (SL1 + SL2 )（dB） （1）
若全為全向天線，SL1=SL2=0(dB)，式中λ為工作波長，（近似遠場處理）。
式（1）適用遠場條件，天線距離必須滿足 （此時誤差約±0.5dB）：
dh>〔（L1＋L2）2/ λ〕；其中L1、L2為兩個天線的最大尺寸；



　　當兩個天線距離較近時，利用式（1）計算誤差較大（比實測隔離度偏小約6-10dB）。



　　同理，垂直方向隔離度計算：VI=－(28+40log (dv/λ ))＋（g1＋g2）dB（g1為天線1在天線2方向的增益； g2為天線2在天線1方向的增益；通�；�站天線可以近似取值g1＝g2＝0dBi；dv是垂直間隔）



4、 調(diào)整網(wǎng)絡各參數(shù)避免干擾：


a）進行實際的路測，根據(jù)實際情況，調(diào)整相關(guān)小區(qū)的基站發(fā)射功率、天線傾角、鄰區(qū)關(guān)系、切換參數(shù)，或調(diào)整PN規(guī)劃等來避免干擾。


b) 用頻譜儀分析，找出干擾頻點，進一步查出干擾源。


c) 進行相應的功率控制，例如對于越區(qū)覆蓋情況就可采用。


d) 解決設(shè)備問題（如：TRX板自激）


5、 避免諧波類干擾：在實際情況下，信號中還可能有強到能產(chǎn)生干擾的基頻諧波，而且很難辨別其來源。針對此類干擾要用天線隔離和濾波器抑制才能實現(xiàn)避免。



結(jié)束語



　　綜上所述可知，在CDMA網(wǎng)絡中有著不同來源的干擾，通過頻譜分析儀等可以對干擾進行測試，還可通過不同的手段和方法對其進行定位，最后我們給出了幾種解決辦法，為無線工程師對干擾進行測量跟蹤和排除提供一定參考。




摘自　通信市場