杂散干扰导致TD-LTE系统切换成功率低的解决策略研究

曹庭松，范海健

(1.大唐移动通信设备有限公司 培训中心，北京 100083；2.苏州市职业大学 电子信息工程学院，江苏 苏州 215104)

杂散干扰导致TD-LTE系统切换成功率低的解决策略研究

曹庭松1，范海健2

(1.大唐移动通信设备有限公司 培训中心，北京 100083；2.苏州市职业大学 电子信息工程学院，江苏 苏州 215104)

为解决TD-LTE系统中由于杂散干扰导致的切换成功率低问题，围绕切换成功率指标、切换流程、杂散干扰成因、杂散干扰特征等理论知识，分析TD-LTE系统切换成功率低问题的定位流程、杂散干扰的排查和确认流程，提出对应的杂散干扰消除和杂散干扰规避的问题解决策略，并通过实际工程案例验证杂散干扰规避对于快速定位和消除杂散干扰导致的系统切换率低有显著效果.

TD-LTE系统；切换成功率；杂散干扰

中国移动TD-LTE大规模网络建设已经接近一年半，经过这段时间的密集建设，在网基站数量突破65万台，到2015年底预计达到100万台.现已形成2G/3G/4G基站共存的局面，系统间干扰的概率也大幅提升.系统间干扰是影响TD-LTE网络性能发挥的重要问题，系统间干扰包括杂散干扰、阻塞干扰、互调干扰、邻频干扰等.由于目前DCS1 800频段下行带宽为1 805～1 880 MHz，中国移动现网目前下行频率使用在1 830 MHz左右，多数主设备厂家的双工器带宽一般都为75 M带宽.现网应用中，发现干扰信号频段实际延伸到1 890频段，但是由于F频段实际采用的频段为1 880～1 920 MHz，所以，在F频段内经常产生较强的杂散信号.由于TD-LTE属于硬切换系统，这些杂散干扰信号直接导致系统切换率受到极大的影响，面对现网存在的这种现状，解决TD-LTE网络存在杂散干扰导致的切换成功率低下的问题已成为一个重要的课题.

1 理论综述

1.1 TD-LTE系统杂散干扰

中国三大运营商所建设的几乎每一张无线网络均是世界范围最大的网络，导致目前的无线网络环境异常复杂，每个系统都将面临各种各样的无线干扰影响，同样，对于TD-LTE无线网络也不例外.根据目前无线环境的实际情况，TD-LTE无线网络所面临的干扰主要包含2G/3G网络对TD-LTE网络的杂散干扰、阻塞干扰、互调干扰，此外还有其他无线电设备，如终端信号屏蔽设备带来的外部同频干扰.具体的干扰分类如表1所示.

由于TD-LTE系统的F频段与干扰源系统的频率异常接近，所以F频段受到的杂散干扰最多.杂散干扰产生的原因一般是由于发射机中的滤波、功放、混频等器件工作特性非理想化，会在工作带宽以外较宽的范围内产生辐射信号分量(不包括带外辐射规定的频段)，包括电子热运动产生的频率转换产物、热噪声、寄生辐射、各种谐波分量以及发射机互调等.3GPP就把这部分信号归类为杂散辐射，杂散干扰的带宽分布较为广泛，其他资料也称其为宽带噪声(wideband noise).

表1 TD-LTE系统干扰类型

杂散干扰有4个特征：

1) 小区级干扰平均干扰电平曲线一般较为平直.

2) 干扰源基站天线与TD-LTE小区天线隔离度越小，干扰越严重.仅通过工参信息无法得知系统间天线隔离度大小，但可以从天线高度和天线水平方位角大致了解天线隔离度.

3) 物理资源块(physical resource block，PRB)级干扰呈现的特点是频率靠近干扰源发射频段的PRB更容易受到干扰，且干扰电平值呈现左高右低或左低右高的频谱特性，即靠近干扰源频段的PRB受到的干扰较大且平滑降低.

4) 如果干扰源是基站，则干扰源基站话务量越大，TD-LTE基站受到的干扰越大[1-2].受到干扰小区PRB轮询频谱特征如图1所示.受到杂散干扰的小区其小区级干扰曲线图较为平直，波动一般在1 dB左右；而受到低于自身频段的杂散干扰的站点的PRB干扰图基本不受降功率影响，同时该小区RB0-RB99所受干扰呈现“左高右低”或者“左低右高”平滑下降/上升态势，一般可以确认是受到了其他基站的杂散干扰[3].

