CN104869588A

CN104869588A - Td-scdma/td-lte干扰分析仪及测试方法

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Publication number: CN104869588A
Application number: CN201510308184.2A
Authority: CN
Inventors: 陈捷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2015-08-26

Abstract

本发明涉及一种TD-SCDMA/TD-LTE移动通信系统接入网空中接口的干扰测试与分析设备，采用工控平板电脑结构，支持在不同网络制式间的灵活切换，集成了GPS、无线通信和数据采集等多种硬件模块。本发明采用松耦合的模块化结构方式，应用多线程调度和动态链接库技术实现。这种TD-SCDMA/TD-LTE一体式干扰测试分析仪及其测试分析方法，能够在外场测试中现场采集、分析信号数据，快速计算干扰值，准确评估深度覆盖信号质量，为小区配置参数的规划与调整提供有力的数据支撑。

Description

TD-SCDMA/TD-LTE干扰分析仪及测试方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及TD-SCDMA/TD-LTE移动通信系统的扫频与干扰分析技术。

背景技术

目前我国TD-SDMA系统采用F频段（1900-1915MHz）和A频段（2010-2025MHz）共15（或16）个频点进行组网，每个小区的公共信道可在这N个频点上进行异频复用，配置有公共信道的频点即为该小区的主频点，相邻小区的主频点配置需避免同频干扰。

在TD-SCDMA物理层基本处理过程中，扰码用于对信道中的数据部分进行加扰，以便用户在接收到业务数据时区分小区，避免小区间干扰。TD-SCDMA系统中共有128个扰码（0~127），目前一般采用12扰码组的分组方式，为相邻小区分配的扰码对必须在不同码组中，同时由于不同扰码组间互相关性最大值存在大小差异，如果相邻小区的扰码所在的码组间有较强的互相关性，会导致较大的小区间干扰，所以在网络规划时还须尽量避免该情况出现。

TD-LTE系统采用同频组网，下行RS （Reference Signal，参考信号）用于下行信道质量测量与下行信道估计，一个参考信号占用一个RE（资源粒子），目前TD-LTE宏站小区一般采用两天线端口配置，下行RS在天线端口上的映射如图1所示，RS在频谱上的映射位置由PCI决定，TD-LTE系统为每个小区分配一个PCI码，PCI MOD3不等时，可实现RS映射位置在子载波频率上错开，即网络空载下，RS信号相当于N=3的异频组网，可有效降低小区间RS相互干扰，反之，如果相邻小区PCI MOD3相同，RS位置一样，邻区间RS干扰会导致数据吞吐量下降，传输时延增大。

目前TD-SCDMA系统内干扰主要是频点和扰码间干扰，TD-LTE系统则主要有MOD 3干扰，目前市场上主流测试设备的设计在覆盖方面的数据分析侧重于信号强度、质量等指标，对于TD系统特有的频点、扰码、MOD 3干扰分析能力并不强，因此现网中基于道路测试对频点、扰码或PCI的调整效果很难评估，优化方法及支撑数据非常有限，以致出现针对目标路段进行调整后干扰恶化或周边区域出现次生干扰的情况。

随着运营商做深做厚TD-SCDMA和TD-LTE网络的覆盖，网优工作的要求也日趋精细化、复杂化，为了快捷、准确的评估深度覆盖网络质量，做好无线网优化，有必要开发一种便携式的TD-SCDMA/TD-LTE一体式干扰测试仪，以便能够在外场测试中现场采集、分析信号数据，快速计算干扰值，准确评估深度覆盖信号质量，为小区配置参数的规划与调整提供有力的数据支撑。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种将定位、测试、数据采集、统计分析、呈现与人机对话等功能高度集成的测试仪，能够灵活适用于TD-SCDMA/TD-LTE移动通信网络的干扰分析工作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本测试仪的总体结构为工控平板结构，GPS定位模块、无线通信模块、数据采集模块与工控平板电脑交互数据，通信缓冲区利用双口RAM (Random-access Memory，随机访问存储器)实现，通过对该双口RAM进行功能区域划分，可同时对存储单元进行读写操作，各进程相互独立，不需相互等待，保证系统的高速运行。本发明的体系结构采用模块化结构，主要包括以下模块：

