蜂窩通信基站在線射頻指標(biāo)檢測分析與研究

張 宸

（青海省無線電監(jiān)測站 西寧 810001）

在各類無線電發(fā)射設(shè)備中，公眾通信基站類型繁雜，為數(shù)眾多，在無線通信行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加速社會信息溝通發(fā)揮了重要的作用。然而公眾通信基站在一定區(qū)域內(nèi)的大量密集建設(shè)，給空中無線電波秩序的維護(hù)帶來極大的壓力。一些公眾通信基站網(wǎng)絡(luò)因組網(wǎng)不當(dāng)和疏于維護(hù)造成的基站間和對其他無線電發(fā)射設(shè)備的干擾時有發(fā)生。為了規(guī)范公眾通信基站的建設(shè)，加強(qiáng)對公眾通信基站的管理，從源頭上防止該類無線電設(shè)備產(chǎn)生有害干擾，開展公眾通信基站射頻指標(biāo)在用設(shè)備檢測十分必要，如何全面、系統(tǒng)地掌握公眾通信基站在用設(shè)備檢測的原理和方法成為無線電檢測工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。

2 蜂窩通信基站設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目前國內(nèi)在用公眾通信基站按網(wǎng)絡(luò)類型劃分，可分為2G（GSM 900 MHz/1800 MHz）、3G（cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA）基站；按設(shè)備結(jié)構(gòu)劃分，可分為宏基站、微基站、射頻拉遠(yuǎn)站、直放站和室內(nèi)分布站（以下簡稱室分站），各類基站的主流設(shè)備商有中興通訊、華為、大唐電信，早期還有阿朗、諾西、摩托羅拉和愛立信等。

2G和3G宏基站一般安裝在正規(guī)無線機(jī)房內(nèi)，有專用的機(jī)柜和機(jī)架，容量大、可靠性高和維護(hù)方便的特點(diǎn)使其成為開展基站在用設(shè)備測試的重點(diǎn)對象。2G宏基站可細(xì)分為900 MHz單站、1800 MHz單站和900 MHz/1800 MHz共站。900 MHz單站設(shè)備和1800 MHz單站設(shè)備的特點(diǎn)是射頻收發(fā)端口相互分離，信號收發(fā)指配在使用前固定，常見的射頻接口有N型連接頭和DIN型連接頭兩種；900 MHz/1800 MHz共站的特點(diǎn)是在一個機(jī)柜內(nèi)容納900 MHz和1800 MHz兩套設(shè)備（模塊）。3G宏基站設(shè)備常見的制式有cdma2000和WCDMA兩種，其特點(diǎn)是射頻收發(fā)端口分離固定，體積更趨小型化。

2G和3G微基站是將基站所有部件壓縮在較小的機(jī)箱內(nèi)，在樓宇中或密集區(qū)安裝，其特點(diǎn)是覆蓋小、用戶量低。由于其并非安裝在電氣設(shè)備較為配套的機(jī)房內(nèi)，開展在用設(shè)備測試時存在接電不便的問題。

2G和3G射頻拉遠(yuǎn)站的基帶處理部分（BBU）布置在機(jī)房，射頻處理部分（RRU）布置在天線附近，機(jī)房內(nèi)的設(shè)備部分只有光傳輸接口，如測試人員和設(shè)備不能到達(dá)RRU，不具備在用設(shè)備檢測條件。

2G和3G直放站是一種信號中繼器，其對基站發(fā)出的射頻信號進(jìn)行放大，本身不提供容量，主要解決前述基站的邊緣覆蓋問題。2G和3G室分站通過將宏基站、微基站和直放站的射頻輸出信號作為信源引入需要覆蓋的室內(nèi)環(huán)境，提高室內(nèi)覆蓋性能，其本身不提供容量。直放站和室分站類型較為復(fù)雜，有些類型不具備在用設(shè)備檢測條件。

3 公眾通信基站設(shè)備頻率使用特點(diǎn)

公眾通信基站設(shè)備檢測的測試項(xiàng)目圍繞基站使用頻率展開。各類公眾通信基站設(shè)備頻率使用方面的特點(diǎn)如下。

中國移動和中國聯(lián)通GSM基站900 MHz下行分別使用 935～954 MHz、954～960 MHz頻段，GSM 基站 1800MHz下行分別使用1805～1815 MHz、1840～1850 MHz頻段。GSM基站以小區(qū)制進(jìn)行劃分，每個小區(qū)配置一個長發(fā)載波信道，帶寬為200 kHz。

