【正文】 完美WORD格式 移動通信基站基礎知識 關鍵詞: 移動通信基站, GSM 基站,GSM 基站優(yōu)化 摘要: 移動通信基站的建設是我國移動通信運營商投資的重要部分， 移動通信基 站的建設一般都是圍繞覆蓋面、通話質(zhì)量、投資效益、建設難易、維護方便等要 素進行。隨著移動通信網(wǎng)絡業(yè)務向數(shù)據(jù)化、分組化方向發(fā)展，移動通信基站的發(fā) 展趨勢也必然是寬帶化、大覆蓋面建設及 IP 化。本講座主要介紹移動通信基站 基礎知識、GSM 基站簡介、GSM 基站的優(yōu)化、GSM 基站的維護及移動通信基站對 健康的影響。 移動通信基站的建設是我國移動通信運營商投資的重要部分， 移動通信基站的建 設一般都是圍繞覆蓋面、 通話質(zhì)量、 投資效益、 建設難易、 維護方便等要素進行。 隨著移動通信網(wǎng)絡業(yè)務向數(shù)據(jù)化、分組化方向發(fā)展，移動通信基站的發(fā)展趨勢也 必然是寬帶化、大覆蓋面建設及 IP 化。本講座主要介紹移動通信基站基礎知識、 GSM 基站簡介、GSM 基站的優(yōu)化、GSM 基站的維護及移動通信基站對健康的影響。 (一).移動通信基站基礎知識 在城市，基地站可以安裝在辦公樓中；在農(nóng)村，安裝在集裝箱內(nèi)。基地站是一套為無線小區(qū) 服務的設備，通常是一個全向或三個扇形無線小區(qū)。 90 年代初中國移動通信市場上競爭的有美國的摩托羅拉、瑞典的愛立信及日本的 NEC 公司。三者生產(chǎn) TACS 制系統(tǒng)均有一定的經(jīng)驗。 TACS 制式基地站包括無線收、發(fā)信設備及其接口或控制系統(tǒng)。通常基地站有兩種控制 方式，一種是由移動業(yè)務交換中心直接控制，基地站除配備收發(fā)信設備外，只有必要的各種 接口，愛立信及 NEC 兩家公司即采用這種方式；而另一種是基地站具有控制系統(tǒng)(BSC)， 即具有一定的智能，摩托羅拉公司即是這種方式。 摩托羅拉公司的設備有兩種系列。圖 1 是一個典型 HC 系列 5 個機架基地站的組合固， 從右到左看，第一個是電源架，第二、第三是發(fā)信架，第四個是收信架，第五個是基地站控 制系統(tǒng)(BSC)及音頻架。一個發(fā)信架包括 8 個話音信道和一個控制信道。現(xiàn)兩個發(fā)信架互 為主備用狀態(tài)，自動倒換，即采用所謂冗余式。圖 2 是一個典型 LD 系列 3 個機架基地站 的組合圖，從右到左看，第一個是電源架，第二、三個是收發(fā)信架(包括基地站控制系統(tǒng))。 一個收、發(fā)信架有 8 個話音信道和兩個控制信道。每一個電源架只能提供兩個收、發(fā)信架 的需要，當根據(jù)擴容需要增加收、發(fā)信架時，電源架也必須相應地增加。每增加一個機架就 可增加 10 個話音信道，可根據(jù)所需信道數(shù)組成多機架，最多可達 13 個。 由于摩托羅拉公司的基地站設備具有一定的智能，它可以分擔移動業(yè)務交換中心的部分功 能，所以從基地站到移動業(yè)務 交換中心的接續(xù)和掛機過程與愛立信及 NEC 兩家公司不同， 其移動用戶被呼過程， 如圖 3 所示。 移動用戶主呼過程，如圖 4 所示。 移動用戶釋放過程，如圖 5 所示。 圖 1. HC 系列 5 機架基地站的組合圖 圖 2. LD 系列 3 個機架基地站的組合圖 圖 3. 移動用戶被呼過程示意圖 圖 4. 移動用戶主呼過程示意圖 圖 5. 移動用戶呼叫釋放過程示意圖 下面以愛立信的基地站設備(RBS883)為主進行簡要介紹。其基地站主要作用是處理基 地站與移動臺之間的無線通信，為數(shù)據(jù)和話音信號，在 MSC 與 MS 之間起中繼作用。在通 話期間，基地站利用監(jiān)測音(SAT)和測量接收信號強度的方法，監(jiān)示無線傳輸質(zhì)量。