基于模塊化架構(gòu)搭建LTE干擾自動診斷平臺

汪汀嵐，張冬晨，李行政，宋心剛

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 干擾小區(qū)診斷需要平臺升級

如何更準確、更自動化地實現(xiàn)干擾小區(qū)的診斷？這已成為目前日常網(wǎng)絡優(yōu)化工作中面臨的嚴峻問題。隨著網(wǎng)絡優(yōu)化技術(shù)的日益發(fā)展，算法升級，新技術(shù)方案不斷出現(xiàn)，如何在現(xiàn)有平臺基礎上快速實現(xiàn)工具添加，平臺升級是平臺研發(fā)過程中重要的思考點。對于中國移動這樣運營巨大LTE網(wǎng)絡的運營商來說，快速、有效、實時的處理及監(jiān)控手段，扁平化的管理模式則是十分必要的。

2 L TE干擾概述

LTE干擾原因分為系統(tǒng)外干擾和系統(tǒng)內(nèi)干擾，超門限干擾會引起無線網(wǎng)絡的性能劣化及用戶感知的明顯下降。系統(tǒng)外干擾原理主要有：雜散干擾、互調(diào)/諧波干擾、阻塞干擾，系統(tǒng)內(nèi)干擾原理主要有：幀偏置、GPS失鎖、超遠同頻干擾、網(wǎng)內(nèi)業(yè)務干擾、設備故障干擾。

2.1 系統(tǒng)外干擾

由于我國的頻率規(guī)劃方案、設備射頻指標、用戶私自采購國外日常生活電子設備、個別廠家私自制作干擾設備等多方面原因，導致 LTE上線面臨來自同頻非法系統(tǒng)與鄰頻系統(tǒng)的嚴重干擾影響。圖1為TDD系統(tǒng)復雜的頻率環(huán)境，圖2為FDD系統(tǒng)復雜的頻率環(huán)境。

圖1 TDD系統(tǒng)F、D、E各頻段復雜的頻率環(huán)境

TDD系統(tǒng)目前建設已趨于完善，主要的系統(tǒng)外干擾問題也已比較明確，并且有較好的定位及處理手段。TDD系統(tǒng)外干擾主要包括：DECT干擾、900M FDD干擾、1800M FDD干擾、公安偽基站、跨邊界線干擾、其他運營商 TDD失步干擾、WLAN設備、無線電定位系統(tǒng)、無線系統(tǒng)非法占用、干擾器、直放站等。

圖2 FDD系統(tǒng)900M、1800M復雜的頻率環(huán)境

FDD屬于建網(wǎng)初期。系統(tǒng)外干擾問題較嚴重，影響較廣泛，并且定位及處理手段較單一。FDD系統(tǒng)外干擾主要包括：直放站干擾、800M FDD系統(tǒng)干擾、非法占用干擾、GSM900干擾。

2.2 系統(tǒng)內(nèi)干擾

LTE采用同頻組網(wǎng)技術(shù)，隨著 4G迅速增長的用戶數(shù)，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)等因素導致的網(wǎng)內(nèi)干擾問題也日益嚴重，成為影響性能指標、數(shù)據(jù)業(yè)務質(zhì)量、VoLTE用戶感知的重要因素，其主要原理如圖 3所示。系統(tǒng)內(nèi)干擾主要包括：幀偏置、GPS失鎖、超遠同頻干擾、網(wǎng)內(nèi)業(yè)務干擾、設備故障干擾等。隨著農(nóng)村區(qū)域F頻段LTE基站規(guī)模的不斷擴大，LTE超遠同頻干擾的大氣波導干擾發(fā)生的頻次也呈現(xiàn)明顯上升態(tài)勢，需要進行有效的識別和規(guī)避來降低影響。

圖3 系統(tǒng)內(nèi)干擾模型

3 全景式干擾自動化分析

面對復雜的干擾問題，LTE干擾自動診斷平臺通過創(chuàng)新的案例庫、省內(nèi)個性化基因庫、GIS小區(qū)連片分析等新型干擾分析手段，從時域、頻域、空域多個維度對干擾小區(qū)進行全景式自動化分析。

