GSM干扰问题分析

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    摘要：本文主要介绍了处理干扰问题的一般流程和解决干扰问题的典型方法，并从工程的角度总结了影响干扰问题的原因及相应的解决方法。

    干扰的大小是影响网络高质高效运行的关键因素，其对通话质量、掉话、切换、拥塞等均有显著影响。

    1.干扰问题的解决流程

    1.1对GSM系统有影响的干扰源

    在移动通信系统中，基站在接收较远的移动台的信号时，往往不仅受到周围其它通信设备的干扰，而且还受到本系统另一个基站或移动台的干扰，见图1。

    图1  移动通信干扰示意图

    对GSM系统有影响的干扰源主要有：

    (1)网内干扰

    由于频率规划不当或频率复用过于紧密所引起的同频干扰或邻频干扰。

    (2)直放站干扰

    直放站是早期网络建设普遍采用的扩展基站覆盖距离的有效方式，由于其自身的特点，如果使用不当容易形成对基站的干扰，直放站存在以下两种干扰方式：

    i)由于直放站本身安装不规范，施主天线和用户天线没有足够的隔离度，形成自激，从而影响了该直放站所依附基站的正常工作。

    ii)对于采用宽频带非线性放大器的直放站，其互调指标远远大于协议要求。如果功率开得比较大，其互调分量很大，非常容易对附近的基站形成干扰。

    (3)其它大功率通信设备的干扰

    主要包括雷达站、模拟基站以及其它同频段通讯设备等。

    (4)硬件故障

    i)TRX故障：如果TRX因生产原因或在使用过程中性能下降，可能会导致TRX放大电路自激，产生干扰。

    ii)CDU或分路器故障：CDU中的分路器和分路器模块中使用了有源发大器，发生故障时，也容易导致自激。

    iii)杂散和互调：如果基站TRX或功放的带外杂散超标，或者CDU中双工器的收发隔离过小，都会形成对接收通道的干扰。天线、馈管等无源设备也会产生互调。

    1.2干扰问题的定位和排除

    (1)定位和排除步骤

    i)根据关键性能指标（KPI）确定干扰小区

    掉话率、切换成功率、话务量、拥塞率、干扰带等指标的突然恶化，意味着该小区可能存在干扰。

    此时还应该检查这些小区的操作记录历史。检查最近是否增加或修改基站硬件、是否修改过数据。干扰的出现是否与这些操作存在时间上的关联性。

    如果此阶段没有数据调整，则干扰来自于硬件本身或网外干扰。建议先重点检查硬件是否存在故障；如果排除硬件故障后仍然存在干扰，则重点检查是否存在网外干扰。

    ii)检查OMC告警

    有时掉话率高、切换成功率低、拥塞率高可能与设备故障有关，检查OMC告警记录可以节约您大量的判断分析时间，这也是分析告警记录与这些指标恶化存在时间上的关联性。

    iii)检查频率规划

    对于怀疑存在干扰的小区，检查该小区及其周围小区的频率规划。弄清基站位置分布以及各小区的方位角，画出拓扑图，并标明BCCH/TCH频点、BSIC。同时把规划的频点与BSC中实际配置的频点比较，检查是否存在出入。

    根据准确的频率规划拓扑图，可以推断网络可能存在的同邻频干扰。

    iv)检查小区参数设置

    某些小区参数如CRO、切换门限、切换统计时长/持续时间（P/N准则）、邻区关系会对干扰有影响。

    CRO设置太大，MS被引导到一个实际接收电平低于周围小区，同时比较空闲的小区上，一旦通话且C/I不能满足大于12dB的门限要求时，就会带来干扰。

    如果漏配邻区，手机将不能及时切换到信号电平和质量更好的小区上，也会导致干扰。切换门限、P/N准则过大，小区之间切换困难，也将导致轻微干扰（如质量差切换增加）。但P/N准则太小时更危险，过于频繁的切换不但增加掉话的几率，同时增加了系统负荷，甚至会带来更严重的后果。

