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2014年3月 目录 目录 移动通信发展概述 目录 Contents 移动通信网络结构 功能介绍 移动通信工程监理依据 移动基站知识及设备安装控制点 由于移动通信广泛的使用 人们可以实现随时随地的通信 随着第三代移动通信的出现和广泛使用 通信具有更高的速率和带宽的图像已成为现实 移动通信基站工程占全部移动工程工作量的90 以上 是移动通信的基础 数字移动通信系统已经历了三部曲 从第一代模拟移动通信技术的FMA 频分制技术 组网 已淘汰 到第二代数字移动通信技术中国移动 中国联通使用的GSM GlobalSystemforMobileCommunications全球移动通信系统 制式TDMA 时分多址技术 制式组网 CDMA1X制式CDMA CodeDivisionMultipleAccess码分多址技术 制式组网 目前第三代移动通信技术得到了广泛的应用 中国电信CDMA2000制式的CDMA 码分多址技术 中国联通使用的WCDMA WidebandCodeDivisionMultipleAccess宽带码分多址技术 组网 中国移动使用的TD SCDMA TimeDivision SynchronizationCodeDivisionMultipleAccess时分双工 码分多址技术 组网 移动通信发展概述 移动通信发展概述 移动通信发展概述 图1 2移动 无线技术演进趋势 从以上的无线移动技术演进图中可以看到 移动通信的演进路线是1G 2G 3G 4G 同时无线接入技术也经历了一个演进过程 即WLAN WMAN 4G 可以发现移动通信和无线接入技术这两种技术 市场本不相同的无线技术最终在4G阶段融合在了一起 其实这正体现了技术 融合 是未来的发展趋势 移动通信发展概述 目录 目录 移动通信发展概述 目录 Contents 移动通信网络结构 功能介绍 移动通信工程监理依据 移动通信基站设备安装控制点 一 多址技术1 频分多址FDMA FequencyDivisionMultipleAccess 是频分多址的英文缩写就是在频域中一个相对窄带信道里 信道功率被集中起来传输 不同信号被分配到不同频率的信道里 发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制 这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量 而任何其它频率的信号被排斥在外 移动通信网络系统结构 功能介绍 2 时分多址 TDMA TimeDivisionMultipleAccess 是时分多址的英文缩写 一个信道由一连串周期性的时隙构成 不同信号的能量被分配到不同的时隙里 利用定时选通来限制邻近信道的干扰 从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过 现在使用的TDMA蜂窝系统实际上都是FDMA和TDMA的组合 如GSM就是先使用了200KHz的频分信道 然后再把每个频分信道分成8个时隙进行TDMA传输 移动通信网络系统结构 功能介绍 3 码分多址 CDMA CodeDivisionMultipleAccess 是码分多址的英文缩写 每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频 不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里 在接收机里 信号用相关器加以分离 这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱 凡不符合该用户二进制序列的信号就不被压缩带宽 结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来 主要是CDMA2000系统 移动通信网络系统结构 功能介绍 二 移动通信系统结构与功能目前国内 国外应用最多是制式分别是GSM CDMA WCDMA TD SCDMA制式 制式区别主要是空中接口不同 GSM CDMA定义为Um接口 WCDMA TD SCDMA定义为Uu接口 基站 GSM CDMA系统中简称为BTS BASETRANSCEIVERSTATION基站收发信机 WCDMA TD SCDMA系统中简称为NodeB 无线收发信机 负责无线信号的收发 基站控制器 GSM CDMA系统中简称为BSC BASESTATIONCONTROLLER基站控制器 WCDMA TD SCDMA系统中简称为RNC RADIONETWORKCONTROLLER无线网络控制器 负责处理所有与无线信号有关的工作 小区切换 小区配置 控制和管理所连接的基站 无线信道分配和管理 移动通信网络系统结构 功能介绍 移动通信网络系统结构 功能介绍 移动通信网络系统结构 功能介绍 移动通信网络系统结构 功能介绍 移动通信网络系统结构 功能介绍 三 移动通信天馈线系统组成 移动通信网络系统结构 功能介绍 1 天线调节支架 用于调整天线的俯仰角度 一般调节范围为 0 15 2 室外跳线 用于天线与7 8 主馈线之间的连接 常用的跳线采用1 2 馈线 长度一般为3米 3 接头密封件 用于室外跳线两端接头 与天线和主馈线相接 的密封 常用的材料有绝缘防水胶带 3M2228 和PVC绝缘胶带3M33 4 接地装置 7 8 馈线接地件 主要是用来防雷和泄流 安装时与主馈线的外导体直接连接在一起 一般每根馈线装三套 分别装在馈线的上 中 下部位 