GSM網(wǎng)絡(luò)干擾定位及解決方案研究

柳 青，廖惜春

（五邑大學(xué) 信息工程學(xué)院，廣東 江門 529020）

0 引言

為提高GSM系統(tǒng)容量，滿足移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展需求，蜂窩系統(tǒng)采用頻率復(fù)用模式來提高頻帶利用率。對于一定的頻譜資源，隨著頻率復(fù)用度增大，網(wǎng)絡(luò)容量增大，同頻復(fù)用距離減小，干擾增強(qiáng)。干擾是影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，對通話質(zhì)量、切換、掉話、都有顯著影響，因此如何降低甚至消除來自GSM系統(tǒng)內(nèi)部或外部的干擾，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化的重要任務(wù)?，F(xiàn)研究了GSM系統(tǒng)載波干擾比（C/I），論述了GSM系統(tǒng)內(nèi)干擾、以及干擾的定位及其解決方案，從江門地區(qū)同鄰頻干擾案例出發(fā)，對系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾的原因及解決辦法進(jìn)行了具體分析和研究，提出解決網(wǎng)絡(luò)干擾的方案, 為GSM網(wǎng)絡(luò)維護(hù)提供參考。

1 載波干擾比

頻率復(fù)用是GSM網(wǎng)絡(luò)的通用技術(shù)之一，由于同一頻點(diǎn)在不同小區(qū)進(jìn)行了重復(fù)使用，這些頻點(diǎn)間會隨距離遠(yuǎn)近和信號強(qiáng)弱而產(chǎn)生隨空間分布的或強(qiáng)或弱的同鄰頻干擾。為了提高GSM系統(tǒng)抗干擾能力，通常采用跳頻、動態(tài)功率控制等措施，有效提高信號載波干擾比，從而使得更緊密的頻率復(fù)用成為可能。

C/I, 是指接收到的有用信號電平與其他所有無用信號電平的比值。C/I實(shí)質(zhì)上反應(yīng)的是服務(wù)小區(qū)收到與其相鄰小區(qū)或周圍無線環(huán)境的干擾影響，其值越小表示收到的干擾越強(qiáng)，通話效果越差，值越大表示受到的干擾越小，通話效果越好。

式中，iP為用戶單碼道i的接收功率；α為本小區(qū)干擾抑制因子；aI為本小區(qū)干擾功率；bI為來自其他小區(qū)的干擾功率；0N 為下行熱噪聲功率。

干擾信號主要來源于多徑信號干擾、同鄰頻干擾及系統(tǒng)外部其他信號干擾。根據(jù)GSM系統(tǒng)空間接口中信號的解調(diào)要求，同鄰頻干擾保護(hù)比需滿足以下要求：同頻干擾保護(hù)比:C/I≥9 dB；鄰頻干擾保護(hù)比:C/A≥-9 dB。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中需增加 3 dB的余量，當(dāng)C/I＜12 dB或C/A＜-6 dB時(shí)干擾就不可避免。

2 GSM系統(tǒng)中干擾檢測與定位

GSM網(wǎng)絡(luò)中存在的干擾不僅會提升誤碼率，影響用戶通話質(zhì)量，還會影響基站子系統(tǒng)(BSS)系統(tǒng)的各種重要統(tǒng)計(jì)指標(biāo)：掉話率、接通率、切換成功率等，甚至?xí)斐苫就顺龇?wù)，因此干擾的定位與優(yōu)化尤為重要。

2.1 GSM系統(tǒng)中的干擾優(yōu)化流程

GSM 系統(tǒng)中干擾問題的處理流程可歸為以下步驟：首先，通過查看操作維護(hù)中心(OMC)話統(tǒng)、路測、呼叫質(zhì)量撥打測試(CQT)測試、查看OMC告警等方法發(fā)現(xiàn)存在干擾問題的小區(qū)及載頻；其次，依次對硬件問題干擾、系統(tǒng)內(nèi)干擾和系統(tǒng)外干擾進(jìn)行排查，定位引起干擾的原因；最后，根據(jù)不同的干擾原因采取相應(yīng)措施解決干擾問題[1]。

2.2 GSM系統(tǒng)內(nèi)干擾

GSM系統(tǒng)內(nèi)部干擾包括直放站干擾和同、鄰頻干擾。

直放站干擾主要源于其自身的不規(guī)范安裝，施主天線和用戶天線間的隔離度較小，形成自激，進(jìn)而干擾基站的正常工作或引起覆蓋區(qū)通話質(zhì)量差。

