RSSI

RSSI

1.1 RSSI基本理论

RSSI Received Signal Strength Indicator 接收信号强度指示1.1.1 背景噪声

CDMA系统背景噪声即热噪声：

单位为mW，或：

单位是dBm，其中

K 是Boltzmann常数，为1.380650×10-23 J/K；

T 是绝对温度，以Kelvin 为单位，标温是290K。

B 是接收带宽，在95系统中B＝ 1.23MHz。

因此：

TN ＝-174 ×10×lg（1.23×106）＝-113dBm

系统噪声底或我们通常所说的背景噪声就为-113dBm，信号低于-113 dBm就淹没于噪声中了。真正的背景噪声要高于这个值，这是由于实际的接收机还受噪声系数的影响，包括滤波器、LNA、混频器等的损耗。

RSSI值就是在热噪声的基础之上，各类反向信号叠加后的能量强度值。1.1.2 RSSI检测原理

下图是一个带有RSSI功能的反向链路方案：

Figure 11 带有RSSI功能的反向链路

为方便做RSSI分析，将上图中的反向链路中的射频部分等效为一个黑盒（黑盒参数为Gain、NF、B），详见下图。

Figure 12 反向链路中的射频部分的等效电路

Figure 11 和Figure 12中使用的参数/变量如下表定义。

Table 11 参数/变量定义参数/变量名单位参数/变量含意备注Pin dBm 输入功率Pout dBm 输出功率Gain dB 增益NF dB 噪声系数 B Hz 信道带宽对1X RSSI，B=1.23*106Hz -174 dBm/Hz 热噪声功率谱密度TN dBm 通带带宽内的热噪声功率TN为Thermal Noise的缩写RSSI dBm 接收信号强度指示RSSI_Value dBm RSSI值注：在后文中，

当本表中定义参数/变量不带单位时，默认的单位为本表中给出的单位。Pout、Pin、NF、Gain的关系如图：

Figure 13 Pout、Pin、NF、Gain的关系

Figure 13所示情况，各参数之间的关系如式1。

(式1)

为简化描述，定义。则式1变为：

将上式进行简单变换可得：

dBm (式2)

dBm (式3)

式2中，对于特定系统，是特定的。因此，在特定系统分析时，认为是一个已知量。

ZTE系统是按照第三种方法定义的RSSI，具体的实现是在TRX模块中存在一个天线口信号跟输入信号检波电压对应的表格，做RSSI检测的时候，根据输出信号的检波电压反推出天线口的信号，调试的时候，表格从Pin为-116dBm开始向上写表，因此Pout反推Pin时，最小值为-116dBm。

下表为不同RSSI定义时系统RSSI显示值。其他公司应用第一种RSSI定义方法。

Table 12不同RSSI定义时系统RSSI显示值天线口输入信号Pin 天线口输入信号

Pin＋TN ZTE RSSI 其他公司RSSI -116dBm -116dBm+(-113)dBm -116dBm -106dBm -70dBm -70+(-113)dBm -70dBm -70dBm 天馈故障情况下-113dBm -116dBm 结合Finger进行判断不等于-106dBm，或者大，或者小ZTE系统的RSSI指示具有所有RSSI的特点，比如指示反向链路是否有干扰等，但是如果对于天线口小于-116dBm信号的检测和天线开路的判断略显不足。在RSSI信号比较小的时候建议结合finger锁定来判断天馈状态。1.2 系统负载对RSSI 的影响

