第三代移動通信WCDMA系統(tǒng)的上行干擾淺析

摘要：本文主要對第三代移動通信WCDMA系統(tǒng)的上行干擾進行了討論，結(jié)合華為公司在WCDMA商用網(wǎng)絡(luò)干擾定位的經(jīng)驗，對上行干擾的種類、定位流程進行了分析，重點對商用網(wǎng)絡(luò)中由2G系統(tǒng)、直放站和手機干擾器引起的干擾案例進行了闡述。

關(guān)鍵詞：WCDMA、上行干擾、內(nèi)部干擾、外部干擾、RTWP

1.概述

　　WCDMA系統(tǒng)是一個寬帶直擴碼分多址系統(tǒng)，WCDMA系統(tǒng)支持兩種基本的運行模式：頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD），在FDD模式下，上行鏈路和下行鏈路分別使用兩個獨立的5MHz載波，在TDD模式下只使用一個5MHz載波，這個載波在上下行鏈路之間分時共享，本文討論FDD模式下WCDMA系統(tǒng)的上行干擾問題。WCDMA系統(tǒng)屬于干擾受限系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量、容量和覆蓋都與背景噪聲相關(guān)，WCDMA系統(tǒng)遭受的干擾可以分為兩部分，一部分是系統(tǒng)自身的干擾，鄰近小區(qū)都會對本小區(qū)產(chǎn)生上下行的干擾，這種干擾不可避免，但也需要盡量減少這種干擾；第二部分是異常干擾，異常干擾包括上行異常干擾和下行異常干擾，本文主要討論WCDMA系統(tǒng)的上行異常干擾問題。

　　對于WCDMA系統(tǒng)，無論上行干擾是內(nèi)部產(chǎn)生的干擾還是外部產(chǎn)生的干擾，如果干擾強度很大，持續(xù)時間很長，會影響基站的噪聲水平，而WCDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)，因此上行干擾可能造成WCDMA基站上行覆蓋的收縮，在上行干擾嚴重的情況下，手機有用信號會被噪聲淹沒而無法解調(diào)，這樣用戶感受可能是接入不了或掉話等現(xiàn)象，同時由于WCDMA系統(tǒng)的上行干擾影響了整個基站的用戶，相對于某個或某幾個用戶的下行干擾來說，危害程度要嚴重，這也是為何我們?nèi)绱岁P(guān)注WCDMA系統(tǒng)上行干擾的原因。

2.WCDMA系統(tǒng)上行干擾分析

2.1 WCDMA系統(tǒng)上行干擾的判斷

　　根據(jù)3GPP協(xié)議的規(guī)定，NodeB都有檢測RTWP（Received Total Wideband Power）功能，NodeB的RTWP測量功能是我們發(fā)現(xiàn)WCDMA上行干擾一個重要手段。要討論WCDMA系統(tǒng)的上行干擾，首先需要清楚RTWP的概念，下面對RTWP在空載和有負載情況下進行分析。

　　在空載情況下，由于熱噪聲的頻譜密度為：-174dBm/Hz，在WCDMA的3.84MHz帶寬內(nèi)底噪約為-108dBm/3.84MHz；所以在空載下如果WCDMA系統(tǒng)上行沒有受到干擾，假設(shè)基站的噪聲系數(shù)為2.5dB，則RTWP正常值為-105.5dBm/3.84MHz。

　　在上行有負載情況下，假設(shè)上行Interference Margin為3dB（在上行為50%負載情況下），如果WCDMA系統(tǒng)上行沒有受到干擾，假設(shè)基站的噪聲系數(shù)為2.5dB，則RTWP正常值為-102.5dBm/3.84MHz。

　　華為公司相關(guān)后臺軟件能夠?qū)崟r跟蹤并以圖形的形式顯示RTWP數(shù)據(jù)，也可以把跟蹤的數(shù)據(jù)文件通過華為公司自己開發(fā)的相關(guān)軟件進行圖形化顯示。圖1是圖形化顯示的RTWP跟蹤結(jié)果，在圖1中紅色代表這個小區(qū)對應的主集，藍色代表這個小區(qū)對應的分集，橫坐標表示一天的時間，單位為小時，縱坐標表示RTWP值，單位為dBm。從圖1可以看出，圖1中左邊的小區(qū)沒有受到干擾，右邊的小區(qū)受到比較強的干擾。


