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移动通信基站基础知识


移动通信基站基础知识 关键词: 移动通信基站, GSM 基站,GSM 基站优化

摘要: 移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分, 移动通信基 站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要 素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展,移动通信基站的发 展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及 IP 化。本讲座主要介

绍移动通信基站 基础知识、GSM 基站简介、GSM 基站的优化、GSM 基站的维护及移动通信基站对 健康的影响。

移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分, 移动通信基站的建 设一般都是围绕覆盖面、 通话质量、 投资效益、 建设难易、 维护方便等要素进行。 随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展,移动通信基站的发展趋势也 必然是宽带化、大覆盖面建设及 IP 化。本讲座主要介绍移动通信基站基础知识、 GSM 基站简介、GSM 基站的优化、GSM 基站的维护及移动通信基站对健康的影响。 (一).移动通信基站基础知识
在城市,基地站可以安装在办公楼中;在农村,安装在集装箱内。基地站是一套为无线小区 服务的设备,通常是一个全向或三个扇形无线小区。 90 年代初中国移动通信市场上竞争的有美国的摩托罗拉、瑞典的爱立信及日本的 NEC 公司。三者生产 TACS 制系统均有一定的经验。 TACS 制式基地站包括无线收、发信设备及其接口或控制系统。通常基地站有两种控制 方式,一种是由移动业务交换中心直接控制,基地站除配备收发信设备外,只有必要的各种 接口,爱立信及 NEC 两家公司即采用这种方式;而另一种是基地站具有控制系统(BSC), 即具有一定的智能,摩托罗拉公司即是这种方式。 摩托罗拉公司的设备有两种系列。图 1 是一个典型 HC 系列 5 个机架基地站的组合固, 从右到左看,第一个是电源架,第二、第三是发信架,第四个是收信架,第五个是基地站控 制系统(BSC)及音频架。一个发信架包括 8 个话音信道和一个控制信道。现两个发信架互 为主备用状态,自动倒换,即采用所谓冗余式。图 2 是一个典型 LD 系列 3 个机架基地站 的组合图,从右到左看,第一个是电源架,第二、三个是收发信架(包括基地站控制系统)。 一个收、发信架有 8 个话音信道和两个控制信道。每一个电源架只能提供两个收、发信架 的需要,当根据扩容需要增加收、发信架时,电源架也必须相应地增加。每增加一个机架就 可增加 10 个话音信道,可根据所需信道数组成多机架,最多可达 13 个。 由于摩托罗拉公司的基地站设备具有一定的智能,它可以分担移动业务交换中心的部分功 能,所以从基地站到移动业务 交换中心的接续和挂机过程与爱立信及 NEC 两家公司不同, 其移动用户被呼过程, 如图 3 所示。 移动用户主呼过程,如图 4 所示。 移动用户释放过程,如图 5 所示。

图 1. HC 系列 5 机架基地站的组合图

图 2. LD 系列 3 个机架基地站的组合图

图 3. 移动用户被呼过程示意图

图 4. 移动用户主呼过程示意图

图 5. 移动用户呼叫释放过程示意图 下面以爱立信的基地站设备(RBS883)为主进行简要介绍。其基地站主要作用是处理基 地站与移动台之间的无线通信,为数据和话音信号,在 MSC 与 MS 之间起中继作用。在通 话期间,基地站利用监测音(SAT)和测量接收信号强度的方法,监示无线传输质量。其基地 站设备主要由一至多部收发信机架(根据信道的需要)、交换机与无线信道接口机架、电源架 及天线等组成。 一、收、发信机架(单机架) 收发信机架上具有与移动台进行无线通信所需的全部设备。它包括:信道单元、发射机 (TX) 合成器、接收机 (RX) 多路耦合器 (MC) 、信号强度接收机 (SR) 、参考振荡器 ( 用于 CMS8810)、控制信道备用倒换(CCRS)、信道测试器(CT)、功率监视单元(PMU)等功能 块,其组成框图及其在机架中的位置,如图 6 及图 7 所示。

图 6. 无线信道(RCG)功能块框图

图 7. 无线柜(架) 1、信道单元 控制信道和话音信道的信道单元是相同的。每个信道单元由一个发射机、一个接收机、 一个控制单元和一个功率放大器组成。功率放大器有三种,它们的输出功率分别是:10W、 25W 及 40W;究竞选年哪一种,取决于小区覆盖半径的大小。为了获得所需的覆盖,在安 装时可在三种功率放大器中选择一个。发射机的输出功率受软件(SW)和硬件(HW)控制。 硬件是装在收发信盘(TRM)面板上的一个电位器,可用人工进行调整,调节范围可从最大 输出功率下调 20dB。软件调节有 7 个档次,每档 4dB 调低输出功率。硬件和软件控制后 的最小输出功率为 100mW。 收发信盘(TRM)装在一个双面铝/锌合金材料铸成的盒子里。 发信机(除功率放大器外)、 接收机和电源装在一边,控制单元(CU)装在另一边,功率放大器(PA)单独地用螺丝固定在 收发信盘的后面,并配有一个温控电扇。 一个基地站可以由一个或几个收发信机架组成,最多 96 个信道单元。 在同一个机架中的信道单元,可由 MSC 指令分配给本基地站的不同无线小区。同样, 信道单元也能指定为话音信道、控制信道或作信号强度接收机。通常 CMS8810 机第一信

道为控制信道,2~8 信道为话音信道单元,第二信道(Ch2)为备用控制信道单元。 控制单元由微处理机组成,为信道单元的智能部分,它负责管理送向 MSC 的信令过程 和送向 MS 的信令,并负责对收发信单元的控制,同时也负责测量来自 MS 话音信道的质 量和整个收发信单元的故障监测。 2、接收机多路耦合器(MC) 单机架(A 机架)的接收机多路耦合器,用于把接收信号分配给二个功率分配器。每个分 配器所引入的 6dB 衰耗,由多路藕合放大器的增益(前置放大器)来补偿。功率分配器是无 源的,没有截止频率,输出端口之间的隔离大于 30dB。 多路耦合器由带通滤波器、放大器和功率分配器等组成。放大器的电流是受到监视的, 如果出现故障,有告警信号指示,并把告警信号送到配线单元(DBU)。 不同频段使用不同形式的多路耦合器(MC)。 当收发信单元的数量超过 16 时,需要配置一个主功率分配器(MPS),它可以把功率分 配给四个功率分配器;当数量超过 32 个时,需要增加第二个主功率分配器。因此,在多个 机架的情况下, 一个接收机多路耦合器最多可容纳 48 个信道接收机和 2 个信号强度接收机。 3、信号场强接收盘(SR) SR 由接收机和控制单元组成,其性能指标与信道收信单元相同。SR 按照 MSC 的指令, 连续地、逐路地对邻近无线小区的信道进行扫描,并把测量结果送到 MSC;MSC 根据测量 结果,判断一个行进中正在通话的移动台是否需要进行交换(信道转换),即是否转换到所考 虑的邻近无线小区中。 4、参考振荡器(ROU) ROU 是一个高稳定度的振荡器,可产生一个 31.250kHz,具有 0.25ppm 频率稳定 度的信号。此信号分配给所有信道单元发射机、接收机的频率发生器中,作本机振荡器锁相 环的参考信号。该信号具有两种形式:一种是数字形式(采用 PCM 方式),用于 MSC 的交 换机与无线接口机架之间;另一种为模拟形式,用于模拟信令时的调制与解调。 当采用 PCM 连接时,ROU 的输出信号作为 PCM 的外部基准。当交换机与无线信道接 口机架(ERl)收到一个来自 MSC 的时钟信号(2048000 土 0.000005Hz)时,把它转换成 收发信单元的本地振荡器锁相环所需的参考信号。 这个参考振荡单元中,还有一个稳定度为 1.5ppm/a 的普通温度补偿晶体振荡器,作 为 PCM 外部基准的备用。 模拟方式不设外部基准,但配以具有晶体恒温箱的高稳定度内部振荡器,它的稳定度可 达到 0.25ppm/a。 所有的收发信机均有自己的石英晶体振荡器。 当 ROU 系统发生故障时, 例如锁相环(PLL) 失锁,在参考振荡单元(ROU)发出告警信号的同时,它们自动投入运行。使用 ROU 系统的 优点是,每年维护时只需对一个振荡器核对即可,而无需涉及每一信道单元的各振荡器。 ROU 通过配线单元(DBU)把参考信号分配到每个收发信单元、 信号场强接收盘、 信道测 试盘等。它最多可供 6 个机架。 5、信道测试盘(CT)

