雷方元,雷 剛

(1.廣東技術(shù)師范學(xué)院電子與信息學(xué)院 廣州510665；2.中興通訊第一營銷事業(yè)部巴基斯坦代表處 深圳518057)

1 引言

隨著用戶對無線通信的依賴加強，運營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模正變得越來越大，同時，用戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高。網(wǎng)絡(luò)的外部干擾是影響無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要因素。特別是在國家之間的邊境地區(qū)，不同類型的運營商采用各自的無線頻段提供服務(wù)，不同國家的運營商有可能采用相同的頻段來提供不同類型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此，外部干擾問題尤為突出，存在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、網(wǎng)絡(luò)之間以及同頻段之間、異頻段之間相互混雜等情況。

在B國的Z運營商的EGSM網(wǎng)絡(luò)受到Y(jié)國CDMA運營商的同頻干擾，嚴重影響網(wǎng)絡(luò)用戶感受和網(wǎng)絡(luò)的KPI指標。本文將從后臺KPI指標統(tǒng)計分析和實際測試方面來分析定位干擾源，并將從傳播理論上對干擾源的影響范圍進行分析。最后，在理論和實際相結(jié)合的基礎(chǔ)上提出相關(guān)具體的解決方案。

2 EGSM網(wǎng)絡(luò)外部干擾源定位

2.1 問題來源

在B國的Z運營商的EGSM網(wǎng)絡(luò)中，用戶通話的感知較差，在通話過程中出現(xiàn)雜音，嚴重時根本聽不清楚對方的語音。在和Y國接壤的邊境地區(qū)，這種現(xiàn)象尤為明顯。在CQT測試分析和后臺KPI數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析中，均發(fā)現(xiàn)存在嚴重的外部干擾，且晚上的干擾強度明顯比白天的干擾強度大。在CQT測試中，在同一基站下通話，接通率和掉話率都是正常的，但是晚上的通話質(zhì)量感知明顯要比白天差許多。因此，對于干擾源的準確定位將有助于提出解決方案以有效地解決運營商Z的網(wǎng)絡(luò)外部干擾。

與Y國的CDMA頻段資源信息相比較，發(fā)現(xiàn)Y國的運營商R和運營商T的CDMA下行頻段與Z運營商的EGSM上行頻段大部分重疊。具體的頻段信息資源如圖1所示。Z運營商的下行頻段為882.5～890.10 MHz，其中頻段882.5～884.20 MHz與Y國的R運營商的CDMA頻段的上行頻率重疊；884.60～888.40 MHz的下行頻率與Y國的T運營商的上行CDMA頻率重疊。因此，懷疑Z運營商的強干擾來源于CDMA。Z運營商要求明確定位干擾源的影響范圍、影響程度，并給出解決方案。

2.2 外部干擾統(tǒng)計

2.2.1 后臺話務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

從后臺話務(wù)統(tǒng)計SHW區(qū)域9月12日-14日連續(xù)3天的72 h的干擾數(shù)據(jù)和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)KPI。干擾與KPI指標關(guān)系如圖2所示。

圖1 運營商Z的上行頻段與R和T下行頻段信息

圖2 外部干擾與KPI關(guān)系

從圖2可以得出如下結(jié)論。

·干擾發(fā)生的時間段：強干擾主要發(fā)生在晚上18:00以后到第二天上午10:00以前的時段，特別是凌晨0:00以后。強大的干擾對TCH掉話率影響較大，在干擾越強時，TCH掉話率就越高，TCH&SDCCH擁塞率以及SDCCH掉話率相對比較平穩(wěn)。

·干擾強度與話務(wù)量關(guān)系走勢分析：根據(jù)圖表數(shù)據(jù)所示，干擾強度與話務(wù)量高低沒有關(guān)系，即該干擾屬于外部強干擾。

