论CDMA无线通信系统的干扰管理论文和开题报告

时间：2021-03-07 17:26:21 论文范文我要投稿

CDMA无线通信系统的干扰管理
【摘要】在无线通信系统中，干扰一直是影响网络质量的重要因素。随着中国联通CDMA精品网络建设的不断深入，如何最大限度减少干扰对网络的影响，是广大网络优化人员共同关注的课题。本文从CDMA通信系统的频谱特点出发，分析了CDMA系统中不同类型的干扰情况，并结合实际工作对如何侦测及排除干扰做了详细的阐述。
【关键词】 CDMA 干扰管理
无线通信系统中的无线干扰是指能引起无线网络性能下降甚至无法正常工作的电磁能量，它的存在直接影响到网络质量的好坏。对CDMA通信系统而言，其独特的频谱利用方式决定了其在干扰的管理上与GSM和AMPS移动通信系统不尽相同。在目前联通CDMA网络建设日趋完善的今天，如何最大限度地降低无线干扰对网络的影响、改善网络质量、提高用户满意度已经是网络优化工作的重要内容。
1 CDMA系统的频谱特点
1.1扩展频谱的概念
CDMA系统所采用的扩频通信技术中，信号所占用的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽（基带宽度）；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解析及恢复所传信息数据。CDMA采用的是直接序列扩频系统（DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum）的方法，直接序列扩展频谱（DSSS）系统具有合成的RF带宽，比传输基带数据率的最小带宽要求大得多。而GSM和AMPS无线通信系统中是使用最小的射频（RF）带宽来传输基带数据（Base Band Data），这些系统被称为窄带系统。
1.2 CDMA系统抗干扰性分析
1）无线频谱利用率高，抗干扰性强
在窄带通信系统（如GSM、AMPS）中，主要依靠频道划分来防止信道之间的干扰。以中国联通GSM网为例，频带宽度只有6M（共29个频点），由于采用TDMA时分多址的复用方式，频率复用困难与用户增长的矛盾非常突出。而CDMA系统采用码分多址技术，采用扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号，从而让许多用户共享某个信道1.23M的宽频带，大大提高频带的利用率。而其中的各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后得到的窄带信号中只有很微弱的成份，能够有效得到抑制。正常条件下，误码率可低至l0-10。
2）采用有效的功率控制手段，保证系统容量
CDMA系统是自干扰系统，移动台的功率发射对小区内的其他用户而言就是干扰。为此CDMA采用了一系列功率控制技术，减少系统内的相互干扰，使系统容量最大化。CDMA系统的功率控制类型有：反向开环功率控制、反向闭环功率控制和前向功率控制。反向闭环功率控制系统保证了每一部使用相同信道的移动台以相同的功率被基站接收。而CDMA 1X 采用的快速功率控制使功率控制更加精确。
3）能有效抑制多径干扰
CDMA系统采用两种方法来抵抗多径干扰的影响：一是采用分集接收技术，即采用空分或极化天线把最强的有用信号分离出来，排除其他路径的干扰信号；二是采用其特有的RAKE接收技术，将不同路径来的不同延迟、不同相位的信号在接收端从时域上对齐相加，合并成较强的有用信号。RAKE接收技术能有效解决目前困扰GSM和AMPS系统的多径干扰问题。
2 CDMA系统干扰的类型
干扰可能是系统内部产生，也可能是外部施加于系统的。系统内部干扰，是由于多个用户使用相同的无线接口或系统内不同设备间所引起的；外部干扰是由不受系统操作影响的干扰源产生的干扰。
2.1系统内部干扰分析
内部干扰分为如下几种：
2.1.1由于用户过量增长，导致RF总噪声的增加