如前所述，GSM系統(tǒng)中采用頻率復(fù)用，當(dāng)使用相同頻點(diǎn)的小區(qū)間的復(fù)用距離D相對小區(qū)半徑R過小，即同頻復(fù)用比D/R過小時(shí)，易引起同頻干擾。假設(shè)小區(qū)是理想的正六邊形小區(qū)，其基站使用全向天線，如果忽略陰影影響并假設(shè)所有基站的路徑都一致，則圖1所示表示最差情況時(shí)前向信道上的同頻干擾[2]。假設(shè)所有的小區(qū)大小都相同，來自第一層的同頻干擾小區(qū)數(shù)為1K，在傳播環(huán)境中信號電平隨距離是按γ次冪衰減的。則有：

圖1 最差情況時(shí)的前向信道同頻干擾狀況

鄰頻干擾的大小取決于接收機(jī)中頻濾波器的濾波能力以及發(fā)信機(jī)在相鄰頻道通帶內(nèi)的邊帶噪聲。

2.3 GSM系統(tǒng)內(nèi)干擾定位與排除

要解決網(wǎng)絡(luò)中的干擾問題，改善通話質(zhì)量，首先要發(fā)現(xiàn)干擾，確定干擾的位置，然后降低或排除干擾。在GSM系統(tǒng)中，可通過查看OMC話統(tǒng)、查看OMC告警、路測、用戶申告等方法發(fā)現(xiàn)干擾源。干擾定位是干擾優(yōu)化過程中最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)生干擾的原因有多種，只有準(zhǔn)確定位問題所在，才能有效解決干擾問題。

（1）檢查OMC話統(tǒng)

GSM網(wǎng)絡(luò)開通后，必須登記話音通道(TCH)、獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)、切換以及信道分配性能測量等話統(tǒng)任務(wù)。一般情況下，可通過檢查OMC話統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)并定位干擾：

1）查看關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)：掉話率、接通率、擁塞率等指標(biāo)的突然惡化，表明該小區(qū)可能存在干擾。此時(shí)應(yīng)檢查該小區(qū)的歷史操作記錄，查看最近是否變更基站硬件及是否修改數(shù)據(jù)。干擾的出現(xiàn)是否與這些操作存在時(shí)間上的關(guān)聯(lián)性。若此階段沒有數(shù)據(jù)調(diào)整，則干擾來自于硬件本身或網(wǎng)外干擾。首先應(yīng)重點(diǎn)檢查硬件是否存在故障；如果排除硬件故障后仍存在干擾，則重點(diǎn)檢查是否存在網(wǎng)外干擾。

2）查看干擾帶指標(biāo)：基站收發(fā)器(BTS)利用一幀中的空閑時(shí)隙對其收發(fā)信機(jī)(TRX)所用頻點(diǎn)的上行頻率進(jìn)行掃描，并統(tǒng)計(jì)到五級干擾帶指標(biāo)中，因此干擾帶指標(biāo)只反映上行頻率是否存在干擾，如表1所示。

表1 干擾帶電平分布

若某小區(qū)統(tǒng)計(jì)值主要分布于干擾帶4、5中，則該小區(qū)很可能存在同頻干擾；當(dāng)干擾帶3中有較大值時(shí)，則要提高警惕；而當(dāng)統(tǒng)計(jì)值主要分布于干擾帶1、2內(nèi)時(shí)，存在干擾的可能性則不大[3]。

（2）檢查OMC告警

在GSM系統(tǒng)中，也可通過OMC告警發(fā)現(xiàn)干擾，OMC告警平臺能及時(shí)上報(bào)基站側(cè)硬件故障，但從上報(bào)信息中無法判斷移動臺(MS)或其他基站是否存在潛在干擾。掉話率高、接通率低、切換成功率低等可能與設(shè)備故障有關(guān)，檢查 OMC告警記錄可以節(jié)約大量的判斷分析時(shí)間，但 OMC告警大部分只針對硬件的硬故障，如 TRX徹底損耗無功率輸出等，對于優(yōu)化過程中的許多隱性故障，OMC告警平臺并不上報(bào)。

（3）路測和CQT測試

路測是查找和定位干擾的有效方法，但路測只能查下行干擾。在具體實(shí)施時(shí)，有兩種測試方法：一是空閑模式測試，可測量服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)的信號電平，也可以對指定頻點(diǎn)或頻段進(jìn)行掃頻測試；二是專用模式測試，可測量服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)的信號電平、時(shí)間提前量 TA、接收質(zhì)量等。

現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)分析軟件層出不窮，可利用這些軟件的分析功能發(fā)現(xiàn)潛在干擾，并通過路測追蹤驗(yàn)證。

