GSM網絡干擾定位及解決方案研究

柳 青，廖惜春

（五邑大學 信息工程學院，廣東 江門 529020）

0 引言

為提高GSM系統容量，滿足移動通信業務發展需求，蜂窩系統采用頻率復用模式來提高頻帶利用率。對于一定的頻譜資源，隨著頻率復用度增大，網絡容量增大，同頻復用距離減小，干擾增強。干擾是影響網絡質量的關鍵因素，對通話質量、切換、掉話、都有顯著影響，因此如何降低甚至消除來自GSM系統內部或外部的干擾，是網絡規劃、優化的重要任務。現研究了GSM系統載波干擾比（C/I），論述了GSM系統內干擾、以及干擾的定位及其解決方案，從江門地區同鄰頻干擾案例出發，對系統中產生干擾的原因及解決辦法進行了具體分析和研究，提出解決網絡干擾的方案, 為GSM網絡維護提供參考。

1 載波干擾比

頻率復用是GSM網絡的通用技術之一，由于同一頻點在不同小區進行了重復使用，這些頻點間會隨距離遠近和信號強弱而產生隨空間分布的或強或弱的同鄰頻干擾。為了提高GSM系統抗干擾能力，通常采用跳頻、動態功率控制等措施，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實質上反應的是服務小區收到與其相鄰小區或周圍無線環境的干擾影響，其值越小表示收到的干擾越強，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為本小區干擾抑制因子；aI為本小區干擾功率；bI為來自其他小區的干擾功率；0N 為下行熱噪聲功率。

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

在實際工程設計中需增加 3 dB的余量，當C/I＜12 dB或C/A＜-6 dB時干擾就不可避免。

2 GSM系統中干擾檢測與定位

GSM網絡中存在的干擾不僅會提升誤碼率，影響用戶通話質量，還會影響基站子系統(BSS)系統的各種重要統計指標：掉話率、接通率、切換成功率等，甚至會造成基站退出服務，因此干擾的定位與優化尤為重要。

2.1 GSM系統中的干擾優化流程

GSM 系統中干擾問題的處理流程可歸為以下步驟：首先，通過查看操作維護中心(OMC)話統、路測、呼叫質量撥打測試(CQT)測試、查看OMC告警等方法發現存在干擾問題的小區及載頻；其次，依次對硬件問題干擾、系統內干擾和系統外干擾進行排查，定位引起干擾的原因；最后，根據不同的干擾原因采取相應措施解決干擾問題[1]。

2.2 GSM系統內干擾

GSM系統內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范安裝，施主天線和用戶天線間的隔離度較小，形成自激，進而干擾基站的正常工作或引起覆蓋區通話質量差。

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

圖1 最差情況時的前向信道同頻干擾狀況

鄰頻干擾的大小取決于接收機中頻濾波器的濾波能力以及發信機在相鄰頻道通帶內的邊帶噪聲。

2.3 GSM系統內干擾定位與排除

要解決網絡中的干擾問題，改善通話質量，首先要發現干擾，確定干擾的位置，然后降低或排除干擾。在GSM系統中，可通過查看OMC話統、查看OMC告警、路測、用戶申告等方法發現干擾源。干擾定位是干擾優化過程中最重要的環節，產生干擾的原因有多種，只有準確定位問題所在，才能有效解決干擾問題。

（1）檢查OMC話統

GSM網絡開通后，必須登記話音通道(TCH)、獨立專用控制信道(SDCCH)、切換以及信道分配性能測量等話統任務。一般情況下，可通過檢查OMC話統來發現并定位干擾：

1）查看關鍵性能指標(KPI)：掉話率、接通率、擁塞率等指標的突然惡化，表明該小區可能存在干擾。此時應檢查該小區的歷史操作記錄，查看最近是否變更基站硬件及是否修改數據。干擾的出現是否與這些操作存在時間上的關聯性。若此階段沒有數據調整，則干擾來自于硬件本身或網外干擾。首先應重點檢查硬件是否存在故障；如果排除硬件故障后仍存在干擾，則重點檢查是否存在網外干擾。

2）查看干擾帶指標：基站收發器(BTS)利用一幀中的空閑時隙對其收發信機(TRX)所用頻點的上行頻率進行掃描，并統計到五級干擾帶指標中，因此干擾帶指標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

若某小區統計值主要分布于干擾帶4、5中，則該小區很可能存在同頻干擾；當干擾帶3中有較大值時，則要提高警惕；而當統計值主要分布于干擾帶1、2內時，存在干擾的可能性則不大[3]。

（2）檢查OMC告警

在GSM系統中，也可通過OMC告警發現干擾，OMC告警平臺能及時上報基站側硬件故障，但從上報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備故障有關，檢查 OMC告警記錄可以節約大量的判斷分析時間，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，對于優化過程中的許多隱性故障，OMC告警平臺并不上報。

（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。在具體實施時，有兩種測試方法：一是空閑模式測試，可測量服務小區和鄰區的信號電平，也可以對指定頻點或頻段進行掃頻測試；二是專用模式測試，可測量服務小區和鄰區的信號電平、時間提前量 TA、接收質量等。

現行網絡分析軟件層出不窮，可利用這些軟件的分析功能發現潛在干擾，并通過路測追蹤驗證。

CQT測試是指在重點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、金屬聲或主被叫接入失敗多等情況，所選的測試點的信號電平建議在-90 dBm以上。