图1 受杂散干扰小区PRB干扰波形图

1.2 TD-LTE切换成功率

切换(handover)是移动通信系统的一个非常重要的功能，作为无线链路控制的一种手段，切换能够使用户在穿越不同的小区时保持连续的通话.切换成功率是指所有原因引起的切换成功次数与所有原因引起的切换请求次数的比值.切换的主要目的是保障通话的连续性，提高通话质量，减小网内越区干扰，为UE用户提供更好的服务.

切换成功率是移动保持类的重要指标之一，按照涉及的网元关系可以分为ENB内切换成功率、ENB间(包括X2切换和S1切换)切换成功率.切换成功率的高低，直接影响用户感受，是运营商重点考核的KPI指标之一.切换成功率主要通过话务统计结果获得，推荐的公式为ENB间切换成功率=(ENB间S1切换出成功次数+ENB间X2切换出成功次数)/(ENB间S1切换出执行请求次数+ENB间X2切换出执行请求次数)×100%，ENB内切换成功率=ENB内切换出成功次数/ENB内切换出请求次数×100%.

1.3 杂散干扰与TD-LTE切换成功率关系

在TD-LTE系统的切换过程中，终端从源小区接收到RRC重配置命令后，将到目标小区完成此次RRC重配置.切换过程中，终端完成RRC重配置信令流程如图2所示.

图2 RRC重配置信令流程

在发送RRC重配置完成前，终端需要到目标小区完成接入过程，这一过程需要用PRACH信道发送接入信息，如果目标小区存在杂散干扰，则终端在PRACH信道上发送的接入信息可能无法被基站解调，造成终端在目标小区接入失败，从而导致本次切换失败.如果问题持续无法得到解决，则小区的切换成功率指标将大大低于服务质量要求.

2 杂散干扰导致的切换成功率低的问题排查及解决策略

2.1 杂散干扰导致切换率低问题的定位排查方法

现网应用中对于切换率低的问题定位方法一般采用2∶8原则，即全网切换率低的80%问题，主要发生在20%的小区上.实际执行时，一般对全网KPI进行统计分析，挑选出切换率低的TOP N小区，然后对TOP N小区逐一进行分析排查、定位，并制定相应的解决措施，这样就能解决全网切换率低的问题.

杂散干扰导致的切换成功率低问题定位流程如图3所示.

当通过定位流程基本确定本小区的切换成功率低问题由杂散干扰导致，需要进一步确认干扰源，而实际工作中对干扰源的最终确认则需要对干扰源进行筛选，如图4所示.

具体执行流程为通过站点信息表对于全网小区查找是否有2G共站情况，TD-LTE小区是升级还是新建站点；通过对忙闲时段的话务信息进行线性分析，如果干扰情况随话务的提升而变大，则对共站址的GSM900或者DCS1800小区功率分批次进行调整，使用频谱仪继续对干扰波峰情况进行观察，根据干扰特性判定干扰类别是二阶互调干扰还是阻塞干扰；若小区为新建TD-LTE站点，同时干扰随话务提升而呈正相关变化趋势，则可判定为网内干扰；如果干扰不随话务提升呈正相关变化，同时小区级干扰较为平直，对PRB轮询时干扰波形呈“左高右低”或“左低右高”特性时，则可定位为杂散干扰.

图3 杂散干扰导致的切换成功率低问题定位流程

2.2 杂散干扰导致的切换成功率低问题解决策略

对于杂散干扰导致的切换成功率低问题，在定位确认问题后，解决措施主要是消除杂散干扰源、规避杂散干扰源两类方案.

1) 消除杂散干扰源策略.一是通过调整隔离度来消除干扰源.增大受干扰的TD-LTE小区天线与干扰源小区天线系统间的隔离度，达到降低干扰的目的，通常可以将水平隔离改为垂直隔离.二是通过滤波器消除干扰源.在干扰源小区加装带通滤波器来实现降低杂散干扰的目的.目前某运营商甲主流的DCS 1 800 MHz基站落在F频段的杂散指标普遍较差，经测试，约有56%的设备杂散指标不达标，会对F频段TD-LTE造成较大的干扰.为避免不达标设备的杂散干扰，建议新建基站全部采用垂直隔离，垂直隔离度一般大于70 dB，可以较好地解决某运营商甲自身DCS 1 800 MHz基站带来的杂散干扰.如果无法使用垂直隔离消除DCS 1 800 MHz基站的杂散干扰，就必须在DCS 1 800 MHz基站上安装带通滤波器，滤波器对F频段的抑制能达到50 dB以上，可以抑制杂散信号干扰F频段TD-LTE基站[4].

