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移动通信
边境地区CDMA商用网络干扰抑制技术研究与实践
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-08  浏览次数:883

边境地区CDMA商用网络干扰抑制技术研究与实践

 

作者姓名:陈松 仲伟东

(作者单位:中国电信股份有限公司丹东分公司网络运行维护部 118000)

由于我国周边邻国较多,边界线较长,各邻国基于国家利益的角度考虑,往往不允许在其境内利用我方移动网络进行语音接入。在双方进行边境频率协调的过程中,难免会遭受到对方实施的单方面通信干扰,导致我方移动网络大面积瘫痪,进而影响人们的正常生产生活。本文针对商用CDMA网络的抗干扰技术进行了深入的研究,并结合实际通过大量实践给出了应对外来高强度通信干扰的解决措施。

关键词:窄带干扰、自适应滤波

1 背景

辽宁省丹东市是我国最大的边境城市,边境线较长,主城区与邻国隔江相望,相距较近。因此,双方的移动通信网络不可避免地都存在一定的越境覆盖问题。在漫长的频率协调进程中,邻国多次单方面开通针对我方CDMA网络的大规模上行干扰,导致受干扰期间市区及近郊CDMA网络近乎瘫痪,严重的影响了C网用户的正常使用,图1给出了我方受干扰期间283、201两个主要通信频点的受干扰情况,从图中我们可以清楚的看到两个具有极高能量的窄带干扰波准确的落入我方通信频点内。 为应对邻国的大规模通信干扰,最大限度的保障丹东地区C网用户的正常通信,迫切需要一种针对商用CDMA网络的干扰抑制技术。

 

 

图1 干扰期间沿江玫瑰广场测试点现场扫频图

2干扰抑制技术研究

我们知道直扩通信中的主要干扰威胁有:人为有意的非相关干扰、人为无意的非相关干扰、多址干扰及自然的多径干扰等。常规的定频通信干扰一般有窄带瞄准干扰(含单频)和宽带阻塞干扰两大类。所谓窄带瞄准干扰一般是指用一部窄带瞄准式干扰机干扰某个特定频道的定频通信。所谓宽带阻塞干扰一般是指采用一部或几部并列宽带阻塞式干扰机干扰某频段内所有频道的定频通信[1]。

通过以上定义,不难发现丹东市区CDMA网络所遭受的强干扰类型为窄带瞄准式干扰。这种方式的干扰尽管其载频可以做到与直扩通信的载频相同,但由于干扰信号与直扩信号不相关,干扰信号将被直扩接收机限幅或陷波,然后被“反直扩”而扩展,即只有一小部分干扰能量通过直扩接收通道,因此此类干扰的效果会受到削减,但如果窄带干扰功率足够大,将会强行阻塞直扩接收机,从而获得较好的干扰效果。

    从现场扫频图中可以看出,为达到瘫痪我方移动通信网络的目的,对方使用了高能量的窄带瞄准式干扰设备,扫频测试点侧接收到的底噪最大抬升为69dB(环境噪声为-120dBm)。该抬升值反映至朗讯基站的设备底噪应为-16dBm(朗讯基站的设备底噪正常值为-85dBm)。但优化人员从朗讯设备网管监测到丹东沿江一线基站的底噪值为-36.25dBm。说明强干扰的能量已远远超出了设备的可监测范围。因此,优化人员推断丹东市区的绝大部分基站由于受到高强度的窄带干扰信号,导致接直扩收机出现了阻塞的情况,无法正常解析具有相关性的直扩信号。从而导致丹东市区近2/3范围内的基站处于瘫痪状态。那么针对此类人为有意性的非相关干扰有哪些抑制措施呢? 