（4）檢查小區參數設置

某些小區參數如小區重選偏置(CRO)、切換門限、鄰區關系等會對干擾產生影響。如若切換門限設置過高，將造成小區間切換困難，會導致輕微干擾；但若設置過小時，則會造成頻繁切換，不僅增加掉話的幾率，也增加了系統負荷，甚至會使基站控制器(BSC)死機。

根據上述定位結果分別調整，最后通過關鍵性能指標(KPI)指標、路測結果對干擾排除效果進行評估[4]。

3 GSM系統采用的抗干擾技術

GSM的抗干擾措施有：不連續發射、跳頻、動態功率控制。當采用緊密復用后，必須采用跳頻和動態功控技術。

3.1 跳頻技術

在GSM系統中，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現，多個發射機工作在各自固定頻點，而在基帶上將不同信道的信號按跳頻序列切換到不同發射機上發送，實現跳頻；射頻跳頻是通過混合合成器來實現，發射機的發射頻率按跳頻序列跳變。采用跳頻技術可以起到頻率分集和干擾源分集的作用。當業務量密集時，頻率復用引起的干擾限制了GSM網絡的容量，C/I值在呼叫過程中可能產生較大波動。移動臺相對于基站位置及基站之間障礙物數量的不同將導致載波電平的差異，干擾電平的變化依賴于該頻點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，某一頻點出現干擾且用戶占用該頻點時會造成通話質量下降，而當使用跳頻技術時，該干擾就會被該頻點的其他呼叫分享，從而提高整網的性能[5]。

3.2 動態功率控制原理

動態功率控制分上行動態功率控制和下行動態功率控制，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，增加同時通話的連接數量和同時通話的MS數量。當MS距離BTS較近時，若以過高的功率發射可能導致接收機飽和，MS的靈敏度下降，通話質量變差。而當MS的功率降低時，發生這種危害的可能性則較低[6]。

圖2顯示了 MS接收到的信號強度隨著 MS與BTS之間的路徑損耗變化而變化。當一個通話有較低路徑損耗時，BTS以最小功率發射，此時如果MS接收到的信號強度超過其需要值，BTS也不再減小發射功率。相反地，當一個通話有較高路徑損耗時，BTS以最大功率發射，此時如果MS接收到的信號強度依然較差，BTS也不再增大發射功率。

圖2 BTS輸出功率、MS接收功率與路徑損耗的關系

圖3 表明了BTS輸出功率與信號接收質量的關系。當MS具有高通話質量時，BTS以低的功率發射；當MS具有低通話質量時，BTS以高的功率發射。

圖3 BTS輸出功率與信號接收質量的關系

計算基站不受限制時的功率控制命令：

式中，Pu為不受限制的功率等級；a為路徑損耗補償；b為質量補償；BSTXPWR表示在非BCCH信道上的基站發射功率，在定位算法中用作參照點；SSDES為期望信號強度,單位是dBm，取負值。

表 3給出的僅是相關參數的默認值及取值范圍，不是最優值，可在該取值范圍內進行調整。

表3 下行動態功率相關參數的控制默認值及取值范圍

表3中的主要控制參數：①SSDESDL：定義了MS希望收到的信號強度；②QDESDL：定義了希望收到的質量等級，要將其轉換成dB值才能在算法中使用；③LCOMPDL：決定了在向質量調整的算法中，需補償的路徑損耗；④QCOMPDL：質量補償的權重因子。

4 案例分析

在GSM網絡中，低電平的載波信號易被同鄰頻干擾屏蔽，導致話音質量下降，產生MS接收電平雖好，接收質量卻較差的情況，甚至會引起準備失敗、分配失敗、掉話等一系列嚴重影響網絡指標和用戶感知度的現象，使網絡整體性能下降，用戶感知度降低。這里以覆蓋過遠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路交界處強信號質差故障為例，說明如何解決網絡中存在的干擾，從而改善通話質量。

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個小區的信號，通話出現3到6級的質差，信號強度在-70 dBm左右。

問題分析：基站信號出現強信號質差常見的原因有：基站設備器件有故障；直放站、頻點干擾；參數設置不當。

1）查看 OMC告警信息，沒有發現硬件故障問題。

2）檢查基站參數設置未發現異常情況。

3）檢查江門某地某單位基站附近沒有直放站。

4）對江門某地這兩個小區基站的網絡進行撥測，發現1020號頻點對應的載波有3到6級質差，懷疑該頻點受到干擾，再對該載波進行對調測試并無發現故障，初步判斷為頻點干擾，由于最近的有1020號頻點的基站距離XX建筑也較遠，較難確定。

5）對該區域進行掃頻測試發現，江門某地 C站的1小區信號越過D站、E站，在江門某地X1路與 X2路交界處可以接收到較強信號，強度在-85 dBm左右,采樣點信號強度以2、3強出現，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。

復測情況：復測路段，該路段強信號通話質差問題得到解決，通話質量良好。

結論：通常強信號質差是由硬件設備故障和干擾引起，所以先從這兩方面入手，如換頻點、降低發射功率等，盡量在不更動硬件的情況下解決問題。

5 結語

GSM網絡是一個干擾受限的系統[7]，為了節省頻率資源并滿足更多的用戶不斷增長的業務需求，使現網設備性能達到最大化，必須要降低信道干擾，提高通信質量，從而改善網絡的運行環境。這里從江門本地實際情況出發，結合案例，對干擾問題進行了一定的研究分析，但也有些細節研究的還不透徹，希望未來的網優工作者在這些細節上做出進步，為江門本地網絡運行環境的改善做出貢獻。隨著科學技術水平的不斷提高，新型干擾分析技術、智能天線、高性能設備等多種新技術、新設備應用到GSM無線網絡中來[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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