小区反向接收能量与小区负载的关系如下：

其中：

为基站反向接收能量

为干扰裕量，定义如下：

其中，为系统负载

和存在一一对应的关系，下图描述了这种关系，

Figure 21 系统负载与干扰裕量的关系

于是，

假定不变，则基站反向接收能量RP跟X也是一一对应关系

1) 如果系统负载达到75％，RSSI长期统计将升高6dB。

2) 如果系统负荷低于20％，RSSI长期统计将不足1dB差异。 1.3 外部干扰对RSSI的影响

1.3.1 干扰分类

对于CDMA系统，由于干扰频率的不同，可以分为前向干扰和反向干扰，本文考察的是反向干扰。另外，根据应用场合的不同，干扰还可以划分为一些其他的形式，如：

1) 带内干扰、带外干扰

2) 窄带干扰、宽带干扰

3) 固定频率干扰、随机频率干扰

4) 杂散干扰、阻塞干扰、互调干扰

无论是窄带干扰宽带干扰、固定干扰随机干扰，最重要的，是区分它是带内干扰还是带外干扰，如图：

Figure 31 带内干扰与带外干扰

峰值最高的干扰处在频带边缘，一半带宽在带内，一半带宽在带外。1.3.2 带内干扰

落入CDMA频带内干扰信号对系统的影响是非常大的，虽然经过系统扩谱之后，干扰的影响会减弱，但严重的干扰仍然会导致手机发射功率高，接入困难，话音质量差，甚至掉话。从后台观察，RSSI会有一定程度的升高，下面我们就分析一下干扰信号对RSSI的影响。

定义：

1）CDMA系统带宽内信号带宽为，原始功率为，单位mW，或，单位dBm；信号扩谱功率为，单位mW，或，单位dBm

2）CDMA系统带宽为，CDMA带内热噪声功率为，单位mW，或，单位dBm

3）干扰信号对RSSI的抬高量为,单位为dBm

对于信号，扩谱后有：

即，

如果频带内存在个信号，能量叠加后：

于是，

对于CDMA系统，，，

比如，带内存在两个干扰，

1）干扰1带宽100KHz，强度-95dBm；

2）干扰2带宽250KHz，强度-98dBm；

则此两个干扰对RSSI的抬高为，1.3.3 带外干扰

严格来讲，如果两个邻频系统内发射机和接收机特性的都是理想特性的话，带外干扰是不存在的。但正是由于两个相互干扰的系统内发射机和接收机特性的不完善，导致了相互干扰的存在。

干扰系统的发射机的带外辐射，体现为发射机的邻信道泄露功率比（Adjacent Channel Leakage power Ratio，ACLR）；被干扰系统的接收机的选择性，体现为接收机的邻信道选择性（Adjacent Channel Selectivity，ACS）。而ACLR和ACS共同作用的结果可用邻信道干扰功率比（Adjacent Channel Interference Power Ratio，ACIR）来衡量：

干扰系统的发射信号对邻频共存的被干扰系统接收机端的干扰可通过ACIR体现。因此，为有效提高两种系统邻频共存时的系统性能，需要同时改善干扰系统的发射机的发射特性（体现为ACLR）和被干扰系统的接收机的接收特性（体现为ACS），单方面改善发射机的发射特性要求或接收机的接收特性要求均不能有效抑制干扰，增强系统容量。

通过ACIR的计算公式可看出，当干扰系统的ACLR值与被干扰系统的ACS值可比时两者共同作用产生干扰；而当干扰系统的ACLR值远大于被干扰系统的ACS值时，即干扰系统发射机性能相对良好时，则干扰系统对被干扰系统的干扰主要来自于被干扰系统接收机的选择性，即用ACS衡量；反之亦然。因此系统间共存时有效研究和抑制干扰、增强系统容量的合理途径是同时评估和改善干扰系统发射机的发射特性和被干扰系统接收机的接收特性。

邻频信号对CDMA频带RSSI的影响，暂时缺乏资料和研究。1.4 设备故障对RSSI的影响

RSSI是在TRX内测试得到的，从空中到RSSI检测点，外界信号需要经过很多的环节，因此系统硬件故障也常常导致RSSI异常，这里的异常包括过高或过低。但是此类异常无法定量，只能定性表示。

2) 天线故障可以导致RSSI异常；

3) 接头故障可以导致RSSI异常；

4) 板件故障可以导致RSSI异常；

这里需要强调的是，因硬件故障导致的RSSI过高排查起来比较麻烦，所以在无线环境比较复杂的地方，我们往往忽视由工程质量带来的问题，而一味地强调外部干扰，导致客户的对ZTE设备的不认可或不信任，产生了很多很坏的影响。