根据日常对邻国释放的干扰特点的分析我们发现,实际中带内的非相关窄带干扰有时是固定的,有时是随时间的变化而变化的。因此,针对这一特性,在对干扰波的抑制过程中需要在接收机前端扩展的频带内对窄带干扰实现实时的自适应滤波。由于此时通信信号频谱宽于干扰,对带内干扰的滤除实际上表现为对干扰的陷波。然而,如果想达到这一个目的需要解决两方面的技术问题:一是滤波器带内的陷波频点要随着干扰频点的变化而变化,最好是能滤除掉所有的带内干扰频率,这就要求窄带自适应滤波不仅应具有快速跟踪干扰的能力,而且要求滤除多个干扰频率的能力。二是即使做到了第一点,还要求滤波器在干扰频点处具有陡直的陷波特性,以减少有用信号能量的损失。但是,在干扰频点较多的情况下,尽管滤波器在干扰频点处的陷波特性很陡直,也会造成有用信号能量的较大损失,使得解扩后的时域相关峰值以及主峰值与其旁瓣的比值下降,在同样判决门限的条件下,误码率上升,进而影响基站的反向覆盖能力,导致反向覆盖范围大幅收缩[1] [2]。图2给出了窄带干扰对解扩性能的影响示意图。但由于现阶段的大规模通信干扰主要发生在城区范围内,基站分布相对密集,单站实际覆盖距离较短,因此,实施自适应滤波技术的基站反向覆盖范围收缩问题对网络质量的影响非常有限,所以,现阶段应对邻国瞄准式干扰的最佳方案是采用自适应滤波、陷波技术实现抗干扰,但比较遗憾的是目前各民用通信设备厂家未能提供针对此类技术的解决方案。

 

图2窄带干扰对解扩性能的影响

3 基于干扰能量衰减结合优化参数调整的抗干扰实践

在上节的研究中,我们知道了采用窄带瞄准干扰方式干扰直扩通信,虽由于干扰信号与直扩信号不相关,干扰信号将被直扩接收机限幅或陷波,然后被“反直扩”而扩展,只有一小部分干扰能量通过直扩接收通道,因此此类干扰的效果会受到削减。但由于本次干扰的强度极强,从而导致了直扩接收机的阻塞,影响了CDMA系统原本具有的抗非线性干扰性能的发挥。那么采用什么方式削弱朝方干扰的强度,尽可能的发挥CDMA系统“先天具备”的抗干扰特性呢?

    从图3.1我们可以了解到,由于遭受强干扰后解扩得到的相关峰无法超过判决电平,从而使系统未能有效的解析出有用信号,那么如果通过技术手段,进一步提高解扩后相关峰的电平值,使其能量值超过判决电平,那么在一定程度上将有效提高系统的接通率。

 

图3.1 基于能量衰减干扰抑制技术的原理图

因此,如需达到上述目标,技术上需解决以下两方面问题:

问题1:最大程度衰减窄带干扰能量;

问题2:有效提高终端反向接入能力;

为解决问题1提出的要求,根据非相关窄带干扰解决的方案,需要找到合适的自适应滤波、陷波器件,但实际中联系多方厂商及研发机构,均无法提供此类滤波、陷波器件。因此,优化人员根据方案的原理进行了一系列大胆的实验,根据现网配置的9224型基站结构构成,优化人员进行了以下2中实验:

实验1:上下行信号能量同步衰减实验

【实验目的】验证基站接收机是否因干扰强度过强导致阻塞

【实验内容】优化人员选取沿江受干扰最为严重的基站林江花园基站,在基站结构框图的数字1位置处,即天馈与滤波器之间安装了4个6dB的带宽为2.5G的无源衰减器。安装完毕后,通过OMP观测到的基站底噪均值在-40.75dBm左右,较现场实际扫频测试干扰值改善了近20dB。

 

