WCDMA系统的上行干扰浅析

技术方案——第三代移动通信WCDMA系统的上行干扰浅析摘要：本文主要对第三代移动通信WCDMA系统的上行干扰进行了讨论，结合华为公司在WCDMA商用网络干扰定位的经验，对上行干扰的种类、定位流程进行了分析，重点对商用网络中由2G系统、直放站和手机干扰器引起的干扰案例进行了阐述。关键词：WCDMA；上行干扰；内部干扰；外部干扰；RTWP1、概述WCDMA系统是一个宽带直扩码分多址系统，WCDMA系统支持两种基本的运行模式：频分双工（FDD）和时分双工（TDD），在频分双工（FDD）模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5MHz载波；在时分双工（TDD）模式下只使用一个5MHz载波，这个载波在上下行链路之间分时共享。WCDMA系统属于干扰受限系统，网络的质量、容量和覆盖都与背景噪声相关，WCDMA系统遭受的干扰可以分为两部分，一部分是系统自身的干扰，邻近小区都会对本小区产生上下行的干扰，这种干扰不可避免，但也需要尽量减少；第二部分是异常干扰，异常干扰包括上行异常干扰和下行异常干扰，本文主要讨论在FDD模式下WCDMA系统的上行异常干扰问题。对于WCDMA系统，无论上行干扰是内部产生的还是外部产生的，如果干扰强度很大，持续时间很长，会影响基站的噪声水平，而WCDMA系统是一个自干扰系统，因此上行干扰可能造成WCDMA基站上行覆盖的收缩，在上行干扰严重的情况下，手机有用信号会被噪声淹没而无法解调，这样用户感受可能是无法接入或出现掉话等现象，同时由于WCDMA系统的上行干扰影响了整个基站的用户，相对于某个或某几个用户的下行干扰来说，危害程度要严重，这也是为何我们如此关注WCDMA系统上行干扰的原因。2、WCDMA系统上行干扰分析2.1WCDMA系统上行干扰的判断根据3GPP协议的规定，NodeB都有检测RTWP（ReceivedTotalWidebandPower）功能，NodeB的RTWP测量功能是我们发现WCDMA上行干扰一个重要手段。要讨论WCDMA系统的上行干扰，首先要清楚地了解RTWP的概念，下面是对RTWP在空载和有负载情况下进行的分析。在空载情况下，由于热噪声的频谱密度为：-174dBm/Hz，在WCDMA的3.84MHz带宽内底噪约为-108dBm/3.84MHz；所以在空载下如果WCDMA系统上行没有受到干扰，假设基站的噪声系数为2.5dB，则RTWP正常值为-105.5dBm/3.84MHz。在上行有负载情况下，假设上行InterferenceMargin为3dB（在上行为50%负载情况下），如果WCDMA系统上行没有受到干扰，假设基站的噪声系数为2.5dB，则RTWP正常值为-102.5dBm/3.84MHz。华为公司相关后台软件能够实时跟踪并以图形的形式显示RTWP数据，也可以把跟踪的数据文件通过华为公司自己开发的相关软件进行图形化显示。如（图1）所示是图形化显示的RTWP跟踪结果，在图1中红色代表这个小区对应的主集，蓝色代表这个小区对应的分集，横坐标表示一天的时间，单位为小时，纵坐标表示RTWP值，单位为dBm。从图1可以看出，图1中左边的小区没有受到干扰，右边的小区受到比较强的干扰。（图1）两个小区的RTWP跟踪结果2.2WCDMA系统上行主要干扰的分类WCDMA系统上行异常干扰可以分为系统内部和外部因素引起的干扰，本文把系统内部因素引起的干扰称为内部干扰，系统外部因素引起的干扰称为外部干扰。根据华为公司WCDMA系统商用网络的干扰定位经验，系统内部干扰可能是由于工程质量问题引起的，如天馈、连接器和负载等接头引起的，也可能是由于天线、连接器和负载等器件本身的质量问题引起的干扰；系统外部干扰主要指外界的干扰源引起或外界干扰源与系统内部相互作用后引起的干扰，根据WCDMA系统商用网络的干扰定位经验，外部干扰源可能是已存在的2G系统、直放站、手机干扰器、微波传输设备和非法使用WCDMA系统工作频段的发射设备等引起的干扰。在实际商用网络中，某个WCDMA基站受到的干扰可能即有内部干扰又有外部干扰，在具体定位干扰源时需要根据内部干扰和外部干扰的定位方法分别进行定位。2.3WCDMA系统上行干扰的定位根据对多个WCDMA商用网络的干扰定位经验，给出某个WCDMA基站干扰的定位流程，如（图2）所示：（图2）某个WCDMA基站的干扰定位WCDMA上行干扰发现手段很多，其中最主要的是根据跟踪的RTWP结果来进行判断，在发现某个基站的某个小区有干扰时，为了尽快定位干扰，需要对这个小区进行一段时间的RTWP跟踪，跟踪时间越长越有利于干扰问题的定位。