GSM网络干扰定位及解决方案研究

柳 青，廖惜春

（五邑大学 信息工程学院，广东 江门 529020）

0 引言

为提高GSM系统容量，满足移动通信业务发展需求，蜂窝系统采用频率复用模式来提高频带利用率。对于一定的频谱资源，随着频率复用度增大，网络容量增大，同频复用距离减小，干扰增强。干扰是影响网络质量的关键因素，对通话质量、切换、掉话、都有显著影响，因此如何降低甚至消除来自GSM系统内部或外部的干扰，是网络规划、优化的重要任务。现研究了GSM系统载波干扰比（C/I），论述了GSM系统内干扰、以及干扰的定位及其解决方案，从江门地区同邻频干扰案例出发，对系统中产生干扰的原因及解决办法进行了具体分析和研究，提出解决网络干扰的方案, 为GSM网络维护提供参考。

1 载波干扰比

频率复用是GSM网络的通用技术之一，由于同一频点在不同小区进行了重复使用，这些频点间会随距离远近和信号强弱而产生随空间分布的或强或弱的同邻频干扰。为了提高GSM系统抗干扰能力，通常采用跳频、动态功率控制等措施，有效提高信号载波干扰比，从而使得更紧密的频率复用成为可能。

C/I, 是指接收到的有用信号电平与其他所有无用信号电平的比值。C/I实质上反应的是服务小区收到与其相邻小区或周围无线环境的干扰影响，其值越小表示收到的干扰越强，通话效果越差，值越大表示受到的干扰越小，通话效果越好。

式中，iP为用户单码道i的接收功率；α为本小区干扰抑制因子；aI为本小区干扰功率；bI为来自其他小区的干扰功率；0N 为下行热噪声功率。

干扰信号主要来源于多径信号干扰、同邻频干扰及系统外部其他信号干扰。根据GSM系统空间接口中信号的解调要求，同邻频干扰保护比需满足以下要求：同频干扰保护比:C/I≥9 dB；邻频干扰保护比:C/A≥-9 dB。

在实际工程设计中需增加 3 dB的余量，当C/I＜12 dB或C/A＜-6 dB时干扰就不可避免。

2 GSM系统中干扰检测与定位

GSM网络中存在的干扰不仅会提升误码率，影响用户通话质量，还会影响基站子系统(BSS)系统的各种重要统计指标：掉话率、接通率、切换成功率等，甚至会造成基站退出服务，因此干扰的定位与优化尤为重要。

2.1 GSM系统中的干扰优化流程

GSM 系统中干扰问题的处理流程可归为以下步骤：首先，通过查看操作维护中心(OMC)话统、路测、呼叫质量拨打测试(CQT)测试、查看OMC告警等方法发现存在干扰问题的小区及载频；其次，依次对硬件问题干扰、系统内干扰和系统外干扰进行排查，定位引起干扰的原因；最后，根据不同的干扰原因采取相应措施解决干扰问题[1]。

2.2 GSM系统内干扰

GSM系统内部干扰包括直放站干扰和同、邻频干扰。

直放站干扰主要源于其自身的不规范安装，施主天线和用户天线间的隔离度较小，形成自激，进而干扰基站的正常工作或引起覆盖区通话质量差。

如前所述，GSM系统中采用频率复用，当使用相同频点的小区间的复用距离D相对小区半径R过小，即同频复用比D/R过小时，易引起同频干扰。假设小区是理想的正六边形小区，其基站使用全向天线，如果忽略阴影影响并假设所有基站的路径都一致，则图1所示表示最差情况时前向信道上的同频干扰[2]。假设所有的小区大小都相同，来自第一层的同频干扰小区数为1K，在传播环境中信号电平随距离是按γ次幂衰减的。则有：

图1 最差情况时的前向信道同频干扰状况

邻频干扰的大小取决于接收机中频滤波器的滤波能力以及发信机在相邻频道通带内的边带噪声。

2.3 GSM系统内干扰定位与排除

要解决网络中的干扰问题，改善通话质量，首先要发现干扰，确定干扰的位置，然后降低或排除干扰。在GSM系统中，可通过查看OMC话统、查看OMC告警、路测、用户申告等方法发现干扰源。干扰定位是干扰优化过程中最重要的环节，产生干扰的原因有多种，只有准确定位问题所在，才能有效解决干扰问题。

（1）检查OMC话统

GSM网络开通后，必须登记话音通道(TCH)、独立专用控制信道(SDCCH)、切换以及信道分配性能测量等话统任务。一般情况下，可通过检查OMC话统来发现并定位干扰：

