降低轨道场景多系统合路互调干扰的研究

摘 要

本文主要通过降低POI合路分布场景干扰，来提升轨道交通5号线用户感知，分别从合路平台优化、关键器件性能改善、施工流程及工艺、设备功率模型、外部因素等多方面分析优化，将成果应用在轨道交通5号线后，多系统合路的互调干扰得到大幅降低，相关的成果在后续的轨道环线建设中得到实践证明，在缩短工程建设周期和完善网络质量的同时，有效提升了用户感知，进一步巩固联通优质的品牌形象。

关键字

轨道交通、POI合路、干扰、施工流程

概述

重庆轨道交通5号线一期北段工程是重庆市轨道交通第二轮建设规划的线路，运营里程为16.42千米，均为地下站，共10座车站，全天客流量高达4万人次。中国联通重庆分公司通过对轨道场景网络及过会感知现状分析，提出通过优化合路平台、改善关键器件性能、施工流程及工艺标准化、设定设备功率模型、外部因素精准识别等方式来降低系统内干扰，从而提升用户感知。

轨道场景专网干扰现状分析

2.1轨道场景的电联共享方式

轨道内民用通信采用双路覆盖，需求频段为移动GSM900、移动TD-LTE（E）、联通WCDMA、联通FDD-LTE (1.8G)、联通FDD-LTE (2.1G)、电信800M、电信FDD-LTE (1.8G)，同时为移动DCS 1800、移动TDD-LTE (F)、移动TDD-LTE (A)、移动TDD-LTE (D)、电信FDD-LTE (2.1G)预留端口。因此，本次项目采用10频POI进行合路，其组网图如下：

图1 POI合路组网

2.2轨道场景多系统合路的互调干扰现状

轨道5号线运营开通以来，互调干扰严重，严重影响了网络质量及用户感知，4G干扰比例30.33%， 3G干扰比例13.11%。

表1 干扰现状统计

2.3轨道场景多系统合路的互调干扰源分析

表2 互调干扰计算

注：②代表二次谐波干扰   ③代表三阶互调干扰  ⑤代表五阶互调干扰

从上表可见：

1）联通FDD 1.8G 受到移动DCS与电信1.8G的三阶互调干扰和电信C网的二次谐波干扰

2）联通WCDMA受到移动DCS、电信1.8G、移动E频段的三阶互调干扰。

2.4互调干扰对用户感知的多维度分析

2.4.1 基于典型场景的现场数据测试分析

表3 DT测试数据

在覆盖、质量和容量相当的情况下，RSSI越高，上行速率越低，流媒体播放时延越长。

图2 速率与RSSI变化趋势

4G上行干扰对上行速率影响最为明显，在覆盖、质量和容量相当的情况下，随着RSSI的提升，上行平均速率呈明显下降趋势，且随着负荷的抬升，上行平均速率对RSSI更为敏感。

2.4.2 基于大数据工具的用户感知关键KPI分析

底噪与端到端感知数据分析

图3 页面响应时长与RSSI变化趋势

当RSSI>-90dBm时，页面响应时长和视频初始缓冲时长均明显恶化。

图4 接通时延与RSSI变化趋势

随着RTWP的抬升， 3G端到端接通时延会变长。

RSSI与系统指标分析

图5 上行感知速率与RSSI变化趋势

随着RSSI的抬升，上行感知速率呈明显下降趋势，且对边缘用户影响更大。

图6 接入切换与RSSI变化趋势

RSSI>-95dBm，接入成功率和切换成功率开始下降。RSSI>-90dBm，指标恶化明显。

图7 PRB利用率与RSSI变化趋势

随着PRB资源利用率的抬升，RSSI会有6~8dB的抬升。

轨道场景多系统合路干扰降低的方案与实施

3.1多系统合路中干扰的关键因素

表4 影响用户感知关键因素

3.2 多系统合路干扰降低的方案实施过程

3.2.1 共建共享模式的多系统合路平台优化

1）调查分析

图8 合路平台示意

互调干扰是由多个频段在同一系统中相互作用产生的，若通过组网方式的优化频段组合，使得干扰源和被干扰频段相互分离，可以消除互调干扰的影响。

5号线联通3G干扰源分析：

表5 3G干扰源

针对影响联通3G的频率组合，将影响联通3G的干扰频段通过分缆方式分离，从而消除互调干扰影响。

2）实施方案

WCDMA RRU通过后台配置一发一收，将上下行进行分缆，使上下行物理隔离，则移动E频段和联通W下行产生的互调干扰无法通过上行通道被RRU接收，从根本上消除互调干扰。