    v)路测

    路测是定位干扰问题的有效方法。有两种路测方式：空闲模式测试和专用模式测试。

    在空闲模式测试时，测试设备可以测量服务小区和邻区的信号电平。也可以对指定频点或频段进行扫频测试，以便发现越区覆盖信号可能造成的干扰。

    在专用模式测试时，测试设备可以测量服务小区和邻区的信号电平、接收质量、功率控制登记、时间提前量TA等。当在某些路段持续出现高电平（Rx_Lev≥－80dBm）、低质量（Rx_Qual≥6）时，则可以断定该路段存在干扰。有些测试设备能够直接显示帧删除率（FER），通常当FER≥25％后，用户就会感觉到话音的断续，也即在这些路段存在干扰。

    vi)干扰排除

    根据上述定位结果分别调整。最后还应经过KPI指标、路测结果对干扰排除效果进行评估。

    (2)硬件故障定位和排除

    当怀疑某小区可能存在干扰时，应首先检查该小区所在基站是否工作正常。在远端应检查有无天馈告警，有无TRX告警，有无基站时钟告警等；在近端则应检查有无天线损坏、进水；馈管（包括跳线）损坏、进水；CDU故障、TRX故障、基站跳线接错、时钟失锁等。

    i)天线性能下降

    天线作为无源器件，损坏的概率很小，但如果真有天线损坏或性能下降，也将导致话音质量差的问题。

    ii)天馈接头故障

    GSM的射频信号属于微波信号，从TRX——CDU——馈管——天线之间任何部分出现接触不良，都会引起驻波比过大、互调增加，从而导致出现干扰。

    iii)天线接反

    天线接反是常见问题，天线接反后将导致小区所用频点与规划频点完全不一样。将带来同频、邻频干扰，导致掉话、切换困难等现象。对于频率资源少的网络，天线接反对网络质量的影响更加显著。

    iv)基站跳线接错

    基站TRX到天线之间有很多跳线，跳线的张冠李戴将导致掉话率高的现象。

    v)TRX故障

    TRX的故障将导致干扰增大、覆盖减小、接入困难等故障现象。

    vi)时钟失锁

    基站时钟偏差过大，一方面会导致手机难以锁定在基站的频率上，导致手机切入失败，或不能驻留在该基站的小区上；另一方面会使基站不能正确地解码手机信号，导致误码。要注意的是：时钟失锁并不会带来真正的干扰，但由于传输误码的增加也会导致话音质量下降。

    vii)小结

    基站的TRX、CDU、馈管、天线、跳线、接头种的任何一部分出现故障，都有可能导致干扰和掉话现象。因此，在发现干扰问题后，应首先检查并排除基站硬件故障。另外，基站时钟失锁也会导致干扰和掉话。

    硬件故障较易处理，多数情况可以通过单板互换，话统数据来定位解决。当然如果就近有频谱仪可用，可以更加便于快速定位问题。当某些小区在没修改网上数据的运行过程中突然出现干扰，尤其要重点排查硬件故障。

    (3)网内干扰

    GSM网内干扰主要来自于同频和邻频干扰。当C/I＜12dB或C/A＜-6dB时，干扰就不可避免。采用紧密复用后，也会增加干扰出现的概率。

    i)同邻频干扰

    GSM中不可避免要频率复用，当两个使用同一频点的小区之间的复用距离相对小区半径太小时，就容易引起同频干扰。根据经验，很多种情况下的频率复用必须避免。

    图2  蜂窝小区

    如图2中的A～D基站，假设小区A-3分配了频点N，则频点N不能分配给A1、A2、B1、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2、D3；频点N±1不能分配给A1、A2、A3、B1、C2、D1、D2（不跳频时）。