CT 是受 MSC 操作人员控制的设备,用来测试基地站内的无线信道设备,并把测试结果 通过数据线送回 MSC。信道测试盘是由收发信机和控制单元组成,其接收机用同轴电缆与 收发信单元的发信机相连, 同时与星形联结器上的测试结点相连, 其发射机通过多路耦合器 的测试结点与收发信单元的接收机连接。它能连接 9 个发射机和 3 个接收机天线。 6、功率监测单元(PMU) 它联接在功率合成器的输出端,通过定向耦合器获取信号,测得天线馈线电缆上的前向 和反射的功率,以达到监视前向和反射功率的目的。当反射功率太高时,就会启动告警。每 个发射天线需要一个功率监测单元。 7、控制信道备用倒换单元(CCRS) CCRS 由高频(RF)同轴继电器和控制逻辑电路组成。它有两种工作状态:正常和倒换。 当处于正常状态时,控制信道(CC)作为控制信道使用,而备用控制信道(CCR)作为话音信 道使用。 一旦控制信道(CC)出现故障,不能工作时,它在接到 MSC 指令后,处于倒换状态。此 时,控制信道(CC)的输出为开路,备用控制信道(CCR)代替原控制信道起控制信道的作用。 8、配线单元(DBU) 配线单元由安装在印刷电路板上的 14 个连接器组成。机架内部和相互之间所有的告警、 信息分配器连接、 收信连接、 发信连接和参考振荡单元时钟/告警信号都与配线单元连接起 来。 每个收发信盘、信号场强接收盘和信道测试盘均分别使用一个连接器。这样,一个机架 的信道盘共需 10 个连接器。剩下的 4 个连接器,一个用来与话音信道(VC)收发信单元的 所有音频线连接起来;一个连接器把来自多路耦合器(MC)和功率监测单元(PMU)的告警信 号连接起来,它也把控制信号分配给控制信道备用倒换单元。最后的两个连接器,用来连接 相邻机架间的各种信号。 9、电源配线(PCB) 输入十 26V 直流的电源,通过两对导线与机架顶部位于分配单元后面的电源连接板相 连。在机架底部的电源配线条 PD1 与电源连接板上的其中一对电源输入线相连;在机架顶 部的 PD2 与另一对输入线相连。 PD1 供给: 多种耦合器 A、功率监视单元(PMU)、控制信道备用倒换(CCRS)、信号场 强接收盘(SRM)、收发信单元 2、Ch3、Ch4、Ch5。 PD2 供给: 多路耦合器 B、 功率监视单元(PMU)、 信道测试盘(CTM)、 Chl、 Ch6、 Ch7、 Ch8、参考振荡单元(ROU)。 如此安排即使 0 其中一对输入电源支路发生故障,其单元仍可以维持工作;当然系统的 话音信道数减少了,并无接收分集。 二、交换机与无线信道接口机架

接口设备是连接基地站和移动业务交换中心的纽带,起信号交换的作用。为此,首先介 绍一下 MSC 和 BS 间信号的传输情况。 1、MSC 和基地站间的数据传输 当 MSC 经控制信道或话音信道向移动台发送报文时、MSC 接收 BS 请求越区信道转换 的报文时或为了定位 MSC 向 BS 发送请求测量报文时……都需要在移动业务交换中心和基 地站间传送数据。其数据传输的硬件框图,如图 8 所示。

图 8. MSC-BS 数据通信(一条 32 路 PCM 线路) 图中采用了 30/32PCM 线路(也可采用 24 路 PCM 线路或模拟传输线)。为分析方便, 图中只画出一条 PCM 线路。 为了增强可靠性, 控制设备处理机(CUs)通常装备一对区域处理机扩充模块(EMRP)一个 EMRP 处于工作状态;而另一个备用。EMRP 为主控,每 10 毫秒对所有 CUs 扫描一次。 如果发现任何 CUs 中有报文等待处理,它就立即取出。区域处理机扩充模块(EMRP)最大 控制(寻址)能力是:8 个控制信道、32 条话音信道和 8 个信号强度接收机。 下面以 MSC 发送到指定控制单元(CU)的报文为例,来说明数据传输的过程。 1.中央处理机向相关基地站的中央信号终端 STC 发送报文。 2.中央信号终端 STC 处理报文标记,标记包含控制 CU 接收报文的区域处理机扩充模块 的确切地址和符合 CCITTNo.7 协议的公共信道信号框图的报文内容。 3.中央信令终端(STC)经由交换机终端电路(ETC)组成的传输媒介、PCM 链路的 16 时隙 (称为控制链路或信号链路)和复用器(MUX)将报文发给区域信号终端(STR)。ETC 和 MUX 保证在发送和接收时,将 64kbit/s 数据流正确地插入 16 时隙和从 16 时隙中提取出来。 4.区域信号终端(STR)接收报文后,首先检验传输报文是否正确,在证实无差错后,对信 号报文重新格式化,最后把报文送到 EMRP 总线上相应的区域处理机扩充模块(EMRP)。 5.区域处理机扩充模块计算控制单元地址,把报文送到报文分配器(MD),由 MD 把并行 数据流转换成串行数据流, 这是因为串行数据流对无线电干扰不敏感, 以满足高级数据链路

控制规程(HDLC)的要求。 6.当 CU 在数据总线上监视数据流时,它能确认自己的地址,并检索报文,从而实现了 MSC 向指定 CU 发送报文的全过程。 2、MSC 和 BS 间的话音传输 在基地站话音信道单元和 MSC(经 ETC)的选组器之间,每个无线话音信道有一条专 用的、双向的话音线路,如图 9 所示。

图 9. MSC-BS 间的话音线路 图中表明,信道接收机(RX)将收到的移动台话音按模拟方式送到复用器,在复用器中进 行模拟/数字变换。然后将数字化的话音信号插入相应的 PCM 数字信道(时隙)中。一般地 说,32 路 PCM 线路,0 号时隙用来传送同步和告警信息,16 号时隙用来传输数据,所以 一条 32 路 PCM 线路只能为 30 条话音信道服务。 在 MSC 中,由 ETC 接口的话音信道直接连到选组器,通过选组器将话音信道交换到需要 的方面。 在基地站,由复用器(MUX)把通过 PCM 相应时隙传过来的数字话音信号变换成模拟形 式,直接送到相应的信道发射机(TX),然后经无线信道发往移动台。 如果 PCM 传输线路的传输质量及某些维护工作不能满足要求时, 交换机终端电路(ETC) 将通知区域处理机发出告警。 不难看出,当 MSC 与 BS 间仅一条 PCM 线路时,一旦 PCM 线路发生故障,基地站就 被切断,使它所控制的无线小区内所有的移动台处于瘫痪状态。为此,通常要求基地站具有 双份 PCM 线路。这意味着 STC、ETC、MUX 和 STR 也需要双份,如图 10 所示。

图 10. 双份 PCM 传输线路 是否采用双份 PCM 线路,要从可靠性和成本两个方面来考虑。当然,如果基地站话音信 道数量超过 30 条时,则 PCM 线路将多于一条。在此情况下,从提供优质服务的观点来看, 外加设备(STC 和 STR)的成本就可忽略了。 在双份控制结构中,当一条 PCM 传输线路发生故障时,只是发生故障的 PCM 话音信道 停止工作,其数据将由另一条 PCM 的 16 时隙继续进行传输。 由图 10 还可看出,根据需要,在基地站信道数增加到一定数量之后,如果一对区域处 理机扩充模块(EMRP)不能满足要求时,可将另一对 EMRP(或更多)与现有总线相连接来实 现扩充。 一般情况下,一条控制链路(STC,16 时隙和 STR)控制奇数 EMRP 对,而另一条控制 链路则控制偶数 EMRP 对,但当其中一条控制链路发生故障时,另一条就负担整个负荷。 3、交换机和无线信道间接口(ERI) ERI 是基地站功能单元之一。它是由专供数据传输的单元组成。图 11 表示了 TSG30 机架的情况。本架设备由双份控制系统构成。

图 11. TSR30 架 由于基地站用 24VDC,而接口设备需一 48VDC(电话设备的标准值),所以在机架上需 配备 DC/DC 变换器。 4、扩充模块组(EMG) EMG 是为控制基地站而设计的, 位于 ERI 机架中。 由 STR(或一对 STR)和大量的 EMRP 组成。每个 EMRP 对<或单一个 EMRP=看作为一个扩充模块(EM)。因此人们常称之为扩 充模块组。由扩充模块来控制相应的控制单元(CU)或打字机等。 一个扩充模块组,通常用于控制一个基地站,即一个全向性无线小区或三个扇形无线小 区,如图 12 所示。

图 12. 控制链路和 EMGS 例子

因此,当连接一个新基地站进行数据传输时,必须指定 EMG 的名字和号码、以及所有 的 EM 和被 EM 控制的设备。还必须说明控制链路的构成,是单一还是双份的。 三、电 源 基地站的配电电压为 26.4v。通常是由主干电力线路经 AC/DC 变换器得到的,如图 13 所示。当主干线路发生故障时,备用电池将能在一定时间内向基地站供电。