1）GPS模块：负责完成经纬度、海拔高度等位置信息的采集；

2）无线测量模块：负责执行TD-SCDMA/TD-LTE系统连接/空闲态下的指标参数测量，包括服务/相邻小区的频点、扰码、PCI码等配置参数，与电平、C/I、SINA值等测量参数。可执行的基本业务有CS/PS域的语音、数据、短/彩信、PING等；

3）数据采集模块：负责采集无线通信模块与GPS模块上报的信号数据与GPS信息；

主控模块：控制和调用其他功能模块，实现人机对话功能，从通信缓冲区读取GPS信息与无线信号指标参数，调用统计分析模块处理信号数据，通过人机界面显示计算结果，完成程序中线程的调度；

4）解码模块：通过消息数据解码动态链接库对接收到的信息进行解码；

5）统计分析模块：按网络类型分类统计，通过统计分析动态链接库对解码后的消息数据进行干扰计算和最小干扰配置组合预判。统计过程中，用户可根据需要自设阀值和条件；

6）数据后台存储模块；从数据缓冲区提取原始消息数据，以LOG文件方式存入磁盘，存储模块置于主控模块中，由主控程序控制。该进程于后台运行，不影响实时分析与呈现速度。

以上所有模块部件间采用松耦合，界面显示、人机对话的相关操作在主控模块中实现，独立于数据采集、统计分析等过程，各功能间相互独立，相互间依存度低，这样的模块化设计有利于软件的移植和修改，方便升级与维护。

本发明还提供一种TD-SCDMA/TD-LTE干扰检测及评估方法，其特征如以下步骤：

步骤1，用户在上层应用程序中对测试业务进行设置，并通过主控模块下发测试指令；

步骤2，主控模块通过数据采集模块下发指令到GPS、无线通信模块，各功能模块开始测试任务；

步骤3，GPS模块采集经纬度、海拔高度等位置信息，无线通信模块采集的小区测量信息一同上报测试软件，按时间先后顺序存入数据采集模块规划区域；

步骤4，数据采集模块按规定的时间间隔采集GPS与小区测量信息，对采集到的信号消息数据进行信元的定界、拆分与重组处理，然后存入通信缓冲区；

步骤5，数据后台存储部件在后台对这些处理后的数据消息存盘，同时解码模块完成对信号消息数据的解码；

步骤6，统计分析线程根据解码后的小区测量参数，通过统计分析动态链接库计算出现有配置的干扰值，并通过轮询算法估算所有可能配置方案的干扰值大小，选择其中最小干扰值的参数配置方案推荐给用户；

步骤7，界面显示线程通知主控部件显示统计分析的结果。

本发明提供的干扰分析仪针对TD-SCDMA/TD-LTE系统内干扰的成因，从空口测试中提取信号参数，通过对这些信号参数进行统计分析，为无线网络优化规划调整提供完备的数据支撑，有利于降低由于系统内干扰引起的质差、低速率等问题。

附图说明：

图1所示为TD-LTE系统参考信号分布图

图2所示为TD-SCDMA/TD-LTE系统网络结构图

图3所示为TD-SCDMA/TD-LTE干扰分析仪体系结构框图

图4所示为无线通信模块架构图

图5所示为数据采集模块架构图

图6所示为TI/RI区数据命令格式

图7所示为RD区数据消息格式

图8所示为优化带与保护带区域划分

图9所示为12扰码组间的相关系数矩阵

图10所示为遍历性计算MOD3干扰值

图11所示为本干扰分析仪各线程之间的关系

图12所示为原始通信缓冲区的消息格式

图13所示为解码后的消息格式。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的具体实现方式。

附图2为TD-SCDMA/TD-LTE系统网络结构图，TD-SCDMA和TD-LTE空口为Uu口，是开放接口。

TD-SCDMA网络中Uu接口是UE和Node B（3G移动基站）之间的接口，主要功能有广播、寻呼、RRC连接的处理；切换和功率控制的判决执行；处理无线资源的管理和控制信息；处理基带和射频处理信息等。

TD-LTE网络中Uu接口是UE和eNB（eNode B，演进型基站）之间的接口，主要功能有无线资源的管理与分配，RB（Radio Bear，无线承载）控制，连接移动性控制，接纳控制，eNB测量配置与保护，动态资源分配等。

