古炳松 李曉輝

【摘要】隨著無線通訊市場(chǎng)的快速發(fā)展，工信部于2015年3月公布了“寬帶中國”2015年專項(xiàng)行動(dòng)，新建4G基站超過80萬個(gè)，用戶數(shù)已超過5億，4G網(wǎng)絡(luò)已基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，標(biāo)志著我國移動(dòng)通信正式進(jìn)入4G時(shí)代。尤其是近年來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量要求越來越高。為此，運(yùn)營(yíng)商投入巨資，部署了大量各種制式的無線網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)半徑也越來越小，網(wǎng)絡(luò)底噪不斷抬升，干擾問題也越來越復(fù)雜，嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)，加大了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化的負(fù)擔(dān)。本文正是針對(duì)上行干擾問題進(jìn)行深入研究，并將建模用軟件程序?qū)崿F(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】 4G 上行干擾 大數(shù)據(jù)挖掘 波形識(shí)別 ArcGIS 定位

前言：干擾問題排查和解決都是極其復(fù)雜且專業(yè)性較強(qiáng)的，本文基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、波形識(shí)別技術(shù)，通過深度分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將網(wǎng)絡(luò)測(cè)量報(bào)告MR，掃頻數(shù)據(jù)，以及地理數(shù)據(jù)相結(jié)合，將網(wǎng)絡(luò)中受干擾的小區(qū)在實(shí)際的地理環(huán)境中精確呈現(xiàn)，定位出干擾類型及干擾源所處位置，大大提高4G網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)智能化水平，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。

一、常見干擾類型

3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）項(xiàng)目是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為核心的。對(duì)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(shí)域和頻域進(jìn)行劃分，形成最小的傳輸塊（RB）。每個(gè)RB在時(shí)域上對(duì)應(yīng)0.5ms，頻域上對(duì)應(yīng)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(diào)干擾等類型，產(chǎn)生上述干擾的主要因素包括頻率因素、設(shè)備因素和工程因素。建立干擾波形數(shù)字化模板

將四類主要上行干擾類型的波形特征進(jìn)行數(shù)字化處理，用于建立判斷模型。

1.1雜散干擾

由于發(fā)射機(jī)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(nèi)產(chǎn)生輻射信號(hào)分量，包括熱噪聲、諧波、寄生輻射、頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)物和互調(diào)產(chǎn)物等落入受害系統(tǒng)接收頻段內(nèi)，導(dǎo)致受害接收機(jī)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(qiáng)度較大的干擾信號(hào)在接收機(jī)的相鄰頻段注入，使受害接收機(jī)鏈路的非線性器件產(chǎn)生失真，甚至飽和，造成受害接收機(jī)靈敏度損失，嚴(yán)重時(shí)將無法正常接收有用信號(hào)，稱之為阻塞干擾。

1.3諧波干擾

由于發(fā)射機(jī)有源器件和無源器件的非線性，在其發(fā)射頻率的整數(shù)倍頻率上將產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波產(chǎn)物。當(dāng)這些諧波產(chǎn)物正好落于受害系統(tǒng)接收機(jī)頻段內(nèi)，將導(dǎo)致受害接收機(jī)靈敏度損失，稱之為諧波干擾。

1.4互調(diào)干擾

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的發(fā)射信號(hào)通過非線性電路時(shí)，將在多個(gè)頻率的線性組合頻率上形成互調(diào)產(chǎn)物。當(dāng)這些互調(diào)產(chǎn)物與受害接收機(jī)的有用信號(hào)頻率相同或相近時(shí)，將導(dǎo)致受害接收機(jī)靈敏度損失，稱之為互調(diào)干擾。

二、應(yīng)用快速模板匹配波形識(shí)別算法分離干擾源

應(yīng)用快速模板匹配波形識(shí)別算法波形特征提取三步曲：

2.1波形的向量處理

在檢測(cè)波形、字符檢測(cè)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(duì)于每個(gè)數(shù)字波形W，可以采用含有m個(gè)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(diǎn)的幅值，并且相鄰兩元素間的時(shí)間間隔Δt相等。