图9 组网方案优化

3）实施效果

重庆联通组织将轨道5号线共计122个WCDMA RRU进行上下行分缆，分缆前7个高于-100dBm的3G干扰RRU，分缆实施后全部低于-100dBm，3G干扰完全消除。如下：

图10 3G RRU RTWP分布

3.2.2 基于多系统合路平台的关键器件性能改善

1）调查分析

POI互调抑制性能分析：

表6 POI互调抑制性能分析

不同运营商的通信系统通过POI实现信号合路和功分；

POI与信源设备距离最近，互调抑制性能要求最高；

POI的二阶和三阶互调抑制性能必须达到-150dBc@2×43dBm，才能避免系统间网络干扰,但考虑到轨道场景环境因素，应增加5dB，建议调整为-155dBc@2×43dBm

漏缆互调抑制度分析：

上行底噪高因两个或多个不同下行频率，当信号输入到非线性电路时，由于非线性器件的作用，会产生很多谐波和组合频率分量，引起网络上行干扰。

POI的损耗一般为5dB左右，不同厂家差异不大。

当POI的二阶和三阶互调抑制性能必须达到-150dBc@2×43dBm，则漏缆的二阶和三阶互调抑制性能必须达到-150dBc@2×43dBm。

2）制定标准

根据轨道场景多系统合路的现状及分析结果，就主要器件POI及漏缆提出了性能指标要求：

（1）POI

表7 POI性能指标

（2）漏缆

表8 漏缆性能指标

3.2.3 共建共享模式下的施工流程及工艺标准化

1）调查分析

从5号线幸福广场站某断点漏缆测试结果，可以看出同样的材料，测试结果差别很大。

图11 幸福广场站测试

针对测试指标只有-111.4dBc的漏缆，通过逐级摸排发现，POI到漏缆的跳线接头存在毛刺。

图12 跳线接头问题

确定问题点后，将跳线接头重新制作后，互调值达到-148.7dBc。

图13 处理后互调值

后台查询干扰RSSI从-86dB降低至-95dBm

表9 RSSI干扰对比

通过现场大量测试可以看出，施工工艺对分布系统整体抗干扰能力有直接影响。

2）固化流程

经过多次排查处理，总结施工工艺排查流程如下：

图14 POI流程

3）实施效果

经过5个月对5号线的干扰处理，累计完成153个干扰通道处理，处理后互调干扰均达到指标。

3.2.4 多系统合路平台下设备功率模型的设定

1）调查分析

一般认为互调干扰产物随信号源功率增大而明显增加,一般信号功率增加1dB,互调产物往往增加3dB。

现网多系统合路站点小区发射功率主要集中在22mw~98mw之间（22mw、33mw、44mw、45mw、49mw、66mw、87mw、98mw），每个功率值随机选取10个无告警、状态正常小区，共80组数据制作散点图。

图15 功率与RSSI分布

随功率增大，天线口RSSI呈现离散趋势，功率大小与干扰强度为正相关。

选取一多系统合路站点FZBCX1713轨5线两江幸福广场站-54，其平均干扰噪声功率为-105dB左右，通过对其功率进行调整验证功率对干扰的影响：

图16 功率为8mw时，干扰噪声功率-119dBm

图17 功率为17mw时，干扰噪声功率-107dBm

图18 功率为32mw时，干扰噪声功率-101dBm

当功率提升时，干扰噪声随之增大

2）实施方案

互调干扰产物随信号源功率增大而明显增加,一般信号功率增加1dB,互调产物往往增加3dB，同时考虑到POI及漏缆的互调制度通常是在43dBm时才能达到相应的-155dBc互调抑制能力，因此建议将5号线所有运营商设备功率控制到43dBm，即20W以内。