为了确保系统有比较好的处理增益，单扇区、单载频的用户数受到了限制。理论上，基站的平均接收功率应该在热噪声功率以上的0-5dB内，如果一个小区满载时，会导致噪声基底增加5dB左右。在IS-95系统中，可以推算得到，每当用户增加1倍，信道处理增益就要下降3dB。当扇区内手机用户接近于极限时，手机的发射功率就容易失控。在极限状况下，额外的手机用户所带来的附加手机发射功率，会将总功率提高到热噪声水平之上，这会导致所有的其他手机用户提高发射功率，以保持适当的Eb/No（每比特能量与噪声频谱密度比，Energy per bit to Noise spectral density ）值，这最终会产生“雪球”效应。特别是在一些突发话务热点地区，会比较容易发生因RF总噪声的增加而导致呼叫困难、话音质量差、无线上网速度变慢的现象。
2.1.2直放站干扰
直放站作为网络深度、广度覆盖的有效手段，因其建设周期短，价格低廉，灵活性好，目前正被大量采用。直放站属于同频放大设备，从传输方式来分有无线直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。其中无线直放站最容易产生干扰，需要重点关注。直放站干扰可以分为上行和下行干扰
1）上行干扰
在CDMA系统中，接入到基站接收机入口的噪声功率应小于-113dB。当直放站的上行增益设置过大时，上行背景噪声被不合理地放大，经有效路径损耗后进入基站，和施主扇区接收机的噪声叠加就会提高基站噪声电平，使接收机灵敏度降低，反向误帧率上升，施主基站覆盖范围缩小，严重的会造成整个施主扇区无法工作。目前，联通使用的直放站上下行的噪声系数一般都小于6dB。
2）下行干扰
当施主天线和重发天线隔离度不足时，经重发天线发射的放大后的信号会经其旁瓣或后瓣被施主天线的旁瓣或后瓣接收，从而形成一个反馈环路，造成直放站自激，产生下行干扰。一般施主天线和重发天线的隔离度要求达到90~95dB，不当的前向增益设置会产生接收信号很强，但无法通话的情况。直放站自激时，会造成覆盖区通话音质变差，起呼成功率下降，掉话率上升；严重时使施主基站和其周围的基站发生瘫痪。当隔离度大于直放站增益15dB时，才能保证不产生自激。2.1.3邻小区导频干扰
CDMA系统前向信道中，不同基站扇区使用周期为215-1的M序列的不同相位来区分，定义相位偏置单位为64个码片，即共有512个相位可用。每个扇区的相位称为PN OFFSET（简称PN码）。在确定的PN相位偏置增长系数（PILOT_INC）及PN GROUP情况下，如何合理分配不同基站扇区PN码就至关重要。如果相邻扇区被分配了相同或邻近相位的PN码，会造成移动台无法识别应该为其提供服务的扇区，造成移动台无法正常登陆、经常脱网、起呼成功率低、掉话率升高的后果。
此外，由于城区存在一些高站，易形成越区覆盖，或者是几个相邻扇区天线位置（如方位角、俯仰角）、天馈连接或功率设置不合理，会造成某一地点PN码杂乱，移动台无法识别一个稳定的主导频，从而产生信号不稳定，呼叫接续时间偏长、掉话增加等问题。例如，在金华联通永康花街CDMA基站开通后，经常接到用户投诉，反映该基站附近呼叫接续时间偏长，而且经常会有无法接通的现象。经现场检查发现基站内第一和第二扇区有一对馈线的跳线存在“鸳鸯线”连接，在进行重新连接后信号恢复了正常。
2.2系统外部干扰分析
当CDMA网络下行或者上行有较强的外来干扰时，干扰会造成系统的基底噪声（Noise Floor）抬高，使得基站或者手机不得不加大发射功率以对抗外来的干扰，这种情况会对网络性能造成负面影响，使网络性能质量下降。强烈的外来干扰产生后，可以从普通手机用户的实际感受和系统性能的统计数据中得到直观的反映。外部干扰可分自然界的和人为产生的'两大类。
2.2.1来自自然界的干扰
来自自然界的干扰是由某些自然现象引起的。最常见的是雷电、太阳黑子活动、火山喷发和地震引起的磁暴等产生的电磁干扰。雷电会在广大地区从几千赫到几百兆赫以上的极宽频率范围内产生严重电磁干扰。而太阳黑子活动会对CDMA的GPS卫星时钟同步系统造成干扰，严重的会造成网络中断。当然，来自自然界的干扰的影响面毕竟有限，而且概率也很低，在日常网络优化过程中，不会将其作为工作重点。
2.2.2人为产生的干扰
与系统内部干扰不同，人为产生的干扰由于存在“不可预见性”和“不易控制性”，因此往往只能事后补救，但其对网络质量的影响却不容忽视。
1)射频电磁干扰。目前，人为产生的射频电磁干扰已经成为CDMA系统干扰的重要组成部分。人为产生的干扰可分为窄带干扰和宽带干扰。窄带干扰指干扰源产生的干扰信号带915

