4G網絡上行干擾精準定位可行性研究

古炳松 李曉輝

【摘要】隨著無線通訊市場的快速發展，工信部于2015年3月公布了“寬帶中國”2015年專項行動，新建4G基站超過80萬個，用戶數已超過5億，4G網絡已基本實現全覆蓋，標志著我國移動通信正式進入4G時代。尤其是近年來數據業務的爆發，對網絡的覆蓋和容量要求越來越高。為此，運營商投入巨資，部署了大量各種制式的無線網絡，小區半徑也越來越小，網絡底噪不斷抬升，干擾問題也越來越復雜，嚴重影響了用戶體驗，加大了運營商網絡建設與優化的負擔。本文正是針對上行干擾問題進行深入研究，并將建模用軟件程序實現。

【關鍵詞】 4G 上行干擾 大數據挖掘 波形識別 ArcGIS 定位

前言：干擾問題排查和解決都是極其復雜且專業性較強的，本文基于數據挖掘技術、波形識別技術，通過深度分析網絡運行數據，將網絡測量報告MR，掃頻數據，以及地理數據相結合，將網絡中受干擾的小區在實際的地理環境中精確呈現，定位出干擾類型及干擾源所處位置，大大提高4G網絡營運智能化水平，節省運營成本。

一、常見干擾類型

3GPP長期演進（LTE）項目是以正交頻分復用（OFDM）為核心的。對于TD-LTE物理層的多址方案，下行采用的OFDMA，上行采用SC-FDMA。TD-LTE在時域和頻域進行劃分，形成最小的傳輸塊（RB）。每個RB在時域上對應0.5ms，頻域上對應180KHz帶寬。TD-LTE支持多種帶寬。1.4MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、20MHz。

外部干擾可以分為阻塞干擾、雜散干擾、諧波干擾和互調干擾等類型，產生上述干擾的主要因素包括頻率因素、設備因素和工程因素。建立干擾波形數字化模板

將四類主要上行干擾類型的波形特征進行數字化處理，用于建立判斷模型。

1.1雜散干擾

由于發射機中的功放、混頻器和濾波器等非線性器件在工作頻帶以外很寬的范圍內產生輻射信號分量，包括熱噪聲、諧波、寄生輻射、頻率轉換產物和互調產物等落入受害系統接收頻段內，導致受害接收機的底噪抬升，造成靈敏度損失，稱之為雜散干擾。

1.2阻塞干擾

由于強度較大的干擾信號在接收機的相鄰頻段注入，使受害接收機鏈路的非線性器件產生失真，甚至飽和，造成受害接收機靈敏度損失，嚴重時將無法正常接收有用信號，稱之為阻塞干擾。

1.3諧波干擾

由于發射機有源器件和無源器件的非線性，在其發射頻率的整數倍頻率上將產生較強的諧波產物。當這些諧波產物正好落于受害系統接收機頻段內，將導致受害接收機靈敏度損失，稱之為諧波干擾。

1.4互調干擾

當兩個或多個不同頻率的發射信號通過非線性電路時，將在多個頻率的線性組合頻率上形成互調產物。當這些互調產物與受害接收機的有用信號頻率相同或相近時，將導致受害接收機靈敏度損失，稱之為互調干擾。

二、應用快速模板匹配波形識別算法分離干擾源

應用快速模板匹配波形識別算法波形特征提取三步曲：

2.1波形的向量處理

在檢測波形、字符檢測波形等波形中，可以看到每種波形都有其特有的形狀，只是在外部條件改變的情況下（如電壓大小、采樣頻率等），波形的幅值有所不同。如圖1所示：對于每個數字波形W，可以采用含有m個元素的向量X來表示：

X= [ x1 x2 x3 … xm-2 xm-1 xm ] （1）

其中，元素xi—波形某點的幅值，并且相鄰兩元素間的時間間隔Δt相等。

因此對于10個數字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的波形都有其獨有的特征向量xi，可以作為輸入信號匹配的模板。注意的是所采用的向量元素并沒有做歸一化處理，這是考慮到某些信號幅值呈正負分布，可能使信號幅值的總和為零或很小，這樣歸一化之后可能使元素趨于無窮大。為了解決幅值的一致性，可以對輸入波形Y做如下處理：