3）方案应用

为了控制轨道5号线的互调干扰，三家运营商协商一致，将5号线三家运营商共计427台RRU设备功率调整至20W，最终达成一致完成功率修改，同时对2018年后开通的轨道线路RRU功率控制在20W以内。

3.2.5 针对轨道场景外部因素的精准识别及实施

1）调查分析

通过理论分析，无线信号通过天线等发射出来，在天线发射口若存在金属物直接阻挡，天线口功率较大的无线信号无法得到有效扩散，随即金属物反射后被天线接收，会导致RSSI抬升引起干扰，故搭建实验环境，验证不同金属物靠近天线前后，互调值的变化。

单天线测试

图19 单天线测试现场

表10、单天线测试数据

铝板平放于天线旁

 

图20 铝板平放于天线测试现场

表11铝板垂直放于天线旁

铝板垂直放于天线旁

图21 铝板平放于天线旁测试现场

表12 铝板平放于天线旁测试数据

铁块接近天线0.5m

图22 铁块接近天线0.5m测试现场

表13 铁块接近天线0.5m测试数据

铁块紧挨天线

图23 铁块紧挨天线测试现场

表14 铁块紧挨天线测试数据

通过金属物体靠近天线前后的互调值变化情况得出，当天线发射方向存在金属物阻挡时，互调干扰电平会有不同程度的抬升，可判断信号阻挡会影响互调干扰大小。

2）实施方案

对轨道5号线全线漏缆周围环境进行排查，发现站台区域漏缆从广告牌后穿过，无线信号从漏缆发射后随即遇到金属广告牌阻挡，反射后从漏缆接收回RRU，导致干扰增大。

图24 轨道现场

因此制定以下广告牌区域无线整改方案：

漏缆端门处接负载

图25漏缆端门连接

3）实施效果

针对广告牌区域的金属物阻挡漏缆引起的高干扰，梳理5号线共计11个干扰RRU进行方案整改，在漏缆端门处接负载，处理完成后全部达标。

图26广告牌干扰分布

3.3互调干扰关键因素判别及方案实施后效果

经过多轮测试，识别出多系统合路中干扰关键因素的影响程度情况如下：

统计轨道5号线2018年全年影响用户感知的干扰指标情况如下：

4G干扰

经过优化，轨道5号线平均干扰下降明显，从30.2%下降至9.8%，指标改善明显，用户下载速率感知得到明显提升。

图27 5号线干扰变化趋势

注：统计比例为4G -95dBm＜RSSI干扰值

3G干扰

轨道5号线实施WCDMA收发分缆后，干扰得到彻底消除，用户通话感知得到彻底改善。

图28 W干扰对比

表15  5号线干扰分布

轨道场景多系统合路互调干扰研究的总结

本次针对轨道场景多系统合路互调干扰的系统性研究通过对轨道场景项目的组网方式、器件性能、施工工艺、设备功率、环境因素等多方面系统化研究探索和实践应用，从根本上控制上了多系统合同产生的互调干扰，提升了用户感知；优选出轨道场景最合理的组网方式，更新了行业内此场景的器件选型标准，并形成了一套完成的对应施工规范，为该类项目建设提供了有效的、实施性强的、可复制的系统性解决方案。

课题组从规划设计、技术管理及项目管理三个方面入手，确保了管理创新成果与实施的双落地，避免了运营商在轨道场景重复建设所造成的资源浪费，并且节省了TCO成本、提升了TTM周期。

表16 经济效益：轨道线路TCO统计

参考文献

1、华为技术公司   《GSM无线网络规划与优化》  人民邮电出版社

2、William C.Y. Lee 《移动通信工程理论与应用》 人民邮电出版社

3、何林娜《数字移动技术》  机械工业出版社