2) 规避杂散干扰源策略.实际网络优化工作中，对于干扰源采取消除策略往往不具备可操作性，或者操作方案周期长、花费大，可以根据切换的理论基础，通过调整PRACH信道的位置来规避干扰源，快速规避杂散干扰带来的影响.一般存在杂散干扰的小区通过OMC统计IOT所生成的干扰图呈现特征如图5所示.实际操作时，可以看到作为切换接入的关键信道PRACH刚好处于不可接受的杂散干扰底噪区域内，如果将PRACH频域偏移设置为可接受的杂散干扰区域范围之外，虽然没有本质上消除杂散干扰，但是，让系统的正常规则巧妙地规避杂散干扰带来的影响，从而实现切换成功率的提升.

图5 杂散干扰小区干扰图特征工程案例验证

3 应用实例

2014年1月在D公司负责建设的现场LTE网络KPI统计中发现全网切换成功率快速降低，指标已经低于公司98.5%基准线要求，如图6所示.

3.1 问题定位确认

根据问题定位排查方法与TOP N分析法，快速筛选出了切换指标异常的TOP小区，其中小区“晋宁一乘驾校-DLH-2号”发生大量的基站切换失败，该小区对应时间段的切换成功率远低于基准指标要求，如图7所示.

图6 2014年1月全网切换成功率

图7 2014年1月问题小区切换成功率

下一步需要定位切换成功率低的问题是由本小区还是其他小区问题导致.进一步统计时间段内切换失败事件结果，发现失败集中在“晋宁一乘驾校-DLH-2号”向PCI=142的小区出现大量切换现象，如图 8所示.

通过查询发现PCI=142为“晋宁一乘驾校-DLH-3号”小区(该小区是问题小区旁边的一个小区)，该问题属于基站内切换失败.同时发现，问题小区(“晋宁一乘驾校-DLH-2号”)向其他小区的切换成功率没有异常，所以，可以判断问题小区的切换成功率低是由对方小区导致.为了进一步定位目标小区的问题，对目标小区(“晋宁一乘驾校-DLH-3号”小区)的切换信令进行分析，发现手机在接入到目标小区时，反复通过PRACH信道发送“RRM_RBC_DEDI_PREAMBLE_SER (RRM-＞RRM)”信令尝试接入，但是一直未成功，可以初步判断，该信号是由于干扰问题导致信号没有被基站正常解析，手机反复在PRACH信道向小区发送尝试接入信令.信令情况如图9所示.

图9 切换目标小区PRACH信道解析异常

为了进一步核实本小区的干扰类型，通过操作维护中心(OMC)对“晋宁一乘驾校-DLH-3号”的干扰噪声(interference over thermal，IOT)生成图进行分析，出现杂散干扰的典型特征，通过特征分析，发现“晋宁一乘驾校-DLH-3”小区明显存在上行干扰，干扰噪声图形特征在100个PRB中，前半段PRB的底噪有抬升，后半段PRB的底噪在可接受范围之内，符合杂散干扰的底噪图形“左高右低”的特征，至此，可以判定本小区受到了杂散干扰，干扰导致了其他小区向该小区切换时，该小区无法正确解析移动终端通过PRACH信道向该小区发送的尝试接入信令，而本区域内又无其他小区可以作为目标小区，所以，在该区域出现了大量的切换失败现象.

3.2 问题解决

为了解决杂散干扰的问题，可以通过消除干扰源和规避干扰源两种策略应对.在实际操作中，消除干扰源，会涉及到大量的工程施工和对其他系统的改造，需要耗费大量的人力物力，所以，对于现场的这类问题，建议通过规避干扰源的策略进行应对.

对于D公司现场无线网络参数的设置，主要参照《LTE无线网络和业务参数标定手册》进行约定设置.目前公司将PRACH频域偏移设置为7，即PRACH信道从PRB6开始占用6个PRB，通过前述分析，这个区域刚好受到杂散干扰的影响，该小区(“晋宁一乘驾校-DLH-3号”)的PRB7及后续6个PRB的底噪受杂散干扰影响较高，手机在此范围的PRB上发送PRACH信道信息，基站自然很难正确地解析.为了实现对干扰源的规避，必须将PRACH信道的频域位置在PRB33及以后.

在实际操作过程中，需要对系统中所有上行信道进行综合考虑.在TD-LTE系统中上行信道分别是PUCCH、PUSCH、PRACH、PRACH，信道频域位置的设置与PUCCH信道频域有关，且秉承两个原则：第一，不能与PUCCH信道频域位置发生重叠冲突；第二，要分布在PUCCH频域位置附近，不能破坏PUSCH的独立性，以保障用户数据的传输调度.

当前D公司的PRACH频域偏移设置为7，即排在PUCCH占用的PRB0至PRB6之后，从PRB7开始占用.如果PRACH向后半段移，同样需要考虑PUCCH的位置.更改前上行信道分布如图10所示.