准确区分设备故障导致的RSSI升高和外部干扰导致的RSSI升高，及时排查硬件故障其实非常重要。1.5 处理RSSI异常的一般思路

这里首先要明确，RSSI异常应该是一个长期统计的结果，某一个瞬时RSSI的偏高或偏低都是正常的。

RSSI的测量是在TRX内测试得到的，从空中到RSSI检测点，外界信号需要经过了5个接头、DUP/DIV板和TRX板。如果出现RSSI异常，则要么外界信号异常，要么内部通路异常，因此我将RSSI处理归纳为三板斧：

1）换板件；

2）查天馈；

3）扫干扰；

故障排除所包含的硬件可能有：

1）TRX板；

2）TRX板至DUP/DIV的连线；

3）DUP/DIV板至机顶跳线的连线；

4）机顶1/2跳线接头；

5）机顶跳线至避雷器架的接头；

6）避雷器架与馈线接头；

7）馈线与天线下1/2跳线的接头

8）天线与1/2跳线接头；

9）天线；

扫频需要进行现场的测试工作，为了取得比较准确的结果，通常是在基站天线前方附近或者基站机架的Rx口进行测试，如果存在干扰的基站比较多的话，干扰测试验证工作极大。

1.5.1 RSSI过低

对于IP系统来讲，RSSI过低就是RSSI=-116dBm的情况。有两种原因，一是系统没有负载，二是天线口至TRX板通路有故障，对于没有负载的扇区要准确做出判断比较困难的。

1）查看历史RSSI，观察是否一直不变，对比同基站不同扇区RSSI值；

2）观察扇区是否有用户，查看扇区KPI情况；

3）观察相邻基站同方向扇区RSSI值是否相似；

根据以上三点，可以初步判断是否需要到基站去进行硬件排查。

如果判断可能是天线口至TRX通路有故障，则需要采取三板斧中的前两招"换板件"和"查天馈"。排除因为不够仔细和耐心导致的漏检错检，问题一般都会解决的，否则系统还可能有其他问题。1.5.2 RSSI过高

RSSI过高检查比过低要好判断。

但是多高叫高，这个问题需要明确。

前面负载对RSSI影响的理论已经提到，如果按系统负载来判断，超过最低RSSI 7dB，就可能存在问题。可惜的是ZTE的系统RSSI暂时比较奇怪，不能做这么简单的判断（见Table 12）。所以对于ZTE系统不能光看数据，要结合网络性能来考察。个人推荐用升高10dB左右来作为判断异常的门限。

1）主分集平衡

通过考察周围基站的RSSI以及变化情况通常都可以判断出是系统异常还是空中环境异常。空中环境异常就需要扫频确认一下。如果没有干扰，则进行一下硬件检查吧。

2）主分集不平衡

个人认为，主分集长期统计平均差异在3dB以上，应该被看作不平衡。

理想的静态和稳态情况下，由于CDMA网络完善的功率控制，反向链路主分集信道功

率应基本一致（例如：差异小于0.5dB）。但在实际运营环境中，由于（1）移动无线电传播的小尺度衰落和多径效应；（2）CDMA网络的功率控制机制和速率的原因，反向链路主分集信道功率瞬间会出现相差较大的情况：

? 20ms内的信道功率的平均值，差异可超过10～20dB。

ü 用户越多的时候，出现的几率越大。地形越复杂，出现的几率越大。

ü 偏大的信道功率，出现在主集、分集上的概率大致相同。

绝大部分时间，20ms内的信道功率的平均值，差异在2dB以内。

强干扰会导致RSSI过高，但应该不至于导致主分集不平衡。主分集不平衡主要考虑是系统通路有问题或者极化天线自身有问题。同时，不良的驻波比也容易导致主集RSSI过高，而分集却正常。驻波比概念请参考附录。1.6 案例分析