Y= [ y1 y2 y3 … ym-2 ym-1 ym ]*max （Y）/max （Xi）

= [ p1 p2 p3 … pm-2 pm-1 pm ] （2）

2.2波形的匹配

在波形的匹配過程當中，定義輸入波形向量Y與波形模板Xi之間的距離Di：

Di=‖Xi-Y‖22

=∑（xj - pj） （i=0、1、2 … 9）、（j=1、2 … m） （3）

比較Di的值，取Di的最小值，此時i即為輸入波形所對應的數字，達到了自動識別的目的。

從上面的分析可以看出只要每個數字波形的向量模板確定，輸入波形只要做簡單的處理即可進行匹配。每個數字波形進行匹配的過程中，前提是必須使波形的起始位置和終止位置與模板的對波形向量化處理的起始位置和終止位置相同，否則識別的效果會有偏差。

三、大數據挖掘之多維度歸一干擾源定位判別方法

利用多種測量數據（MR＼路測數據＼掃頻數據）和高精度3維地理信息數據，采用射線跟蹤無線傳播模型，準確查找網內外各種類型的干擾，避免了單一數據反映干擾問題的局限性，增強干擾定位的全面性，干擾定位精度可達30m×30m，大大提升干擾源定位精度。

3.1基于ArcGIS的三維六步定位法：

由于現有網優干擾分析大部分是基于二維地圖，分析得到的結果都是基于理想狀態下得到的，沒有充分考慮地理上物體阻擋的及信號的穿透損耗等特質，使分析結果與實際情況并不十分吻合。本文采用了ArcGIS的三維場景地理信息，ArcGIS具有許多三維地圖分析的優點，是國內外最多人使用的三維分析的工具，成熟度高。

通過以下六步法，建立多維度歸一的干擾判別算法，進行小區級干擾定位。

1、通過TCP導入現網基站GIS信息，結合傳播模型和三維地圖，對網絡整體的覆蓋和干擾進行預測仿真。

2、根據小區間的切換數據，計算兩小區間的相關程度，再結合頻率信息，計算切換干擾系數，查找路面上（切換主要發生在路面移動區域）干擾嚴重的小區。

3、利用4G的路測數據（包括TEMS測試、鼎力自動路測、掃頻數據），通過PCI和經緯度結合，修正干擾情況，提升干擾定位精度。

4、利用MR測量，AOA（方位角）＼TADV（距離）＼ RIPPRB（每RB干擾電平）＼ ReceivedIPower（小區接收干擾電平），查找統計上被嚴重干擾和對其它小區干擾嚴重的小區。

5、對MR數據和話務統計指標結合分析，查找覆蓋良好的下行質差（可能存在頻率干擾）的問題小區和覆蓋差同時質差（弱信號質差）的問題小區。

6、通過MR數據，快速準確的定位外部干擾源、直放站或室內分布系統有源器件噪聲干擾等上行干擾。

四、結束語

目前業內的干擾定位技術大部分處于輸出干擾波形，人工判斷的方法，在干擾源波形分離，干擾屬性定位，干擾源位置定位等方面涉獵不深，無法有效提升網優人員查處干擾源的效率。而本文所研究的內容，通過軟件平臺實現，對上述業內未解決的波形分離與定位問題，能極大程度輔助優化工程師提升工作效率，快速解決干擾問題，為移動用戶提供良好的網絡使用環境。

本文介紹了4G中上行干擾源的波形鑒別、干擾源的位置定位等內容的研究，希望能夠拋磚引玉，以更好地提升LTE網絡性能。

參 考 文 獻

[1] 中國移動通信有限公司， TD-LTE系統間干擾排查與規避指導手冊. 2013.3.

[2] 倪永州 田躍，一種快速模板匹配的波形識別算法. 《傳感器世界》 2006年04期.

[3] 湯國安，ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程，科學出版社，2012.