干扰分析仪通过无线通信模块获取服务/相邻小区的频点、扰码、PCI码等参数和电平、C/I、SINA值等指标，将接收到的无线信号信息按时间顺序放在原始消息缓冲区，统计分析模块会对一个时段内采集的数据进行累加计算，判断系统内干扰大小。

本发明采用模块化结构，主控模块作为中央控制部件，根据用户从人机对话界面输入的操作指令控制和调用其他功能模块，又从各功能模块接口读取信息数据，完成程序中各线程的调度。各功能模块采用动态链接库的方式实现松耦合，方便软件的移植和升级。

图3所示为本发明的体系结构框图，主要由以下功能模块构成。

内置GPS模块：负责GPS定位与GPS同步功能，GPS定位指采集经纬度、海拔高度等位置信息，与无线通信模块采集的无线测量信息一同上报。GPS同步则是通过GPS卫星获得本地精确时钟信息，完成设备时钟同GPS时钟同步。

无线通信模块：支持TDS/TDL多频段频谱扫描，可对TD-SCDMA/TD-LTE系统连接/空闲态下的指标参数进行测量，包括服务/相邻小区的频点、扰码、PCI码等参数，与电平、C/I、SINA值等指标。可执行CS/PS域的语音、数据、短/彩信、PING等基本业务测试；

如附图4所示，无线通信模块由芯片平台、射频前端和天线3大部分构成。芯片平台包括基带芯片、射频芯片、多核CPU芯片、电源管理芯片等，射频前端包括SAW（Surface Acoustic Wave，声表面波）滤波器、双工器、低通滤波器、开关等器件。

现有技术中已有高度集成的多核CPU设计方案，独立或集成的基带处理芯片负责物理层算法及高层协议的处理，在本发明中实现GSM/TD-SCDMA/TD-LTE系统的多模互操作；射频芯片负责射频信号和基带信号之间的相互转换，现已有支持超过30个频段的射频芯片方案，远远满足本发明对TD-SCDMA/TD-LTE系统的频段需求。

射频前端的SAW滤波器负责TDD系统接收通道的射频信号滤波；双工器负责FDD系统的双工切换以及接收/发送通道的射频信号滤波；功放负责发射通道的射频信号放大；开关负责接收通道和发射通道之间的相互转换。

天线系统则负责射频信号和电磁信号之间的互相转换，现网TD-LTE系统的基本配置是DL 2*2和UL 1*2，故模块中天线配置为1发2收。

数据采集模块：连接在无线通信模块、GPS模块与主控模块间，采集无线通信模块上报的数据流和GPS信号，完成信元的定界、拆分与重组，采集的信息打上时间戳放入通信缓冲区，通信缓冲区用双口RAM实现，功能区域的划分如附图5所示。

G区域：用于存放全局变量、全局配置等信息。

TI/RI区域：TI区用于传送主控CPU向无线通信模块和GPS模块发送的中断指令，由主控模块写入，功能模块执行完中断后清0。RI区则用于传送无线通信模块和GPS模块向主控CPU的中断命令，由功能模块写入，主控模块执行完中断后清0。TI/RI区指令结构相同，如图6所示，命令码用于解释中断发出的原因，附加信息用于进一步确定中断含义，其中起始地址存放需要发送数据的起始偏移地址，消息长度存放需要发送信令消息的长度。

RD区：RD区存放无线通信模块向主控模块发送的数据，该区域数据结构如图7所示。R位标识若被置为1，表示该帧数据可以发送了，主控模块接收帧数据后将R位置0。

GPS区域：存放GPS模块向主控模块发送的GPS数据，存放结构、工作方式与RD区相同。

各模块可以随时向双口RAM存储单元读写数据，进程间相互独立，不需相互等待。数据采集模块采集以下消息：

1) 按一定时间间隔采集GPS模块上报的经纬度、海拔高度、当前车速等位置信息；

2) 按一定时间间隔采集无线通信模块上报的小区测量信息，例如服务/相邻小区的频点、扰码、PCI码等参数与电平、C/I、SINA值等指标。

解码模块：具体包括TD-SCDMA/TD-LTE空口和GPS数据解析模块，通过消息数据解码动态链接库对接收到的消息解码。

解码函数写在动态链接库中，各动态链接库函数编写完成后，解码模块中的各个动态链接库共同合成消息解码模块，通过主控程序调用此动态链接库达到解码功能，消息数据解码后按规定格式输出。

