Communication 版 (精华区)

发信人: Iamhere (灯火阑珊·鬼塚先生), 信区: Communication
标  题: 技术讲座---移动通信基站(2)
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年11月16日18:00:54 星期天), 站内信件

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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