远距离同频干扰基站定位方法研究

强　ｉ研究与探讨；ｉ　

远距离同频干扰基站定位方法研究术　

朱金秀　，吴文霞　，唐碉’，杨语晨　，毛欢欢　，鄢然　

（１．河海大学，江苏常州２１３（１２２　２．东南大学，江苏南京２１０００（１）　

【摘要】　目前东南沿海地区大气波导效应引起的远距离同频干扰现象多发，影响用户网络体验．而消除干扰的第一　步就是要对远处同频干扰源进行定位。针对这一问题，利用被动雷达测距原理，提出了一种基于ＴＤＯＡ的三　通道基站被动定位系统，利用ＧＣＣ时延估计算法间接得出接收机之间的波程差，继而利用建立双曲线组，　其交点即为需定位的基站位置。进行实测后得出，干扰源定位距离误差约为８．６％，大致可以定位出干扰基　站的位置。　【关键词１　远距离同频干扰　基站定位　广义互相关时延估计ＴＤＯＡ无线定位　

ｄｏｉ：１０　３％９／ｊ　ｉｓｓｎ　１｛Ｒ）６－Ｉ（ＨＯ．２０１７．１５．０１６　中图分类号：ＴＮ９５７　文献标志码：Ａ　文章编号：ＩＯ（）６—１ｏｉｏ（２ｏ１７）Ｉ５—００８６—０６　引用格式：朱金秀，吴文霞，唐珥，等．远距离同频干扰基站定位方法研究Ｕ１．移动通信，２ｏ１７．４１（１５）：８６—９１．　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｃｏ・Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｂａｓｅ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　

【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】　ＺＨＵ　Ｊｉｎｘｉｕ　，ＷＵ　Ｗｅｎｘｉａ　，ＴＡＮＧ　Ｙｕｅ’，ＹＡＮＧ　Ｙｕｃｈｅｎ’，ＭＡＯ　Ｈｕａｎｈｕａｎ２，ＹＡＮ　Ｒａｎ’　

（Ｉ　Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３０２２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００（｝（１．Ｃｈｉｎａ）　

Ｗｉｌｈ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ　ｏｆ　４Ｇ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ＴＤ—Ｉ　Ｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，　ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏ．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｄｕｃｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　ｃｏａｓｔａ１　ａｒｅａ　ｏｆｔｅｎ　Ｏｃｃｕｒｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｕｓｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｔｅｐ　ｔｏ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ａ　ｔｈｒｅｅ—ｃｈａｎｎｅｌ　ｐａｓｓｉｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｆｆ　ＴＤＯＡ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｐａｓｓｉｖｅ　ｒａｄａｒ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｗａｖｅ　ｐａｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＧＣＣ　ｄｅｌａｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｔｈｅ　ｈｙｐｅｒｂｏｌａ　ｓｅｔ，ｗｈｏｓｅ　ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　１ｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｂｅ　Ｉｏｃａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｉｔｓ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｅｒｒｏｒ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　８．６％．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ．ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｅｅｍｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　１ｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｂａｓｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　ｃｒｏｓｓ—ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｄｅｌａｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ＴＤ０Ａ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　

基金项目：国家自然科　学基金资助项目（６１５０Ｉ１７２）；　中央高校基本业务费项目（２０１５Ｂ０４５１４）　

收稿日期：２ｎ１７　

责任编辑：文竹　

８６　ｌ　鬈　１引言　

中国移动采用的ＴＤ．ＬＴＥ系统有对频谱利用率高、　

上网速度快等优点。然而，随着ＴＤ．ＬＴＥ网络的大规模　

部署，系统越来越复杂，各种过去在小范围应用中不　会出现的干扰也随之产生。通过对目前东南沿海地区　多发的移动４Ｇ大面积同频干扰现象进行研究后初步判　

断，是大气波导效应…引起了远距离同频干扰现象。该　

干扰影响了本地基站的上行用户随机接入时隙以及上　

行业务时隙，导致移动４Ｇ用户大规模掉线、无法顺利　

切换等严重问题的发生，影响了用户网络体验。为优　

化网络，需抑制或消除远距离同频干扰，以减少其对　

通信质量的影响。而抑制或消除干扰的第一步就是对　产生远距离同频干扰的远端干扰基站进行定位［２　。　

早期的干扰源定位方法是通过信号频域分析提取　

干扰信号，并朝着干扰信号的方向逐步逼近，从而定　

位到干扰源　】。这种方法虽然操作简单，但是所需设　

备笨重、投资高、速度慢、工作量大。文献［５］提出在　

本地小区的ＵｐＰＴＳ（Ｕｐ　Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｔｉｍｅ　Ｓｔａｍｐ，上　

行导频时隙）和正常上行子帧上通过检测特征序列，　

解析干扰小区的ＰＣＩ，从而定位出干扰源。该方法虽　

然可以准确定位干扰源小区，但通过在帧号上周期性　

地发送特征序列，会使信道利用率降低。文献［６】提出　

根据受扰的最后一个ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ，正交频分复用）符号，通过大致范　

围的确定和受扰基站Ｘ２接口的信息交互，定位远处干　

扰基站。此方法虽然不影响信道利用率，但耗时久，　

且不稳定。　

综上所述，为能快速准确地定位出远端干扰基　

站，本文研究被动雷达（ｐａｓｓｉｖｅ　ｒａｄａｒ）测距原理，　

发现被动雷达自身不辐射电磁波，故可通过接收由目　

标反射或辐射而来的信号进行定位，隐蔽性能良好，　

不易被发现。若雷达系统的目标自身是一个辐射源，　

则系统可以通过直接检测其发射的信号进行定位，如　ＷＩＭＡＸ信号　、ＣＤＭＡ【ｌ０１、ＧＳＭ信号　Ｉ，而ＴＤ—　

ＬＴＥ信号也被考虑用来做被动雷达的照射源　。在此　

基础上，提出了一种基于ＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　Ａｒｒｉｖａｌ，到达时间差）　¨的三通道基站被动定位系　