统计分析模块：根据解码消息提供的小区测量参数，通过消息统计分析动态链接库计算现有配置下的邻区干扰情况，并通过轮询算法估算所有可能配置方案的干扰值大小，选择其中最小干扰值的参数配置方案推荐给用户。

1）对TD-SCDMA网络统计分析步骤如下：

步骤一：若A小区为需要进行干扰测量和参数调整的目标小区，首先需要划定范围，即将A小区的主覆盖区域划为优化区域，并划定周围的1~2层小区为保护带区域，如图8所示。

步骤二：在A小区主覆盖范围内进行遍历性拉网测试，测试过程中需注意重复率、渗透率、车速有一定要求：一般路测要求重复率<30%，指100公里重复路线不超30公里；渗透率需达到85%以上；车速保持在20-30 km/h。

步骤三：计算保护带内邻小区与A小区的相关性干扰，计算方式如下：

其中：S(A)为周边邻区对服务小区A产生的干扰值之和，Bi为A的周边邻区，Xi为Bi与A小区扰码间的相关系数，12扰码组间的相关系数如图9所示，P(A,Bi)指A作为服务小区样本点中，Bi出现的与A小区差值小区6db（或9db，可设置）的样本点比例，取值范围（0,1）。

步骤四：频点扰码优化。保护带内邻小区的频点扰码不变，对于A小区先进行频点规划、再进行扰码规划：

频点选择：错开强相关性小区的频点，即错开P(A,Bi)高的Bi的主频点，Bi范围可按需要设置为3-6个。现网中，若某一区域测量到有3个及以上的主频点信号强度差值在6db内，即视为超重叠覆盖，即需进行优化调整。

扰码推荐：由于Bi作为保护带，其频点、扰码不变，故可轮询12扰码组为A小区扰码赋值，得到12个Xi值，依次代入步骤三公式中遍历计算出Si(A)，将Si(A)中最小值对应的扰码组推荐给用户。

若需对多个小区进行干扰分析和参数规划，则采用基因算法对步骤3进行迭代计算。即完成步骤一、二的路测后，首先将A1作为目标区域，经步骤三、四计算得到A1小区的最优频点扰码配置，该参数配置固定下来，作为保护带参数代入A2小区的计算中，同理计算出所有目标小区的参数配置。

2）TD-LTE系统是同频组网，故只需考虑PCI的规划，同站的一个小区若需要进行PCI修改，另外两个小区亦需要随之修改，其分析步骤如下：

步骤一：若A1小区为需要进行测量干扰值与进行调整的小区的话，需要首先将A站主覆盖区域作为优化区域，并划定周围的1~2层小区为保护带。

步骤二：在A站覆盖范围内进行遍历性拉网测试，测试过程中需注意重复率、渗透率、车速有一定要求：一般路测要求重复率<30%，指100公里重复路线不超30公里；渗透率需达到85%以上；车速保持在20-30 km/h。

步骤三：计算保护带内邻小区与A1小区的相关性干扰，计算方式如下：

S(A1)=

其中：Bi是A1的MOD 3值相同邻小区，S(A1)为周边MOD 3邻区对服务小区A1产生的MOD 3干扰值，P(A1,Bi)指A1作为服务小区样本点中，Bi出现的与A小区差值小区6db（或9db，可设置）的样本点比例，取值范围（0,1）。

步骤四：遍历性计算最小MOD 3干扰的PCI配置方案

单站干扰的计算公式如下：

如图10中按方案一至方案六遍历性计算S(A)最小值，选择最小干扰值的PCI分配方案推荐给用户。

当优化区域内有n个基站（假设都为3小区的宏站，小区数为3n）时通过遍历计算方式得到的优化方案为6ⁿ个。由于计算量以级数增长，所以建议每次选择优化区域不宜过大，基站数量不宜过多。