图 13. 供 电 (二).GSM 基站简介 GSM基站在GSM网络中起着重要的作用, 直接影响着GSM网络的通信质量。 GSM基 站是一种技术要求较高的产品, 最初的基站设备基本都是一些国外的产品。 随着我国一些高 科技电信企业在移动通信领域的不断深入, 一些国内的电信企业如大唐、 广州金鹏等公司也 生产出多种型号的基站。 GSM 赋予基站的无线组网特性使基站的实现形式可以多种多样--宏蜂窝、微蜂窝、微微 蜂窝及室内、 室外型基站, 无线频率资源的限制又使人们更充分地发展着基站的不同应用形 式来增强覆盖,吸收话务--远端 TRX、分布天线系统、光纤分路系统、直放站。 一、GSM系统结构 1.系统的组成 蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统(NSS)、无线基站子系统?BSS?和 移动台(MS)三大部分组成.其中NSS与BSS之间的接口为"A"接口,BSS与MS 之间的接口为"Um"接口。 注: AUC:鉴权中心 MSC:移动业务交换中心 GMSC:入口MSC BSC: 基站控制器 BTS:基站收发信台 HLR:归属位置寄存器 VLR:拜访位置寄存器 2.交换网路子系统(NSS) MSC:对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体,也是移 动通信系统与其它公用通信网之间的接口。 VLR:是一个数据库,是存储MSC为了处理所管辖区域中MS(统称拜访客户)的 来话、去话呼叫所需检索的信息。 HLR:也是一个数据库,是存储管理部门用于移动客户管理的数据。 AUC:用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数(随机 号码RAND,符合响应SRES,密钥Kc)的功能实体。 EIR:也是一个数据库,存储有关移动台设备参数。

3.无线基站子系统(BSS) BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制,与MS进行通信的系统设备,它主 要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器(BSC)和 基站收发信台(BTS)。 BSC:具有对一个或多个BTS进行控制的功能,它主要负责无线网路资源的管理、 小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等,是一个很强的业务控制点。 BTS:无线接口设备,它完全由BSC控制,主要负责无线传输,完成无线与有线的 转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 二、BTS结构 BTS包括下列主要的功能单元:收发信机无线接口(TRI)、收发信机子系统(T RS)。其中TRS包括收发信机组(TG)、本地维护。 TRI具有交换功能,它可使BSC和TG之间的连接非常灵活;TRS包括基站的所 有无线设备; TG包括连接到一个发射天线的所有无线设备; LMT是操作维护功能的用户 接口,它可直接连接到收发信机。 发信机子系统包括基站所有无线设备,主要有收发信机组(TG)和本地维护终端(L MT)。 一个收发信机组是由多个收发信机(TRX)组成,连接同一发射天线。 三、BTS的配置及分类 1.BTS配置应符合以下要求: 室内BTS应支持以下容量 全向BTS应支持以下配置:1-4个TRX及4个2Mbit/s端口。 扇区BTS应支持以下配置:两扇区BTS,1+1个TRX至2+2个TRX及4个 2Mbit/s端口。 三扇区BTS, 1+1+1个TRX至4+4+4个TRX及4个2 Mbit/s端口。 ?* 室外BTS应支持以下容量 全向BTS应支持以下配置:1-3个TRX及2个2Mbit/s端口。 扇区BTS应支持以下配置: 两扇区BTS,1+1个TRX至2+2个TRX及2个 2Mbit/s端口。 三扇区BTS,1+1+1个TRX至2+2+2个TRX及2个 2Mbit/s端口。 ?* 室外小型BTS应支持以下容量 全向BTS应支持以下配置:1-2个TRX及1个2Mbit/s端口。 对以上配置,在运营者需要时,还应能在记录减小对实际运行影响的情况下扩容到更大 的配置,且能在现场对BTS进行扩容。 ?* 发射机合路器 将一系列发射机的输出组合到一根天线上。

?* 接收机多路复用器 接收机多路复用器应将RX天线的信号输出到一个小区内的所有TRX中。 * 天线 任何类型天线应能承受风速为150Km/h的风力负载,天线的连接头处一般应在天 线的下面。天线应有防结冰性能。 GSM 移动通信基站天线具有如下特殊技术: * * * * * * * * * * 采用压低上半球近旁瓣和零值填充技术实现完美的方向图赋形。 天线阻抗设计为带内良好匹配,带外急剧恶化,从而提高抗干扰性。 关键辐射部件采用优良的导电材料和三防措施,确保天线电性能的稳定性。 馈电网络采取直流接地技术,提供良好的雷电保护。 馈电系统无导致交调干扰的接点。 通过特殊处理和避免不同金属材料连接,以防电耦腐蚀。 采用低损耗高屏蔽的馈线以提高天线电性能。 采用高精密的模具生产,确保批生产的一致性。 采用抗紫外线辐射、耐高低温、韧性高、密封性好的护罩,提高天线的使用寿命。 天线安装架设方便,调整灵活。

2.BTS 的分类 在 GSM 基站设备的开发上各公司都推出了系列化的基站产品--从宏蜂窝的室内室外型 基站到微蜂窝的室内室外型基站以及各种微微蜂窝基站产品,有些厂商还推出了远端 TRX 形式的设备以达到具有丰富灵活的 GSM 无线网络组网方案, 能够满足不同国家移动网络运 营商的不同需求,提供全面的无线网络解决方案。各厂家的室外型基站设备设计思路相同, 都是在各自室内型设备的设计方案基础上改造, 增加适应恶劣环境所需的电源系统和环境调 节及防护系统。从容量上分一般有小容量和大容量两种,典型的载频数为 2TRX 和 6TRX。 随着 DCS1800 频段的使用,单机柜载频数也开始出现 4TRX、8TRX 和 12TRX。 四、BTS的测试指标 就 GSM 基站测试而言,测试的主要依据为 GSM05.05 系列及 11.20 系列技术规范中 所定义的有关 GSM 基站定型验证测试的条款.其中 05.05 系列侧重于基站及手机收发信机 的指标要求;而 11.20 系列则侧重于基站系统的测试需求与测试方法。 对于系统运营管理人 员来说,依据 GSM05.05 及 11.20 系列逐项对基站进行测试既无此必要也极不现实。通 常采用的方法是从整个规范中选择出十分关键的相关指标,针对这些指标进行相应的测试。 这些指标包括: * 平均载波功率 * 相位和频率误差 * 功率与时间关系 * 输出 RF 频谱 * 互调衰减 * 杂散辐射 * 合路器调谐

(三).GSM 基站的优化建设 GSM 数字移动通信发展非常迅速,从早期规划的大区制,到后来的小区制,直到 现在的微蜂窝、微微蜂窝,相对应的天线从早期架设在屋面铁塔上,到后来天线 降到屋面上,直到现在要把天线设置在屋面下的外墙侧面上。所有的这些变化都 说明,对 GSM 基站站点的优化在不同阶段要有不同的思路,只有不断更新思想, 才能建设和优化好 GSM 无线网络的通信质量。 在 GSM 建设初期,建设基站的主要目的是为了扩大无线覆盖面,尽可能力移 动用户提供较为满意的连续覆盖, 所以基站数量相对较少, 无线网络也相对简单。 随着 GSM 移动电话用户数量的飞速增长,GSM 基站只有不断地进行扩容与新 建,才能满足用户的需求。随着无线网络的不断扩大,网络资源配置不合理现象 日益突出,因此,在 GSM 基站进入快速发展阶段。应重视对基站的优化。 下面以福州市区 GSM 基站为例,从 3 个方面阐述影响移动通信质量的原因, 并提出采取优化的方法。 一、预测模型的影响及其优化 1.预测模型的影响 根据所使用的频率不同, 通常有两种不同数学模型预测 GSM 基站无线覆盖范 围。 (1)Okumura 电波传播衰减计算模式 GSM900MHz 主要采用 CCIR 推荐的 Okumura 电波传播衰减计算模式。该模式 是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考, 对其他传播环境和地 形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。 (2)Cost-231-Walfish-Ikegami 电波传播衰减计算模式 GSM 1800 MHz 主 要 采 用 欧 洲 电 信 科 学 技 术 研 究 联 合 推 荐 的 "Cost2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。该模式的特点是:从对众多城市的 电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。 不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围,只是基于理论和测试结果统 计的近似计算。 由于实际地理环境千差万别, 很难用一种数学模型来精确地描述, 特别是城区街道中各种密集的、下规则的建筑物反射、绕射及阻挡,给数学模型 预测带来很大困难。因此。有一定精度的预测虽可起到指导网络基站选点及布点 的初步设什,但是通过数学模型预测与实际信号场强值总是存在差别。 2.采取的优化方法 (1)福州市区 GSM 基站电波传播的环境福州市区内的地理环境是: 有山(于山、乌山等)、有湖(西湖公园、左海公园等)、有江(闽江等), 还有参差不齐的高校大厦。福州市区现有 GSM 900 MHz 基站 198 个,GSM 1800 MHz 基站也有 70 个左右(截至 1999 年底)。这些基站遍布在全市各主要商业区、住 宅小区、行政办公大楼、学校以及邮电局(楼)等场所,基站与基站之间最小间 距己小于 300m。因此,电波传播环境是错综复杂的。