在TD-LTE系统中，PUCCH使用跳频传输，即前半段与后半段所占位置完全相同.上行信道的一头一尾均为PUCCH使用，所以PRB93至PRB99被PUCCH占用.PRACH可以使用PRB87至PRB92这一段范围，于是决定将问题小区(“晋宁一乘驾校-DLH-3号”)的PRACH频域偏移改为87，这样既可以满足规避杂散干扰的需求，又可以满足系统对于上行信道位置的规定，更改后上行信道分布如图11所示.

图10 切换目标小区默认上行信道位置分布

图11 切换目标小区调整后上行信道位置分布

3.3 实施策略效果验证

2014年1月27日完成调整，为了验证实施效果，对问题小区的最近一周切换成功率低问题进行了分析，分析结果如图12所示.通过指标统计，发现从28日开始，本小区的切换成功率达到了99%的挑战值，已经完全正常，问题得到彻底解决.

图12 2014年1月问题小区一周切换成功率

4 结论

本文通过理论分析，对TD-LTE系统切换成功率低的问题定位流程、杂散干扰的成因、判断方法进行系统阐述.根据杂散干扰的特点给出了解决杂散干扰导致的系统切换成功率低问题的二种解决策略，并且从TD-LTE系统协议、行业应用实际情况的角度提出通过调整上行信道频域位置的杂散干扰规避策略来解决现场遇到的问题，这种策略不仅很好地解决了实际问题，更重要的是，相比传统的干扰消除策略，可以节约大量的人力、物力和财力，并且由于本策略完全通过系统软件执行，为快速解决现场问题奠定了坚实基础.在移动运营商大规模的4G系统建设和优化过程中，由于客观存在非常复杂的无线网络环境，杂散干扰影响网络质量的情况大量存在，本文的研究成果为后续TD-LTE网络中由于杂散干扰导致的切换成功率低的问题快速定位、快速处理提供了理论依据及实际操作方法，具有一定的推广及借鉴意义.

对于TD-LTE系统中切换成功率低问题，目前存在多种原因，其中杂散干扰导致的问题是目前阶段经常遇见的根源，对于这些干扰类问题的定位目前基本还基于通过技术工程师现场指标提取、分析，根据工程师的个人经验并结合一定的理论基础来处理这些问题.由于复杂的网络环境出现大量的干扰而导致的切换成功率低等一些列网络问题，虽然本文的方法对于定位和处理这类问题提供了理论支撑和可操作性强、效果良好的思路和方法，但是，毕竟这种方法还需要通过工程师的大量分析并需要具备较强的理论和经验才能完成问题的处理，处理方法还处于初步阶段，对于杂散干扰而导致的切换成功率低等网络质量问题的处理需要通过自动化工具实现这类问题的自动监控、自动分析、自动预警，以实现“智能的网络维护”目标，后续将结合现实网络的实际情况及进一步积累的经验，展开对问题定位算法的研究，通过开发特定的软件工具，实现“智能网络”的目标.

[1] 屈晓光. TD-LTE干扰分析[J]. 科技致富向导，2015(5)：276-279.

[2] 俞兴明. TD-LTE的抗系统内干扰设计及优化[J]. 苏州市职业大学学报，2015，26(2)：26-28.

[3] 李俊利. 面向TD-LTE的干扰排查[D]. 北京：北京邮电大学，2011.

[4] 何枫，曹东旭，蔡海波，等. TD-LTE网络F频段系统间干扰的排查方法研究[J]. 信息通信，2013(8)：206-207.

(责任编辑：沈凤英)

Strategy Research for Solution of TD-LTE Low Success Rate of Handover Caused by Spurious Emission Interference

CAO Ting-son1，FAN Hai-jian2
(1.Training Center，Datang Mobile Communications Equipment Co.，Beijing 100083，China；
2.School of Electronic Information Engineering，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China)

To solve low success rate of handover caused by spurious emission interference in TD-LTE system，this article analyzes problem positioning process，investigation and confirmation process of spurious emission interference by handover success rate index，procedure，origin of spurious emission interference and its feature. It also provides solutions to eliminate or avoid spurious emission interference.With actual engineering case，the solution proves that avoiding interference has evident effects on quick positioning and eliminating low success rate of handover caused by spurious emission interference.

TD-LTE system；low success rate of handover；spurious emission interference

TP317.4

A

1008-5475(2015)03-0013-07

2015-05-07；

2015-06-01

苏州市科技计划资助项目 (SZP201310)

曹庭松(1980-)，男，四川西昌人，高级工程师，主要从事移动通信、物联网应用研究.