同时这个小区所在基站的其他小区的RTWP也需要进行跟踪，在某些情况下，这个小区对应基站的周围基站RTWP也需要同时跟踪，具体需要跟踪RTWP的小区和跟踪时间需要根据具体的情况来定。在跟踪完RTWP后，根据RTWP结果判断这个小区的干扰是否需要进行处理，如果需要处理，则分别按照外部和内部干扰定位方法进行定位。外部干扰定位通过专业测试仪器，利用定点和路测以及相关小区RTWP的关联分析法，逐步确定出外部干扰源；对于内部干扰定位通过对天馈部分的检查和测试，最终确定干扰原因。3、WCDMA系统商用网络上行干扰案例分析通过本文2.2节分析可知，引起WCDMA系统的上行干扰原因很多，本章根据华为公司在WCDMA系统商用网络的干扰定位经验，主要讨论2G系统、直放站和手机干扰器对WCDMA系统的上行干扰案例。3.12G系统对WCDMA系统的上行干扰案例在移动通信从第二代向第三代过渡的今天，新技术不断得到应用，新的移动网络运营商日益发展，射频资源日趋紧张，原有的专用无线电系统占用现有频率资源、不同运营商网络配置不当、发信机自身设置问题、小区重叠、环境、电磁兼容以及有意干扰，都是移动通信网络射频干扰产生的原因。在此背景下，2G与3G共存在一定时期内是无法避免的，所以3G网络必然面临2G网络的干扰问题。在A国WCDMA商用网络建成后，通过跟踪RTWP发现部分小区的RTWP异常，其中某个基站的两个受干扰小区RTWP跟踪结果如（图3）所示：（图3）受干扰基站的两个小区RTWP跟踪结果通过同时跟踪某一片区域的小区发现RTWP异常小区方向基本相同，具体分布图如（图4）所示，其中红色小区表示异常小区，从异常小区分布来看，干扰可能来自同一个方向的外来干扰。通过干扰定位，发现引起WCDMA系统RTWP异常的干扰源是来自B国的GSM1900和CDMA1900通信系统，测试得到的干扰信号在1930～1940MHz之间的干扰信号频谱如（图5）所示：（图4）异常小区分布图（图5）干扰信号在1930～1940MHz之间的干扰信号频谱如果2G系统对3G系统造成干扰，一般被干扰3G小区的RTWP具有相关性，被干扰3G小区的数量较多，所以2G系统对3G系统一当造成干扰，对3G网络质量影响较大。为避免2G系统对3G系统造成干扰，在建3G系统时需要充分了解现网中2G系统的特性，针对现网中的2G系统采取相应的措施，尽量避免干扰发生。3.2直放站自激对WCDMA系统的上行干扰案例在使用射频直放站时，在下行方向施主天线接收无线信号经直放站放大后由业务天线转发；在上行方向，业务天线接收无线信号经直放站放大后由施主天线转发。直放站施主天线和业务天线间的耦合损耗称为天线隔离度。如果直放站增益大于天线隔离度，那么在施主天线-直放站-业务天线-施主天线间形成正反馈回路，信号被不断放大，造成自激，导致直放站无法正常工作。直放站如果产生自激，有可能影响周围一片小区的RTWP。如（图6）所示是在某商用网络中由于直放站自激造成周围三个基站小区RTWP同时异常图。（图6）由于直放站的自激引起周围相关的三个基站对应小区RTWP异常图如果直放站自激造成3G网络受到干扰，一般直放站周围的3G小区都会受到干扰，而且周围被干扰的3G小区RTWP具有一定的相关性。为避免直放站造成干扰，除在以后建3G网络时尽量避免使用直放站外，同时在直放站施工过程中需要保证施主天线和业务天线之间的隔离度。3.3手机干扰器对WCDMA系统的上行干扰案例在国内一些政府机关、保险、安全和军队等单位为了阻止人们使用手机，可能会安装手机干扰器，通常干扰器的频率较宽，而在国外一些信仰宗教的国家，为了在祈祷期间阻止教徒使用手机，在一些清真寺内也会安装手机干扰器。在C国建设WCDMA系统的商用网络过程中，通过跟踪RTWP发现部分基站小区的RTWP异常，进行干扰定位发现干扰来自基站附近清真寺内的手机干扰器，干扰器在1750～1980MHz之间的干扰信号频谱和引起某个小区的RTWP异常跟踪结果如（图7）所示：（图7）手机干扰器的干扰信号频谱和引起相关小区RTWP异常图手机干扰器造成的干扰，一般持续时间长，干扰强度大，对被干扰区域的3G网络质量影响较大。4、总结本文主要结合华为公司在WCDMA商用网络中干扰定位的经验，对WCDMA上行干扰的种类、判断方法和定位流程进行了描述，并给出了华为公司在商用网络中遇见的三种主要外来干扰案例。由于干扰的不确定和多样性，干扰定位工作比较复杂，对干扰定位工程师来说，不仅需要对移动网络中常见的干扰和现有移动通信制式有深刻的认识，同时需要丰富的工程经验。