電力無線專網(wǎng)的干擾分析*

孔為為 ，羅先南 ，劉乙召 ，賈 鵬 ，于佳倩 ，繆 勇

（1.南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），江蘇 南京 210000；2.南京大學(xué)，江蘇 南京 210000；3.國網(wǎng)天津市電力公司信息通信公司，天津 300010）

0 引 言

作為電力終端通信接入網(wǎng)的重要技術(shù)之一，無線公網(wǎng)及230M數(shù)傳電臺已在電力營銷、運(yùn)檢等業(yè)務(wù)系統(tǒng)中得到了大規(guī)模應(yīng)用。目前，很多省市公司已經(jīng)開展了3G/4G電力專網(wǎng)試點(diǎn)應(yīng)用，如WiMAX、McWILL及4G TD-LTE等。業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域包括傳統(tǒng)配用電業(yè)務(wù)和新型智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)等。無線通信在電力應(yīng)用取得一定成果的同時，存在的一些問題也逐步暴露[1-2]，其中干擾問題對網(wǎng)絡(luò)的性能影響尤為突出，甚至直接導(dǎo)致電力業(yè)務(wù)中斷。因此，迫切需要對電力系統(tǒng)中無線網(wǎng)絡(luò)干擾分析進(jìn)行深入研究。本文就1800M 4G TD-LTE無線專網(wǎng)應(yīng)用存在的干擾進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出網(wǎng)絡(luò)建設(shè)建議治方法。

1 785～1 805 MHz頻段時分雙工（TDD）方式無線接入系統(tǒng)，目前劃分為電力、能源及軌道交通等行業(yè)應(yīng)用，為行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用。

在緊臨邊緣頻段，GSM900/1800系統(tǒng)將1800M 4G TD-LTE電力無線專網(wǎng)構(gòu)成雜散干擾。臨近頻譜如圖1所示。

1800M 4G TD-LTE電力無線專網(wǎng)存在如下干擾。

（1）系統(tǒng)內(nèi)干擾：包括基站小區(qū)模3干擾和基站下掛終端對附近小區(qū)干擾。

（2）系統(tǒng)外干擾：包括1800 MHz系統(tǒng)外基站干擾和1 800 MHz上下頻率對本系統(tǒng)干擾。

無線頻譜資源是無線通信信道，無線通信干擾即無線頻譜被其他系統(tǒng)使用或干擾。一旦電力無線專網(wǎng)頻譜受到干擾，會對電力生產(chǎn)造成較大的負(fù)面影響[3-4]。在電力專網(wǎng)建設(shè)前，應(yīng)對該區(qū)域的無線環(huán)境進(jìn)行掃頻測試，并到無委會進(jìn)行報備；在后續(xù)應(yīng)用中檢測到干擾時，需對干擾小區(qū)進(jìn)行干擾分析。

在無線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)階段，需在基站側(cè)建立性能監(jiān)測任務(wù)，收集基站上行干擾數(shù)據(jù)，時長72小時。借鑒公網(wǎng)運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)，可設(shè)定以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）高于-120 dBm，即可判定為存在干擾；

（2）高于-110 dBm，認(rèn)為干擾使各項(xiàng)指標(biāo)開始惡化；

（3）高于-105 dBm，認(rèn)為干擾比較嚴(yán)重。

當(dāng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)干擾達(dá)到上述指標(biāo)后，需對干擾種類進(jìn)行定位分析。在電力無線通信中，常見的干擾包括阻塞干擾、互調(diào)干擾、雜散干擾和LTE網(wǎng)內(nèi)干擾4種。本文分別針對這4種干擾開展分析研究。

1 系統(tǒng)外干擾分析

1.1 阻塞干擾

1.1.1 阻塞干擾分析

阻塞干擾即電力專網(wǎng)基站設(shè)備收到系統(tǒng)外的的無線電設(shè)備發(fā)射的較強(qiáng)信號。對LTE 1800 MHz系統(tǒng)而言，阻塞干擾主要是運(yùn)營商的GSM900/1800及系統(tǒng)外同頻LTE基站系統(tǒng)帶來的。它的干擾特點(diǎn)如下：

（1）阻塞干擾受干擾電平、干擾源流量關(guān)聯(lián)大。干擾源流量越大、RRC連接數(shù)越大時，TD-LTE干擾越大。

（2）干擾基站天線與TD-LTE小區(qū)天線隔離度越小，干擾越嚴(yán)重，即干擾天線基站天線扇面是否包含了電力系統(tǒng)基站天線。

如某小區(qū)級干擾曲線圖與流量有著明顯的正相關(guān)性，如圖2、圖3所示。

圖2 阻塞干擾曲線

圖3 PRB級阻塞干擾

從小區(qū)級干擾可以看到該小區(qū)的干擾特點(diǎn)，凌晨時分干擾最小，是干擾源基站流量低的時候?？沙醪綄⒃撜军c(diǎn)初步定位為受到了GSM 900/1800基站的阻塞干擾。

1.1.2 阻塞干擾確認(rèn)

阻塞干擾即排除系統(tǒng)外同頻和相鄰頻道的泄漏干擾，可短時間閉站或降低同一基站相鄰扇區(qū)基站功率，隨后監(jiān)控疑似受干擾小區(qū)電平值來確認(rèn)。排除系統(tǒng)內(nèi)干擾后，可協(xié)調(diào)降低附近系統(tǒng)外基站功率，進(jìn)一步確認(rèn)干擾情況。

調(diào)整相鄰GSM900或系統(tǒng)外LTE基站小區(qū)階段性降低輸出功率，若干擾有規(guī)律地降低了，可以確認(rèn)是受到了同一個基站的阻塞干擾。

1.2 互調(diào)干擾

1.2.1 互調(diào)干擾分析

互調(diào)干擾即電力專網(wǎng)基站設(shè)備收到附近的無線電設(shè)備發(fā)射的互調(diào)信號。LTE 1800 MHz系統(tǒng)互調(diào)干擾主要為運(yùn)營商的GSM 900/1800產(chǎn)生干擾。它的干擾特點(diǎn)與前文分析的阻塞干擾一致。

小區(qū)受互調(diào)干擾曲線如圖4所示，PRB級干擾如圖5所示。

圖4 互調(diào)干擾曲線

圖5 PRB級互調(diào)干擾

從小區(qū)級干擾可以看到該小區(qū)的干擾特點(diǎn)，凌晨時分干擾最??；從PRB級干擾可以看出，該小區(qū)存在明顯干擾PRB有PRB93左右和PRB25左右。分析受干擾基站附近有GSM 900基站，頻點(diǎn)較多，BCCH頻點(diǎn)為69，TCH頻點(diǎn)為13/10?？梢耘袛?，TD-LTE扇區(qū)受到了GSM 900小區(qū)的二階互調(diào)干擾。

1.2.2 互調(diào)干擾確認(rèn)

可短時間閉站或降低基站功率，隨后監(jiān)控疑似受干擾小區(qū)電平值來確認(rèn)。排除系統(tǒng)內(nèi)干擾后，可協(xié)調(diào)降低附近系統(tǒng)外基站功率，進(jìn)一步確認(rèn)干擾情況。調(diào)整相鄰GSM 900/1800或系統(tǒng)外LTE基站小區(qū)階段性降低輸出功率，若干擾有規(guī)律地降低了，然后保持GSM 900/1800小區(qū)降低功率的同時又降低相鄰兩個GSM 1800小區(qū)輸出功率，有干擾較大的PRB波峰受到的干擾又提升了約3 dB，因此可以確認(rèn)是受到了同一個基站相鄰小區(qū)的互調(diào)干擾。

1.3 雜散干擾

1.3.1 雜散干擾分析

雜散干擾電力無線專網(wǎng)收到系統(tǒng)外無線系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散發(fā)射信號的干擾。雜散干擾直接影響無線系統(tǒng)的接收靈敏度。在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際排查過程中發(fā)現(xiàn)，雜散干擾主要來源于三個方面。

（1）中國移動GSM 1800 MHz基站的雜散干擾，下行頻段一直到1 870 MHz，很容易對F頻段的TD-LTE基站形成雜散干擾；

（2）中國電信的1G FDD-LTE基站，其下行頻段或者到1 870 MHz甚至到1 880 MHz，其雜散也很容易對F頻段TD-LTE基站形成干擾；

（3）E頻段（2 300～2 400 MHz）TD-LTE基站容易受到WLAN AP的雜散干擾。

某小區(qū)的小區(qū)級干擾電平曲線圖如圖6所示，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

圖6 雜散干擾曲線

1.3.2 雜散干擾確認(rèn)

通過網(wǎng)管可短時間閉站或降低同一基站相鄰扇區(qū)基站功率，隨后監(jiān)控疑似受干擾小區(qū)電平值來確認(rèn)干擾。雜散干擾站點(diǎn)的PRB干擾圖基本不受降功率影響，且該小區(qū)rb0～rb99所受干擾呈現(xiàn)“左高右低”平滑下降態(tài)勢，即受到了雜散干擾。

2 LTE網(wǎng)內(nèi)干擾分析

2.1 LTE網(wǎng)內(nèi)干擾分析

LTE網(wǎng)內(nèi)干擾指的是其他小區(qū)下的LTE終端帶來的干擾[5]。當(dāng)基站位置過高且天線下傾角較小時，在基站天線扇面方向有一定數(shù)量的LTE終端時，將受到下掛LTE終端信號干擾。

LTE網(wǎng)內(nèi)干擾與互調(diào)干擾都呈現(xiàn)多個干擾波峰，判斷的方法有以下三個[6-8]：

（1）干擾波形圖呈現(xiàn)多個干擾波峰狀；

（2）小區(qū)級干擾根據(jù)業(yè)務(wù)情況呈現(xiàn)忙閑特點(diǎn)，業(yè)務(wù)量大時，造成的干擾大；

（3）在降低同基站方向大致相同的LTE 1800 MHz基站功率時，LTE干擾大小沒有變化，變化的只是被干擾的PRB（有時甚至變大），而LTE 1800 MHz互調(diào)干擾，其干擾的PRB一般固定。

（4）基站一般位置較高、天線下傾角較小且視野開闊。

2.2 LTE網(wǎng)內(nèi)干擾確認(rèn)

同站點(diǎn)有LTE基站的，降低同扇區(qū)LTE基站輸出功率10 dB輪詢PRB進(jìn)行對比[9-11]。降低同扇區(qū)基站下行輸出功率后，還是存在多個大小相近的干擾波峰，只是位置有所改變，就可以判定為LTE網(wǎng)內(nèi)干擾。

3 電力無線專網(wǎng)干擾整治方法

3.1 阻塞干擾整治方法

（1）在受干擾TD-LTE基站上安裝相應(yīng)頻段的濾波器。

（2）增加系統(tǒng)間的物理隔離度，如升高干擾源基站或受干擾基站的天線高度，使其從水平隔離變?yōu)榇怪备綦x。

（3）將受干擾的TD-LTE RRU更換為抗阻塞能力更強(qiáng)的RRU[12-14]。

3.2 互調(diào)干擾整治方法

（1）將干擾源基站天線與受干擾TD-LTE基站天線由水平隔離改造為垂直隔離，其隔離度一般能提升10 dB以上。

（2）干擾源基站和被干擾基站天線在水平距離達(dá)到2 m以上，或本就是垂直隔離的情況下，可將干擾源基站天線更換為二階互調(diào)抑制度更高的天線。

3.3 雜散干擾整治方法

（1）通過增大TD-LTE基站天線與干擾源基站天線系統(tǒng)間的隔離度，以達(dá)到降低干擾的目的。一般可以將水平隔離改為垂直隔離。

（2）通過在干擾源基站加裝帶通濾波器降低雜散干擾。

3.4 LTE網(wǎng)內(nèi)干擾整治方法

（1）降低天線掛高。

（2）增加天線下傾角，下傾角的調(diào)整可根據(jù)目前天線的下傾角、天線掛高、受干擾強(qiáng)度和干擾次數(shù)進(jìn)行綜合分析。

4 電力無線專網(wǎng)干擾案例分析

以Y市為例，在基站側(cè)提取最近一周上行干擾指標(biāo)，顆粒度為天。上行干擾統(tǒng)計參見表2。

表2 上行干擾統(tǒng)計

由圖7可知，干擾在-95 dBm以上的干擾占比很高，達(dá)到85.84%，說明頻段內(nèi)的干擾很嚴(yán)重，需要干擾排查。

圖7 上行干擾統(tǒng)計

段內(nèi)干擾排查順序：

（1）通過關(guān)閉附近的基站小區(qū)，觀察受干擾小區(qū)干擾情況進(jìn)行判斷，判斷其是否為系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外干擾。

（2）若是系統(tǒng)外干擾，通過調(diào)整受干擾小區(qū)天線方向，觀察天線小區(qū)干擾信號強(qiáng)度，確認(rèn)干擾源方向，并利用掃頻儀進(jìn)行定點(diǎn)排查。

（3）若是系統(tǒng)內(nèi)干擾，需調(diào)整基站工參等信息，消除干擾。

經(jīng)上述干擾排查方法，分析為系統(tǒng)內(nèi)干擾，后通過調(diào)整天線傾角和方向，干擾得以減輕。

5 結(jié) 語

本文基于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本原理，對電力系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的掃頻測試、干擾分析、告警處理、覆蓋優(yōu)化等方面進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了一種適用于電力系統(tǒng)的TD-LTE無線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，并以實(shí)際案例為背景，通過干擾確認(rèn)和處理分析，確認(rèn)了干擾類型并進(jìn)行了優(yōu)化處理，從而驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案的可行性。該網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案為電力終端通信接入網(wǎng)運(yùn)維及推廣應(yīng)用提供了一定的技術(shù)支撐和參考。