·干擾強度切換成功率關(guān)系走勢分析：切換成功率與受到干擾的強度成反比關(guān)系，即當干擾強度越大時，切換成功率就越低，反之，則切換成功率越高。

·干擾強度與呼叫建立成功率走勢關(guān)系分析：呼叫建立成功率雖然在個別時段略有波動，但是起伏不大，受到的影響不是很明顯。

綜上所述：該強干擾與話務(wù)量高低沒有關(guān)系，屬于外部強干擾，并且該干擾對TCH掉話率、切換成功率、呼叫建立成功率等影響較大。

2.2.2 外部干擾帶統(tǒng)計

提取了2009年8月22日午忙時（13:00-14:00）和8月27日晚忙時（00:00-01:00）全網(wǎng)所有小區(qū)的干擾帶數(shù)據(jù)，并按照小區(qū)收到干擾的強弱在地圖上進行了分布渲染，得到如圖3和圖4所示干擾分布渲染。圖中渲染是根據(jù)4～5級干擾帶受到外部干擾比例進行著色的，其中顏色最深處表示干擾的比例超過66.1%。

圖3 午忙時干擾分布渲染

圖4 晚忙時干擾分布渲染

從圖3和圖4對比可以得出，晚上干擾帶4～5級的比例超過30%的區(qū)域遠大于白天忙時的區(qū)域，從而也進一步證明了話統(tǒng)數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論。

通過網(wǎng)絡(luò)外部干擾統(tǒng)計可以看出干擾的總體特點如下：

·干擾主要為外部干擾，晚上干擾要明顯大于白天；

·靠近東部邊境地區(qū)干擾嚴重，在遠離邊境的西部地區(qū)干擾較少（東部區(qū)干擾明顯強于西部區(qū)）；

·CDMA干擾的范圍白天在邊境內(nèi)50～100 km，夜晚可以達到200 km以上。

如此大面積、大強度的外部干擾遠遠超出通常的傳播模型的適用范圍。因此，需要進一步地從實際測試中來對干擾源進行定位。

2.3 外部干擾測試

2.3.1 外部干擾的頻譜測試

為了驗證Y國的CDMA干擾(CDMA一個頻點帶寬為1.25 MHz，3個頻點的干擾信號可以達到3.8 MHz寬頻干擾）影響到底能傳播到多遠，采用掃頻儀直接連接到天饋的方法。站點選取從東部邊境以50 km為粒度，每個間隔點選取了1～3個有代表性站點進行了測試，一直測試到了300 km處。對測試站點，天線方向每隔45°進行測試取樣，同一站點24 h不間斷測試。

通過對比發(fā)現(xiàn)同一位置區(qū)域的站點白天和夜間的干擾信號，發(fā)現(xiàn)夜間的干擾信號強度遠遠高于白天，波動普遍超過15 dB，甚至達到30 dB。典型的測試結(jié)果如圖5和圖6所示。

從大量的測試數(shù)據(jù)可以得出CDMA外部干擾的一些特性。

圖5 離邊境50 km站點白天和夜間的測試對比

圖6 距離邊界50～150 km站點夜間掃頻測試對比

·具有時段性，晚上干擾要明顯強于白天，特別是在150 km以外，大部分基站白天觀察到的干擾相對很小或者沒有。

·具有方向性，一般在45°～135°方向具有較為明顯的干擾波形。

·強度方面具有地域性，在200 km外，最強方向的最強值下降到-100 dBm左右。

·CDMA干擾信號在夜晚是可以干擾到距離邊界200 km范圍的區(qū)域。

2.3.2 CDMA手機測試

為了進一步確定外包CDMA干擾來源，從Y國帶過來R和T運營商的UIM。選擇的測試點邊境均無明顯的建筑或者樹木的遮擋的地方，使用CDMA手機測試的結(jié)果如下。

·晚上在距離邊境25 km的城市的4樓樓頂（距地面約為15 m），可以收到運營商R和T的CDMA信號，手機的信號強度可以達到4至5格。

·晚上接收到的CDMA信號強度明顯較白天強。

2.4 外部干擾源確定

通過大量的測試和后臺KPI統(tǒng)計分析表明，Z運營商的外部干擾源為Y國的CDMA網(wǎng)絡(luò)的上行信號，該信號同頻干擾Z的EGSM頻率的下行信號。