(2)优化的方法 根据福州市区的地理环境和基站分布情况,要得到真实的电波场强覆盖情 况,需借助于场强测试仪进行现场实测(路恻)。优化时主要分高话务量密集区 和中低话务量区两种情况进行: ①高话务量密集区的场强测试和优化 所谓高话务量密集区是指福州市的五四路、东街口、五一广场等区域。这些 区域每平方公里的爱尔兰数一般在 120 以上(即 120Erl/km2);场强值设置应 下低于-65dB,以保证在高话务量区内的所有 GSM 手机都处在强场强覆盖状况。 借助场强测试仪进行现场测试(包括室内、室外覆盖),重点了解并记录各 基站覆盖区、重叠区、弱场强值区(小于-65 dB。尤其是小于-75 dB)分布情况。 然后对这个区域内的场强值调整及优化。 a.弱场强值区的调整及优化 主要是室内区域的调整及优化,因为电波穿过各种墙体进入室内约有 15 dB 一 20dB 的衰减值,因此需加强室内区域的场强值。 对建好且已投入使用的高楼大厦、宾馆(一般是三级以上)等如果在技术上 可采取室内分布系统的,应优先考虑建设室内覆盖点:如果在技术上不能采取室 内分布系统的(有些物业管理部门不同意施工),则应考虑建设微蜂窝站点;对 于在建或拟建的建筑物(尤其是高档大厦)应积极与业主联系,争取在建设阶段 就布好室内分布系统。 根据实际情况,对室内覆盖站可独立增加频点建站,也可利用原有室外站频 点建站(通过天线分路器共享室外、室内载频);可建成定向无线分布式的室内 覆盖,也可建成全向式天线分布式的室内覆盖。 以上是改善繁华地段弱场强值区的有效方法, 解决得好一方面可以解决高层 建筑干扰问题,另一方面可提高接通率,吸收话务量。 目前在福州市区的省政府新大楼、省邮电管理局、省移动公司大厦、福州电 信枢纽大楼、大利嘉城、双子星大楼等基站均采用室内覆盖,在邮电公寓等基站 建设了微蜂窝站。 b.场强重叠区的调整及优化 场强重叠区主要是相邻多基站无线电波重叠覆盖区域。 由于多基站的多扇区 对某一特定区域进行无线电波重叠覆盖, 必然使进入该特定区域的移动手机出现 频繁切换。掉活率上升。因此,必须减少这类区域的重叠覆盖区域的面积。 对场强重叠区的优化可考虑采用增大下倾角的方法或换成电调下倾角的天 线,使覆盖重叠区减小,并减少干扰。 通过调低周围相关基站的天线挂高、发射功率或使用更低增益(如 8dB)的 无线等方法,也可改善场强重叠覆盖带卒的负面影响.减少掉话率。 目前在福州市的五四路、东街口、五一广场、三叉街等地段上的基站就应降 低天线高度或使用更低增益天线或调低基站输出功率。

②中低话务量区的场强测试和优化 所谓中低活务量区是指除了高话务量区外的其它区域, 一般指福州市的二环 路以外(行政区域划分的三、四级及以下的区域)。该区域场强值最低可放宽到 -90 dB~100 dB。借助场强测试仪进行现场测试(包括室内、室外覆盖),重点 了解并记录各基站覆盖区、重叠区、弱场强值区(小于-90 dB,尤其是小于-100 dB)分布情况。然后对这个区域内的场强值调整及优化。 由于这类区域场强重叠区并不像密集区域场强重叠区那样影响移动用户 (掉 话率),因此应把优化的重点放在改善弱场强值区,最简单、最直接的方法就是 增设室外基站,加大场强值,改善覆盖。 总之,因预测不准确,对 GSM 基站进行调整优化,主要是通过增设室内站、 微蜂窝站、室外站,调整基站无线参数以及发射功率等方法,改善无线电波的传 播及覆盖,使区域内的无线覆盖更接近数学模式电波传播模型,为用户提供良好 的通话质量。 二、环境变化及其优化 1.环境变化 GSM 发展非常迅速,基站遍布城市各个角落与街道,另一方面城市的规划与 建设不断地更新和发展,一座座高楼大厦拔地而起。这样,早先建设的基站在某 扇区或多个扇区就有可能被后来建设的高楼所阻挡,基站电波传播环境急剧恶 化,因此必须对基站进行优化,使基站的资源配置始终处于最优状态,产生出最 大经济效益。 2.采取的优化方法 (1)基站天线调整 最有效且简单的办法是对基站天线进行调整, 即把被阻挡的扇区天线移到该 楼其它位置,避开阻挡建筑物,这种方法适用于无线及馈线调整相对比较容易的 基站。 例如. 福州市电信枢纽 GSM 基站建设于 1995 年, 当时该基站第一扇区 (朝 北面)没有阻挡物,但是在 1998 年城市规划中,位于该基站第一扇区的正前方 新建了一座科技大厦,与枢纽大楼相隔不到 15 m,完全阻挡了枢纽站第一扇区 的无线覆盖,该扇区话务量直线下降。为了使该扇区的资源能得到有效利用,优 化时,对该扇区的两副收发/分集接收天线作了及时调整,移到靠西面的北侧, 避开阻挡建筑物。 (2)搬迁基站或扇区 当天线及馈线调整较为困难且基站因阻挡,实际利用率大大降低时,可采用 两种优化方法。优化方法之一,搬迁基站。当然采取这种方法,在人员、时间、 资金等方面要付出代价,应慎重考虑,尽量少采用。优化方法之二,去掉被阻挡 的扇区,在周围适当的区域内另设站点。 城市中的重要基站往往处于城市的中心, 而随着城市现代化建设步伐的下断 加快,旧城改造、城市重新规划在所难免,基站所处的周围环境也处于不断更新

和改变中。基站周围的无线电波环境也随之改变。因此对城市内基站进行优化应 适应城市环境的改变。使无线电波处于较佳覆盖,资源配置处于较合理状态。 值得一提的是上述调整是动态的而不是静态的。 三.网络扩建及其优化 1.网络建设的发展 在网络建设初期, 往往把基站各相关的参数设置在有利于扩大基站覆盖面的 位置上。随着 GSM 用户增多,网络下断扩建,基站越建越多,GSM 无线网络不断 向小蜂窝--微蜂窝结构发展,原先的基站参数(如基站的输出功率、无线高度、 无线增益、 无线倾角等) 设置已不适应现在无线网络的发展需要, 必须进行调整。 由这个因素引起的基站优化工作量最大,涉及面也最广,而且也是最迫切需 要解决的问题,因为这直接关系到整个无线网络能否顺利扩容、增加无线网络容 量、满足用户对 GSM 移动通信的需求等问题。 2.采取的优化方法 --这种因素引起的基站优化可从两个层面进行: (1)对设在市内高层建筑上基站的优化 毫无疑问,这类基站(一般是指天线离地挂高在 30m 以上)在 GSM 建设 初期起到了重要的作用,在基站数不断增加的情况下,这类基站正面作用越来越 小、反面作用越来越突出,它阻碍基站的进一步发展(建设、扩容),特别是给 频率复用造成困难。 --在对福州市内早期建设在高层建筑物上的一些基姑进行 优化时。可采取以下方法: ①如果无线能降高的,就采取降低天线高度的办法,便于在其周围建设新基 站,提高频率复用率。例如,目前福州市内的邮电公寓基站由原先天线挂在 14 层屋面的 50mn 铁塔上,降到现今 14 层屋面上(还是太高,优化时应调整到 8 层外侧墙上)。 ②如果无线不能降高或降高很困难的基站,有两种办法: a.对这些高层站使用的频率重新分配(规划),使之与大部分市内低层基站 使用的频率不重复, 形成福州市内高层建筑物群覆盖和低层建筑物群覆盖两个层 面,例如福州市邮政大厦、江滨等基站可调整为高层覆盖区。 b.由于市内高层站也不能设置太多,那样会浪费宝贵的频率资源,因此对一 些多余的基站(特别是市中心、繁华地段的高层基站)则应拆除,像福州市闽江 饭店基站就应拆除。 (2)对设在低层建筑物上基站的优化 对这类基站 (一般指 10 层以下民用住宅楼, 天线离地挂高在 15m~30m 之间) , 如果是基站无线覆盖半径要求控制在 500m 左右时,这样的无线离地挂高是比较 合适的。随着基站小区的不断分裂,小区半径间隔越来越小(已达到 300m,甚 至更小), 这时就要对天线进行调整。 由于对这类基站进行优化, 主要是把基站无线覆盖小区半径控制在一个更小