论CDMA无线通信系统的干扰管理论文和开题报告

CDMA无线通信系统的干扰管理
宽比CDMA单载频的带宽窄，但中心频率落在了CDMA的上行频带(825-835Mhz)或者下行频带(870-880Mhz)的某个工作频道内，如某些大功率无绳电话，不规范使用的集群通信系统，电视放大器，违法使用的广播电台，会产生辐射的微波治疗仪器等；宽带干扰信号是能够引起CDMA前向或反向的一个或多个频道背景噪声整体提升的干扰，如大功率军用通信设备、为了保密需要使用的宽带干扰机等。其中上行链路最容易受到干扰的影响，一旦上行链路受到干扰，会使基站无法对移动台做出正确的功率控制，从而影响整个扇区范围内的网络质量，甚至无法通话。对下行链路的干扰一般只会对局部区域的少数用户产生影响，除非干扰信号非常强。
2)脉冲放电。主要来自电源开关器、绝缘击穿、电焊机和点火设置的脉冲能量，例如切断大电流电路时产生的火花放电,其瞬时电流变率很大,会产生很强的电磁干扰；在城市中，车辆点火干扰也很常见。但这种干扰是在非常短的脉冲中包含了极少的能量，因此对CDMA网络的影响非常小，可以忽略。
3 CDMA系统干扰的侦测及排除办法
3.1干扰的侦测
干扰的存在必然在一定程度上导致性能质量下降，因此如何及时发现干扰也是优化工作的问题解决的关键。判断、确定外部干扰的存在，通常采用以下方法：
3.1.1各类性能报表分析
1）在每日话务指标的分析中，关注局部区域扇区或全系统是否存在反向误帧率（FER）、系统呼叫建立失败率、系统掉话率、反向RSSI、手机的发射功率等指标异常升高的情况。在排除硬件故障的情况下，可以初步认为干扰的存在。
2）对个别基站的软切换统计数据、基站接收噪声统计数据等性能指标进行深度分析。一个扇区的软切换话务突然减少表明该小区可能存在干扰；在朗讯公司的SMART分析工具中，可以通过RSSI(Receive Signal Strength Index) Avg和RSSI Peak两项统计数据研究基站所受到干扰的程度。正常情况下，RSSI Avg和RSSI Peak的值都小于10。如果RSSI Avg小于10而RSSI Peak大于10，则可能是受到一个突发的脉冲干扰；如果RSSI Avg和RSSI Peak均大于10，则可能存在一个较强的稳定的干扰。
3.1.2用户投诉分析
用户投诉是发现网络问题的重要手段。在干扰管理工作中，应重点关注用户的以下方面投诉：
1）起呼时间较正常起呼时间长；经常出现起呼失败，或根本无法起呼。
2）做被叫时经常会提示联系不上；短信无法正常发送、接收。
3）话音质量差，有严重的断续、杂音等现象，掉话现象严重
4）手机在起呼失败后可能伴随有脱网现象
对于上述投诉，必须要了解清楚所反映现象发生的具体时间、地点、规律性，以便优化人员有针对性地进行现场测试。
3.1.3现场测试
现场测试包括拨打测试（CQT）、路测（DT）和通过专用干扰分析仪表测试等手段。拨打测试是一种比较简单的手段，通过测试手机的测试模式的使用，可以初步确定干扰现象的存在；通过路测，可以有效找出一些直放站设置不当、邻区设置不当或过覆盖产生的干扰，结合扫频模块的使用，可以初步确定干扰源的位置；目前浙江联通采用的干扰测试仪表是泰克公司的YBT250干扰分析仪和罗德斯瓦茨频谱分析仪，由于可以对接收点位置相当宽范围内的频谱进行分析，因此在日常干扰分析中非常有用。同时，朗讯MODCELL基站设备也提供了专门用于测试用的J5口（每个扇区两个），可以将频谱分析仪与J5口相连（需断开负载），检查带宽内是否出现窄带尖峰干扰信号或是否存在造成噪声电平高于正常值的宽带干扰信号。
3.2干扰的排除
3.2.1系统内部干扰的排除
1) 对于因单载频负载过高，导致RF总噪声的增加从而引起系统整体性能下降，只能通过合理规划网络配置，扩容信道板、增加频点或在其周围增加基站的方法解决。尤其是随着CDMA数据业务的广泛开展，在一些话务密集区，数据的流量也很大，因此在进行扩容时还应关注支持数据业务的处理板（如朗讯设备的CCU32板）的配置数是否合理。
2) 对于直放站引起的干扰，应主要从收发天线隔离度、直放站增益设置两方面着手处理。对于无线直放站，为达到隔离要求，可以从增大收发天线距离、采用高隔离度天线或角反射天线、尽可能利用建筑物阻挡或安装隔离网等手段。对于城市中心，特殊情况下可采用移频直放站。理论上，直放站增益设置比有效路径损耗越小，直放站对基站的影响就越小，因此在信号满足通话的情况下，应尽量减低直放站的增益。在目前的无线设计中，在一个基站带一个直放站的情况下，对基站的噪声影响要求控制在1dB以内。在室内覆盖大规模建设的今天，城区一个基站可能往往下挂了多个室内直放站，如果直放站增益不做控制，势必造成施主扇区噪声的抬高，严重影响基站的覆盖质量。在日常的室内分布系统建设中，必须合理规划直放站的挂接方式及控制增益，对于一些大型楼宇，尽可能采用光纤接入。
3.2.2外部干扰的排除
外部干扰的排除一般要经过“网管指标和投诉数据分析”、“现场测试确定干扰源”、“清除干扰源”等三个步骤。下面将以金华联通处理某医院微波诊疗仪对CDMA信号产生干扰的过程为例，简要说明：
2004年5月初，金华联通网优中心陆续收到本市某医院门诊部大楼用户投诉，反映在每天的上午10点至下午3点，在该医院内CDMA手机经常会出现无网络服务及打电话困难的情况。网优人员到现场拨测，发现问题出现时手机几乎无信号（Ec/Io达-30），根本无法进行通话，但走出医院大门后手机又能正常使用。考虑到附近基站近期在各项指标上没有异常，故初步定位是医院内的某种治疗仪器产生下行干扰。5月14日，技术人员通过罗德斯瓦茨频谱分析仪对门诊大楼1至3层进行了下行链路扫频，结果发现在878.5MHZ频点上存在峰值为－30dBm左右的窄带信号（刚好位于283频点带宽内），并定位在门诊2楼东侧的微波诊疗室，以下是罗德－施瓦茨FSP扫频测得的图形。