CQT測試是指在重點(diǎn)場所或用戶投訴的地方通過撥打測試，主觀判斷是否有斷續(xù)、金屬聲或主被叫接入失敗多等情況，所選的測試點(diǎn)的信號電平建議在-90 dBm以上。

（4）檢查小區(qū)參數(shù)設(shè)置

某些小區(qū)參數(shù)如小區(qū)重選偏置(CRO)、切換門限、鄰區(qū)關(guān)系等會對干擾產(chǎn)生影響。如若切換門限設(shè)置過高，將造成小區(qū)間切換困難，會導(dǎo)致輕微干擾；但若設(shè)置過小時(shí)，則會造成頻繁切換，不僅增加掉話的幾率，也增加了系統(tǒng)負(fù)荷，甚至?xí)够究刂破?BSC)死機(jī)。

根據(jù)上述定位結(jié)果分別調(diào)整，最后通過關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)指標(biāo)、路測結(jié)果對干擾排除效果進(jìn)行評估[4]。

3 GSM系統(tǒng)采用的抗干擾技術(shù)

GSM的抗干擾措施有：不連續(xù)發(fā)射、跳頻、動態(tài)功率控制。當(dāng)采用緊密復(fù)用后，必須采用跳頻和動態(tài)功控技術(shù)。

3.1 跳頻技術(shù)

在GSM系統(tǒng)中，跳頻有基帶跳頻和射頻跳頻兩種。基帶跳頻是通過腔體合成器來實(shí)現(xiàn)，多個(gè)發(fā)射機(jī)工作在各自固定頻點(diǎn)，而在基帶上將不同信道的信號按跳頻序列切換到不同發(fā)射機(jī)上發(fā)送，實(shí)現(xiàn)跳頻；射頻跳頻是通過混合合成器來實(shí)現(xiàn)，發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率按跳頻序列跳變。采用跳頻技術(shù)可以起到頻率分集和干擾源分集的作用。當(dāng)業(yè)務(wù)量密集時(shí)，頻率復(fù)用引起的干擾限制了GSM網(wǎng)絡(luò)的容量，C/I值在呼叫過程中可能產(chǎn)生較大波動。移動臺相對于基站位置及基站之間障礙物數(shù)量的不同將導(dǎo)致載波電平的差異，干擾電平的變化依賴于該頻點(diǎn)是否被周邊蜂窩的其他呼叫使用及干擾源距離、電平的變化。如果不使用跳頻，某一頻點(diǎn)出現(xiàn)干擾且用戶占用該頻點(diǎn)時(shí)會造成通話質(zhì)量下降，而當(dāng)使用跳頻技術(shù)時(shí)，該干擾就會被該頻點(diǎn)的其他呼叫分享，從而提高整網(wǎng)的性能[5]。

3.2 動態(tài)功率控制原理

動態(tài)功率控制分上行動態(tài)功率控制和下行動態(tài)功率控制，但兩者的算法是一致的。上行和下行功率控制的目的分別是在保持充分好的C/I的前提下，增加同時(shí)通話的連接數(shù)量和同時(shí)通話的MS數(shù)量。當(dāng)MS距離BTS較近時(shí)，若以過高的功率發(fā)射可能導(dǎo)致接收機(jī)飽和，MS的靈敏度下降，通話質(zhì)量變差。而當(dāng)MS的功率降低時(shí)，發(fā)生這種危害的可能性則較低[6]。

圖2顯示了 MS接收到的信號強(qiáng)度隨著 MS與BTS之間的路徑損耗變化而變化。當(dāng)一個(gè)通話有較低路徑損耗時(shí)，BTS以最小功率發(fā)射，此時(shí)如果MS接收到的信號強(qiáng)度超過其需要值，BTS也不再減小發(fā)射功率。相反地，當(dāng)一個(gè)通話有較高路徑損耗時(shí)，BTS以最大功率發(fā)射，此時(shí)如果MS接收到的信號強(qiáng)度依然較差，BTS也不再增大發(fā)射功率。

圖2 BTS輸出功率、MS接收功率與路徑損耗的關(guān)系

圖3 表明了BTS輸出功率與信號接收質(zhì)量的關(guān)系。當(dāng)MS具有高通話質(zhì)量時(shí)，BTS以低的功率發(fā)射；當(dāng)MS具有低通話質(zhì)量時(shí)，BTS以高的功率發(fā)射。

圖3 BTS輸出功率與信號接收質(zhì)量的關(guān)系

計(jì)算基站不受限制時(shí)的功率控制命令：

式中，Pu為不受限制的功率等級；a為路徑損耗補(bǔ)償；b為質(zhì)量補(bǔ)償；BSTXPWR表示在非BCCH信道上的基站發(fā)射功率，在定位算法中用作參照點(diǎn)；SSDES為期望信號強(qiáng)度,單位是dBm，取負(fù)值。