的范围内,因此,通常采用调整无线倾角的办法来加以控制。一方面,调整天线 下倾角方法简单、施工方便、周期短,且又能使天线在干扰方向上的增益减小: 另一方面无线下倾后, 提高了本覆盖区内的信号强度, 既改善了本覆盖区的场强, 又增加了抗同频干扰的能力,因此能有效地对服务区进行控制。 当通过调整天线倾角无法达到预期的目的时,就要通过更换小增益天线、调 整基站的发射功率,或者降低天线的离地高度等方法来控制小区信号强度。 -在实际工程中对天线下倾角调整不是越大越好,这是因为随着天线下倾角的增 大,水平方向传播特性图将变成扁平。一般下倾角超过 10°,水平方向图就会 出现失真。因而天线下倾角在 0°~10°之间选择较为合理。 另外,有些厂家在设计天线时,把主瓣与旁瓣交界处的场强值设地成 0 dB, 且天线内部本身又没有设置下倾角度, 为了抑制该 0dB 场强值落在最想覆盖的基 站小区内 (造成近距离覆盖效果不好) , 因而无线下倾角至少也要下倾 1°~2°。 如果运营商选择这类天线,则天线下倾角建议在 1°~10°之间选择为宜。 当然,影响 GSM 基站通信质量的因素是非常复杂的,如智能跳频技术运用的 好坏、配套传输和电源质量稳定的情况、工程施工质量的好坏等因素都会直接影 响到基站通信质量,限于文章的篇幅。这里不再一一论述。
(四).移动通信基站的维护

移动通信系统中的基站主要负责与无线有关的各种功能,为 MS(移动台)提供 接入系统的 UM 接口,直接和 MS 通过无线相连接,系统中基站发生故障对整个移 动网的影响是很大的。引起基站故障的原因很多,但大多可归为以下四类: 一.因传输问题引起的故障 移动通信虽属于无线通信,但其实际为无线与有线的结合体。移动业务交换 中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的 A 接口以及基站控制器(BSC)与基站 收发信台(BTS)之间的 ABIS 接口其物理连接均为采用标准的 2.048MB/S 的 PCM 数字传输来实现。另外基站的各部件的稳定工作离不开稳定的时钟信号,而基站 的时钟信号是从 PCM 传输中提取的,爱立信的基站不提供外部时钟输入的端口, 这些基站设备是基于采用传统的 PDH 组网方试而设计的。 目前传输设备正从 PDH 向 SDH 逐步过度,而按照 SDH 的传输体制,由于指针调 整的原因,其传送时钟是通过线路码传输,由分插复用器(ADM)专门的时钟端口输 出。如果采用从 SDH 的随路码流中提取时钟的方法,将会带来诸如失步,滑码,死 站的问题。如新桥站原采用爱立信 RBS200 设备,传输采用 SDH 系统,此站自开 通以来一直不稳定,后经爱立信工程师到现场检查发现为基站同步不好,建议采 用 PDH 传输系统,或基站采用 RBS2000 设备,(RBS2000 对同步要求较 RBS200 低),后用 RBS2000 设备替换原 RBS200 设备,基站工作正常至今。 日常维护中经常有基站所有或部分载频不稳定,时而退服时而工作的现象, BSC 侧对 CF 测试结果为 BTS COMMUNICATION NOT POSSIBLE 或 CF LOAD FAILED。 此类故障大都为传输不稳定有误码,滑码而引起的。当传输误码积累到一定时, BSC 无法对基站进行控制,数据装载,此时可在本地模式下通过 OMT 对 IDB 数据 从新装载,复位后可恢复正常。 二,因基站软件问题引起的故障

基站系统中的软件是指挥和管理基站各部件有序,正常工作的。若基站 IDB 数据与基站情况不匹配,则基站一定无法正常工作。如在对北码头基站进行传输 压缩(两条压缩为一条)后发现 A,B 小区工作正常而 C 小区工作不正常,说明 BSC 无法与 C 小区进行通信,于是怀疑与之想邻的 B 小区的软件设置有误,经查看发 现 B 小区的传输方式被误设为 STANDALONE(单独方式),一条传输时 ABC 各扇 区的传输方式应分别设为 CASCADE,CASCADE,STANDALONE,将 B 的传输方式改 为 CASCADE 后基站恢复正常。 三,因基站硬件引起的故障 此类故障较常见, 现象也较明显, 一般有故障的硬件其红色 FOULT 灯会点亮, 但有时不能被表面假象所迷惑。 例如唐闸基站 B 扇区一载频(TRU)退服,到站后发现此载频的红色 FOULT 灯和 TX NOT ENABLE 灯都亮,于是判断为 TRU 硬件损坏,更换后故障现象依旧, 此时更换 TRU 就犯了"头痛医头,脚痛医脚"的错误,TRU 退服可能为其本身硬件 故障也可能为与之相连的其他硬件或连线的故障。用 OMT 软件诊断后提示为 CU 到 TRU 间的连线故障,检查发现连线松动,重新连接后故障消失。对此类故障建 议先用 OMT 软件进行故障定位,根据 OMT 的建议替换单元进行操作,而不能只看 表面。 四,因各种干扰引起的故障 移动通信系统中的干扰也会影响基站的正常工作,有同频干扰,邻频干扰, 互调干扰等。现在陆地蜂窝移动通信系统采用同频复用技术来提高频率利用率, 增加系统容量,但同时也引入了各种干扰。 日常维护中新建站以及扩容站新加载频的频点选取不合理基站将无法正常工作, 对此类故障应与网优配合,综合考虑各种因素,选取合理频点,消除以上干扰。 对移动通信系统中基站的各类故障应认真分析,找到其真正原因,才能以最 快的速度排除故障,提高网络质量。 五、移动通信基站维修实例 1 爱立信模拟基站系统 RBS883 障碍处理一例 江苏南通易家桥站的模拟基站系统为 RBS883,原经安装调测后,基站能正常工 作。运行一段时间后,交换侧测试发现系统中 B 小区第十个载频没有发射功率, 经到现场观察发现其对应的 COMB 不能调谐。 我们知道,江苏目前的爱立信模拟基站系统 RBS883 一般均使用自动调谐的形 式,即功率合成器采用自动调谐合成器。其调谐过程主要是由功率监测单元接受 从功率合成器中耦合出的-32dB 的射频信号和从方向耦合器中耦合出的-40dB 的 射频信号,通过对这两个射频信号进行比较处理后,功率监测单元启动并控制相 应的自动调谐合成器上的电动步进马达转动,从而实现自动调谐功能 。 下面我们对 RBS883 的具体结构作一说明。 在 RBS883 系统中,自动调谐功能主要由以下结构共同协调完成:功率监测单元 (PMU-AT)、信道收发信机(TRM)、自动调谐合成器(COMB)、方向耦合器。

其工作原理如下:当某一信道收发信机的发信机打开后,其输出功率信号经射频 线输入到功率合成器中的环形隔离器并最后进入合成器腔体中, 同时从环形隔离 器中(功率合成器上的 Pi 口)耦合出-32dB 的射频信号,经功率监测单元面板 上的参考信号输入端口(COMB 端口,共有八个,分别与位于无线机架 A 中的八 个合成器腔体相连),输入到功率监测单元中;另外,输入到合成器腔体中的射 频信号最后进入方向耦合器并经天馈线系统发射, 同时也从方向耦合器的前向功 率(PFWD)口耦合-40dB 的射频信号,经功率监测单元面板上的 Pout FWD 口输 入到功率监测单元中。 功率监测单元对以上两种射频信号进行比较处理, 当两信号相差 7-9dB 以上时, 功率监测单元就会通过步进马达控制线 (从功率监测单元面板上的 M01-M08 端口 至功率合成器上的步进马达信号连接头) 向相应的功率合成器送步进马达控制电 源信号,启动步进马达转动,并控制其转动量使其准确调谐到相应的频率上。 首先更换 COMB, 问题依旧, 证明 COMB 正常; 将功率计接到 TRM 的 TX 口, 用 LCTRL1 软件将 TRM 的功率打开,发现功率计有功率显示,证明信道盘 TRM 正常;一般说 来,如果功率监测单元或方向耦合器坏,会导致该小区所有载频出现问题,而不 应是某一载频退服,因此我们可断定功率监测单元及方向耦合器没有问题。 于是我们将目光转移到连线上:与相邻载频(第八个或第十二个载频)同时对 换 COMB 端的 Pi 输出头与马达连接后发现,该载频能正常工作,而相邻载频却不 能工作,从而将障碍定位在 Pi 输出线和马达连接线上;更换从功率合成器上 Pi 口至功率监测单元上 COMB 口间的连线后,载频正常工作,问题解决。 这些问题都因功率合成器上 Pi 口至功率监测单元上 COMB 口间的连线损坏,功 率监测单元无法接收从功率合成器中耦合出的-32dB 的射频信号,进而无法控制 COMB 调谐。 2 爱立信数字基站系统 RBS200 障碍处理一例 江苏南通的海北站(RBS200 系统)曾发生过某个载频不能工作的情况:交换 侧测试反应为该套载频接收正常但不能有效发射;到基站观察发现,该套载频在 推服过程中,RRX、TRXC 及 SPU 一切正常,而 RTX 不能有效锁定,导致整套载频 无法正常工作。 我们知道,爱立信数字基站系统 RBS200 一般均采用自动调谐合成器的形式。 自动调成器实质是一个窄带合路器,其输入被机械地调谐到指定的 GSM 频点。在 每一个合路器的输入端都有一个步进马达,它受控于它所连接的 RTX。两个输入 被合路成一路输出,若干个合成器的输出可以被连接成一条链。在调谐期间,发 射机将其合路器的输入设置到可以给出最大前向功率的位置, 而且还检验反射回 的功率,如果反射功率超过最大允许值,那么发射机将其自身禁用并发出一个错 误代码。 下面我们联系 RBS200 的具体结构作一说明。 RBS200 系统的自动调谐功能主要由以下结构共同协调完成: 无线发射顶 (RTX) 、 自动调谐合成器(COMB)、发射机带通滤波器(TXBP)、监测耦合器单元(MCU) 及发射机分路器(TXD)。 其工作原理如下: 语音信息经过编码、 交织、 加密等一系列处理过程后, 由 TRXC 通过 TX 总线传送到无线发射机(RTX),无线发射机对其进行调制和放大,并经 自动调谐合成器(COMB)调谐和发射机带通滤波器(TXBP)滤波后,最后传送到

