CDMA无线通信系统的干扰管理
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