3.1 全流程數(shù)據(jù)預處理模塊

數(shù)據(jù)質(zhì)量問題是影響分析準確度的核心問題，所以在采集數(shù)據(jù)錄入的第一時間，就需要對全流程所有數(shù)據(jù)進行全方位質(zhì)檢，確保數(shù)據(jù)在合理范圍，確保數(shù)據(jù)時域量充足，確保數(shù)據(jù)匹配的參數(shù)信息精準等。

LTE干擾自動診斷平臺實現(xiàn)了對所需錄入數(shù)據(jù)的自動檢測。對超出閾值、空缺、頻點頻段信息不對應等問題數(shù)據(jù)行進行剔除，對時域數(shù)據(jù)量不足的小區(qū)進行標記，以便保障后續(xù)分析的可靠性。在分析初始就保障輸入的準確度，為后續(xù)分析奠定良好基礎。目前包含的數(shù)據(jù)來源有：性能、工參、資源。

3.2 基因庫模塊

由于站點的固定性及周圍環(huán)境的變化周期長，受擾小區(qū)容易多次出現(xiàn)近似干擾問題。所以添加省內(nèi)個性化基因庫新手段，基因庫中記錄該小區(qū)之前出現(xiàn)過的、已明確干擾原因的“基因”。當LTE高受擾小區(qū)的波形與某個基因相似度超過預設門限值時，可自動化輸出受擾小區(qū)已定位的干擾原因，以降低人工分析、人工確認的成本。目前，1個小區(qū)可設置12個基因進行每日自檢，在提升分析精準度的同時，通過大數(shù)據(jù)算法保障分析效率。基因還會根據(jù)記錄匹配率進行排序，一方面提升分析效率，另一方面在需替換基因時，供使用者選擇被替換基因。平臺基因模塊截圖如圖 4所示。

圖4 干擾小區(qū)基因

各省用戶遷移習慣、業(yè)務集中度、氣候環(huán)境等因素各不相同，通過省內(nèi)個性化基因庫可以進行有針對性的分析。同時，通過基因統(tǒng)計模塊對基因各類信息進行匯總分析，可有針對性地開展專項省內(nèi)自檢工作，精準定位干擾主要矛盾，快速提升網(wǎng)絡質(zhì)量。

3.3 案例庫

根據(jù)之前全國發(fā)行的上千套先期版本所積累的豐富處理經(jīng)驗，專家團隊對全國大量案例進行分析，總結(jié)并提煉各種干擾源的圖形特征。LTE干擾自動診斷平臺作為發(fā)布版，已具備更加完善、準確、豐富的案例庫，可以直接匹配上站排查建議，實現(xiàn)高精準自動化解決方案的輸出。

通過Pearson相關(guān)系數(shù)公式實現(xiàn)案例庫的自動化識別，提高分析效率，并削弱波動對分析準確度造成的不良影響。限制條件：在一個數(shù)組中的所有元素值均相等時，不能進行相關(guān)系數(shù)的計算。Pearson相關(guān)系數(shù)公式如下：

精準度測試如下：

（1）第一組，在圖5（a）-（c）中，是將原始底噪波形的PRB1-PRB16位置上的干擾幅值，依次分別下調(diào)5 dB、7 dB、和10 dB后，形成三個調(diào)整后底噪波形。將原始底噪波形分別與三個調(diào)整后底噪波形進行匹配，得出匹配相似度依次為 0.9991、0.9967和0.9931，如圖 5所示。

圖5 相似度0.9991、0.9967和0.9931

（2）第二組，在圖 6（a）-（c）中，首先是將原始底噪波形的 PRB1-PRB16位置上的干擾幅值，依次分別下調(diào) 5 dB、13 dB，以致下調(diào)到無干擾情況；其次在這個基礎上，將三個調(diào)整波形的 PRB17-PRB99位置都累加一個 -112 dBm/PRB的底噪情況。將原始底噪波形分別與三個最終調(diào)整完成的底噪波形進行匹配，得出匹配相似度依次為 0.9935、0.9807和0.2045，如圖 6所示。