统，并进行了实验验证和误差分析，初步解决了干扰　

源定位的问题，为后续进一步消除远距离同频干扰打　

下了基础。本算法不会增加系统负担，无需频谱分　

配、无电磁污染、低成本，对于目前移动４Ｇ的服务质　

量改善有昕帮助。　雏研究与探讨　ｉ；；　

２三通道基站被动定位系统简介　

２．１系统整体框架　

根据被动雷达的基本原理，定位系统自身不发射　

电磁波，而是利用被测基站发射的ＬＴＥ信号作为系统　

辐射源来进行定位。系统通过三个射灯天线进行基站信　

号的接收，ＴＤ—ＬＴＥ接收机接收１　８８０ＭＨｚ一１　９２０ＭＨｚ　

的基站高频信号，以２０　ＭＨｚ～６０　ＭＨｚ中频信号进行输　

出，并以ｌ　５０　ＭＨｚ进行高速采样传输至上位机。上位　机端有相配的软件来采集相应的信号，并将每一路采　

集到的信号数据以ｔｘｔ格式进行保存，以便将数据用　

ＧＣＣ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　Ｃｒｏｓｓ　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，广义互相关）　时延估计算法【２刘￣ＨＴＤＯＡ无线定位算法在Ｍａｔｌａｂ中进　

行处理。首先将三通道采集的信号数据导入，使用　ＧＣＣＨ，￣＂延估计算法对其两两进行时延估计并乘以电磁　

波速Ｃ得到基站到接收机１、２、３之间的波程差。最后　

使用ＴＤＯＡ无线定位算法确定任意两对双曲线，双曲　

线的交点即为所求基站位置。三通道被动定位系统基　

本流程如图１所示：　

琏　ＴＤ　ｊ　ｌ　ｊ　Ｇｃ　Ｉ　ｊ　ＴＤ　ｌ　ＬＥ

：：　ｆ＝　接收机　

系统硬件韶分　系统软件部分　

图１　三通道被动定位系统基本流程图　基站　位置　

２．２　ＴＤＯＡ无线定位技术　

本系统采用的ＴＤＯＡ无线定位算法是一种利用时　

间差进行定位的方法，对时间基准无依赖，成本低，　

且能满足精度要求。通过Ｇｃｃ时延估计算法可得到信　

号到达各个接收点的时间差（乘以波速得波程差），　由于到两个不同点之间的差值为固定的值，符合双曲　

线上一点到两焦点之间的距离差为固定值的特点，故　

由此可以作出以接收点（位置已知）为焦点，波程差　

为实轴的双曲线，双曲线的交点即为被测站的位置。　

此方法具有计算量较小、定位精度较高，同时也有助　

秒鬈　Ｉ８７２０１　５　７年第１期ｌ

　於　；研究与探讨；；　

于实现实时系统的优点，是目前无线定位法中常用的　方法。根据被测基站到接收点之间的信号到达时间差　

来定位被测站，该方法中的接收点数目最少为３个，且　

位置均已知，利用测量到的接收点时间之间的差值来　

计算被测站到达接收站之间的波程差，再由波程差列　

出多条（至少两条）双曲线，当接收天线为定向天线　

时，双曲线能确定唯一交点即为被测站。本系统中的　三通道被动定位算法基本原理图如图２所示：　

、、＼＼、　

Ａ　、、　＼、　．，，　、＼　如　＼、，　Ｆ　｜　

二　接收机３　接收机２　ｌ＼　接收机ｌ　

图２　三通道基站被动定位算法基本原理图　

黑点为三个接收机，红点为移动的ＴＤ．ＬＴＥ基站。　ＴＤ．ＬＴＥ信号从基站传播到接收天线，从左至右分别为　

接收机３、２、１。接收天线１、２之间相距ｄ　，接收天线　

２、３之间相距　，基站到接收机１、２、３之间的波程差　分别为Ａｄ　Ａｄ　△　，。双曲线上的一点到两焦点之　

间的波程差为固定值，故由此可以确定一对双曲线。　假设，基站到任意两个接收天线之间的波程差　

Ａｄ　Ａｄ　Ａｄ　，是固定且已知的。现以接收天线１为　

坐标原点，则三个接收天线坐标从右至左分别为（０，０）、　

（　：，Ｙ：）、（　，Ｙ　），故可以分别列出三个双曲线，从理论　上考虑，只要两个双曲线就能确定一对交点，所以只　

考虑两个双曲线方程，如公式（１）、公式（２）所示：　

（Ｘ＿Ｘｏｔ）２一　（ｙ－ｙｏ，）２＝１　ｃ　争　一（　

一　：　（　华　（　）　

８８　Ｉ　鬈　妄　上式中（ｘ。．，Ｙ。，）、（Ｘ。，，Ｙｏ２）￣ＪＩＪ为两个双曲线的中　心，即分别为接收天线ｌ、２和接收天线ｌ、３的中点。　

此时，两对双曲线确定两对交点，由到达天线的时延　

差值的正负可以剔除一对交点。该方法中采用的接收　

天线是定向天线，通过剔除与接收天线接收方向不一　致的交点后，可以确定唯一一个交点，此点即是基站　

所在的位置，由公式（１）、公式（２）便可计算出基站相对　

于坐标轴原点的坐标，从而实现定位。要注意的是，　这里得到的波程差是基站到接收机之间的波程差而非　

基站到天线之间的波程差，要得到基站到接收点之间　

的波程差还需减去天线到接收机之间的电缆长度。