圖1 兩個小區(qū)的RTWP跟蹤結(jié)果

2.2 WCDMA系統(tǒng)上行主要干擾的分類

　　WCDMA系統(tǒng)上行異常干擾可以分為系統(tǒng)內(nèi)部和外部因素引起的干擾，本文把系統(tǒng)內(nèi)部因素引起的干擾稱為內(nèi)部干擾，系統(tǒng)外部因素引起的干擾稱為外部干擾。根據(jù)華為公司W(wǎng)CDMA系統(tǒng)商用網(wǎng)絡(luò)的干擾定位經(jīng)驗，系統(tǒng)內(nèi)部干擾可能是由于工程質(zhì)量問題引起的，如天饋、連接器和負載等接頭引起的干擾，也可能是由于天線、連接器和負載等器件本身的質(zhì)量問題引起的干擾；系統(tǒng)外部干擾主要指外界的干擾源引起或外界干擾源與系統(tǒng)內(nèi)部相互作用后引起的干擾，根據(jù)華為公司W(wǎng)CDMA系統(tǒng)商用網(wǎng)絡(luò)的干擾定位經(jīng)驗，外部干擾源可能是已存在的2G系統(tǒng)、直放站、手機干擾器、微波傳輸設(shè)備和非法使用WCDMA系統(tǒng)工作頻段的發(fā)射設(shè)備等引起的干擾。在實際商用網(wǎng)絡(luò)中，某個WCDMA基站受到的干擾可能即有內(nèi)部干擾又有外部干擾，在具體定位干擾源時需要根據(jù)內(nèi)部干擾和外部干擾的定位方法分別進行定位。

2.3 WCDMA系統(tǒng)上行干擾的定位

　　根據(jù)華為公司對多個WCDMA商用網(wǎng)絡(luò)的干擾定位經(jīng)驗，給出某個WCDMA基站干擾的定位流程如圖2。

　　WCDMA上行干擾發(fā)現(xiàn)手段很多，其中最主要的是根據(jù)跟蹤的RTWP結(jié)果來進行判斷，在發(fā)現(xiàn)某個基站的某個小區(qū)有干擾時，為了盡快定位干擾，需要對這個小區(qū)進行一段時間的RTWP跟蹤，跟蹤時間越長越有利于干擾問題的定位。同時這個小區(qū)所在基站的其他小區(qū)的RTWP也需要進行跟蹤，在某些情況下，這個小區(qū)對應基站的周圍基站RTWP也需要同時跟蹤，具體需要跟蹤RTWP的小區(qū)和跟蹤時間需要根據(jù)具體的情況來定。在跟蹤完RTWP后，根據(jù)RTWP結(jié)果判斷這個小區(qū)的干擾是否需要進行處理，如果需要處理，則分別按照外部和內(nèi)部干擾定位方法進行定位。外部干擾定位通過專業(yè)測試儀器，利用定點和路測以及相關(guān)小區(qū)RTWP的關(guān)聯(lián)分析法，逐步確定出外部干擾源；對于內(nèi)部干擾定位通過對天饋部分的檢查和測試，最終確定干擾原因。


圖2 某個WCDMA基站的干擾定位

3.WCDMA系統(tǒng)商用網(wǎng)絡(luò)上行干擾案例分析

　　通過本文2.2節(jié)分析可知，引起WCDMA系統(tǒng)的上行干擾原因很多，本章根據(jù)華為公司在WCDMA系統(tǒng)商用網(wǎng)絡(luò)的干擾定位經(jīng)驗，主要討論2G系統(tǒng)、直放站和手機干擾器對WCDMA系統(tǒng)的上行干擾案例。

3.1 2G系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)的上行干擾案例

　　在移動通信從第二代向第三代過渡的今天，新技術(shù)不斷得到應用，新的移動網(wǎng)絡(luò)運營商日益發(fā)展，射頻資源日趨緊張，原有的專用無線電系統(tǒng)占用現(xiàn)有頻率資源、不同運營商網(wǎng)絡(luò)配置不當、發(fā)信機自身設(shè)置問題、小區(qū)重疊、環(huán)境、電磁兼容以及有意干擾，都是移動通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾產(chǎn)生的原因。在此背景下，由于2G與3G共存在一定時期內(nèi)是無法避免的，所以3G 網(wǎng)絡(luò)必然面臨2G 網(wǎng)絡(luò)的干擾問題。

　　華為公司在A國WCDMA商用網(wǎng)絡(luò)建成后，通過跟蹤RTWP發(fā)現(xiàn)部分小區(qū)的RTWP異常，其中某個基站的兩個受干擾小區(qū)RTWP跟蹤結(jié)果如圖3。
　　　　　　　　　　