数据后台存储模块：将采集到的消息数据转化为LOG文件保存到磁盘上，便于事后数据回放离线分析。

主控模块：实现人机对话的窗口，是对其他功能模块的控制实体。主控模块根据用户的操作指令调用其他功能模块进行业务测试，完成各线程的调度，如无线参数采集，数据统计、计算分析、数据存储等，最后将运算结果通过显示进程反馈给用户。

用户通过主控模块的人机对话窗口配置测试任务，控制无线通信进行业务验证，数据采集部件不断采集无线参数数据消息存入缓冲区，数据存储部件在后台对这些信令消息数据存盘，以便事后LOG回放分析，统计分析模块从缓冲区读取数据进行统计分析，将运算结果实时返回主控模块，以便能及时呈报用户。在事后的LOG数据回放中，用户可将之前存盘的LOG数据与地图文件、基站信息等一同导入，可点选某一时刻或选择某一时间段数据回放进行分析，并自设标准对系统内干扰情况进行统计，为网络质量的评估与网络规划提供数据参考。

为了最大限度的减少信令信号在实时解码、界面展示和统计分析并行时，系统可能出现的性能瓶颈问题，本发明采取多线程结构来实现干扰分析仪各模块之间的协作关系，主要线程包括数据采集线程，数据存盘线程，消息解码线程，统计分析线程和结果显示线程，各线程之间的关系如图11所示。

数据采集线程负责从测试硬件接收数据，并把接收到的消息数据以一定的格式存放到消息缓冲区，组织方式见图12，图中的数字表示该字段所占的比特。为了在高速率时不丢包，该线程设置为高优先级。

附图12中消息长度字段表示SD-PDU数据部分加上首信元头部的长度，单位为字节；时间标签表示收到消息的时间，精确到毫秒；SD-PDU数据部分表示收到的实际信令消息数据，存储的是字节数。

解码线程解出原始信令消息中的消息编号、偏移地址、时间标签、经纬度与小区测量参数，存入解码结果缓冲区，解码后的数据格式如图13所示，图中的数字表示该字段所占的字节数，其中小区测量参数又包含小区编号、CI、频点、CPI/PCI、电平值等信息，规定如下：

1）小区编号：1代表服务小区，2-N代表邻小区。

2）频点：目前现网TD-SCDMA系统频点集合由A频段的9频点10055、10063、10071、10080、10088、10096、10104、10112、10120(若经过频点压缩，则是10频点：10054、10062、10070、10077、10084、10092、10100、10107、10114、10121)和F频段6频点9505、9513、9521、9529、9537、9545组成。目前TD-LTE现网频点有F频段1890，E频段2330和D频段2585。

3）PCI/CPI：该项中TD-SCDMA系统对应的是扰码，取值范围0-127，TD-LTE系统对应的则是PCI码，取值范围在0-503。

4）电平值：该项中TD-SCDMA系统对应的是PCCPCH RSCP(PCCPCH Received Signal Code Power,主频点接收信号码功率)，TD-LTE系统对应的则是RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)。

统计分析线程根据解码后的小区测量参数，通过统计分析动态链接库计算出现有配置的干扰值，并通过轮询算法估算所有可能配置方案的干扰值大小，选择其中最小干扰值的参数配置方案推荐给用户。

界面显示线程负责通过事件触发方式通知主程序显示统计分析结果，首先判断当前有没有上报的统计消息，有则将统计结果发送至主程序界面显示。

数据存储线程负责在后台把消息大缓冲区中的原始消息数据以LOG文件的形式存储在磁盘中，以便减少测试时的系统内存消耗，也为事后LOG回放和离线分析提供数据依据。由于磁盘操作相对于内存操作反应速度较慢，比较耗时，故采取后台线程，即在后台完成信令消息数据的存盘。由于干扰分析仪要保证能够在连续现场测试中，完整采集大量的信号参数消息数据，如果都放在内存中，势必对系统性能造成影响。

由于采取多线程结构，就必然考虑到线程同步问题，即各个线程何时被调度以及何时挂起。

当数据采集线程向原始消息缓冲区写消息数据时，由于写入消息不完整，不应该参与统计，此时不能启动统计分析进程，而应将其挂起。要参与统计的数据必须是一条完整的消息，当消息缓冲区有完整消息时，就以事件触发的方式激活统计分析线程。

