一種基于時(shí)域信號分析的TDD系統(tǒng)失步檢測方法*

李行政，張冬晨，丁舒亞，徐曉燕，王首峰

（1.中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司研究所，北京 100080；2.中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司北京分公司，北京 100038）

一種基于時(shí)域信號分析的TDD系統(tǒng)失步檢測方法*

李行政1，張冬晨1，丁舒亞2，徐曉燕1，王首峰1

（1.中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司研究所，北京 100080；2.中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司北京分公司，北京 100038）

在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中會出現(xiàn)由于設(shè)備故障等因素導(dǎo)致部分基站失步問題，從而造成對同天面及鄰近區(qū)域TDD網(wǎng)絡(luò)的干擾。為了快速發(fā)現(xiàn)并定位失步干擾，提出了一種基于時(shí)域信號分析的失步干擾檢測方法，該方法不僅可以定位運(yùn)營商內(nèi)部TDD系統(tǒng)失步造成的同頻干擾，也可以用于檢測同一地理區(qū)域不同運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)間失步造成的鄰頻干擾。

時(shí)域信號 干擾檢測 TDD系統(tǒng) 失步

1 引言

同步是TDD技術(shù)的基礎(chǔ)，部署在同一區(qū)域的TDD網(wǎng)絡(luò)需要嚴(yán)格的時(shí)間同步，否則將出現(xiàn)嚴(yán)重的基站間干擾問題。3GPP TS 36.133對TDD系統(tǒng)同步技術(shù)提出了嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)要求，要求宏蜂窩TDD系統(tǒng)各小區(qū)同步精度小于3 μs。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括美國的GPS系統(tǒng)、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯的Glonass以及歐洲的Galileo，以上全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均可提供小于100ns的授時(shí)精度?；贕PS的同步是目前在TD系統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的同步方案。部署在同一地理位置的運(yùn)營商的TDD基站可通過安裝GPS衛(wèi)星接收系統(tǒng)，統(tǒng)一將時(shí)間精準(zhǔn)同步為GPS主鐘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步與幀頭對齊，保證無線網(wǎng)絡(luò)中所有運(yùn)營商的TDD基站間的同步。

同一運(yùn)營商內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)失步將造成對附近基站大面積的干擾，必須保證嚴(yán)格的時(shí)隙同步。另外，我國已經(jīng)對2.6GHz頻段進(jìn)行分配用于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其中中國聯(lián)通獲得2 555—2 575MHz頻段，中國移動獲得2 575—2 635MHz頻段，中國電信獲得2 635—2 655MHz頻段。為了規(guī)避由于系統(tǒng)間失步造成的干擾問題，多家運(yùn)營商的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)嚴(yán)格按照工信部無函[2013]517、518、519文件，執(zhí)行以下條例：使用上述頻率部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)與其他電信運(yùn)營商鄰頻使用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)保持時(shí)隙同步和時(shí)隙配比一致。

基于GPS技術(shù)的同步示意圖如圖1所示：

圖1 基于GPS技術(shù)的同步示意圖

但由于GPS接收機(jī)收到有用信號功率低，抗干擾能力弱，因此經(jīng)常受到突發(fā)外部干擾而無法獲取準(zhǔn)確的時(shí)間。另外，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中會出現(xiàn)的設(shè) 備故障等因素也會造成部分基站失步問題。為了有效完成失步檢測、規(guī)避干擾，本文提出一種基于時(shí)域信號特征定位失步的方法，可用于定位TDD網(wǎng)絡(luò)的上行干擾原因是否由失步引起。

2 根據(jù)信號時(shí)域特征的失步檢測方法

對于同時(shí)隙配比的TDD系統(tǒng)而言，失步包含2種情況：超前失步和滯后失步。在TDD系統(tǒng)受到失步干擾時(shí)，干擾小區(qū)的下行發(fā)射落入受干擾小區(qū)的上行時(shí)隙，在使用頻譜分析儀進(jìn)行時(shí)域測量時(shí)（Zero Span模式）可發(fā)現(xiàn)受干擾小區(qū)的“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間受到壓縮，小于GP+UpPTS+連續(xù)上行子幀（或時(shí)隙）占用的時(shí)間?？傮w來說，可根據(jù)“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間是否受到壓縮來定位干擾是否由失步引起。

2.1 TD-LTE失步干擾檢測方法

TD-LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，每個(gè)無線幀長度為10ms，其由2個(gè)半幀構(gòu)成，每個(gè)半幀長度為5ms。每個(gè)半幀又由4個(gè)長1ms的子幀（每個(gè)子幀包含2個(gè)常規(guī)時(shí)隙）和DwPTS、GP、UpPTS這3個(gè)特殊時(shí)隙組成。DwPTS和UpPTS的長度是可配置的 ，并且要求DwPTS、GP和UpPTS的總長度為1ms。

