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(BS)基础知识
2015-12-18 11:51:26   来源:   评论:0 点击:

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。
  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。

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 图1. HC系列5机架基地站的组合图

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 图2. LD系列3个机架基地站的组合图

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 图3. 移动用户被呼过程示意图

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图4. 移动用户主呼过程示意图

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        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。

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图6. 无线信道(RCG)功能块框图

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 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。

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 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。

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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。

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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。

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 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。

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 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。

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图13. 供 电

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