监测耦合器单元(MCU)并经天馈线系统发射出去;与此同时,监测耦合器单元 的一个输出被连接到发射机分路器(TXD)单元的输入端,经发射机分路器分路 后,由其输出端连接到相应的一个 RTX 的"PT"口,RTX 将该信号与其自身发射信 号进行分析比较后,进而控制自动调谐合成器使其准确调谐到相应的频点上。 我们检查并更换硬件设备 COMB、RTX 及 TXD,结果在检查 RTX 时,发现该 RTX 的"PT"端口中的针头歪掉了,导致该 RTX 与从 TXD 过来的射频线不能有效接触, RTX 收不到从 TXD 反馈加来的参考信号,无法将该信号与其自身发射信号进行分 析比较,进而无法控制自动调谐合成器使其准确调谐到相应的频点上,因此该载 频不能正常工作。将该 RTX 的"PT"端口中的针头拨正后,该套载频工作正常。 3 爱立信数字基站系统 RBS2000 障碍处理两例 (1)因缺少环路终端而导致基站退服 启东土管局基站为 RBS2000 站,原为 5/5/5 配置,后因信令压缩的需要,经网 络规划人员现场测试分析后,决定将其改型为 4/4/4 配置,并经信令压缩成一条 传输线。压缩传输后基站能正常工作。后因某种原因基站迁址,由原少年宫迁至 启安宾馆,在重新开通时,基站的 A 小区能正常工作,而 B、C 小区却不能工作, 从交换机侧反应为 CF 数据灌不进去。 经到现场用 OMT 软件观察发现,TEI 值、PCM 等设置一切无误,而用 Monitor 菜单也不能发现任何告警信息;对 B、C 小区重新灌入原 IDB 后,障碍依旧,断 定 IDB 数据无误。在 C 机架的 DXU 中灌入 A 小区的 IDB 数据并改变架顶的 PCM 连接方式,使原 C、B 机架分别对应 A、B 小区,则 C 机架(对应 A 小区)能正常 工作,而 B 机架(对应 B 小区)却不能工作;对 B 机架进行同样的操作后,情况 与 C 一致,由此判断 B、C 机架设备无障碍。 在判断基站软、硬件一切正常的情况下,我们将目光转移到传输上。该站现为 4/4/4 配置,一条传输线,从 DF 架连到 A 机架的 C3 口,并从 A 机架的 C7 口出 来连到 B 机架的 C3 口,然后再从 B 机架的 C7 口连到 C 机架的 C3 口。 在检查连线及 IDB 中传输设置无误后,对传输通道进行环路测试并用万用表检 查通路,没有发现任何问题。最后在 C 架的 C7 口加上一环路终端,重新推站, 基站恢复正常。 在基站工作正常的情况下,我们曾做过如下试验:将整个基站 断电一段时间后再供电、起站。共断过三次电,其中有两次在不加环路终端的情 况下基站能正常工作, 而另一次却必须加上一环路终端基站才能工作。 由此可见, 因掉电而退服的基站,这种障碍现象并不是必然的,而是具有一定的偶然性,即 可能会出现这种障碍。 在我们日常操作维护中,对于只有一条传输线的 RBS2000 基站(其它站型的基 站尚未出现如此现象),当出现故障时,我们首先应该按照正常的步骤进行操作 维护,包括用 OMT 观察告警信息、复位、拔插硬件板、检查软件设置及硬件故障 等。在一切努力均告失败的情况下,试着在 C 架架顶的 C7 端口加上一个环路终 端,可能会帮助我们解决问题。 (2)因硬件原因引起基站告警 南通北码头基站为 RBS2000 站型,经工程局安装并调测后,基站能正常工作。

但经过一段时间的话务统计分析发现,该基站的 A、B 小区有较高的拥塞和掉话。 通过 BSC 观察发现,该站的 A、B 小区均有分集接收告警,同时 A 小区还有驻波 比方面的告警。到基站用 OMT 观察,发现有分集接收丢失告警及 VSWR/POWER 检 测丢失告警。 由于告警均与天馈线系统有关,我们先用驻波比测试仪分别对 A、B 小区的四根 天馈线进行了测试, 结果发现测量值均在标准范围内, 证明天馈线本身没有问题。 我们知道,分集接受是解决信号衰落、提高信号接收强度的重要措施之一。小区 通过两根接收天线接受信号,可以产生 3dB 左右的增益,同时通过对两路信号的 对比来判断接受系统是否正常。如果 TRU 检测两路信号的强度差别很大,基站就 会产生分集接收丢失告警。分集接收丢失告警可能是 TRU、CDU、至 TRU 的射频 连线或天馈线故障引起的。 由于在本例中,我们注意到 A、B 小区均有分集接收告警且拥塞和掉话均较高, 于是怀疑 A、B 小区的天馈线相互错位。后经高空作业人员对天馈线逐一检查, 发现 A、B 小区的接受天线相互错位。因此 A、B 小区的两根接收天线接受方向不 一致,方向不对的天线就接收不到该小区手机发出的信号或接受信号很弱,从而 使小区产生分集接收丢失告警且伴随着较高的拥塞和掉话。经更改后,分集接收 丢失告警消失,且拥塞和掉话降到了指标范围内。 对于 VSWR/POWER 检测丢失告警,我们也从原理上对其进行了分析处理。我们知 道,在 RBS2000 中,每个 TRU 都通过 Pfwd 和 Prefl 两根射频线分别与 CDU 的 Pf 与 Pr 相连,从而检测 CDU 的前向功率和反向功率。如果反向功率过大,则说明 天馈线驻波比太大或 CDU 有问题,这时 TRU 会自动关闭发射机产生 ANT VSWR 告 警。同时 TRU 还对 Pfwd 和 Prefl 这两根射频线进行环路测试,如环路不通,则 产生一个 VSWR/POWER 告警。在本例中,由于出现了 VSWR/POWER 告警,于是我们 对其环路进行了检查。在 RBS2000 中,Pfwd 和 Prefl 这两根射频线的接口处在 FU 上,其一端分别连到 CDU 前面板的 Pf 和 Pr 口,另一端则通过背板连线连到 TRU 的后背板,并与 TRU 通过射频头相连,从而形成 Pfwd 和 Prefl 的整个环路。 我们对 CU、FU 上的接头进行认真检查,确定一切正常后,对 TRU 的后备板进行 了检查,结果发现后备板的射频头接口处凹了进去,导致 TRU 与后备板接触不好 所致。经更改后,VSWR/POWER 检测丢失告警消失。 六.移动通信基站的防雷 防雷是一项综合工程,它包括防直击雷、防感应雷以及接地系统的设计。根 据信息产业部批准的中国通信行业标准:"移动通信基站防雷与接地设计规范"以 及产品的特点和工程设计的经验,提出以下解决方案。 1.接地系统 防雷工程设计中无论是防直击雷还是感应雷,接地系统是最重要的部分 1.1 对接地电阻的要求: 从理论上讲接地电阻愈小愈好。据我们的经验,地阻决不能大于4欧姆,应 力争小于1欧姆。