图1 干扰信号存在时的频谱图
由于干扰尖峰处于下行283频段内，造成干扰区内手机用户出现无网络服务及呼叫困难的现象。经与医院方联系，暂时关闭微波治疗仪后，干扰信号立即消失，现场的手机主被叫均正常，见图2。经了解，该微波诊疗仪为北京博医康技术公司生产的BYK-50型设备，当时所开功率为32W，而且没有任何屏蔽措施。后要求该医院对该微波设备进行屏蔽等处理后，问题得到彻底解决。

图2 干扰信号排除后的频谱图
由于外部干扰存在不确定性，加上干扰源往往在室内，这给排除工作带来一定困难。对于那些人为产生的恶意的外部干扰，应及时向当地无线电管理委员会汇报，遵照国家相关法律、法规进行处理。
4 干扰的预防
尽管产生CDMA干扰的原因种类繁多，干扰发生的随机性很强，但是如果采取一些有效的预防措施，很多干扰还是可以避免的。干扰的预防主要可以通过以下几种方法：
1）做好网络开通前的清频工作，防患于未然。这在新增覆盖的区域和新加载频的区域是必不可少的一步工作。对于未正式投入商用的区域，一旦发现存在同频段的干扰，可以比较容易定位干扰源的具体位置。目前常用的清频工具有：频谱仪或惠普E74XX S/W路测仪。
2）注重工程前期的网络规划。在前期规划中应注重站址位置的选取、新站周围无线环境的分析、对覆盖和话务的预测、PN的合理分配、天线类型和挂高的合理配置等。在中国联通CDMA建设初期，由于投资规模有限，按照“大覆盖，小容量”的思路建设，建设了一部分城区高天线增益、高挂高的站点。随着网络建设的深入，这些站点的覆盖很难控制，已经成为导频污染和过多软切换的主要因素。因此，在新建工程时，应对原有网络进行仔细地摸底，及时对一些站点进行优化调整。
3）加强与无线电管理部门的协作。移动通信运营商应加强与无委会的合作与交流，努力提高广大人民群众对国家无线电管理法规的认识，尽可能减少人为干扰事件的发生。
干扰的处理是一项长期、艰巨的工作，不能急于求成。相信只要方法正确，通过认真的分析和测试，就一定能将干扰的影响降至最低。
作者简介：金汉，男，1975年10月15日出生，毕业于北方交通大学，从1997年5月参加金华联通建设以来，一直从事无线系统的维护与优化工作，现任中国联通金华分公司运行维护与互联互通部经理助理，曾在于2002年2月和7月的《电信技术》杂志上分别发表过《无线通信系统中影响接通率的因素及改善方法》和《移动通信系统的运维管理》等论文。

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