圖2 TD-LTE幀結(jié)構(gòu)類型（切換點(diǎn)周期為5ms）

TD-LTE支持5ms和10ms的上下行子幀切換周期。若該上下行子幀切換周期為5ms時(shí)，則特殊子幀存在于每個(gè)半幀中；若該周期為10ms時(shí)，則特殊子幀僅存在于第一個(gè)半幀中。目前TD-LTE支持7種上下行子幀配置方式，如表1所示。其中，“D”和“U”分別表示該子幀分配給下行或上行傳輸；“S”表示用于傳輸DwPTS、GP和UpPTS的特殊子幀。

表1 TD-LTE上下行子幀配置

目前TD-LTE支持10種特殊子幀配置方式，每種特殊子幀配置下GP+UpPTS的持續(xù)時(shí)間如表2所示：

表2 TD-LTE特殊子幀配置

以子幀配置2、特殊子幀配置5為例，上下行時(shí)隙配比為“DSUDDDSUDD”，特殊時(shí)隙配比采用3:9:2的配置方式。由理論計(jì)算可知，該配置下每個(gè)周期內(nèi)的“下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間為D+D+D+DwPTS的持續(xù)時(shí)間，為3.21ms；每個(gè)周期內(nèi)“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間GP+UpPTS+U=1.79ms。若通過后臺網(wǎng)管的底噪（NI值）分析發(fā)現(xiàn)小區(qū)存在底噪抬升，可在外場受干擾嚴(yán)重站點(diǎn)的天面或其覆蓋區(qū)域通過頻譜分析儀對TD-LTE的時(shí)域信號進(jìn)行分析，若“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間小于1.79ms，則可基本確定該小區(qū)底噪抬升的原因?yàn)槭艿绞Р礁蓴_。

在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中會出現(xiàn)由于設(shè)備故障等因素造成的部分基站失步問題，當(dāng)2.6GHz頻段TD-LTE網(wǎng)絡(luò)疑似受到其他運(yùn)營商TD-LTE網(wǎng)絡(luò)失步干擾時(shí)，也可采用本文提出的時(shí)域信號分析方法進(jìn)行定位，如圖3所示。對疑似受干擾站點(diǎn)進(jìn)行上站干擾排查，測量TD-LTE設(shè)備帶外泄露功率的時(shí)域特征，即使用頻譜分析儀分別對2 575MHz頻點(diǎn)及2 635MHz頻點(diǎn)的信號進(jìn)行時(shí)域分析，判斷時(shí)域信號的“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間特征是否與理論分析的信號特征吻合。

圖3 2.6GHz頻段不同運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)失步時(shí)域檢測示意圖

（1）若2 575MHz頻點(diǎn)時(shí)域信號“非下行時(shí)隙”的持續(xù)時(shí)間與理論分析不吻合，則干擾原因?yàn)橹袊苿拥腡D-LTE與中國聯(lián)通TD-LTE失步；

（2）若2 635MHz頻點(diǎn)時(shí)域信號“非下行時(shí)隙”的持續(xù)時(shí)間與理論分析不吻合，則干擾原因?yàn)橹袊苿拥腡D-LTE與中國電信TD-LTE失步。

2.2 TD-SCDMA失步干擾檢測方法

TD-SCDMA的幀長10ms，分成2個(gè)5ms子幀，這2個(gè)子幀的結(jié)構(gòu)完全相同。如圖4所示，1個(gè)子幀含6 400chips（CDMA碼片），分為7個(gè)常規(guī)時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙，其中每個(gè)常規(guī)時(shí)隙含864chips，特殊時(shí)隙含352chips，包括DwPTS（下行導(dǎo)頻時(shí)隙，96chips）、GP（保護(hù)時(shí)隙，96chips）和UpPTS（上行導(dǎo)頻時(shí)隙，160chips）。

圖4 TD-SCDMA各時(shí)隙長度

7個(gè)常規(guī)時(shí)隙中，TS0總是分配給下行用于承載廣播及下行控制信息，而TS1總是分配給上行鏈路，主要承載上行控制信息；剩余5個(gè)時(shí)隙被轉(zhuǎn)換點(diǎn)2劃分給上行和下行。顯然，TD-SCDMA系統(tǒng)每5ms子幀均有2個(gè)上下行時(shí)隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)（GP處的轉(zhuǎn)換點(diǎn)1和轉(zhuǎn)換點(diǎn)2）。

目前，TD-SCDMA全網(wǎng)均配置為2:4（TS1、T S 2上行，T S 3—T S 6下行），因此其“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間GP+UpPTS+連續(xù)上行子幀，即0.075+0.125+2×0.675=1.55ms。若通過后臺網(wǎng)管的底噪（ISCP值）分析發(fā)現(xiàn)該小區(qū)存在底噪抬升，可去外場通過頻譜分析儀對TD-SCDMA的時(shí)域信號特征進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間小于1.55ms，則可基本確定該小區(qū)底噪抬升的原因?yàn)槭艿绞Р礁蓴_。

3 失步干擾排查實(shí)例

在F頻段（1 880—1 900MHz）干擾排查過程中，某城市發(fā)現(xiàn)大面積TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)受到干擾，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。通過網(wǎng)管提取TD-SCDMA受干擾小區(qū)的ISCP數(shù)據(jù)，選擇干擾最嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行排查。首先使用頻譜分析儀對F頻段（1 880—1 900MHz）進(jìn)行頻域分析，發(fā)現(xiàn)存在寬帶信號，從頻譜特征分析為TD-LTE信號。如圖5所示：