1.2 应采用联合接地: 接地的"流派" 很多,近年来联合接地的观点占了上风。因为,现代化的城 市不可能以足够的距离作几个地网来满足使用要求。 采用联合接地时只要保证各 种接地作到共地网而不共线的原则, 机房设备做到用汇流排或均压环实现设备的 等电位联接即可。 2.直击雷的防护: 移动通信基站天线通常放在铁塔上,防直击雷避雷针应架设在铁塔顶部,其 高度按滚球法计算,以保护天线和机房顶部不受直击雷击,避雷针应设有专门的 引下线直接接入地网(引下线用 40mm?4mm 的镀锌扁钢)。铁塔接地分两种情况: 若铁塔在楼顶上, 则铁塔地应接入楼顶的钢筋网或用三根以上的镀锌扁钢焊接在 避雷带上。若铁塔在机房侧面,则建议单独作铁塔地网,地网距机房地网应大于 十米。否则两地网间应加隔离避雷器。 3.感应雷的防护: 感应雷是指由于闪电过程中产生的电磁场与各种电子设备的信号线、 电源线 以及天馈线之间的耦合而产生的脉冲电流。 也指带电雷云对地面物体产生的静电 感应电流。若能将电子设备上电源线、信号线或天馈线上感应的雷电流通过相应 的防感应雷避雷器引导入地,则达到了防感应雷的目的。 3.1 天馈线糸统的防雷与接地 基站至天线的同轴电缆不采用金属外护层上、中、下部接在铁塔上的方案。 我们建议天线同轴电缆从铁塔中心引下, 这样可以减少由于避雷针接闪后的雷电 流沿铁塔泄放时对同轴电缆的感应电流。 因为铁塔四支柱同时泄放雷电流入地时 铁塔中心的感应场最弱。若天线塔高度超过 30m,天馈线电缆在塔的下部电缆外 护层可接地一次(可直接接铁塔或直接接地皆可)。 电缆进入机房走线架接在六个天馈避雷器(组件)上,型号为 CT1000H-DIN 和 CT2100H-DIN,前者工作频率范围为 850-960MHZ; 后者为 1700-1900MHZ。天 馈避雷器组件由紫铜构成,紫铜构件的接地应采用截面积大于 25 平方毫米的多 股铜线接在机房内的汇流排上。 本防雷设计用的天馈避雷器采用∏型网络高通滤 波器方案,它不同于国内外惯用的气体放电管方案。这种避雷器扦入损耗低(小 于 0.2dB),驻波小(小于 1.15),雷电通流量大(最大可作到 50KA/在 8/20μ s下),残压低(小于 18v)。 对室外基站,天馈避雷器和机柜接地都应分别接入接地排(见图 LDTA2000-01) 3.2 供电糸统的防雷与接地 移动通信基站外供电源可能是架空线进入,也可能是穿金属管埋地进入基 站。无论是什么情况,都应在出入基站的电源线出口处加装大通流量的电源避雷 器,因为电源线架线长,走线也较复杂,易应感应较强的雷电流。设计了 CY380-100GJ(10/350us) 电源避雷器。雷电通流量在 10/350us 波型下雷电通流

量大于 50KA,后面应再配置两级并联型避雷器。三级防雷器之间的间距应在 10m 以上。若基站较小,三级防雷不能保证上述距离,则应当设计为串联型电源避雷 器它是由二级或三级并联式避雷器加隔离电感后的组合。雷电通流量仍为 10/350us 波型下大于 50KA,工作电流可达 60A。若基站用电超过 60A,则只能作 并联方案。 对室外基站由于供电线路很长。 应设计具有三级防雷功能的大雷电通流量的 串联型电源避雷器。雷电通流量为 60KA,工作电流 35A。电源避雷器接地线也接 在机柜的接地排上。 基站三相电源供电应采用三相五线制。 外线进入基站的第一级电源避雷器接 地线可以就近接电源保护地(PE)。第二级电源避雷器接地可接供电设备的保护 地。第三级电源避雷器接机房汇流排。 3.3 信号线路的防雷与接地 由基站外进出的信号线都应穿金属管埋地,避免感应过大的雷电流。信号线 的进站处都应加相应接口和相应信号电平的信号避雷器。信号线超过5m长度 的,在其线两端设备的端口,加装相应的信号避雷器。
(五).移动通信基站对健康的影响

国家技术标准保障公众安全 为防止电磁辐射污染、保护环境、保障公众健康和促进电磁技术的科学运用 与发展,我国国家环境保护局、卫生部颁发了《公众照射导出限值》(GB87 02-88)与《环境电磁波容许辐射强度分级标准》(GB9175-88) 两个主要技术标准,并颁布了《电磁辐射防护规定》、《环境电磁波卫生标准》 两项技术标准。1997年3月又发布国家环境保护18号令,及《电磁辐射环 境保护管理办法》等。 按照上述两个标准,目前移动通信所用900MHz频率带宽,其电场强度 只要小于每米12伏或者说功率密度每平方厘米小于40微瓦就符合安全标准。 辐射值符合安全标准 在移动通信的发展过程中, 有关新建外驻基站的矛盾中以针对移动通信基站 电磁辐射问题的反应最为强烈。面对由此引起的种种猜测与疑惑,各省、市辐射 环境监测管理站会同移动通信工程建设主管局按照国家颁订的标准, 分别对基站 进行了科学监测。比如,广东省环境保护监测中心站,先后对广州市"省府印刷 厂"、"白云山中药厂"等移动通信基站的电磁辐射进行了现场测试;广州市环境 监测中心站对"市二中"、"东风西"、"机场路"等基站的电磁辐射情况进行了实地 监测。 其测试结论有如下三点共性:一是任一基站测试点,综合电场强度在移动通 信900MHz通频带内均低于12V/m的公众照射导出限值。二是符合GB 9175-88环境电磁波容许辐射场强一级强度安全标准要求。 三是群众反映

较强烈的"热点区域"电磁辐射问题, 场强测试值均符合工程技术要求与电磁辐射 设计安全值。 基站密度越高辐射强度越低 目前在我国应用的GSM移动通信是集当今各种现代通信技术与通信理论 为一体的高科技通信方式,之所以手机持有者在"移动"的过程中能随时接通电 话,并保持清晰、稳定的通话效果,这是因为手机与基站及基站控制器之间,借 助无线信道,存在着通信信息、控制信号、测试信号的智能控制机制。 手机与基站之间为确保通话质量,自动遵循双方约定的计算机控制程序,动 态调整互相之间的通话信道、电磁辐射功率与接收灵敏度,同时还实现智能登记 国际与国内漫游,切换局域与基站,记录通话时长与费用等各种功能。 在上述控制原理下,一个覆盖半径在500至700米的BTS基站,相对 于该范围内的移动手机而言,距离基站越远,对应信道和手机的发射峰值功率越 强。当GSM手机在距基站700米左右的楼内通话时,基站对应信道的发射功 率在13W左右,GSM手机的发射峰值为2W左右;而当手机移动到距基站1 至200米的视角距离时, 基站与GSM手机之间对应的信道发射功率将分别自 动调节在0.1W左右。 由此可以推论:移动通信基站密度越高,相应每个基站电磁辐射强度越低; GSM手机距离移动通信基站越近, GSM手机在使用过程中对通话者电磁辐射 当量越低、越安全。 所以,要降低手机和基站发射功率,目前可以采取的措施,就是全社会从移 动通信的发展大趋势出发,为新建基站提供方便。因为一个科学、合理布局的基 站建设方案,可以满足众多的GSM手机持有者,均在较低发射电磁辐射的情况 下,实现可靠的移动通信。 基站辐射并不可怕 移动通信基站由于目标大, 往往使人们对基站电磁辐射对环境的影响产生疑 问。然而实践证明,任何一期移动通信工程建设方案的设计,均是经过深思熟虑 的。就全国而言,没有一个城市的一座邮电大楼顶部或附近没有移动通信铁塔, 而且上面挂满了BP机天线、微波天线、移动通信天线,特高频天线等等,对应 的机房内充满了各种现代通信设备。 然而从全国职业病防治或各种癌症发病率的 统计分布看,还没有相对集中于通信工程技术人员的迹象。因此,老百姓没有必 要担心基站的电磁辐射。 而且,一般GSM基站天线高度均在35至55米,电磁波在空中传播衰减 很快。有测试表明,发射功率为20瓦的大功率基站,其天线前10米的功率密 度是0.6μW/cm2,远低于40μW/cm2的国家标准。其次,当电磁 波穿过一般砖墙时要衰减6dB左右(折合4倍),而穿过带钢筋的墙要衰减2

0dB左右。因此,将GSM基站天线建在一般住宅楼顶时宅内的居民是绝对安 全的。 此外,我国现行(GB8702-88)40μW/cm2的电磁辐射防护 标准比欧美各工业化国家要更加严格,比如:美国1982年颁布的标准是30 00μW/cm2比我国要宽松75倍, 足已证明我国政府在有关电磁辐射环境 保护方面是极其负责的, 而且移动通信运营部门的整套设备以及技术参数也是按 照国家标准严格控制的。 相反,在GSM手机电磁辐射方面,我们认为需要从这几个方面予以注意: 在通信终端产品市场基本放开的情况下, 要注意GSM手机及零配件销售点的供 应渠道, 注意一些走私水货的电磁发射功率等技术指标是否符合GB8702- 88、GB9175-88标准的限值。 担心源自认识误区 其实,广大市民一直存在一个误区,以为基站越多辐射强度越大,所以形成 了这样一种矛盾:一方面众多的手机持有者希望移动通信基站越多越好,电磁覆 盖越紧密越好,信道数越多越好,以保证自己的通话质量;而另一方面,人们又 对基站的电磁辐射过分敏感,担心影响健康,阻止通信部门进行通信建设。 其实这种担心毫无科学根据。恰恰相反,基站密度越高辐射强度越低。如前 所说,手机在远离BTS基站的情况下通话,其发射功率处于最强状态,此时, 手机强度显示"一格"左右,发送功率在1w以上;反之,当显示"五格"时,手机 的发送功率只有0.1W至0.5W。 因此从GSM手机、基站的电磁辐射与环境保护的角度来看,一些手机持有 者,在其生活或工作区域,常发现通话的手机电磁场动态格显示在"一格"左右, 就应该主动和电信部门联系,争取在其住宅附近建BTS基站或微蜂窝基站。这 一措施既有利于提高通话接通率,又有利于降低手机发射功率。使用户在方便使 用GSM手机的同时电磁辐射环境保护得到改善。 据专家计算,高踞楼顶的基站电磁波向水平方向发射,在垂直方向的强度几 乎为0,楼下居民是辐射死角,不会对健康造成影响。有些市民自称由于电磁辐 射造成身体不适,完全是当事人的心理作用。某基站刚刚架好、尚未开通,楼下 的居民就大叫因受到辐射而头痛、胸闷。但经环境监测部门测试结果表明:该基 站在开通后的辐射强度远低于国家标准。 综合专家意见,移动通信设备所发射的电磁波是完全在安全范围之内的,公 众不必为此担心。 看来, 只要以科学的态度、 科学的方法来了解和认识电磁辐射, 就会发现它并不可怕。
(六).通信基站的常用防雷措施 现代防雷保护主要有三道防线,第一,外部保护,将绝大部分雷电流直接引入地下泄散;