图3.2 阿尔卡特朗讯9224型基站组成框图

与此同时,外场测试人员分别选取了实验小区覆盖方向的4处测试点进行了短呼CQT拨测实验,在安装衰减器前,优化人员已针对选取的4个测试点各进行了50次拨测,均无法成功,另外,为排除其他小区的影响,测试过程中优化人员暂时关闭了林江花园基站的其他两个非实验小区,测试结果见表3.1中第一组测试数据。从测试结果看以看出,试验小区覆盖区域内接通率得到了明显改善,其最远测试点的接通率也达到了74%,较之前0%的接通率,安装衰减器后的效果可见一斑,因此,从这一实验有力的证明了沿江一线受干扰期间无法起呼成功的主要原因为上行强干扰信号的高强度阻塞了我方基站的直扩接收机,从而导致解扩后的信号无法到达判决门限,进而解析失败。在该方法中,由于宽频段衰减器的安装位置位于天馈与滤波器端,因此,在对上行干扰信号能力衰减的同时,对下行的输出信号也进行了相应幅度的衰减,从而无法实现在邻国境内实现对我方通信频点压制的作用。所以,优化人员通过研究基站各模块间的功能进行了第2个实验。

实验2:仅针对上行输入信号进行能量衰减

【实验目的】保证下行覆盖的同时,尽可能的提高接通率

【实验内容】根据9224型基站结构,其接收的射频输入信号经过双工带通滤波器后,将上行825MHz-835MHz的信号送入LNA进行信号的低噪声放大处理,随后处理好的信号送入MCR进行解扩处理,而MCR则将射频信号转换为直扩数字信号。根据上述原理,优化人员将自制的24dB衰减器安装于LNA与MCR之间,达到了仅针对上行信号能量进行衰减的目的。

完成上述操作后,优化人员再次对实验小区覆盖区域进行了多点CQT拨测,测试结果见表3.1中第二组测试数据。从测试结果我们可以看到,按照实验2所给出的信号能量衰减方式,其实验结果并不理想,可以说几乎无明显改善。这又是为什么呢?通过优化人员的仔细思考,在遭受上行强干扰的情况下,基站的前反向链路已经变得极为不平衡,反向链路收缩明显,当优化人员再次对上行链路进行衰减后,导致了反向覆盖范围的进一步收缩,从而加剧了前反向链路的不平衡问题。因此,缓解前反向的不平衡问题,我们需要对终端用户反向链路的信号衰减进行一定的补偿。

我们知道接入阶段只有反向开环功控起作用,因此,根据开环功率的计算公式:

初始开环功率:IP = -73-Mean Input Power(dBm)+NOM_PWR+INIT_PWR

为实现对终端用户反向链路信号的补偿,可以通过提高NOM_PWR与INT_PWR参数实现。

根据现场试验,优化人员最终将沿江一线68个小区的NOM_PWR参数与INIT_PWR参数从0,0修改为5,8。修改后,优化人员再次安排了外场实验,测试结果见表3.1中第三组测试数据。

表3.1 干扰抑制方案外场测试结果


   从第3次外场实验结果可以看出,反向补偿后的接通率明显提高,最大限度提高了受到严重干扰基站的接通率,改善了用的使用感受。图3.3为6月16日凌晨修改开环功控参数前后全网早忙时无线系统接通率与寻呼成功率的变化趋势,从图中可以看出,修改后无线系统接通率指标与寻呼成功率指标得到明显提升。

 

图3.3 反向开环功控参数修改后关键无线指标变化趋势

通过实验2的方式在实现对市区内部频点压制的同时,最大限度的提高了沿江一线受干扰严重基站的接通率,改善了用户感受。

4 结论

本文提出的基于干扰能量衰减结合优化参数调整的方式提高干扰区接入成功率及改善通话质量的方法,虽无法与自适应滤波、陷波方法带来的干扰抑制效果相比,但该方法利用市场上现有的无源衰减器件结合参数调整,在对现网基站改动较小的情况下,快速的实现了强干扰影响的缓解最大限度的保障了强干扰状态下网络的畅通,对其他边境地区运营商类似的窄带强干扰问题提供了可实现的应对思路。

 

参考文献

[1] 姚富强. 通信抗干扰工程与实践. 电子工业出版社,2012,第二版,90-135

[2] 杨小牛. 关于军事通信抗干扰的若干问题-从通信对抗角度谈几点看法. 现代军事通信,2006(1)

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