RSSI处理与设备紧密相关，下面举个例子排查RSSI。

假定ISB某站站型为S333，其连线如下图。现在，

1) 第一扇区第一载频RSSI主分集不平衡，主集为-87dBm左右，分集为-115dBm~-116dBm；

2) 第二、三扇区均在-115dBm～-116dBm之间波动；

3) 后台没有告警；

Figure 61 两机柜三载频AE机型连线

采取如下措施（上图对主要步骤有标示），并得到相应结果（在不混淆的情况下，免去了第几机架，第几分集的累赘定语）：

1）检查连接是否有问题：检查室内所有接头（TRX板Rx 0 & 1，第一机架第一扇区DUP 板Rx 0，第二机架第一扇区DUP板Rx 0，第一机架和第二机架第一扇区：机顶至DUP板接头，机顶跳线接头，机顶跳线至避雷器接头，避雷器至馈线接头），RSSI没有变化；

2）检查TRX板是否有问题：交换TRX板Rx 0 & 1（图中步骤1），主集-115dBm，分集-115dBm，无法排除TRX故障。恢复TRX板RX 0 & 1，主集-88,分集-116dBm；交换第一扇区和第二扇区TRX（图中步骤2），第一扇区主集-87,分集-115dBm。而第二扇区主集-115dBm，-116dBm；第二扇区波动，表明TRX板没有故障；表明问题在TRX以上部分；

3）检查DUP板是否有问题：交换第一二扇区DUP板（图中步骤3），跟上一步骤结果一致，表明问题在DUP板以上；

4）检查机顶跳线接头是否有问题：因机顶跳线长度有限，不能实现主分集交换，因此

采用交换跳线的方法，结果RSSI没有改变，表明问题出在机顶跳线以上。

5）检查户外跳线接头是否有问题：继续检查铁塔上跳线的两头并重新制作接头，结果主分集RSSI恢复正常，在-115dBm～-116dBm之间波动，问题解决。

结论：主集RSSI异常为线缆接头故障所致。

事实上，主集RSSI过高而分集RSSI正常很多情况下都是由于不良驻波比导致的。如果有驻波比测试仪，会有助于我们较快定位问题并判断故障大概出在什么位置。

更多的RSSI处理案例，请参考附录B中相关文档。1.7 VSWR Introduction

VSWR：Voltage Stand Wave Ratio 下面先介绍几个跟VSWR密切相关的概念。

1、传输线的特性阻抗

无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用Ｚ0 表示。同轴电缆的特性阻抗的计算公式为：

Ｚ0 ＝〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 欧]

式中：D 为同轴电缆外导体铜网内径；d 为同轴电缆芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。通常Ｚ0 = 50 欧，也有Ｚ0 = 75 欧的。

由公式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关

2、馈线的衰减系数

信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。

单位长度产生的损耗的大小用衰减系数β 表示，其单位为dB / m （分贝／米），电缆技术说明书上的单位大都用dB / 100 m（分贝／百米）。

设输入到馈线的功率为Ｐ1 ，从长度为L（m）的馈线输出的功率为Ｐ2 ，传输损耗TL可表示为：

TL ＝10 ×Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB )

β＝TL / L ( dB / m )

例如，NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆，900MHz 时衰减系数为β＝ 4.1 dB / 100 m ，也可写成β＝ 3 dB / 73 m ，也就是说，频率为900MHz 的信号功率，每经过73 m 长的这种

电缆时，功率要少一半。而普通的非低耗电缆，例如，SYV-9-50-1，900MHz 时衰减系数为β＝20.1 dB / 100 m ，也可写成β＝ 3 dB / 15 m ，也就是说，频率为900MHz 的信号功率，每经过15 m 长的这种电缆时，功率就要少一半。

3、匹配概念

什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗ＺL 等于馈线特性阻抗Ｚ0 时，称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。当天线阻抗为50欧时，与50欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为80欧时，与50欧的电缆是不匹配的。

如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹配，这时天线的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。

下面介绍VSWR。

前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。

在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Ｖmax ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Ｖmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。

反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为

反射波幅度（ＺL－Ｚ0）Z

R ＝─────＝───────

入射波幅度（ＺL＋Ｚ0）

波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为VSWR

波腹电压幅度Ｖmax （1 + R）

VSWR ＝─────────────＝────

波节电压辐度Ｖmin （1 - R）

终端负载阻抗ＺL 和特性阻抗Ｚ0 越接近，反射系数R 越小，驻波比VSWR 越接近于１，匹配也就越好。