其基地 站設備主要由一至多部收發(fā)信機架(根據(jù)信道的需要)、交換機與無線信道接口機架、電源架 及天線等組成。 一、收、發(fā)信機架(單機架) 收發(fā)信機架上具有與移動臺進行無線通信所需的全部設備。它包括：信道單元、發(fā)射機 (TX)合成器、接收機(RX)多路耦合器(MC)、信號強度接收機(SR)、參考振蕩器(用于 CMS8810)、控制信道備用倒換(CCRS)、信道測試器(CT)、功率監(jiān)視單元(PMU)等功能 塊，其組成框圖及其在機架中的位置，如圖 6 及圖 7 所示。 圖 6. 無線信道（RCG）功能塊框圖 圖 7. 無線柜（架） 信道單元 控制信道和話音信道的信道單元是相同的。每個信道單元由一個發(fā)射機、一個接收機、 一個控制單元和一個功率放大器組成。功率放大器有三種，它們的輸出功率分別是：10W、 25W 及 40W；究競選年哪一種，取決于小區(qū)覆蓋半徑的大小。為了獲得所需的覆蓋，在安 裝時可在三種功率放大器中選擇一個。發(fā)射機的輸出功率受軟件(SW)和硬件(HW)控制。 硬件是裝在收發(fā)信盤(TRM)面板上的一個電位器，可用人工進行調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍可從最大 輸出功率下調(diào) 20dB。軟件調(diào)節(jié)有 7 個檔次，每檔 4dB 調(diào)低輸出功率。硬件和軟件控制后 的最小輸出功率為 100mW。 收發(fā)信盤(TRM)裝在一個雙面鋁／鋅合金材料鑄成的盒子里。 發(fā)信機(除功率放大器外)、 接收機和電源裝在一邊，控制單元(CU)裝在另一邊，功率放大器(PA)單獨地用螺絲固定在 收發(fā)信盤的后面，并配有一個溫控電扇。 一個基地站可以由一個或幾個收發(fā)信機架組成，最多 96 個信道單元。 在同一個機架中的信道單元，可由 MSC 指令分配給本基地站的不同無線小區(qū)。同樣， 信道單元也能指定為話音信道、控制信道或作信號強度接收機。通常 CMS8810 機第一信 道為控制信道，2~8 信道為話音信道單元，第二信道(Ch2)為備用控制信道單元。 控制單元由微處理機組成，為信道單元的智能部分，它負責管理送向 MSC 的信令過程 和送向 MS 的信令，并負責對收發(fā)信單元的控制，同時也負責測量來自 MS 話音信道的質(zhì) 量和整個收發(fā)信單元的故障監(jiān)測。 接收機多路耦合器(MC) 單機架(A 機架)的接收機多路耦合器，用于把接收信號分配給二個功率分配器。每個分 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)來補償。功率分配器是無 源的，沒有截止頻率，輸出端口之間的隔離大于 30dB。 多路耦合器由帶通濾波器、放大器和功率分配器等組成。放大器的電流是受到監(jiān)視的， 如果出現(xiàn)故障，有告警信號指示，并把告警信號送到配線單元(DBU)。 不同頻段使用不同形式的多路耦合器(MC)。 當收發(fā)信單元的數(shù)量超過 16 時，需要配置一個主功率分配器(MPS)，它可以把功率分 配給四個功率分配器；當數(shù)量超過 32 個時，需要增加第二個主功率分配器。因此，在多個 機架的情況下， 一個接收機多路耦合器最多可容納 48 個信道接收機和 2 個信號強度接收機。 信號場強接收盤(SR) SR 由接收機和控制單元組成，其性能指標與信道收信單元相同。SR 按照 MSC 的指令， 連續(xù)地、逐路地對鄰近無線小區(qū)的信道進行掃描，并把測量結(jié)果送到 MSC；MSC 根據(jù)測量 結(jié)果，判斷一個行進中正在通話的移動臺是否需要進行交換(信道轉(zhuǎn)換)，即是否轉(zhuǎn)換到所考 慮的鄰近無線小區(qū)中。 