1）查看关键性能指标(KPI)：掉话率、接通率、拥塞率等指标的突然恶化，表明该小区可能存在干扰。此时应检查该小区的历史操作记录，查看最近是否变更基站硬件及是否修改数据。干扰的出现是否与这些操作存在时间上的关联性。若此阶段没有数据调整，则干扰来自于硬件本身或网外干扰。首先应重点检查硬件是否存在故障；如果排除硬件故障后仍存在干扰，则重点检查是否存在网外干扰。

2）查看干扰带指标：基站收发器(BTS)利用一帧中的空闲时隙对其收发信机(TRX)所用频点的上行频率进行扫描，并统计到五级干扰带指标中，因此干扰带指标只反映上行频率是否存在干扰，如表1所示。

表1 干扰带电平分布

若某小区统计值主要分布于干扰带4、5中，则该小区很可能存在同频干扰；当干扰带3中有较大值时，则要提高警惕；而当统计值主要分布于干扰带1、2内时，存在干扰的可能性则不大[3]。

（2）检查OMC告警

在GSM系统中，也可通过OMC告警发现干扰，OMC告警平台能及时上报基站侧硬件故障，但从上报信息中无法判断移动台(MS)或其他基站是否存在潜在干扰。掉话率高、接通率低、切换成功率低等可能与设备故障有关，检查 OMC告警记录可以节约大量的判断分析时间，但 OMC告警大部分只针对硬件的硬故障，如 TRX彻底损耗无功率输出等，对于优化过程中的许多隐性故障，OMC告警平台并不上报。

（3）路测和CQT测试

路测是查找和定位干扰的有效方法，但路测只能查下行干扰。在具体实施时，有两种测试方法：一是空闲模式测试，可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；二是专用模式测试，可测量服务小区和邻区的信号电平、时间提前量 TA、接收质量等。

现行网络分析软件层出不穷，可利用这些软件的分析功能发现潜在干扰，并通过路测追踪验证。

CQT测试是指在重点场所或用户投诉的地方通过拨打测试，主观判断是否有断续、金属声或主被叫接入失败多等情况，所选的测试点的信号电平建议在-90 dBm以上。

（4）检查小区参数设置

某些小区参数如小区重选偏置(CRO)、切换门限、邻区关系等会对干扰产生影响。如若切换门限设置过高，将造成小区间切换困难，会导致轻微干扰；但若设置过小时，则会造成频繁切换，不仅增加掉话的几率，也增加了系统负荷，甚至会使基站控制器(BSC)死机。

根据上述定位结果分别调整，最后通过关键性能指标(KPI)指标、路测结果对干扰排除效果进行评估[4]。

3 GSM系统采用的抗干扰技术

GSM的抗干扰措施有：不连续发射、跳频、动态功率控制。当采用紧密复用后，必须采用跳频和动态功控技术。

3.1 跳频技术

在GSM系统中，跳频有基带跳频和射频跳频两种。基带跳频是通过腔体合成器来实现，多个发射机工作在各自固定频点，而在基带上将不同信道的信号按跳频序列切换到不同发射机上发送，实现跳频；射频跳频是通过混合合成器来实现，发射机的发射频率按跳频序列跳变。采用跳频技术可以起到频率分集和干扰源分集的作用。当业务量密集时，频率复用引起的干扰限制了GSM网络的容量，C/I值在呼叫过程中可能产生较大波动。移动台相对于基站位置及基站之间障碍物数量的不同将导致载波电平的差异，干扰电平的变化依赖于该频点是否被周边蜂窝的其他呼叫使用及干扰源距离、电平的变化。如果不使用跳频，某一频点出现干扰且用户占用该频点时会造成通话质量下降，而当使用跳频技术时，该干扰就会被该频点的其他呼叫分享，从而提高整网的性能[5]。

3.2 动态功率控制原理

动态功率控制分上行动态功率控制和下行动态功率控制，但两者的算法是一致的。上行和下行功率控制的目的分别是在保持充分好的C/I的前提下，增加同时通话的连接数量和同时通话的MS数量。当MS距离BTS较近时，若以过高的功率发射可能导致接收机饱和，MS的灵敏度下降，通话质量变差。而当MS的功率降低时，发生这种危害的可能性则较低[6]。

图2显示了 MS接收到的信号强度随着 MS与BTS之间的路径损耗变化而变化。当一个通话有较低路径损耗时，BTS以最小功率发射，此时如果MS接收到的信号强度超过其需要值，BTS也不再减小发射功率。相反地，当一个通话有较高路径损耗时，BTS以最大功率发射，此时如果MS接收到的信号强度依然较差，BTS也不再增大发射功率。

图2 BTS输出功率、MS接收功率与路径损耗的关系

图3 表明了BTS输出功率与信号接收质量的关系。当MS具有高通话质量时，BTS以低的功率发射；当MS具有低通话质量时，BTS以高的功率发射。

图3 BTS输出功率与信号接收质量的关系

计算基站不受限制时的功率控制命令：

式中，Pu为不受限制的功率等级；a为路径损耗补偿；b为质量补偿；BSTXPWR表示在非BCCH信道上的基站发射功率，在定位算法中用作参照点；SSDES为期望信号强度,单位是dBm，取负值。