圖3 受干擾基站的兩個小區(qū)RTWP跟蹤結(jié)果

　　通過同時跟蹤某一片區(qū)域的小區(qū)發(fā)現(xiàn)RTWP異常小區(qū)方向基本相同，具體分布圖如圖4，其中紅色小區(qū)表示異常小區(qū)，從異常小區(qū)分布來看，干擾可能來自同一個方向的外來干擾。通過干擾定位，發(fā)現(xiàn)引起WCDMA系統(tǒng)RTWP異常的干擾源是來自B國的GSM1900和CDMA1900通信系統(tǒng)，測試得到的干擾信號在1930～1940MHz之間的干擾信號頻譜如圖5所示。


圖4 異常小區(qū)分布圖


圖5 干擾信號在1930～1940MHz之間的干擾信號頻譜

　　如果2G系統(tǒng)對3G系統(tǒng)造成干擾，一般被干擾3G小區(qū)的RTWP具有相關(guān)性，被干擾3G小區(qū)的數(shù)量較多，所以2G系統(tǒng)對3G系統(tǒng)一當造成干擾，對3G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響較大。為避免2G系統(tǒng)對3G系統(tǒng)造成干擾，在建3G系統(tǒng)時需要充分了解現(xiàn)網(wǎng)中2G系統(tǒng)的特性，針對現(xiàn)網(wǎng)中的2G系統(tǒng)采取相應的措施，盡量避免干擾發(fā)生。

3.2 直放站自激對WCDMA系統(tǒng)的上行干擾案例

　　在使用射頻直放站時，在下行方向施主天線接收無線信號經(jīng)直放站放大后由業(yè)務(wù)天線轉(zhuǎn)發(fā)；在上行方向，業(yè)務(wù)天線接收無線信號經(jīng)直放站放大后由施主天線轉(zhuǎn)發(fā)。直放站施主天線和業(yè)務(wù)天線間的耦合損耗稱為天線隔離度。如果直放站增益大于天線隔離度，那么在施主天線->直放站->業(yè)務(wù)天線->施主天線間形成正反饋回路，信號被不斷放大，造成自激，導致直放站無法正常工作。直放站如果產(chǎn)生自激，有可能影響周圍一片小區(qū)的RTWP。圖6是華為公司在某商用網(wǎng)絡(luò)中由于直放站自激造成周圍三個基站小區(qū)RTWP同時異常圖。


圖6 由于直放站的自激引起周圍相關(guān)的三個基站對應小區(qū)RTWP異常圖

　　如果直放站自激造成3G網(wǎng)絡(luò)受到干擾，一般直放站周圍的3G小區(qū)都會受到干擾，而且周圍被干擾的3G小區(qū)RTWP具有一定的相關(guān)性。為避免直放站造成干擾，除在以后建3G網(wǎng)絡(luò)時盡量避免使用直放站外，同時在直放站施工過程中需要保證施主天線和業(yè)務(wù)天線之間的隔離度。

3.3 手機干擾器對WCDMA系統(tǒng)的上行干擾案例

　　在國內(nèi)一些政府機關(guān)、保險、安全和軍區(qū)等部門為了阻止人們使用手機，可能會安裝手機干擾器，通常干擾器的頻率較寬，而在國外一些信仰宗教的國家，為了在祈禱期間阻止教徒使用手機，在一些清真寺內(nèi)也會安裝手機干擾器。

　　華為公司在C國建設(shè)WCDMA系統(tǒng)的商用網(wǎng)絡(luò)過程中，通過跟蹤RTWP發(fā)現(xiàn)部分基站小區(qū)的RTWP異常，進行干擾定位發(fā)現(xiàn)干擾來自基站附近清真寺內(nèi)的手機干擾器，干擾器在1750～1980MHz之間的干擾信號頻譜和引起某個小區(qū)的RTWP異常跟蹤結(jié)果如圖7所示。


圖7 手機干擾器的干擾信號頻譜和引起相關(guān)小區(qū)RTWP異常圖

　　手機干擾器造成的干擾，一般持續(xù)時間長，干擾強度大，對被干擾區(qū)域的3G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響較大。

4.總結(jié)

　　本文主要結(jié)合華為公司在WCDMA商用網(wǎng)絡(luò)中干擾定位的經(jīng)驗，對WCDMA上行干擾的種類、判斷方法和定位流程進行了描述，并給出了華為公司在商用網(wǎng)絡(luò)中遇見的三種主要外來干擾案例。由于干擾的不確定和多樣性，干擾定位工作比較復雜，對干擾定位工程師來說，不僅需要對移動網(wǎng)絡(luò)中常見的干擾和現(xiàn)有移動通信制式有深刻的認識，同時需要豐富的工程經(jīng)驗。華為公司通過對多個WCDMA商用網(wǎng)絡(luò)中干擾問題的定位，積累了豐富的干擾定位經(jīng)驗。