第二是内部保护,即阻塞沿电源线或数据线、信号线侵入波危害设备;第三,过电压保护, 限制被保护设备上雷电过电压幅值。 这三道防线相互配合,各尽其职,缺一不可。 一、一般雷击破坏的三种主要形式 1.直击雷:带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。直击雷只有在雷云对地 闪击时才会对地面造成灾害, 也就是说直击雷发生的几率较低, 而且直击雷发生时一次只能 袭击一个小范围的目标。 但是由于放电现象发生过程迅猛, 被直接击中的目标会由于放电电 流过大而造成较严重的损坏。 直击雷主要对室外物体产生破坏作用, 所以把防直击雷的系统 称为外部防雷系统。 2.二次雷(感应雷) :雷电在雷云之间或雷云对地的放电时,在附近的户外传输信号线路、 地埋电力线、 设备间连接线上产生电磁感应并侵入设备, 使串联在线路中间或终端的电子设 备遭到损害的放电现象。感应雷虽然没有直击雷猛烈,但其发生的几率比直击雷高得多。感 应雷不论雷云对地闪击还是雷云对雷云之间闪击, 都可能发生并造成灾害。 哪怕是一次雷闪 击都可以在较大范围内的多个电子设备间产生感应雷过电压现象, 并且这种感应高压可以通 过基站供电线和信号中继线等引入, 并通过传输使雷害范围扩大。 感应雷发生时一般对室内 的用电设备和电子元器件起到破坏作用,因此把防止感应雷和雷电电磁脉冲波(LEMP)破 坏的系统称为内部防雷系统。 3.球形雷:一种特殊的雷电现象,简称球雷。一般是橙或红色(也有带黄色、绿色、蓝色 或紫色的) ,或似红色火焰的发光球体,直径一般约为 10~20 厘米,最大的直径可达一米, 存在的时间大约为百分之几秒至几分钟,一般是 3 至 5 秒,一旦遇到物体或电气设备时会 产生燃烧或爆炸, 其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内, 有的由烟囱或通气管道 滚进楼房,多数沿带电体消失。球形雷一般发生的较少,只有在一些特殊的地理环境或者特 殊的基站位置上才会有球形雷的发生。可以通过铁塔避雷系统、机房避雷系统、围墙避雷系 统等构成多系统多层次的整个站区防护系统,达到保护的目的。 二、外部防雷系统 一般防止直击雷破坏是通过避雷装置即避雷针、引下线和接地网络构成完整的电气通路后, 将雷电流泄入大地。 然而避雷针、 引下线和接地装置的导通只能保护安装避雷针的物体本身 免受直击雷的损毁,但雷电会透过多种形式及途径破坏电子设备。对通信基站而言,天馈线 系统和机房建筑物容易遭受到直击雷的袭击, 可以通过合理设计避雷针的保护角和良好的接 地系统起到保护作用。但需要说明,避雷针必须有足够可靠,并且有接地电阻尽量小的引下 线和接地装置与其配套,否则,它不但起不到避雷的作用,反而会增大雷击的损害程度。 避雷器与接地装置之间的金属导体称为引下线。 将避雷针通过引下线与大地做良好的电气连 接的装置称为接地装置。 接地装置的作用是把由避雷针和网络屏蔽引来的雷电流尽快地放泻 到大地中去,以保护人员、设备和建筑物的安全。 所谓的接地网, 是把需要接地的各系统统一接到一个地网上或者把各系统原来的接地网通过 地下或者地上用金属连接起来, 使它们之间成为电气相通的统一接地网。 在接地处理过程中, 一定要有一个良好的接地系统,因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地,

从而保护设备和人身安全。 如果基站接地系统做得不好, 不但会引起设备故障, 烧坏元器件, 严重的还将危害工作人员的生命安全。 另外防干扰、 防静电等问题都需要建立良好的接地系统来解决。 一般整个基站的接地系统有 建筑物地网、铁塔地、电源地、逻辑地(也称信号地) 、防雷地等。当各地网之间必须独立 时,如果相互之间距离达不到规范要求的话,则容易出现地电位反击事故。当各接地系统之 间的距离达不到规范的要求时,应尽可能连接在一起,如实际情况不允许直接连接的,可通 过地电位均衡器实现等电位连接。 三、内部防雷系统 有可靠的外部防雷措施同时,更需要完善内部防雷措施。在外部防雷措施中,避雷设施在雷 电发生的瞬间, 接地引下线会有很大的瞬变电流通过, 也就是说在周围会产生很大的雷电磁 脉冲波(LEMP) ,此时就需要内部防雷措施。 内部防雷工程主要由屏蔽、防雷器和等电位连接三部分组成。 建筑物内部防雷工程涉及面较宽, 归纳起来有高电压引入和电磁脉冲波, 其中危害最大的是 高电压引入。 高电压引入是指雷击产生的高电压通过金属线引入到其他地方和室内, 造成破 坏的雷害现象。高电压引入的途径有二种:其一是直击雷直接击中金属导线,让高压雷电以 波的形式沿着导线两边传播而引入室内; 第二种是来自感应雷的高电压脉冲, 即由于雷雨云 对大地放电或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应, 感生出几千伏到几十千伏甚 至数百千伏的地电位反击, 这种反击会沿着电力系统的零线、 保护接地线和各种形式的接地 线,以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围,造成大面积的危害。 四、过电压保护 所谓的过电压保护就是限制被保护设备上雷电过电压幅值。根据IEC1312 制定的雷电电磁 脉冲防护标准,用对电源部分和信号部分安装电源类SPD和通讯网络类SPD(瞬态过电压 保护器)进行过电压保护。SPD是保护电子设备在受雷电闪击或者其它干扰造成浪涌过电 压危害的有效手段。对于正常工作状态下的低压系统,安装SPD后要求不会对原有系统和 原有设备工作特性造成影响;对于出现浪涌等非正常工作状态的低压系统,SPD应及时对 浪 涌 做 出 反 应 , 通 过 SPD 限 制 瞬 态 过 电 压 和 分 走 浪 涌 电 流 的 特 性 , 将 过 电 压 降 到 IEC60664-1 规定的各类别不同设备耐冲击过电压额定值以下。对于经历了非正常状态的 低压系统,即经过浪涌后恢复正常状态的SPD,应恢复其高阻抗特性,并采取措施防止或 抑制电力线上的续流。当浪涌电压超过设计的最大承受能力和放电电流容量时,SPD可能 会失效或被损坏。 SPD的失效模式大致分为开路和短路两种方式。处于开路模式时,被保护设备将不再受保 护。这时,因为处于开路模式的SPD对系统本身不会产生影响,很难发现SPD己失效。为 了保证在下一次浪涌到来之前,能将失效的SPD替换掉,要求SPD必须具备失效指示的功 能。处于短路模式时,短路电流由配电系统流向失效的SPD,失效的SPD通常并未完全短 路且有一定阻抗,在开路前将产生热能引起燃烧,此时,对处于短路失效模式的SPD要求 安装一个合适的脱离装置(断路器) ,使被保护系统与失效的SPD发生脱离。

五、电子时代雷电灾害的特点 当社会进入电子信息时代后,雷灾出现的特点与以往有极大的不同,可以概括为下面四点。 1.受灾面大大扩大:从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业,特别是与高新技 术关系最密切的领域,如航天、航空、国防通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券 等。 2.从二维空间入侵变为三维空间入侵:从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉 冲电磁场从三维空间入侵到任何角落。 3. 雷灾的经济损失和危害程度大大增加: 雷灾袭击对象本身的直接经济损失有时并不太大, 而由此产生的间接经济损失和影响则难以估计。 4.雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上:雷电的本身并没有变,而是科学技术的发 展使得人类社会的生产、 生活状况发生了变化, 微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领 域,而微电子器件又极端灵敏,这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的利用,造成微电子 设备的失控或者损坏。


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