表 3給出的僅是相關(guān)參數(shù)的默認(rèn)值及取值范圍，不是最優(yōu)值，可在該取值范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

表3 下行動態(tài)功率相關(guān)參數(shù)的控制默認(rèn)值及取值范圍

表3中的主要控制參數(shù)：①SSDESDL：定義了MS希望收到的信號強(qiáng)度；②QDESDL：定義了希望收到的質(zhì)量等級，要將其轉(zhuǎn)換成dB值才能在算法中使用；③LCOMPDL：決定了在向質(zhì)量調(diào)整的算法中，需補(bǔ)償?shù)穆窂綋p耗；④QCOMPDL：質(zhì)量補(bǔ)償?shù)臋?quán)重因子。

4 案例分析

在GSM網(wǎng)絡(luò)中，低電平的載波信號易被同鄰頻干擾屏蔽，導(dǎo)致話音質(zhì)量下降，產(chǎn)生MS接收電平雖好，接收質(zhì)量卻較差的情況，甚至?xí)饻?zhǔn)備失敗、分配失敗、掉話等一系列嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶感知度的現(xiàn)象，使網(wǎng)絡(luò)整體性能下降，用戶感知度降低。這里以覆蓋過遠(yuǎn)引起的同頻干擾為例說明分析解決干擾問題的過程。

案例：以江門某地X1路與X2路交界處強(qiáng)信號質(zhì)差故障為例，說明如何解決網(wǎng)絡(luò)中存在的干擾，從而改善通話質(zhì)量。

問題描述：在江門某地X1路與X2路的交界處，從A基站到B基站的路段，占用到江門某地某單位基站2個(gè)小區(qū)的信號，通話出現(xiàn)3到6級的質(zhì)差，信號強(qiáng)度在-70 dBm左右。

問題分析：基站信號出現(xiàn)強(qiáng)信號質(zhì)差常見的原因有：基站設(shè)備器件有故障；直放站、頻點(diǎn)干擾；參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。

1）查看 OMC告警信息，沒有發(fā)現(xiàn)硬件故障問題。

2）檢查基站參數(shù)設(shè)置未發(fā)現(xiàn)異常情況。

3）檢查江門某地某單位基站附近沒有直放站。

4）對江門某地這兩個(gè)小區(qū)基站的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行撥測，發(fā)現(xiàn)1020號頻點(diǎn)對應(yīng)的載波有3到6級質(zhì)差，懷疑該頻點(diǎn)受到干擾，再對該載波進(jìn)行對調(diào)測試并無發(fā)現(xiàn)故障，初步判斷為頻點(diǎn)干擾，由于最近的有1020號頻點(diǎn)的基站距離XX建筑也較遠(yuǎn)，較難確定。

5）對該區(qū)域進(jìn)行掃頻測試發(fā)現(xiàn)，江門某地 C站的1小區(qū)信號越過D站、E站，在江門某地X1路與 X2路交界處可以接收到較強(qiáng)信號，強(qiáng)度在-85 dBm左右,采樣點(diǎn)信號強(qiáng)度以2、3強(qiáng)出現(xiàn)，覆蓋距離為1.3 km左右，存在過覆蓋。

解決方案：由于江門某地C站為美化天線，天線下傾不能很好地壓制信號，故選擇更換頻點(diǎn)。

復(fù)測情況：復(fù)測路段，該路段強(qiáng)信號通話質(zhì)差問題得到解決，通話質(zhì)量良好。

結(jié)論：通常強(qiáng)信號質(zhì)差是由硬件設(shè)備故障和干擾引起，所以先從這兩方面入手，如換頻點(diǎn)、降低發(fā)射功率等，盡量在不更動硬件的情況下解決問題。

5 結(jié)語

GSM網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)干擾受限的系統(tǒng)[7]，為了節(jié)省頻率資源并滿足更多的用戶不斷增長的業(yè)務(wù)需求，使現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備性能達(dá)到最大化，必須要降低信道干擾，提高通信質(zhì)量，從而改善網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境。這里從江門本地實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合案例，對干擾問題進(jìn)行了一定的研究分析，但也有些細(xì)節(jié)研究的還不透徹，希望未來的網(wǎng)優(yōu)工作者在這些細(xì)節(jié)上做出進(jìn)步，為江門本地網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境的改善做出貢獻(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，新型干擾分析技術(shù)、智能天線、高性能設(shè)備等多種新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用到GSM無線網(wǎng)絡(luò)中來[8-11]，為解決干擾等諸多問題提供十分有效的途徑。

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