因此對(duì)于10個(gè)數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的波形都有其獨(dú)有的特征向量xi，可以作為輸入信號(hào)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(hào)幅值呈正負(fù)分布，可能使信號(hào)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(duì)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(dāng)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(shí)i即為輸入波形所對(duì)應(yīng)的數(shù)字，達(dá)到了自動(dòng)識(shí)別的目的。

從上面的分析可以看出只要每個(gè)數(shù)字波形的向量模板確定，輸入波形只要做簡(jiǎn)單的處理即可進(jìn)行匹配。每個(gè)數(shù)字波形進(jìn)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(duì)波形向量化處理的起始位置和終止位置相同，否則識(shí)別的效果會(huì)有偏差。

三、大數(shù)據(jù)挖掘之多維度歸一干擾源定位判別方法

利用多種測(cè)量數(shù)據(jù)（MR＼路測(cè)數(shù)據(jù)＼掃頻數(shù)據(jù)）和高精度3維地理信息數(shù)據(jù)，采用射線跟蹤無線傳播模型，準(zhǔn)確查找網(wǎng)內(nèi)外各種類型的干擾，避免了單一數(shù)據(jù)反映干擾問題的局限性，增強(qiáng)干擾定位的全面性，干擾定位精度可達(dá)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(xiàn)有網(wǎng)優(yōu)干擾分析大部分是基于二維地圖，分析得到的結(jié)果都是基于理想狀態(tài)下得到的，沒有充分考慮地理上物體阻擋的及信號(hào)的穿透損耗等特質(zhì)，使分析結(jié)果與實(shí)際情況并不十分吻合。本文采用了ArcGIS的三維場(chǎng)景地理信息，ArcGIS具有許多三維地圖分析的優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)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(jìn)行小區(qū)級(jí)干擾定位。

1、通過TCP導(dǎo)入現(xiàn)網(wǎng)基站GIS信息，結(jié)合傳播模型和三維地圖，對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體的覆蓋和干擾進(jìn)行預(yù)測(cè)仿真。

2、根據(jù)小區(qū)間的切換數(shù)據(jù)，計(jì)算兩小區(qū)間的相關(guān)程度，再結(jié)合頻率信息，計(jì)算切換干擾系數(shù)，查找路面上（切換主要發(fā)生在路面移動(dòng)區(qū)域）干擾嚴(yán)重的小區(qū)。

3、利用4G的路測(cè)數(shù)據(jù)（包括TEMS測(cè)試、鼎力自動(dòng)路測(cè)、掃頻數(shù)據(jù)），通過PCI和經(jīng)緯度結(jié)合，修正干擾情況，提升干擾定位精度。

4、利用MR測(cè)量，AOA（方位角）＼TADV（距離）＼ RIPPRB（每RB干擾電平）＼ ReceivedIPower（小區(qū)接收干擾電平），查找統(tǒng)計(jì)上被嚴(yán)重干擾和對(duì)其它小區(qū)干擾嚴(yán)重的小區(qū)。

5、對(duì)MR數(shù)據(jù)和話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)結(jié)合分析，查找覆蓋良好的下行質(zhì)差（可能存在頻率干擾）的問題小區(qū)和覆蓋差同時(shí)質(zhì)差（弱信號(hào)質(zhì)差）的問題小區(qū)。

6、通過MR數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確的定位外部干擾源、直放站或室內(nèi)分布系統(tǒng)有源器件噪聲干擾等上行干擾。

四、結(jié)束語

目前業(yè)內(nèi)的干擾定位技術(shù)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(wǎng)優(yōu)人員查處干擾源的效率。而本文所研究的內(nèi)容，通過軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)上述業(yè)內(nèi)未解決的波形分離與定位問題，能極大程度輔助優(yōu)化工程師提升工作效率，快速解決干擾問題，為移動(dòng)用戶提供良好的網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)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(nèi)容的研究，希望能夠拋磚引玉，以更好地提升LTE網(wǎng)絡(luò)性能。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 中國移動(dòng)通信有限公司， TD-LTE系統(tǒng)間干擾排查與規(guī)避指導(dǎo)手冊(cè). 2013.3.

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

[3] 湯國安，ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程，科學(xué)出版社，2012.