表 3给出的仅是相关参数的默认值及取值范围，不是最优值，可在该取值范围内进行调整。

表3 下行动态功率相关参数的控制默认值及取值范围

表3中的主要控制参数：①SSDESDL：定义了MS希望收到的信号强度；②QDESDL：定义了希望收到的质量等级，要将其转换成dB值才能在算法中使用；③LCOMPDL：决定了在向质量调整的算法中，需补偿的路径损耗；④QCOMPDL：质量补偿的权重因子。

4 案例分析

在GSM网络中，低电平的载波信号易被同邻频干扰屏蔽，导致话音质量下降，产生MS接收电平虽好，接收质量却较差的情况，甚至会引起准备失败、分配失败、掉话等一系列严重影响网络指标和用户感知度的现象，使网络整体性能下降，用户感知度降低。这里以覆盖过远引起的同频干扰为例说明分析解决干扰问题的过程。

案例：以江门某地X1路与X2路交界处强信号质差故障为例，说明如何解决网络中存在的干扰，从而改善通话质量。

问题描述：在江门某地X1路与X2路的交界处，从A基站到B基站的路段，占用到江门某地某单位基站2个小区的信号，通话出现3到6级的质差，信号强度在-70 dBm左右。

问题分析：基站信号出现强信号质差常见的原因有：基站设备器件有故障；直放站、频点干扰；参数设置不当。

1）查看 OMC告警信息，没有发现硬件故障问题。

2）检查基站参数设置未发现异常情况。

3）检查江门某地某单位基站附近没有直放站。

4）对江门某地这两个小区基站的网络进行拨测，发现1020号频点对应的载波有3到6级质差，怀疑该频点受到干扰，再对该载波进行对调测试并无发现故障，初步判断为频点干扰，由于最近的有1020号频点的基站距离XX建筑也较远，较难确定。

5）对该区域进行扫频测试发现，江门某地 C站的1小区信号越过D站、E站，在江门某地X1路与 X2路交界处可以接收到较强信号，强度在-85 dBm左右,采样点信号强度以2、3强出现，覆盖距离为1.3 km左右，存在过覆盖。

解决方案：由于江门某地C站为美化天线，天线下倾不能很好地压制信号，故选择更换频点。

复测情况：复测路段，该路段强信号通话质差问题得到解决，通话质量良好。

结论：通常强信号质差是由硬件设备故障和干扰引起，所以先从这两方面入手，如换频点、降低发射功率等，尽量在不更动硬件的情况下解决问题。

5 结语

GSM网络是一个干扰受限的系统[7]，为了节省频率资源并满足更多的用户不断增长的业务需求，使现网设备性能达到最大化，必须要降低信道干扰，提高通信质量，从而改善网络的运行环境。这里从江门本地实际情况出发，结合案例，对干扰问题进行了一定的研究分析，但也有些细节研究的还不透彻，希望未来的网优工作者在这些细节上做出进步，为江门本地网络运行环境的改善做出贡献。随着科学技术水平的不断提高，新型干扰分析技术、智能天线、高性能设备等多种新技术、新设备应用到GSM无线网络中来[8-11]，为解决干扰等诸多问题提供十分有效的途径。

[1] 华为技术有限公司.GSM干扰分析指导书[M]. 深圳：华为技术有限公司，2008.

[2] 戴美泰,吴志忠,邵世祥，等.GSM移动通信网络优化—通信工程丛书[M].北京:电子工业出版社，2003.

[3] 罗小光.华为无线干扰分析[C]//第二届学术年会通信学会2006年学术年会.武汉：中国学术期刊电子出版社，2006:148-151.

[4] 凌金.GSM网络干扰分析与优化[D].北京：北京邮电大学，2009.

[5] 韩斌杰. GSM原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社，2003.

[6] Ericsson. User Description, Dynamic BTS Power Control[S].上海：爱立信(中国)通信有限公司，2000.

[7] 范秀丰.GSM网络干扰分析[C]//2009年中国联通移动网络规划与优化技术论坛论文集.牡丹江：邮电设计技术，2009:137-143.

[8] 戴沁芸，王允非.网络安全迎来3G时代[J].信息安全与通信保密，2010(05):34-37.

[9] 黄红兵,曹敦,吴志敏.GSM网络中干扰信号的识别方法[J].信息安全与通信保密，2007(04):47-48,51.

[10] 蒋学勤.对GSM的一种优化干扰法[J].通信技术, 2008,41(06):122-123,126.

[11] 许章禄,袁坚,谭京卫.GSM系统切换掉话的分析与优化方法[J].通信技术, 2009,42(01):222-224,227.