接地点方向必须顺着电流方向 5 7 8 馈线卡子 用于固定主馈线 在垂直方向 每间隔1 1 2米装一个 水平方向每间隔1米安装一个 在室内的主馈线部分 不需要安装卡子 一般用尼龙白扎带捆扎固定 常用的7 8 卡子有两种 双联和三联 7 8 双联卡子可固定两根馈线 三联卡子可固定三根馈线 移动通信网络系统结构 功能介绍 6 走线架 用于布放主馈线 传输线 电源线及安装馈线卡子 7 馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆 并可用来防止雨水 鸟类 鼠类及灰尘的进入 8 防雷保护器 避雷器 主要用来防雷和泄流 装在主馈线与室内超柔跳线之间 其接地线穿过过线窗引出室外 与塔体相连或直接接入地网 9 室内超柔跳线 用于主馈线 经避雷器 与基站主设备之间的连接 常用的跳线采用1 2 超柔馈线 长度一般为2 3米 由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同 因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同 常用的接头有7 16DIN型 有N型 有直头 亦有弯头 10 尼龙黑扎带 主要有两个作用 1 安装主馈线时 临时捆扎固定主馈线 待馈线卡子装好后 再将尼龙扎带剪断去掉 2 在主馈线的拐弯处 由于不便使用馈线卡子 故用尼龙扎带固定 室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定 11 尼龙白扎带 用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线 移动通信网络系统结构 功能介绍 2 TD SCDMA天馈线系统组成1 基站与RRU采用光纤连接2 RRU与智能天线通过多根跳线和1根校准线缆连接3 BBU与RRU通过光纤连接 最远可拉远40Km BBU与RRU光纤必需直连 不能通过光网络连接 TD SCDMA基站天馈系统示意图 移动通信网络系统结构 功能介绍 3 馈线常用的馈线有三种分别是1 2英寸 7 8英寸 5 4英寸 具体应用如下表所示 移动通信网络系统结构 功能介绍 4 天线把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间 收集无线电波并产生电信号将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波 或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能 1 全向天线 全向天线 即在水平方向图上表现为360 都均匀辐射 也就是平常所说的无方向性 在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束 一般情况下波瓣宽度越小 增益越大 全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型 覆盖范围大 主要应用于偏远山区 农村区域 此种天线应用较少 主要应用于GSM CDMA WCDMA系统中 室外全向天线 室内全向天线 移动通信网络系统结构 功能介绍 2 定向天线 定向天线 Directionalantenna 是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强 而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线 采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率 增加保密性 采用定向接收天线的主要目的是增加抗干扰能力 此种天线应用最为广泛 应用场景如下 城区 郊区 农村 公路 山区 近海覆盖 主要应用于GSM CDMA WCDMA系统中 按照极化方式有 垂直极化天线 也叫单极化天线 交叉极化天线 也叫双极化天线 按照下倾方式有 机械下倾 电调下倾 室外定向天线 室内定向天线 移动通信网络系统结构 功能介绍 3 智能天线 智能天线是一种安装在基站现场的双向天线 通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性 并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性 智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向 产生空间定向波束 使天线主波束对准用户信号到达方向DOA DirectionofArrinal 旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向 达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的 主要应于中国移动的TD SCDMA系统 4 GPS天线 GPS就是通过接受卫星信号 做为时钟同步信号的 如没有GPS同步信号会影响和周边站的切换 主要向用于电信的CDMA和移动TD SCDMA系统中 8通道智能天线 移动通信网络系统结构 功能介绍 5 美化天线 在不增大传播损耗的情况下 通过各种手段对天线的外表进行伪装 修饰来达到美化的目的 美化了城市的视觉环境 减少居民对无线电磁环境的恐惧和抵触 射灯型美化天线 落水管型美化天线 方柱型美化天线 排气管型美化天线 移动通信网络系统结构 功能介绍 四 