·主要干擾為Y國CDMA信號（R和T運營商）干擾。原因是Y國的CDMA下行頻段與Z運營商的EGSM上行頻段重合，造成干擾強度較大，干擾范圍較大；

·CDMA干擾在白天可以影響到境內(nèi)100 km范圍的站點，夜間則可以影響到境內(nèi)200 km內(nèi)站點。實測表明CDMA信號夜間比白天增強可多達20 dB以上。

3 CDMA干擾理論

由于CDMA信號在夜間干擾的范圍過大，超過傳統(tǒng)傳播理論計算經(jīng)驗值。傳播模型的選擇需要參考網(wǎng)絡(luò)覆蓋的具體地理環(huán)境，傳播模型的基礎(chǔ)是自由傳播模型。常用的傳播模型，如Okumura-Hata經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，是?jīng)過不同階段的修正和完善而獲得的，包括Okumura-Hata城市模型、Okumura-Hata郊區(qū)模型、Okumura-Hata農(nóng)村模型等。COST-231 Hata模型是Okumura-Hata模型的擴展模型，適用于在城市中基站密集的地域和城市密集區(qū)域的微小區(qū)。COST 231-Walfish-Ikegami模型是在Walfish和Ikegami模型的基礎(chǔ)上的修正，用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境。

CDMA下行信號對EGSM上行信號造成的同頻干擾，是CDMA下行的無用信號的載頻與EGSM上行的有用信號的載頻相同，并對接收同頻有用信號的接收機造成的干擾。為了保證手機用戶的通話質(zhì)量，在理論上，要求C/I同頻干擾保護比C/I≥9 dB，實際工程中要求C/I>12 dB；如果C/I不能滿足上述要求否則將直接影響到手機的通話質(zhì)量，會產(chǎn)生掉話或使手機用戶無法建立正常的呼叫。

本節(jié)主要通過不同的傳播模型理論計算，評估CDMA信號是否可能干擾到250 km以外的EGSM站點。同時，針對CDMA白天和夜間干擾范圍差別較大這一問題進行分析，討論CDMA呼吸效應(yīng)引起的前向功率的起伏是否會導(dǎo)致干擾范圍出現(xiàn)如此大的變化。

3.1 理論計算的背景

3.1.1 無線環(huán)境

B國和Y國接壤的區(qū)域地形屬于沖擊平原，而CDMA下行天線和EGSM上行天線掛高都比較高，多在30～60 m。中間幾乎沒有任何阻擋，形成空對空的傳播途徑。具體模型如下。

（1）發(fā)射方：CDMA下行信號

下行使用頻段為882～888 MHz，下行靈敏度最大為-43 dBm。

天線掛高30～50 m，天線增益17 dBi，下傾角0°～2°。

（2）接收方：EGSM上行信號

上行使用頻段為882～890 MHz，上行靈敏度為－112 dBm。

天線掛高30～50 m，天線增益16 dBi，下傾角0°～2°。

3.1.2 CDMA的呼吸效應(yīng)

CDMA呼吸效應(yīng)的含義為：在一個小區(qū)內(nèi)，其他手機對于某一個手機來說，它們發(fā)射的信號都是干擾。如果用戶數(shù)越多，干擾越大，此時這個手機就會增大發(fā)送功率（功率控制實現(xiàn)）以達到反向的解調(diào)門限，而對于前向而言，基站為了防止更多的用戶接入系統(tǒng)，造成當前的手機無法解調(diào)，也會減小發(fā)生功率（也是功率控制實現(xiàn)），此時小區(qū)的覆蓋面積就會減小。所以，CDMA的系統(tǒng)就會出現(xiàn)業(yè)務(wù)量增大時，小區(qū)面積減小的情況。

CDMA的前向功率控制：通過基站周期性地降低發(fā)射到移動臺的發(fā)射功率、移動臺測量誤幀率，當誤幀率超過預(yù)定義值時，移動臺要求基站對它的發(fā)射功率增加1%，每15～20 ms進行一次調(diào)整。下行鏈路低速控制調(diào)整的動態(tài)范圍是±6 dB。

通常CDMA載波功率的最大值為20 W，即43 dBm，而下行鏈路功率控制的范圍為±6 dB，故考慮出現(xiàn)呼吸效應(yīng)時前向的功率最小可能為：43－12＝31 dBm。