    对于上行频点的干扰可借助话统中的干扰带统计数据来判断。

    对于下行频点上的干扰，使用现有路测设备可以通过间接测量来确认有无同频干扰。首先在服务区内让测试手机锁定在该小区采用持续通话模式进行路测。如果发现在某些区域接收信号较高而接收质量持续很低，则在该频点上存在同频干扰的概率很大。

    ii)越区覆盖导致干扰

    一个设计合理的网络就是让每个小区只覆盖基站周围的区域，手机驻留（或通话）在距离最近的小区上。越区覆盖是指某小区的服务范围过大，在间隔一个以上的基站后仍有足够强的信号电平使得手机可以驻留或切入。越区覆盖是实际小区服务范围与实际服务范围严重背离的现象，带来的影响有：话务吸收不合理，干扰，掉话，拥塞，切换失败等。

    iii)紧密复用引起干扰

    容量与质量是一对矛盾。在市区由于用户数多，有时不得不采用紧密复用的频率规划技术以满足容量的需要，这实际上就是牺牲一部分的质量来换取容量的增加。在一些基站布局不合理的地方，采用紧密复用技术后容易导致同邻频的碰撞。

    (4)直放站干扰

    使用直放站具有一定的方便性，但如果直放站的质量不达标或安装使用不当也是干扰的主要来源。

    (5)网外干扰

    网外干扰源有电视台、大功率电台、微波、雷达、高压电力线，模拟基站等。

    2  干扰案例

    2.1天线性能下降导致干扰

    【问题描述】

    某县城中有5个基站，配置为S4/4/4或S6/6/6。大部分小区TCH性能测量话统中干扰带5达到15以上。OMC无任何告警信息。

    【问题定位与解决】

    (1)对存在问题的小区登记24小时的干扰带统计任务，发现干扰带5主要在白天出现，凌晨几乎没有。

    (2)凌晨打开所有基站的空闲BURST发送，发现这些小区干扰带在凌晨也出现了，停止发送空闲BURST后干扰带又消失。这一现象可以判断，干扰来自网内，与其它通信设备无关。

    (3)干扰出现之前没有调整过网上的频率及其它如何数据，因此出现的干扰也与频率规划无关。

    (4)在白天话务高峰时用频谱仪观察CDU的RXM测试口，可以看到强烈的宽带干扰和底噪抬高现象，并且不稳定。

    (5)因为该基站的其中一个小区几乎没有干扰，另外两个小区有强干扰，晚上把该基站内有干扰和无干扰的天馈更换（在机柜顶部换跳线），发空闲BURST，发现干扰跟着天馈走。这一步进一步定位故障在天馈系统。

    (6)在塔顶更换跳线，也就是更换天线，发现干扰跟着天线走，因此可以排除馈管原因，天线存在问题的可能性较大。

    (7)通过借用双极化天线，上塔更换天线后，强干扰立即消失。将另一个基站的一个强干扰小区换上新天线后，干扰也消失了。

    2.2网内干扰导致掉话

    【问题描述】

    客户反映某地掉话较多，图3为该地基站分布、掉话位置以及频率规划拓扑图。

    图3  基站分布、掉话位置以及频率规划拓扑图

    图中112、107、120、124、118、122、104、106、116、101、110、113为BCCH频点，109、102、115、96、98、100、111、114、108为TCH频点。

    【问题分析与解决】

    (1)经详细测试发现掉话位置竟然有112频点，且电平高达-73dBm，手机占上111频点时，由于112频点的干扰而掉话。

    (2)经手机测试112频点的CGI，该频点是D3小区的BCCH频点。

    (3)前往基站D查看，发现D3小区天线安装在楼顶一个平台上，而离天线约8m比天线低约4m的地方有一房子，全是玻璃结构。在靠近天线面处测试。天线发射信号约-45dBm，但靠近玻璃测试信号强度居然有-30dBm。原因是信号被玻璃全反射后产生的信号叠加造成形成二次波源反射到掉话位置。

    (4)建议更改天线安装位置，同时作为应急，修改频点：将基站A的111频点同114频点互换，将A3小区天线下倾角加大，根据实际情况将C1小区的113频点方向角调整，避免同互换后的114频点干扰。

