基于接收路径失衡检测的天馈系统隐性故障诊断方法

孙自强 谢宏才 李仁杰



基于接收路径失衡检测的天馈系统隐性故障诊断方法

孙自强 谢宏才 李仁杰

（中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司）

针对传统天馈系统隐性故障排查方法存在的问题查出难、排查周期长等问题，提出一种基于接收路径失衡检测的天馈系统隐性故障诊断方法。首先，基于分集接收的工作机理，提出以接收路径失衡作为故障诊断特征的方法；其次，利用天馈系统中的RX-PIS模块，检测周期时间内平均接收信号强度差值及其数量，实现天馈系统隐性故障诊断；最终，分别应用本文RX-PIS方法与爱立信公司的FFAX方法进行天馈系统隐性故障诊断实验分析。结果表明：RX-PIS故障诊断方法的准确率为71.4%，约为FFAX（准确率46.4%）的1.5倍，有效地提高了天馈系统隐性故障的发现效率与准确性。

天馈系统；在线检测；隐性故障；FFAX

0　引言

天馈系统负责移动通信网络信号的接收与发送，其性能严重影响网络质量和客户感知[1]。目前，越来越多的应用需对天馈系统进行干扰排查、质差排查、隐性故障排查等性能验证，其中隐性故障排查对天馈系统性能保障具有重要意义[2-3]。传统天馈系统隐性故障排查方法存在问题查出难、排查周期长等问题[4]。其中最常见的FFAX（Find Faulty Antenna eXpert）方法通过在CS业务下提取测量报告中的结果数据，并以载波为单位计算上行两路分集接收路径的偏差情况（电平平均差值、方差、样本数、错误指示），然后根据天馈图自动给出排障的指导意见。FFAX方法能有效发现天馈反接、馈线损耗、天线阻塞或未连接等天馈安装配置的问题，但该方法需增加其他硬件设备，且原有天馈系统难以利用FFAX方法来解决传统排查问题查出难、排查周期长等问题[5-8]。针对这一情况，本文分析分集接收与FFAX原理，基于其与基站的天馈系统检测机制存在共性，提出基于接收路径失衡检测（RX Path Imbalance Supervision，RX-PIS）的天馈系统隐性故障诊断方法。

1　天馈系统隐性故障诊断技术

GSM网络采用分集接收技术，在若干支路上接收载有同一信息且相关性很小的信号，然后通过合并技术将各支路信号合并输出，大大降低了接收终端深衰落的概率，改善无线网络环境中的瑞利衰落现象[9]。分集接收技术中常见的分集方法包括：空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集和分量分集等[10]。目前移动通信基站的天馈系统通常使用空间分集或极化分集，其中极化分集由于能节省天线数量及空间资源而应用更为广泛。极化分集中的手机发射信号经过无线环境作用形成多种方式极化后，会同时被基站同一物理天线中两幅极化方式互相正交（±45°）的逻辑天线所接收，当其中一路受到干扰时，另一路仍可正常接收。

由于平均信号强度的差异理论上只由瑞利衰落影响程度不同而产生，而基于瑞利衰落影响的随机性，从长期统计的角度来看，正常情况下分集接收的两路射频通路在一个相对较长的时间内所计算出的平均信号强度差异性较小。当两个天线接收支路的差异很大时，就说明至少有一路存在性能问题，需要上站排查。根据此原理，FFAX通过对全网每一块支持该功能的TRX的两路上行接收电平进行测量，计算出平均差值和标准差，然后根据差值的大小进行故障判断。

分集接收及FFAX原理图如图1所示，当有MS发起接入请求时，如果BSC允许接入，则BSC会通过信令“信道激活”让BTS准备相应的信道资源，同时“FFAD指示”信息会包含在该信令消息中，然后BTS会在每个测量报告周期提交FFAD报告给BSC。

2　基于RX-PIS的故障诊断方法

2.1 RX-PIS机理

RX-PIS功能通过计算不同接收路径的平均信号强度差值来识别接收天线的性能。表1为FFAX与RX-PIS的详细对比分析表。可看出，在查出隐性故障方面RX-PIS比FFAX更具优越性。

2.2基于RX-PIS的天馈系统隐性故障诊断方法

基于RX-PIS的天馈系统隐性故障诊断方法通过检测平均接收信号强度差值、计算的样本数来判断天馈系统是否存在隐性故障，若在一个检测周期内，平均接收信号强度差值高于2级门限且计算的样本数足够，则可认为天馈系统存在隐性故障，基站会主动上报故障告警。

RX-PIS的检测计算过程主要包括：1) 测量数据以5分钟为单位被收集并附加到日志中；2) 计数器“Total number of measurements”和“Total Imbalance Sum”对新附加到日志的测量数据中“测量样本数”、“平均偏差”数值进行累加；3) 计数器“Total number of measurements”和“Total Imbalance Sum”减去超出检测时间（Supervision Window Size）的过期日志数据中对应的“测量样本数”、“平均偏差”数值，然后把“Total Imbalance Sum”除以“Total number of measurements”得出平均差值；4) 判断“Supervision Window elapsed time”是否已等于“the Supervision Window Time”且测量样本数是否满足最低要求，当满足所有条件时则触发相应的告警。