3.2 不同傳播模型覆蓋距離計算

由于實際應(yīng)用中沒有200 km左右適用的傳播模型，根據(jù)現(xiàn)場的實際環(huán)境，采用以下兩個模型進行計算。

3.2.1 空間自由傳播模型

模型公式為：

其中，PL為自由空間的路損(path loss)，單位是dB，與載波的頻率和接收點與發(fā)射點的距離有關(guān)；f為載波的頻率，單位是MHz；d為發(fā)射源與接收點的距離，單位是km；Gt（dBi）、Gr（dBi）表示接收端和發(fā)射端的天線增益；L（dB）為系統(tǒng)損耗因子。

3.2.2 Hata農(nóng)村傳播模型

Hala農(nóng)村傳播模型公式為：

其中，f為載波的頻率，單位是MHz；d為發(fā)射源與接收點的距離，單位是km；hb、hm是指發(fā)射天線和接收MS的高度，單位為m(注：由于Hata模型的使用范圍上限在35 km左右，而現(xiàn)場遠遠超出標稱距離，未能反映地球曲面、繞射損耗影響）。

根據(jù)空間自由傳播模型和Hata農(nóng)村模型計算的結(jié)果見表2。從表2可以分析得出，如果用自由空間損耗模型（損耗因子L為0），距離250 km，計算得到的接收端接收功率偏大，達-80～-90 dBm(尚未考慮接收側(cè)天線增益)，肯定會造成嚴重干擾。

如果采用Hata農(nóng)村模型計算，CDMA信號滿功率發(fā)射情況下，250 km處EGSM天線接收到的干擾強度在－93 dBm左右，仍有比較明顯的干擾。出現(xiàn)呼吸效應(yīng)時，前向功率下降后，250 km處EGSM天線接收到的干擾強度下降到－105dBm左右，此時的干擾已經(jīng)相對較弱。

使用空間自由傳播模型計算出250 km外EGSM接收到的干擾明顯大于實際測試值。而使用Hata農(nóng)村模型計算出250 km外的干擾則與實際測試結(jié)果相對接近。實際現(xiàn)場225～250 km測試夜間最大干擾為-110～-100 dBm，與理論計算的最大干擾（－93 dBm）相差10～15 dBm。

考慮到這個Hata農(nóng)村模型沒有考慮繞射損耗等因素，計算出來的路損應(yīng)該是偏小的。實際情況下，干擾程度應(yīng)該是比理論計算要小。所以使用Hata農(nóng)村模型計算的結(jié)果相對是比較貼近實際情況，具有較高的參考意義。

表2 不同傳播模型計算的干擾強度

3.3 早晚干擾差異

CDMA干擾理論計算關(guān)注的另外一個現(xiàn)象是中區(qū)白天和夜間收到CDMA干擾的強度和范圍差別很大。通過現(xiàn)場測試白天CDMA波形干擾最多只能達到邊境內(nèi)100 km的站點，而夜間境內(nèi)225～250 km的站點則都可能收到干擾。

通過CDMA相關(guān)的資料得知，CDMA前向功率控制的范圍通常是±6 dB（不同廠商可能有所不同）。因此CDMA前向功率變化最大的范圍為12 dB。根據(jù)Hata農(nóng)村模型的計算，100 km處，CDMA使用最小功率發(fā)射時，EGSM天線接收到的上行強度為-91 dBm左右，與250 km處，CDMA使用最大功率發(fā)射時EGSM接收到的電平相似（－93 dBm）。

由于該模型并未考慮繞射損耗，假設(shè)繞射損耗L為10～15 dB（CDMA地面對天空模型中的繞射損耗為9 dB，地表繞射損耗應(yīng)該會更大），則在100 km處，CDMA最小功率發(fā)射的情況下，外部干擾可能已經(jīng)下降到比較低的水平（-100～-110 dBm），與現(xiàn)場測試的實際數(shù)據(jù)基本相符合。

另外，Y國的CDMA基站前向功率控制范圍前文僅按照通常的規(guī)范推算的。通過對比在兩國邊境30～50 km基站白天和夜晚測試到的干擾強度的對比，發(fā)現(xiàn)實際白天和夜晚干擾信號的強度變化遠遠超過12 dB，達到20～25 dB（兩者信號的波形對比基本一致，可以認定是同一個干擾源）。

由此推算可能Y國的CDMA基站前向功率的波動范圍較大，可能達到20 dB，從側(cè)面也可以說明白天和夜間干擾范圍差別很大的原因。

3.4 CDMA干擾理論分析結(jié)論

通過使用不同傳播模型對CDMA干擾覆蓋范圍進行了計算，通過與實際測試數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)使用Hata農(nóng)村模型計算得到的CDMA干擾強度與實際測試的比較相符。通過Hata模型計算并結(jié)合實際測試結(jié)果可以得出CDMA干擾有如下特點。

·CDMA基站滿功率發(fā)射時，最遠可以干擾到250 km外的EGSM基站。

·CDMA基站前向功控范圍為12 dB時，CDMA最小功率發(fā)射，最遠可以干擾到100 km外EGSM基站。

·通過測試對比邊境EGSM站點白天和夜晚接收到的CDMA干擾信號強度，發(fā)現(xiàn)CDMA信號強度變化遠遠超過12 dB，甚至超過20 dB。

4 外部干擾解決方案及實施效果

根據(jù)前文的分析，給出解決Z運營商的EGSM網(wǎng)絡(luò)的外部CDMA干擾的方案如下。

（1）調(diào)整Y國的R和T運營商的CDMA基站的工程參數(shù)，如站點的天線掛高、下傾角、方向角和前向功率參數(shù)。這樣可以徹底將CDMA干擾控制在較小的范圍內(nèi)。

（2）使用較干凈的頻點1 017～1 023 MHz就行頻率規(guī)劃。CDMA干擾主要影響到1小區(qū)，對2、3小區(qū)影響相對較小。

（3）降低天線高度可以減小CDMA干擾的強度。對受到CDMA干擾嚴重的站點降低天線掛高，修改天線方位角，以減輕其受到的干擾。

（4）若前述方法都無法良好解決網(wǎng)絡(luò)CDMA外部干擾問題，則應(yīng)該盡量使用1 800 MHz頻段進行覆蓋，減少EGSM頻段使用的范圍。

針對上述的解決方案（1），在和Y國的運營商R和T協(xié)調(diào)后，對方基本上沒有任何行動最后無疾而終。在2009年之后，由于網(wǎng)絡(luò)負荷不高，運營商Z采用了方案（4）的辦法，在靠近邊境區(qū)域的重干擾城市中全部關(guān)停EGSM基站，使用1 800 MHz頻段進行覆蓋。關(guān)停EGSM基站之后，網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和用戶的感受顯著提升。

從2011年下半年開始，運營商Z的網(wǎng)絡(luò)負荷激增，擴容之后的1 800 MHz網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足要求。因此，在方案（2）和（3）的基礎(chǔ)上，使用EGSM頻段，降低天線高度和使用背離邊境方向的小區(qū)來解決大城市的熱點區(qū)域的容量問題，該方案實施后取得了良好的效果。圖7是2013年3月29日-4月3日晚忙時外部干擾渲染效果，圖中的嚴重外部干擾區(qū)域已經(jīng)大幅減少。因此，進一步驗證了方案的有效性。

圖7 2013年3月29日-4月3日晚忙時的干擾渲染

5 結(jié)束語

本文針對于B國Z運營商和Y國CDMA運營商之間的同頻段網(wǎng)絡(luò)外部干擾，給出了詳細的外部干擾源分析與定位的過程。這種外部干擾源的影響范圍超過了常用的傳播模型的適用范圍，也不同于一般意義上的網(wǎng)絡(luò)異頻段間的外部干擾。本文在理論上采用了自由傳播模型和Hata農(nóng)村模型來與實際的結(jié)果進行對比分析，并分析了理論模型和實際結(jié)果之間差異的原因來源于CDMA的呼吸效應(yīng)，這一應(yīng)用案例擴展了Hata農(nóng)場模型的適用范圍。在實際測試分析和理論分析的基礎(chǔ)上，給出了解決外部干擾的方案，并在Z運營商的網(wǎng)絡(luò)中推廣使用過程中進一步證明了方案的有效可靠。

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