    (5)经过改动后测试一切正常。基站C的113频点不会对114频点造成干扰，掉话消失。

    2.3直放站干扰

    【问题描述】

    某地用户反映无法占用信道进行通话，或占用信道后杂音很大，而此时手机的信号很强。该地区共有两个定向基站，第1小区的天线方位角均为正北方向，在用户投诉之前该地区基站运行正常，网络指标均符合要求。问题出现后从话统指标看，此两个基站的话务量明显减小，并且此两个基站分别在第一小区和第三小区话务量减小特别明显，通话时信号很强，但话音质量很差。在话统中可以看到这四个小区的干扰带处于三、四、五级，基本上95%的信道被干扰，其它小区也有不同程度的干扰。OMC无任何告警信息。

    【问题分析与解决】

    (1)从用户反馈的情况来看，可能原因有：传输存在问题，导致误码很大产生此现象；天馈部分存在问题，导致该问题的产生；硬件故障导致该问题产生；可能存在网内或网外干扰。

    (2)该地区正北偏西方向可能有很强的上行干扰信号，导致此两个基站的一、二、三小区存在不同程度干扰，其中一、三小区尤为严重。

    (3)通过现场实际拨测发现，在基站覆盖的一、三小区范围内，很难打通电话，即使打通电话，话音质量很差，声音断续严重，同时伴有强烈的干扰。如果在该地区用手机拨打固定电话，固定电话很难听清手机声音，而与此相反，手机听固定电话的声音很清楚，这也证实了前面的分析，可能是因为来自外部的干扰造成该现象的出现，或是因为天线存在驻波问题导致该现象出现。（从这一点可以判断干扰仅存在于上行链路）

    (4)现场用天馈分析仪进行测试，没有发现任何基站本身的问题。经多方了解，得知该地区新建了一个直放站，直放站的位置正好在这两个基站的正北偏西方向大约两公里的地方，并且直放站开通的时间也正好是基站出现干扰问题的时间；经现场测试，发现只要将直放站关闭，基站马上恢复正常，干扰带也恢复正常，打电话也正常；相反，直放站打开，基站马上会出现无法打通电话的现象，或打通后干扰很大。最后协调关闭直放站后，基站通话恢复正常。

    2.4微波干扰

    【问题描述】

    在维护过程中发现BSC话统中某S2/2/2基站的2、3小区掉话率突然增高，掉话率在某些时间段为20%左右。

    【问题分析与解决】

    (1)查看BSC话统发现该基站从8：30左右干扰带TCH空闲数目在干扰带3-5开始增加，10：00左右TCH空闲数目基本处于干扰带4、5中，22：00左右TCH空闲数目基本处于干扰带1中。从以上现象可以判断有干扰存在。

    (2)由于该基站以前运行情况良好，所以可以排除频率规划问题。

    (3)从TRX管理消息中发现该基站2、3小区4块单板均存在干扰，由于4块单板同时损坏的概率极小，由此可排除TRX问题。但为慎重起见曾更换一块TRX板，干扰现象无改善。

    (4)查看所有BSC话统数据发现该基站附近的所有基站与该基站2、3小区在同方向的小区均不同程度存在干扰，并发现干扰严重小区SDCCH信道（共16个信道）有时会被同时占用，但根据用户量，SDCCH被同时占用的概率极小。由此可基本断定上行有外界干扰存在。但该干扰可能与频点无关，只与方向有关。

    (5)为了进一步定位问题，从机顶把1、3小区跳线交换，发现1小区出现干扰、而3小区干扰消失，由此证实以上判断。

    (6)由于干扰影响与频点无关，可能是大功率信号进入基站系统，导致基站干扰。

    (7)用频谱仪从基站分路器输出口测量，发现在904MHz频点（与使用频点有5M间隔）有大功率信号存在，在干扰比较严重的基站该信号电平高达-25dBm左右，在其他基站信号电平为-50dBm左右。由此可判定是该信号对基站的影响。

    (8)用频谱仪对基站附近进行扫频发现有一小微波天线在904频点有大信号输出。

    (9)关闭该微波设备，干扰消除。

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