当统计分析线程把计算结果输入统计结果缓冲区中时，由于统计数据不完整，不应该被显示出来，此时挂起界面显示线程。待统计结果缓冲区中有完整消息后，以事件触发方式激活界面显示线程，向用户呈现统计消息。

数据存储线程在把消息数据存储到磁盘时，应该保证存储的每条消息都是完整的消息，这就需要在原始消息缓冲区写入消息不完整时，挂起数据存储线程，消息数据完整后再激活数据存储线程。同时还需保证没有存盘的消息不能被新消息覆盖。为了良好的可扩展性，粗解码和界面显示需相互独立，详细解码线程的调用则在测试后的LOG数据离线分析中，根据用户需求进行调度。

本发明设计的干扰分析仪，根据空中接口特点，对TD-SCDMA/TD-LTE空口无线信号进行测量和干扰分析，便于移动通信网维护人员解决网络维护、优化工作中的实际问题。并且，采取了一种多线程结构协调本干扰分析仪各模块之间的协作关系，各模块间采用松耦合的结构方式，使该干扰分析仪具有良好的可扩展性。

Claims

1.一种 TD-SCDMA/TD-LTE一体式干扰分析仪，采用模块化多线程结构，特征在于包括以下模块部件：(1)GPS模块：负责完成经纬度、海拔高度等位置信息的采集；(2)无线通信模块：负责执行TD-SCDMA/TD-LTE系统连接/空闲态下的指标参数测量，包括服务/相邻小区的频点、扰码、PCI码等配置参数，与电平、C/I、SINA值等测量参数，可执行的基本业务有CS/PS域的语音、数据、短/彩信、PING等；(3)数据采集模块：负责采集无线通信模块与GPS模块上报的信号数据与GPS信息； (4)主控模块：控制和调用其他功能模块，实现人机对话功能，从通信缓冲区读取GPS信息与无线信号指标参数，调用统计分析模块处理信号数据，通过人机界面显示计算结果，完成程序中线程的调度；(5)消息解码模块：通过消息数据解码动态链接库对接收到的信息进行解码；(6)消息统计分析模块：按网络类型分类统计，通过统计分析动态链接库对解码后的消息数据进行干扰计算和最小干扰配置组合预判；(7)数据后台存储模块；从数据缓冲区提取原始消息数据，以LOG文件方式存入磁盘，存储模块置于主控模块中。

2.根据权利要求1所述的TD-SCDMA/TD-LTE一体式干扰分析仪，其特征在于采用多线程结构来实现各模块之间的协作关系，主要线程包括数据采集线程，数据存盘线程，消息解码线程，统计分析线程和界面显示线程。

3. 根据权利要求1所述的TD-SCDMA/TD-LTE一体式干扰分析仪，其特征在于采用工控平板结构，集成GPS定位模块、无线通信模块、数据采集模块，数据交互通过通信缓冲区进行，缓冲区利用双口RAM实现，通过对双口RAM区域划分，能够同时读写操作存储单元，各进程间不需相互等待，能够独立高速运行。

4.根据权利要求1所述的TD-SCDMA/TD-LTE一体式干扰分析仪，其特征在于不仅能够通过消息统计分析动态链接库计算现有配置下的邻区干扰情况，并能通过轮询算法估算所有可能配置方案的干扰值大小，选择其中最小干扰值的参数配置方案推荐给用户。

5.根据权利要求1-5其中之一所述的TD-SCDMA/TD-LTE一体式干扰分析仪，其特征在于所有模块部件间采用松耦合的结构方式，以便仪器具有良好的可扩展性。

6.一种TD-SCDMA/TD-LTE干扰测试与分析方法，其特征如以下步骤：

步骤7，界面显示线程通知主控部件显示统计分析的结果。

7.本发明提供的干扰分析仪针对TD-SCDMA/TD-LTE系统内干扰的成因，从空口测试中提取信号参数，通过对这些信号参数进行统计分析，为无线网络优化规划调整提供完备的数据支撑，有利于降低由于系统内干扰引起的质差、低速率等问题。

8.根据权利要求7所述的TD-SCDMA/TD-LTE干扰测试与分析方法，其特征在于消息统计分析模块支持自设定条件或阀值，对不同类型网络网内干扰分析统计与估算。