圖6 相似度0.9935、0.9807和0.2045

（3）第三組，在圖 7（a）-（c）中，首先是將原始底噪波形的 PR B1-PR B16位置上的干擾幅值都下調(diào)13 dB；其次在這個基礎上，將三個調(diào)整波形的 PRB17-PRB99位置都累加一個 -112 dBm/PRB的底噪；然后在 7（b）中調(diào)整波形中 PRB93位置，再增加一個干擾功率為 -108 dBm/PRB的毛刺，在 7（c）中的調(diào)整波形中 PRB82及PRB93位置，各增加一個干擾功率為 -108 dBm/PRB的毛刺。將原始底噪波形分別與三個最終調(diào)整完成的底噪波形進行匹配，得出匹配相似度依次為0.9807、0.9422和0.9068，如圖7所示。

圖7 相似度0.9807、0.9422和0.9068

3.4 GIS小區(qū)連片分析

平臺具備地理緯度小區(qū)連片分析功能，從地理緯度關(guān)聯(lián)所設定區(qū)域范圍內(nèi)同干擾原因問題小區(qū)，供使用者進行小區(qū)間對比分析。將單個小區(qū)問題片區(qū)化，有效提升使用者在復核干擾問題時原因判斷的精準度。如圖 8、圖9所示。

圖8 查看3千米范圍內(nèi)所有干擾小區(qū)

圖9 直觀對比臨近小區(qū)與本小區(qū)波形

3.5 大氣波導分析

ITU-R P.452建議書中描述大氣波導效應屬短期干擾傳播機理，發(fā)生大氣波導干擾時會使區(qū)域內(nèi)受干擾小區(qū)數(shù)目大幅增加，而隨著大氣波導效應的消除，受干擾小區(qū)數(shù)量回歸正常水平，干擾原理如圖10所示。

圖10 大氣波導干擾原理

圖11 大氣波導特征時序分析功能

隨著農(nóng)村4G的規(guī)模性站點開啟，大氣波導問題日益嚴重，干擾診斷平臺使用多維立體方式，分析定位大氣波導問題，采用經(jīng)驗波形匹配方法準確定位大氣波導受擾小區(qū)，具備目前最新的小區(qū)特征序列分析功能，如圖11所示。通過兩級集中化扁平管理運維模式，及時指導全網(wǎng)站點跨省聯(lián)合調(diào)整，有效規(guī)避大氣波導問題。

4 LTE干擾自動化診斷平臺管理運維模式

模塊化架構(gòu)下的平臺可實現(xiàn)高擴展，高靈活性干擾分析優(yōu)化方案的實施。平臺應用兩級集中化扁平管理運維模式，以及新功能快速接入方案。

4.1 平臺兩級集中化扁平管理運維模式

平臺實體部署在全國各省及移動總部，圍繞核心算法功能構(gòu)建了兩級集中處理的架構(gòu)，向上提供總部運營監(jiān)控報告，向下提供省端日常優(yōu)化的集中分析支撐、獨立工單自動派發(fā)和逐站排查指導。具體平臺功能模塊設計的架構(gòu)，如圖12所示。

通過兩級集中化、扁平化的直通模式，可以有效降低多層級冗余管理所帶來的時間消耗，提升問題處理效率，降低人工成本和流轉(zhuǎn)周期，便于總部指導生產(chǎn)、為全網(wǎng)各省間進行優(yōu)化協(xié)調(diào)工作。

圖12 兩級集中化應用體系

4.2 新功能快速接入方案

平臺采用模塊化搭建方式，研發(fā)出全流程控制模塊。在上線新的功能或加載新的技術(shù)方案時，具備很好的靈活性及擴展性。用戶在使用過程中可以通過流程控制模塊定制自己的個性化全套分析方案，流程控制模塊如圖13所示。

圖13 模塊化搭建方式

5 結(jié)束語

截止目前，LTE干擾自動化診斷平臺已完成全國30個省份的落地部署（西藏部署準備中），已融入全網(wǎng)網(wǎng)絡優(yōu)化日常工作。完全嵌入一線網(wǎng)絡優(yōu)化流程中，自動化日粒度分析全網(wǎng)900萬小區(qū)干擾問題，為中國移動節(jié)省大量人工成本。排除干擾因素后基站話務增長明顯，經(jīng)估算，新增銷售額達8.61億元，新增利潤達2.07億元。后期平臺將添加5G模塊、4G/5G聯(lián)合分析模塊，并根據(jù)全網(wǎng)應用反饋及海量案例進行持續(xù)性升級，更加完善的支撐干擾問題的相關(guān)生產(chǎn)工作。