參考振蕩器(ROU) ROU 是一個高穩(wěn)定度的振蕩器，可產(chǎn)生一個 31．250kHz，具有 0．25ppm 頻率穩(wěn)定 度的信號。此信號分配給所有信道單元發(fā)射機、接收機的頻率發(fā)生器中，作本機振蕩器鎖相 環(huán)的參考信號。該信號具有兩種形式：一種是數(shù)字形式(采用 PCM 方式)，用于 MSC 的交 換機與無線接口機架之間；另一種為模擬形式，用于模擬信令時的調(diào)制與解調(diào)。 當采用 PCM 連接時，ROU 的輸出信號作為 PCM 的外部基準。當交換機與無線信道接 口機架(ERl)收到一個來自 MSC 的時鐘信號(2048000 土 0．000005Hz)時，把它轉(zhuǎn)換成 收發(fā)信單元的本地振蕩器鎖相環(huán)所需的參考信號。 這個參考振蕩單元中，還有一個穩(wěn)定度為 1．5ppm／a 的普通溫度補償晶體振蕩器，作 為 PCM 外部基準的備用。 模擬方式不設外部基準，但配以具有晶體恒溫箱的高穩(wěn)定度內(nèi)部振蕩器，它的穩(wěn)定度可 達到 0．25ppm／a。 所有的收發(fā)信機均有自己的石英晶體振蕩器。 ROU 系統(tǒng)發(fā)生故障時， 當 例如鎖相環(huán)(PLL) 失鎖，在參考振蕩單元(ROU)發(fā)出告警信號的同時，它們自動投入運行。使用 ROU 系統(tǒng)的 優(yōu)點是，每年維護時只需對一個振蕩器核對即可，而無需涉及每一信道單元的各振蕩器。 ROU 通過配線單元(DBU)把參考信號分配到每個收發(fā)信單元、 信號場強接收盤、 信道測 試盤等。它最多可供 6 個機架。 信道測試盤(CT) CT 是受 MSC 操作人員控制的設備，用來測試基地站內(nèi)的無線信道設備，并把測試結(jié)果 通過數(shù)據(jù)線送回 MSC。信道測試盤是由收發(fā)信機和控制單元組成，其接收機用同軸電纜與 收發(fā)信單元的發(fā)信機相連， 同時與星形聯(lián)結(jié)器上的測試結(jié)點相連， 其發(fā)射機通過多路耦合器 的測試結(jié)點與收發(fā)信單元的接收機連接。它能連接 9 個發(fā)射機和 3 個接收機天線。 功率監(jiān)測單元(PMU) 它聯(lián)接在功率合成器的輸出端，通過定向耦合器獲取信號，測得天線饋線電纜上的前向 和反射的功率，以達到監(jiān)視前向和反射功率的目的。當反射功率太高時，就會啟動告警。每 個發(fā)射天線需要一個功率監(jiān)測單元。 控制信道備用倒換單元(CCRS) CCRS 由高頻(RF)同軸繼電器和控制邏輯電路組成。它有兩種工作狀態(tài)：正常和倒換。 當處于正常狀態(tài)時，控制信道(CC)作為控制信道使用，而備用控制信道(CCR)作為話音信 道使用。 一旦控制信道(CC)出現(xiàn)故障，不能工作時，它在接到 MSC 指令后，處于倒換狀態(tài)。此 時，控制信道(CC)的輸出為開路，備用控制信道(CCR)代替原控制信道起控制信道的作用。 配線單元(DBU) 配線單元由安裝在印刷電路板上的 14 個連接器組成。機架內(nèi)部和相互之間所有的告警、 信息分配器連接、 收信連接、 發(fā)信連接和參考振蕩單元時鐘／告警信號都與配線單元連接起 來。 每個收發(fā)信盤、信號場強接收盤和信道測試盤均分別使用一個連接器。這樣，一個機架 的信道盤共需 10 個連接器。剩下的 4 個連接器，一個用來與話音信道(VC)收發(fā)信單元的 所有音頻線連接起來；一個連接器把來自多路耦合器(MC)和功率監(jiān)測單元(PMU)的告警信 號連接起來，它也把控制信號分配給控制信道備用倒換單元。最后的兩個連接器，用來連接 相鄰機架間的各種信號。 電源配線(PCB) 輸入十 26V 直流的電源，通過兩對導線與機架頂部位于分配單元后面的電源連接板相 連。在機架底部的電源配線條 PD1 與電源連接板上的其中一對電源輸入線相連；在機架頂 部的 PD2 與另一對輸入線相連。 PD1 供給： 多種耦合器 A、功率監(jiān)視單元(PMU)、控制信道備用倒換(CCRS)、信號場 強接收盤(SRM)、收發(fā)信單元 ChChCh5。 PD2 供給： 多路耦合器 B、 功率監(jiān)視單元(PMU)、 信道測試盤(CTM)、 Chl、 Ch Ch Ch參考振蕩單元(ROU)。 如此安排即使 0 其中一對輸入電源支路發(fā)生故障，其單元仍可以維持工作；當然系統(tǒng)的 話音信道數(shù)減少了，并無接收分集。 二、交換機與無線信道接口機架 接口設備是連接基地站和移動業(yè)務交換中心的紐帶，起信號交換的作用。為此，首先介 紹一下 MSC 和 BS 間信號的傳輸情況。 MSC 和基地站間的數(shù)據(jù)傳輸 當 MSC 經(jīng)控制信道或話音信道向移動臺發(fā)送報文時、MSC 接收 BS 請求越區(qū)信道轉(zhuǎn)換 的報文時或為了定位 MSC 向 BS 發(fā)送請求測量報文時……都需要在移動業(yè)務交換中心和基 地站間傳送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布驁D，如圖 8 所示。 圖 8. MSCBS 數(shù)據(jù)通信（一條 32 路 PCM 線路） 圖中采用了 30／32PCM 線路(也可采用 24 路 PCM 線路或模擬傳輸線)。為分析方便， 圖中只畫出一條 PCM 線路。 為了增強可靠性， 控制設備處理機(CUs)通常裝備一對區(qū)域處理機擴充模塊(EMRP)一個 EMRP 處于工作狀態(tài)；而另一個備用。EMRP 為主控，每 10 毫秒對所有 CUs 掃描一次。 如果發(fā)現(xiàn)任何 CUs 中有報文等待處理，它就立即取出。區(qū)域處理機擴充模塊(EMRP)最大 控制(尋址)能力是：8 個控制信道、32 條話音信道和 8 個信號強度接收機。 下面以 MSC 發(fā)送到指定控制單元(CU)的報文為例，來說明數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。 1．中央處理機向相關基地站的中央信號終端 STC 發(fā)送報文。 2．中央信號終端 STC 處理報文標記，標記包含控制 CU 接收報文的區(qū)域處理機擴充模塊 的確切地址和符合 CCITTNo．7 協(xié)議的公共信道信號框圖的報文內(nèi)容。 3．中央信令終端(STC)經(jīng)由交換機終端電路(ETC)組成的傳輸媒介、PCM 鏈路的 16 時隙 (稱為控制鏈路或信號鏈路)和復用器(MUX)將報文發(fā)給區(qū)域信號終端(STR)。ETC 和 MUX 保證在發(fā)送和接收時，將 64kbit／s 數(shù)據(jù)流正確地插入 16 時隙和從 16 時隙中提取出來。 4．區(qū)域信號終端(STR)接收報文后，首先檢驗傳輸報文是否正確，在證實無差錯后，對信 號報文重新格式化，最后把報文送到 EMRP 總線上相應的區(qū)域處理機擴充模塊(EMRP)。 5．區(qū)域處理機擴充模塊計算控制單元地址，把報文送到報文分配器(MD)，由 MD 把并行 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流， 這是因為串行數(shù)據(jù)流對無線電干擾不敏感， 以滿足高級數(shù)據(jù)鏈路 控制規(guī)程(HDLC)的要求。 6．當 CU 在數(shù)據(jù)總線上監(jiān)視數(shù)據(jù)流時，它能確認自己的地址，并檢索報文，從而實現(xiàn)了 MSC 向指定 CU 發(fā)送報文的全過