移动通信工程分类除了制式不一样外基站安装方式基本上一致 室内宏站 拉远站 基站安装内容包括基站主设备 天馈系统 电源系统 传输系统 机房工程 铁塔工程 本课件主要介绍内容是基站设备 传输设备 电源设备安装 目录 目录 移动通信发展概述 目录 Contents 移动通信工程监理依据 移动通信网络结构 功能介绍 移动通信基站设备安装控制点 移动通信工程监理依据 移动通信工程监理的主要依据是现行建设标准 至2013年底止有效标准总体情况通信工程建设标准现用有效标准总体情况 总132个 其中基础标准 1 通用标准 共20个 专用标准 共101个 工程监理标准 11个 无线基站建设涉及的主要标准规范为 YD5059 2005 电信设备安装抗震设计规范 GB50689 2011 通信局 站 防雷与接地工程设计规 YD5079 2005 通信电源设备安装工程验收规范 YD5002 2005 邮电建筑防火设计规范 YD5121 2010 通信线路工程验收规范 YD T5067 2005 900 1800MHzTDMA数字蜂窝移动通信网工程验收规范 YD T5132 2005 移动通信工程钢塔桅结构验收规范 目录 目录 移动通信发展概述 目录 Contents 移动通信工程监理依据 移动通信网络结构 功能介绍 移动基站知识及设备安装控制点 GSM基站子系统 BSS 为GSM网络的固定部分和无线部分提供中继 一方面BSS通过Um接口与MS实现无线通信连接 另一方面BSS又连接到网络子系统 NSS 的移动交换中心 MSC 基站子系统 第一节基站子系统的组成BSS由基站收发信机 BTS 基站控制器 BSC 码变换器 TC 和子复用设备 SM 功能实体组成 BTS负责无线传输 BSC负责控制与管理 BSS可由多个BSC和BTS组成 1个BSC根据话务量需要可以控制数十个BTS BTS可以直接与BSC相连 也可以通过基站接口设备 BIE 与远端的BSC相连 典型的BSS组成如图4 1所示 图4 1GSM的基站子系统 码变换器 TC 是BSS的一个特重要的组成部分 是执行GSM的话音编码和解码以及数据速率适配的设备 在GSM规范中把TC视为BTS的一部分 可以安装在BTS和MSC之间传输链的任何地方 通常是把它放在BSC和MSC之间的MSC一侧 TC这样安装位置可以节约成本 提高传输容量 如图4 2所示 第二节基站主设备基站主设备功能通过无线空中接口 Um 与移动台 MS 进行通信 实现BTS与MS之间的无线传输及相关的控制 通过Abis接口与基站控制器 BSC 连接 协助BSC完成无线资源的管理和接口管理 一 基站主设备组成基站主设备主要由基站控制管理 基站收发信机 电源 天线设备等四部分组成 其组成结构框架如图4 3所示 基站主设备各部分主要功能如下 1 控制管理部分主要完成Abis接口处理 基站操作维护 时钟同步及产生 内外告警采集及处理控制管理功能 还具有主备份功能 2 基站收发信部分主要完成GSM系统中无线信道的控制和处理 无线信道数据的发送与接收 基带信号在无线载波上的调制和解调 无线载波的发送与接收功能 基站收发信部分从功能上划为三个单元 1 收发信机控制单元主要完成一个TDMA帧上所有全双工信道基带数据处理的所有功能 在下行方向 它包括速率适配 信道编码和交织 加密 最后产生TDMA突发脉冲 在上行方向 它包括数字解调 解密 去交织 信道解码 接收机分集合并及速率适配 2 无线载频单元主要完成基带信号到载波信号的调制和上变频功能 同时完成接收载波信号的下变频功能 并在下行方向上实现静态和动态功率控制功能 3 功放单元 完成无线载波的功率放大 满足基站设备所需的发射功率 3 电源部分 进行直流电源 48V到各模块的分配 并提供过载短路保护和电源输入滤波功能 4 天线设备部分 完成载波信号的合路和分路等功能 有以下类型的合路 分路单元组成 1 合路及分路单元 支持一个2合1和一个1分4 2 接收分路单元 支持一个1分4 3 合路扩展单元 支持两个1分2和两个2合1通过以上几种单元的合路 分路方式的组合 提供各种BTS不同站型的配置 BTS设备管理 BTS硬件信息 软件信息 实际功能模块组成 BTS监控管理 监视各单元模块工作情况 收集并上报告警信息 BTS测试管理 硬件模块单板功能测试 无线信道环路测试 TRM远程复位 数据库管理 4 BTS的本地操作维护 MMI 时钟校准功能 寄存器查看 程序寄存器查看 模拟发射 固定参数的本地设定 软件的本地下载 升级和调试 本地的故障测试 如操作维护通路测试 上下链路质量测试 通过向MSC的后台申请 查看其他站点的状态 5 设备告警采集功能 采集BTS内部各个TRM的告警信息 采集现场环境监控设备的干点告警信息 采集控制现场环境监控设备的部分干点状态 风扇控制功能 根据机架内温度控制风扇转速 在室外型配置下 采集ECU的告警信息 2 BTS收发信部分的功能 收发信机控制单元 是BTS的核心单元 它具备以下以下几方面的功能 完成GSM信令协议的处理和变换 完成1个TDMA帧上全双工信道基带数据的处理 在下行方向 包括速率适配 信道编码 交织 产生TDMA突发脉冲 实现GMSK调制 在上行方向 传输处理单元接收中频采样的两路信号 然后进行接收机分集合并 数字解调 GMSK解调 去交织 信道解码及速率适配 提供业务信道服务 提供各种速率的语音和数据信道 支持射频跳频及静态和动态功率控制等 无线载频单元 完成以下功能 1 射频信号的发射 包括GMSK基带信号产生 变频 功率放大及功率控制 发射机TX如图4 5所示2 射频信号的接收 包括变频 滤波 中放 A D变换还原成基带信号 接收机RX如图4 4所示3 射频信号的环回 包括在PA输出提取样本信号 变频到相应接收频率 还原基带信号 由收发信控制单元完成功能测试 4 无线载频单元的状态检测 包括功放输出端前向 反向功率检测 温度检测 锁定等 图4 4接收机RX结构框图 数字信号 图4 5TX结构框图 数字信号 5 频率合成器 PLL 频率合成器单元为TX RX单元提供本振信号 有3种频率合成器 发射跳频频率合成器 PLL TX 频率为1594 1669MHzGSM1800频率为724 749MHzGSM900接收跳频频率合成器 PLL RX 频率为1594 1586MHzGSM1800频率为691 716MHzGSM900发射中频频率合成器 PLL IF 频率为198MHz 频率合成器由压控振荡器 VCO 锁相环 PLL 环路滤波器 LPF 和射频开关组成 如框图4 6所示 6 射频环路RF LOOPRF LOOP主要完成射频环回 收发部分功能自检 如图4 7所示 7 功放单元PA在系统中用于放大下行的GMSK调制的射频信号 它位于BTS的收发信机部分中 和TX RX及控制单元共同组成收发信部分 图4 6频率合成器结构示意图 图4 7射频环回示意图 图4 8PA结构示意图 3 电源部分完成直流基础电源 48V 到各模块的分配 并提供过载短路保护和电源输入的滤波等功能 BTS机柜的电源部分 包括电源集中分配模块 控制管理电源 收发信部分电源和天线设备电源 外配整流模块和蓄电池组构成完整的直流不间断供电系统 4 天线设备部分主要完成射頻信号的合路和分路等功能 由三个单元组成 合路分路单元 扩展单元和接收分路单元 合路分路單元是主要的构成部分 合路分路单元主要功能包括4个方面 1 实现多个载频发射信号的合路 2 提供发射频段从BTS到天线和接收频段从天线到BTS信号的双向通道 3 天线端口驻波比恶化的报警 4 对工作频段之外的干扰和杂散辐射进行抑制 合路分路单元主要是由 宽带合路器 收发双工器 VSWR检测电路和LAN 含分路器 低噪声放大器等部分组成 如图4 9所示 图4 9合路分路器结构示意图 第三节基站外部接口协议各设备之间或子系统之间必须要通过各种接口按照规定的协议实现互连 两个实体之间必须遵守某种协议 双方才能通信 接口代表两个相邻实体之间的连接点 而协议就是连接点上交换信息需要遵守的规则 一 BTS中各单元之间的接口1 Um接口是MS和BTS之间的接口 在所有GSM接口中Um接口是最重要的接口 实现了不同厂商和不同运营网络间的兼容性 实现了移动台的漫游 解决了蜂窝移动通信系统的频谱效率问题 2 Abis接口BTS和BSC的通信接口 它支持所有向用户提供的服务 支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配 GSM系统接口协议是参照OSI 开放式系统互联协议 模型 按功能划分出不同层面 如图4 10所示为Um接口和Abis接口协议 图4 10Um接口和Abis接口协议协议 二 Um接口协议1 Um接口的第一层为传输层 或物理层 提供无线链路的传输通道 2 Um接口的第二层数据链路层 为MS和BTS之间提供可靠的数据链接 采用的是LAPDm协议 它是GSM的专用协议 是基于ISDN的D信道链路接入协议 LAPD 再加上移动应用方面的协议 3 Um接口的第三层应用层 主要负责控制和管理的协议 它包括CM MM和RR 图4 11Um接口协议分层示意图 三 Abis接口协议Abis接口为BTS与BSC之间的接口 Abis接口的第一层传输层 或物理层 通过标准的2 048Mbit s或64kbit sPCM数字传输链路来传送信息 Abis接口的第二层数据链路层 BTS和BSC之间采用LAPD协议 LAPD协议是一点对多点的通讯协议 Abis接口的第三层为应用层 主要负责对BTS的控制管理和无线资源的分配 包括对BTS的控制管理层BTSM和RR层 Abis图4 12接口协议分层示意图 第四节基站设备的组网及操作维护系统一 基站主设备的组网基站主设备组网方式比较灵活 支持多种传输方式 如 E1 SDH HDSL 高速数据用户环路 微波和卫星传输等 组网方式支持星型 树型 链型 环型和混合型组网 目前大部分基站为环型组网或混合组网 图4 13基站主设备的组网示意 天 馈系统的主要功能是作为载频信号发射和接收的通道 将基站调制好的载频信号有效地发射出去 并接收MS发射的载频信号 天馈子系统主要包括 天线 馈线 跳线 馈线接地夹 馈线密封窗 避雷器和塔放 可选件 等 从基站BTS的天线口用1 2寸软跳线连接到硬馈线 再从硬馈线转换成软跳线连接到天线 可采用塔顶放大器 塔放 放大上行信号 来提高基站的接收灵敏度 第5章天馈线系统 第一节天线基本知识天线 是发射机发射无线电波和接收机接收无线电波的装置 天线是换能设备 具有互易性 天线的性能影响整个系统的性能 一 天线辐射电磁波的基本原理 导线载有交变电流时 就可以形成电磁波的辐射 辐射的能力与导线的长短和形状有关 当导线长度远小于波长时 导线电流很小 辐射很弱 当导线的长度增大到可与波长相比拟时 导线的电流就大大增加 形成较强的辐射 导线长度等于1 4波长时 辐射最强 称半波对称振子 实际的天线是由振子叠放而成的 二 天线的增益增益是天线系统的重要参数 增益是用来表示天线集中辐射的程度 天线增益在某一方向的定义是指在输入功率相等的条件下 实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所生产的场强之比 即功率之比 天线增益定义的示意图5 3所示 dBi是相对于全向辐射器的参考值 dBd是相对于半波振子天线的参考值 dBi dBd 2 15 三 天线的方向性天线方向性 是指天线向一定方向辐射或接收电磁波的能力 天线方向性的获得 是通过天线内部加反射板或振子叠放而实现的 天线的方向性通常用方向图来表示 在方向图中 最大辐射方向的辐射波瓣叫做天线主波瓣 也称天线波束 主瓣之外的波瓣叫做副瓣 与主瓣相反方向上的旁瓣叫做后瓣 图5 4全向天线波瓣示意图 全向天线水平波瓣图 全向天线垂直波瓣图 定向天线水平波瓣图 定向天线垂直波瓣图 图5 5定向天线波瓣示意图 天线辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形 称为方向图 天线方向性图主要有以下参数 1 零功率波瓣宽度 是指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角 2 半功率点波瓣宽度 是指最大值下降到0 707 即下降3dB 点的夹角 3 副瓣电平 是指副瓣最大值和主瓣最大值之比 四 天线的极化1 电磁波的极化无线电波在空间传播时 其电场方向是按一定的规律变化的 这种现象称为无线电波的极化 无线电波的电场方向称为电波的极化方向 电波的电场方向垂直于地面 称为垂直极化波 电波的电场方向与地面平行 则称为水平极化波 如图5 6所示 图5 6电磁波的极化 2 天线的极化天线辐射电磁场的电场方向就是天线极化方向 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收 水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时 接收过程中要产生极化损失 移动通信天线有单极化天线和双极化天线 双极化天线的两个天线极化方向互相垂直 采用双极化天线 可节省天线的架设数量 施工和维护更加简单 五 天线的指标1 电压驻波比当馈线和天线全匹配时 高频能量全部被负载吸收 馈线上只有入射波 称为行波状态 当天线与馈线不匹配时 负载不能吸收高频能量 有入射波也有能量反射部分回来形成的反射波 两者叠加的合成波称为行驻波 行驻波的波腹与波节电压比称为电压驻波比 VSWR 基站要求电压驻波比VSWR 1 5 2 回波损耗回波损耗越小表示匹配越差 0dB表示全反射 无穷大表示全匹配 基站要求回波损耗RL 14dB 对应VSWR 1 5 3 前后比前后比大表示天线定向接收性能好 图5 7所示4 端口隔离度 要求大于30dB 5 天线的工作频率范围 带宽 是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度 就是驻波比 1 5时天线的工作频带宽度 6 零点填充高增益天线要采取零点填充技术来有效改善近处覆盖 不能有明显的零深 7 天线尺寸和重量在满足电气指标的前提下 尺寸小 重量轻 图5 7天线前后瓣电平比示意在方向图中 前后瓣最大电平之比称为前后比 基本半波振子天线的前后比为1 前后有相同的接收能力 第二节天线技术一 天线分集技术分集技术是对付衰落最有效的措施之一 采用适宜的分集接收与合并技术能有效地克服信号传输的衰落效应 移动通信常采用空间分集和极化分集 1 空间分集 单极化天线 空间分集是利用场强随空间的随机变化而实现的 空间分集天线由两副 收 发 收 或三副 收 发 收 组成 天线之间要求有必要的空间间隔 2 极化分集 双极化天线 天线通过两种极化 水平极化和垂直极化 而用一个频率携带两种信号 正负450正交极化天线常见 3 两种天线比较 接收效果相同 双极化天线节省空间 二 赋形波束技术 在移动通信中 降低同信道干扰始终是复杂的问题 赋形波束技术提高了空间频谱重用 两种类型的赋形波束 1 赋形水平面的辐射方向图 即扇形波束 2 赋形垂直面的辐射方向图 波束倾斜技术 波束下倾方法有两种 即电调下倾和机械调正下倾 用来改变天线的下倾角 主要目的 是倾斜主波束以压缩朝复用频率方向的辐射电平而增加载干的比值 三 智能天线传统天线的最大弱点 是浪费无线信号能量 只有很小一部分能量能到达收信方 而且它收到的不仅是有用信号 还收到其他信号的干扰噪声 智能天线定义 具有波束成形能力的天线阵列 可成形特定的天线波束 实现定向发送和接收 智能天线自适应地识别用户信号到达方向 使天线主波束对准用户信号到达方向 零陷对准干扰信号到达方向 达到充分 高效利用移动用户信号 并抑制干扰信号的目的 智能天线引入了第四维多址方式 即空分多址 SDMA 方式 在相同时隙 相同频率和相同地址码的情况下 仍可以根据信号不同的空间传播路径而区分不同的移动用户 智能天线相当于空时滤波器 在多个指向不同用户的并行天线波束控制下 可以显著降低用户信号之间的相互干扰 智能天线在以下方面提高移动通信系统性能 1 扩大系统的覆盖区域 2 提高系统容量 3 提高频谱利用率 4 降低基站发射功率 减少信号间干扰与电磁环境污染 智能天线分为两大类 多波束智能天线与自适应阵智能天线 简称多波束天线和自适应阵天线 自适应阵天线采用4 16天线阵元结构 阵元间距离1 2波长 阵元分布方式有直线型 园环型和平面型 自适应阵天线 是智能天线的主要类型 可以实现全向天线 完成用户信号的接收和发送 自适应阵天线根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道 等同于信号有线传输的电缆 有效克服了干扰对系统的影响 TD SCDMA的智能天线智能天线技术已成为移动通信中最具有吸引力的技术之一 TD SCDMA智能天线使用一个环形天线阵 由均匀地分布在一个半径为R的园上的8个完全相同的天线元素所组成 智能天线的功能是由天线阵及与其相连接的基带数字处理部分共同完成 其仰角方向辐射图形与每个天线元相同 方位角的方向图由基带处理器控制 可同时产生多个波束 按着移动用户的分布 在3600的范围内任意赋形 TD SCDMA使用的智能天线当N 8时 比无方向性的单振子天线的增益分别大9dB 对接收 和18dB 发射发 基站的发射增益比接收增益大的多 因此对于传输非对称的IP等数据 下载较大业务信息是非常合适的 智能天线的采用将显著降低运营成本 提高系统的经济效益 第三节天线的类型和选择方法一 天线的类型按工作频率分有800MHz 900MHz 1800MHz等天线 按极化方式分有单极化 双极化 园极化天线 按方向图分有全向天线 定向天线 按功能分有发射天线 接收天线 收发共享天线 按下倾方式分有机械下倾天线 电调下倾天线 天线发展的趋势是多频段 多功能 智能化 主要介绍移动通信基站中常用的天线类型 一 1 全向天线 全向天线在水平方向上有均匀的辐射方向图 从垂直方向上看 辐射方向图是集中的 可以获得天线增益 把对称振子排列在同一垂直线上 并反馈给各单元正确的功率和相位 可以提高辐射功率 2 定向天线 在水平和垂直方向辐射方向图都是非均匀的 常用在扇形小区 也称为扇形天线 辐射功率集中在一个方向上 天线增益为9 16dB 1 机械天线 机械天线是指使用机械调整下倾角度的移动天线 当下倾角超过150后 天线方向图形状改变很大 调整也麻烦 2 电调天线 电调天线是指使用电子调整下倾角度的移动天线 保证改变倾角后天线方向图变化不大 如图5 8所示 3 特殊天线 用于特殊用途 如用于室内 隧道等 例如泄漏同轴电缆等 其它特殊天线如图5 9所示 二 天线的选择方法1 城区话务密集地区 基站间距离在500 1000m 天线高度不宜太高 选择一般增益的天线 采用天线下倾方式 选择内置电下倾的双极化定向天线 配合机械下倾 2 在郊区或乡镇地区 话务量低 主要考虑信号覆盖范围 采用全向天线基站 选用高增益天线 天线架高40 50m 调高基站发射功率 覆盖范围可达5Km 3 在铁路或公路沿线 考虑沿线的带状覆盖分布 可采用双扇区型基站 采用单极化高增益定向天线 相背放置 4 在城区内的一些室内或地下区域 信号覆盖差 话务量高 采用室内微蜂窝 采用分布式低增益天线 第五节馈线和塔顶放大器一 馈线 一个收发信通道配一根馈线 有7 8 馈线和5 4 馈线可选 一根单极化定向天线或全向天线对应一根馈线 一副双极化定向天线对应两根馈线 软跳线用于天线与馈线 馈线与设备之间连接 二 天馈避雷器 馈线避雷器可防止馈线内导体感应的雷电电流对设备造成损害 一根馈线配一个避雷器 三 塔顶放大器 主要用它解决基站与移动台之间 上 下行信号接收 发送功率不平衡的问题 易出现移动台能收到基站的信号 而基站收不到移动台的信号 可见一个基站的覆盖范围取决于移动台到基站的上行有效距离 塔放提高了基站接收系统的灵敏度 改善了基站接收性能 改善了网络质量 图5 10塔顶放大器的原理 第六节天馈线系统的安装主要包括 天线的安装 馈线的安装 塔顶放大器安装 馈线避雷器和GPS天馈线的安装等 一 天线的安装1 全向天线的安装2 定向天线的安装3 特殊天线的安装在天线安装过程中应该注意 1 注意人身与设备安全 2 天线应在避雷针的保护范围内 即在避雷针的45度角范围内 二 塔顶放大器的安装 塔放具有输入 输出端口 使用时直接串接在塔顶跳线与馈线之间 图5 11全向天线安装示意图 图5 12定向天线安装示意图 图5 13天线避雷示意图 三 馈线的安装1 馈线的切割2 接头的制作3 馈线的吊装和布放4 天线与馈线的跳线连接5 天馈线接头的处理6 天馈避雷系统的安装四 GPS天线的安装五 天馈避雷器的安装 图5 14 a 馈线进入馈线窗示意图 图5 14 b 馈线进入馈线窗示意图 第七节天馈线系统测试和故障处理一 天馈线测试主要是通过测量其驻波比 VSWR 或回波损耗 RL 的值来判断天馈线的安装质量和运行情况的好坏 基站天馈线的驻波比要求小于1 5 使用的仪表 天馈线测试仪二 天馈线常见故障处理 主要发生在天线和馈线 馈线和馈线之间的接头上 传输系统承担着各接点间信号传输 没有传输就没有通信网 传输系统有两类 准同步数字系列 PDH 和同步数字系列 SDH 第一节准同步数字 PDH 传输系统应用20多年 技术成熟 它将模拟的话音信号进行抽样 量化 编码 变为64kbit s的数字信号 将32路64kbit s以字节为单位间插复接成速率为2 048Mbit s 称一次群或基群 为提高容量 再将若干个2 048Mbit s的信息流复接成更高速率的信息流 如 8 448Mbit s 34 368Mbit s 139 264Mbit s 移动通信的传输系统 在PDH中虽然规定了各速率等级的标称速率 但支路信号来自不同设备的时钟源 同一速率等级的支路信号的速率并不一定严格相等 这种具有相同的标称速率 又允许有一定偏差的信号称为准同步信号 PDH的缺点 1 没有世界性的电接口规范标准 2 没有世界性的标准光接口规范 3 PDH是建立在点对点传输基础上的复用结构 4 PDH帧结构中没有安排OAM比特 5 PDH采用异步复接 一 PCM30 32系统传输信号实现数字化后 可实现多路终端信号的时分复用 将信道按抽样周期T加以分割 得到的时间段称为帧 再将帧等分成N个小时间段 每个小时间段T N称为时隙 在一帧内 为每一路终端信号分配一个时隙 多路终端信号交替传送 就实现了信道的PCM复用 我国采用的是30 32路帧结构 即每一帧占125 s 分为32个时隙 但只传送30路话音信息 一次复用后的基群复用速率为 32 64kbit s 2048kbit s 2 048Mbit s 就是常说的E1 2 048Mbit s 图6 3PCM系统帧和复帧结构示意 1 基本特性时隙数 帧 32话路数 帧 30抽样频率 8000次 s编码位数 n 8量化级数 256复用码流速率 8Kbit sx32x8 2048Kbt s帧长 125Ms单路数码率 64Kbt s2 帧与复帧结构3 时隙分配一帧32个时隙 按顺序编号依次为TS0 TS31时隙的使用分配 TS1 TS15 TS17 TS31为30个话路时隙 TS0为帧同步码 监视码时隙 TS16为信令 振铃 占线等标志信号 时隙 二 数字复接技术在时分制的PCM通信系统中 为扩大传输容量 必须将基群信号复接成高次群信号 数字复接 把两路或两路以上的支路数字信号按时分复用方式合并成为一路数字信号的过程 数字分接 把一个复合数字信号分离成各分支信号的过程 数字复接系统包括 定时 码速调整 复接 数字分接系统包括 同步分离 产生定时 分接 支路码速恢复 图6 4数字复接系统 第二节同步数字体系 SDH 同步数子体系 它即是一套国际标准 又是一个组网原则 也是一种复用方法 已建成一种灵活 可靠和能进行遥控管理的世界电信传输网 SDH是一套数字传送结构 通过物理传送网络传送经适配的业物信息 净负荷 它被设计成多用途结构 它能传送各种类型的信号 如PDH信号 一 SDH的主要特点1 数字传输体制上的世界性标准 2 采用同步复用方式和灵活的复用映射结构3 强大的网络管理功能 4 强大的自愈功能 5 后向和前向兼容性 6 SDH有标准的光接口规范 二 SDH的接口 速率和帧结构1 SDH的网络节点接口 NNI 传输系统 由传输设备和网络节点构成 网络节点之间互连的接口 叫网络结点NNI 图6 6所示网络节点接口在网络中的位置 SDH实际上是网络节点接口的一个统一规范 规范中首先要统一的就是 接口速率等级和帧结构安排 图6 6NNI在网络中的位置 2 SDH速率等级SDH按一定的规律组成块状帧结构 称为同步传送模块 STM SDH信号的速率等级表示为STM N 其中N是正整数 N只能是1 4 16和64 STM 1是最基本最重要的模块信号 其速率是155 520Mbit s STM 4等级的速率为622 080Mbit s STM 16等级的速率为2488 320Mbit s STM 64等级的速率为9953 280Mbit s 3 SDH的帧结构帧结构如图6 7所示 1 SDH以字节为单位进行传输 其帧结构是以字节结构为基础的矩形块状帧结构 它由270 xN列和9行x8bit个字节组成 2 SDH矩形帧在光纤上是逐行传输的 在光发送端经并 串转换后逐行进行传输 在光接收端经串 并转换后还原成矩形块状进行处理 图6 7SDH帧结构示意图 3 在SDH帧中 字节的传输是从左到右按行进行的 首先由图中左上角第一个字节开始 从左向右按顺序传送 传完一行再传下一行 直至整个9x270 xN个字节都传送完再转入下一帧 如此一帧一帧地传送 每秒可传8000帧 帧长恒定为125Ms 4 SDH的帧频为8000帧 s 就是说信号帧中某一特定字节每秒被传送8000次 该字节的比特速率是 8000次 sx8bit 64Kbit s也就是一路数字话的传输速率 以STM 1等级为例其速率为 270 每帧270列 x9 共9行 x64Kbit s 每个字节64Kbit s 155520Kbit s 155 520Mbit s SDH帧 由净负荷 paylond 管理单元指针 AUPTR 和段开销 SOH 3部分组成 如图6 7所示 1 段开销 SOH 区域为保证信息净负荷正常灵活传送 所必需的附加字节 主要用于网络的运行 管理和维护 2 信息净负荷 Payload 区域用于存放各种业务信息的地方 在这里面还含有通道开销字节 POH 主要用于信道性的监视 管理和控制 3 管理单元指针 AUPTR 区域AUPTR是一种指示符 主要用来指示信息净负荷的第一个字节在STM N内的准确位置 以便在接收端正确地进行信息分解 三 映射和复用PDH各速率等级信号装入SDH帧结构的净负荷区都需经过映射 定位校准和复用三个步骤 1 映射 相当于一个对信号打包的过程 使不同的支路信号和相应的n阶虚容器 VC n 同步 2 定位 加入调整指针 用来校正支路信号频差和实现相位对准 3 复用 即字节间插复用 将多个低阶通道层信号适配进高阶通道或将多个高阶通道层信号适配进复用段层 图6 8我国规定的SDH复用结构示意 四 数字通信系统的传输特性1 误码特性所谓误码就是经接收再生后 数字流的某些比特发生差错 使传输信息的质量发生损伤 一般用长期平均误比特率 BER 来衡量信息传输质量 又称误码 即某一特定观测时间内错误比特数和传输比特总数之比当作误比特率 2 抖动特性数字信号的特定时刻 例如最佳抽样时刻 相对其理想参考时间位置的短时间偏离 3 漂移特性 第三节光纤传输系统一 光纤通信系统光纤通信以光波作为载频 光导纤维 光纤 作为传输媒介的一种通信方式 光纤通信系统通常采用的是 数字编码 强度调制 直接检波方式 光纤通信系统的组成 由光端机 收发 光纤 光中继器组成 图6 9是其组成基本示意图 图6 9光纤通信系统组成框图 1 光传输介质 1 光纤传输的损耗与色散 光纤的损耗和色散是光纤的重要参数 它们直接影响光传输的性能 损耗是影响系统传输距离的重要因素 光纤自身的损耗是吸收损耗和散射损耗 色散损耗是材料折射率不均匀 粗糙造成的 2 光纤通信的工作窗口 光纤损耗系数随波长而变化 在波长范围800 1800nm能获得低损耗特性 3 光纤通信的三个工作窗口 实用的低损耗波长有 第一代系统波长 850nm 最低损耗2 5dB km 采用石英多模光纤 第二代系统波长 1310nm 最低损耗0 27dB km 采用石英单模最低色散光纤 第三代系统波长 1550nm 最低损耗0 16dB km 采用石英单模最低损耗与适当色散光纤 上述三个波长称为3个工作窗口 2 光传输设备光传输设备包括 光发射机 光接收机 光中继器等 光发射机的作用 是将数字设备的电信号进行电 光转换 调节处理成为满足一定要求的光信号后送入光纤传输 光接收机的作用 是把经过光纤传输后 脉冲幅度被衰减 宽度被展宽的弱光电信号转变为电信号 并放大 再生恢复出原来的信号 光中继器的作用 将通信线路中传输一定距离后衰弱 变形的光信号恢复再生 继续传输 二 光传输设备的构成光传输设备有终端复用器 分插复用器 再生中继器 数字交叉连接设备 网管系统 终端复用器 TM 终端复用器用于网络的终端结点上 如图6 10所示 图6 10终端复用器模型图 2 分插复用器 ADM 用于SDH传输网络的转接点处 例如链的中间结点或环上结点 是最重要的光传输设备 如图6 11所示 图6 11分插复用器模型图 3 再生中继器 REG 有两种 纯光学的再生中继器 脉冲再生整形再中继器 这里指的是后一种 如图6 12示 REG STM N STM N 图6 12再生中继器模型图 数字交叉连接设备 DXC DXC完成STM N信号的交叉连接 它实际上相当于一个交叉矩阵 完成各个信号间的交叉连接 如图6 13所示 DXC M N 图6 13数字交叉连接设备 DXC支持几种连接方式 如图6 14所示 单向 建立单向交叉连接 双向 建立双向交叉连接 广播 将输入的VC n桥接到一个以上的VC n 环回 对同一用户输入和输出VC n自身交叉连接 分离接入 终结输入STM N信号中的VC n 并在相应输出STM N中的VC n提供测试信号 图6 14交叉连接方式 5 网管系统传输系统网管系统主要配置在局端 由计算机终端 网管软件 管理接口组成 网管系统的五大功能 配置管理 ConfigurationManagement 故障管理 FaultManagement 性能管理 PerformanceManagement 安全管理 SecurityManagement 计费管理 AccountingManagement 第四节微波传输系统微波通信使用波长 为1m至0 1mm 频率为0 3GHz 3THz 的电磁波进行的通信 广义微波通信包括 地面微波接力通信 对流层散射通信 卫星通信 空间通信以及工作在微波波段的移动通信 微波通信 具有频带宽 通信容量大 传输损伤小 抗干扰能力强等特点 可用于点对点 一点对多点或广播等通信方式 SDH微波在通信网中的应用 它是光纤传输网不可确少的补充和保护手段 SDH微波系统可使光纤电信网形成闭合回路 可与SDH光纤系统串接使用 作为SDH光纤网的保护 解决整个通信网的安全保护问题 一 频段划分微波按波长不同可分为分米波 厘米波 毫米及亚毫米波 频率为0 3GHz 3THz 表6 2微波部分频段代号 频率及波长 二 微波通信系统组成微波系统由发信机 收信机 天馈线系统 多路复用设备及用户终端设备等组成 图6 15微波通信系统示意图 三 数字微波数字微波通信是数字通信的特例 具备数字系统与模拟系统相比的所有优点 还具备自身独有的特点 1 数字微波接力系统中 接力站可对接收到的离散数字信号进行再生 以消除传输过程中干扰和噪声的积累 所以整个接力系统每个接力站均需采用基带转接方式 2 话音频谱利用率低 中 大容量数字微波所占频带过宽 特别需要考虑频谱的有效利用技术 四 PDH和SDH数字微波通信系统数字微波系统是数字通信网的数字通道之一 适用于传输数字电话业务和非电话业务 SDH微波用在干线和支线传输中 PDH微波用于支线传输中 1 PDH微波PDH微波是采用准同步复用来进形微波接力通信的方式 是成熟的点对点通信系统技术 2 SDH微波是SDH技术和数字微波接力通信技术的结合 在SDH网中用于干线和支线传输 第五节传输系统维护中的常见故障一 传输系统常见故障产生的原因1 工程问题 2 外部原因 3 操作不当 4 设备对接问题 5 设备原因 二 典型故障处理1 通信故障 2 业务中断 3 典型故障及分析 4 误码类故障 5 设备对接故障 第一节概述一 通信局 站 电源系统的组成采用集中供电 分散供电 混合供电三种比较典型的系统组成方式 还有一体化供电方式 最常用是分散供电 指直流供电 二 基站电源系统的组成基站的电源系统 是对基站内各种通信设备及建筑负荷等提供用电的设备和系统的总称 基站电源系统 由交流供电系统 直流供电系统 接地系统和监控系统组成 第7章通信电源系统 a 不间断 b 可短时间中断 c 允许中断 图7 1分散供电方式电源系统组成方框示意图 第二节基站的交流供电系统基站的交流供电系统 由主用交流电源 电力变压器 发电机组 市电和油机转换箱 低压交流配电箱 交流不间断电源设备 UPS 以及相关的配电线路组成 如图7 2所示 一 主用交流电源主用交流电源 是市电 主要从高压电网引入 重要基站 由两个变电站引入两路高压电 一主一备 一般基站 引入一路高压市电 用电量小的基站可直接引入220 380V低压市电 图7 2基站电源系统框图 二 电力变压器电力变压器完成输入的交流电压升高和降低的作用 主要由铁芯和绕组组成 基站使用的电力变压器是降压电力变压器 把三相高压交流电 如10KV 变成220 380V的低压交流电 相电压220V 线电压380V 采用三相五线制配线方