RX-PIS的检测计算过程各关键诊断参数的设置依据包括：1) 平均接收信号强度差值1级限值（Class 1 Alarm）：当平均接收信号强度差值高于此门限时，关闭该通道的所有发射机（包括接收平衡的发射机），考虑可靠性，不启用该功能。2) 平均接收信号强度差值2级限值（Class 2 Alarm）：当平均接收信号强度差值高于此门限时，只上报告警，不关闭发射机。对于天馈经过电桥合路不平衡的小区，必然存在大于3 dB的差值，则将门限值设为6 dB；对于非天馈合路、合路平衡的小区，将门限值设为3 dB。3) 检测时间（Supervision Window Time）：当时间大于等于此值时才会上报告警。目前运营商定义的忙时有6个，主要的连续忙时为早忙时（8：00~13:00）和晚忙时（18:00到21:00）2个时段。故将检测时间设为3小时，以充分利用整段连续忙时，使检测结果稳定可靠。4) 样本数的最低要求（Minimun Number of Sample）：当样本大于等于此值时才会上报告警。为提供故障诊断依据，必须保证测量样本数为1500个，则样本数的最低要求为4500个。

表1　FFAX与RX-PIS的详细对比分析

按上述方法设置RX-PIS参数输入如图2所示的基站本地维护软件中，即可实现天馈系统隐性故障诊断。

3　试验验证

在现有移动通信网络中应用本文的RX-PIS与FFAX故障诊断方法进行隐性故障排查，RX-PIS与FFAX天馈系统故障诊断效果如表2所示，其中RX-PIS与FFAX分别发现问题小区21个、28个，经现场检测确认，RX-PIS方法的故障诊断准确率为71.4%，约为FFAX的1.5倍，有效地提高了天馈系统隐性故障的发现效率与准确性。

图2　Path Imbalance Supervision参数设置界面

表2　RX-PIS与FFAX天馈系统故障诊断效果对比

4　结论

本文基于分集接收的工作机理，提出以接收路径失衡检测为基础的天馈系统隐性故障诊断方法，利用天馈系统中的RX-PIS模块对检测周期内平均接收信号强度差值及其数量进行检测，以排查天馈系统隐性故障。结果表明：RX-PIS方法故障诊断准确率达71.4%，是经典FFAX方法的1.5倍，有效地提高了天馈系统隐性故障的发现效率与准确性。

[1] 潘新民,崔炳俭,王全周,等.新一代天气雷达天馈系统故障分析诊断方法和技巧[J].气象科技,2013,41(6):982-987.

[2] 张需溥,黄逊清.基站天馈系统上行干扰排查解决方案[J].移动通信,2011(7):83-89.

[3] 李旭,周琨.天馈系统的测试原理及应用[J].广播与电视技术,2011(2):122-125.

[4] 黄沛江.天馈系统互调干扰的工程处理方法探讨[J].移动通信,2011(22):92-95.

[5] 夏林,赵英立,赵恩惠.天馈系统不匹配对移动通信的影响及解决方法[J].移动通信,2006(1):91-94.

[6] 夏林,赵英立.GSM/CDMA天馈系统优化[J].通信世界,2006 (30):14,16.

[7] 朱文涛,高峰,和凯,等.2G/3G/4G天馈系统在网质量检测及性能优化[J].电信科学,2015(S1):42-47.

[8] 郑斌,邹廷钢.从KPI角度深度发掘天馈系统隐性问题的研究[J].电信技术,2016(4):7-10,14.

Recessive Fault Diagnosis Method of Antenna-Feed System Based on Receive Path Imbalance Detection

Sun Ziqiang Xie Hongcai Li Renjie

（China Mobile Group Guangdong Company Limited Dongguan Branch）

Aiming at the problems of the traditional recessive fault detection method of antenna-feed system, a recessive fault diagnosis method based on receive path imbalance detection was proposed. Firstly, based on the working principle of diversity reception, the method of receiving path imbalance is proposed as the fault diagnosis feature. Secondly, the RX-PIS module in the antenna system is used to detect the average received signal strength difference and its number in the cycle time to realize the implicit fault diagnosis of the antenna-feed system. Finally, this paper uses the RX-PIS method and FFAX method of Ericsson to perform the recessive fault diagnosis experiment analysis. The results show that the accuracy of the RX-PIS fault diagnosis method is 71.4%, which is about 1.5 times of FFAX (46.4%), and effectively improves the efficiency and accuracy of the implicit fault detection.

Antenna System; On - Line Detection; Hidden Fault; FFAX

孙自强，男，1983年生，本科，主要从事无线通信网络研究。