圖5 F頻段（1 880—1 900MHz）頻域信號示意圖

關(guān)閉干擾嚴(yán)重區(qū)域的TD-SCDMA基站，對TD-LTE信號進(jìn)行時(shí)域分析，發(fā)現(xiàn)“下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間約為3.3ms，“非下行時(shí)隙”持續(xù)時(shí)間約為1.7ms，TD-LTE信號的時(shí)域特征符合上下行時(shí)隙配比1:3、特殊時(shí)隙3:9:2的配置，排除由于TD-LTE上下行時(shí)隙配置及特殊時(shí)隙配置不對而造成的失步干擾問題。如圖6所示：

圖6 TD-LTE時(shí)域信號示意圖

開啟TD-SCDMA基站，對配置的9437號載波的中心頻點(diǎn)（1 887.4MHz）位置進(jìn)行信號時(shí)域分析，發(fā)現(xiàn)上行時(shí)隙時(shí)間僅為1.091s，小于TD-SCDMA系統(tǒng)兩個(gè)上行時(shí)隙的時(shí)間間隔，最終判定干擾原因?yàn)門D-LTE系統(tǒng)失步造成對TD-SCDMA上行時(shí)隙的干擾。如圖7所示：

圖7 受失步干擾后TD-SCDMA時(shí)域信號示意圖

后經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)該TD-LTE基站為F頻段試驗(yàn)基站，試驗(yàn)結(jié)束后未及時(shí)關(guān)閉且出現(xiàn)失步問題，因而造成對附近區(qū)域F頻段TD-SCDMA基站的干擾。關(guān)閉TD-LTE小區(qū)后，從網(wǎng)管后臺統(tǒng)計(jì)TD-SCDMA系統(tǒng)F頻段載波的ISCP值恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

同步技術(shù)是TDD網(wǎng)絡(luò)健康運(yùn)營的基礎(chǔ)，失步將造成嚴(yán)重的有害干擾。本文基于TD-SCDMA或TD-LTE制式幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種基于時(shí)域信號分析的失步干擾檢測方法。該方法不僅可以定位運(yùn)營商內(nèi)部TDD系統(tǒng)失步造成的同頻干擾，也可以用于檢測同一地理區(qū)域不同運(yùn)營商TDD網(wǎng)絡(luò)間失步造成的干擾。

[1] 3GPP TS 36.133 V12.1.0. Requirements for Support of Radio Resource Management[S]. 2013.

[2] 3GPP TS 36.211 V12.3.0. Physical Channels and Modulation[S]. 2014.

[3] CCSA TC5 WG8. 鄰頻帶多家運(yùn)營商部署TDD系統(tǒng)的共存實(shí)現(xiàn)方案及頻譜管理策略研究[R].

[4] 李小文. TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)、信令及實(shí)現(xiàn)[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2003.

[5] 李世鶴. TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2009.★

李行政：工程師，碩士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司研究所，主要從事移動通信網(wǎng)絡(luò)干擾分析、頻率規(guī)劃等方面的工作。

張冬晨：高級工程師，博士畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司研究所，主要從事移動頻率規(guī)劃、頻率分配、干擾研究等方面的工作。

丁舒亞：助理工程師，畢業(yè)于重慶郵電大學(xué)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司北京分公司，主要從事信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)與咨詢工作。

陳其銘：高級工程師，博士畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司，長期從事移動通信網(wǎng)絡(luò)無線新技術(shù)研究和測試工作。

毛劍慧：高級工程師，博士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)任職于中國移動通信有限公司研究院，長期從事TD-LTE新技術(shù)研究和測試工作。

A TDD System Non-Synchronization Detection Method Based on Time-Domain Signal Analysis

LI Xing-zheng1, ZHANG Dong-chen1, DING Shu-ya2, XU Xiao-yan1, WANG Shou-feng1

(1. Division of Research, China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2. China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing Branch, Beijing 100038, China)

Non-synchronization of partial base stations due to equipment failure in network operation often results in interference to TDD network in adjacent region. In order to quickly detect and locate non-synchronization, a nonsynchronization interference detection method based on time domain signal analysis was proposed in this paper. The method is able not only to locate the co-channel interference resulted from operator’s TDD system nonsynchronization, but to detect adjacent-channel interference due to non-synchronization of different operators in the same geographic region.

time-domain signal interference detection TDD system non-synchronization

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.08.011

TN929.5

A

1006-1010(2015)08-0051-05

李行政,張冬晨,丁舒亞,等. 一種基于時(shí)域信號分析的TDD系統(tǒng)失步檢測方法[J]. 移動通信, 2015,39(8): 51-55.

國家科技重大專項(xiàng)課題“后IMT-Advanced移動通信技術(shù)及發(fā)展策略研究”（2013ZX03003016）

2015-02-15

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn