移动通信基地站(BS)基础知识

移动通信基地站(BS)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

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THANKS YOU, 但可否將圖片再上傳一次,因為沒有圖可觀看  
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