對于中國電信cdma2000基站，國家無線電管理委員會于2009年為中國電信分配了2110～2125 MHz頻段（下行），但到目前為止，中國電信實(shí)際使用的仍為分配給CDMA基站的頻率，即870～880 MHz（下行），其配置以小區(qū)制劃分，每個小區(qū)在870～880 MHz低段配置最多3個cdma2000 Ev-Do載波信道，高段配置最多4個語音載波信道，帶寬為1.25 MHz。中國聯(lián)通WCDMA基站配置以小區(qū)制進(jìn)行劃分，使用下行頻率為2130～2145 MHz，每個小區(qū)最多可配置3個長發(fā)語音載波信道，帶寬為5 MHz。對于中國移動的TD-SCDMA基站，國家無線電管理委員會為其分配了1880～1920 MHz、2010～2025 MHz、2300～2400 MHz共3個頻段，但實(shí)際使用2010～2025 MHz最多。

在測試中，運(yùn)營商基站維護(hù)人員通常對各類基站載頻使用頻率（點(diǎn)）較為陌生，而對載頻對應(yīng)的信道號比較熟悉。各制式頻點(diǎn)與信道號的轉(zhuǎn)換公式及常用信道號如下。

·中國移動、中國聯(lián)通GSM 900 MHz基站:頻點(diǎn)=信道號×0.2+935，中國移動常使用的信道號為37～59，中國聯(lián)通常使用的信道號為96～124。

·中國移動、中國聯(lián)通GSM 1800 MHz基站:頻點(diǎn)=（信道號-512）×0.2+1710.2+95，中國移動常使用的信道號為550～561、587～598、512～526，中國聯(lián)通常使用的信道號為658～783。

·中國聯(lián)通WCDMA基站:信道號=頻點(diǎn)×5，常用信道號為 10663、10688、10713。

·中國移動TD-SCDMA基站:頻點(diǎn)=信道號×0.2，常用信 道 號 為 10080、10055、10096、10071、10063、10112、10088、10055、10104、10120。

·中國電信cdma2000基站:頻點(diǎn)=信道號×0.03+869，常用信道號為 37、78、119、160、201、242、283。

4 公眾通信基站測試方法

公眾通信基站在用設(shè)備測試一般可采用兩種方法:一種是手動測試方法，用手動操作頻譜儀測量通過衰減器衰減后的基站射頻口信號，測試連接如圖1所示；另一種是自動測試方法，使用基站自動測試系統(tǒng)軟件自動控制頻譜儀測量經(jīng)過控制箱衰減后的基站射頻口信號，測試連接如圖2所示。

圖1 手動測試方法連接示意

圖2 自動測試方法連接示意

手動測試方法的優(yōu)點(diǎn)是測試過程的每一個步驟可以直觀顯示，測試時能夠及時發(fā)現(xiàn)錯誤和問題并能夠及時糾正；缺點(diǎn)是需要在頻譜儀面板上進(jìn)行較多的按鍵操作，操作過程比較繁瑣，只能同時測試頻差、載波功率、占用帶寬和雜散等指標(biāo)。自動測試方法的優(yōu)點(diǎn)是只需要連接好測試系統(tǒng)，輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)，測試便可以由軟件自動控制完成，測試項(xiàng)目比較完整，并能自動導(dǎo)出測試報告；缺點(diǎn)是測試時對發(fā)射的載波信號有一定要求，只能對基站發(fā)出的單一載波信號進(jìn)行測試，因此需要頻繁地聯(lián)系網(wǎng)管后臺進(jìn)行載波信號的切換。在實(shí)際工作中，為了對被測基站射頻性能指標(biāo)進(jìn)行較全面和客觀的評價，并對部分指標(biāo)測試結(jié)果進(jìn)行參照比對，可將兩種測試方法結(jié)合使用。

5 測試過程故障問題和解決方案

5.1 基站自動測試系統(tǒng)自檢不通過

原因一:基站自動測試系統(tǒng)USB接口通信線連線錯誤，DC基站自動測試系統(tǒng)配置的一根USB線纜用于頻譜儀與控制箱通信，該線纜連接控制箱的一端為六邊形，在連接時線纜接頭極易倒置插入，導(dǎo)致頻譜儀連接控制箱失敗。

解決方法:檢查連接該線纜的接頭是否連接正確。

原因二:USB接口通信線接到了頻譜儀端前面板U口，因前面板U口電壓不足，線纜驅(qū)動失敗。

解決方法:將通信線頻譜儀端接頭接N9020后面板的USB接口。

5.2 測試時頻譜儀收不到載波信號

測試時，運(yùn)營商維護(hù)人員已反復(fù)確認(rèn)網(wǎng)管后臺已發(fā)出載波信號，但頻譜儀卻收不到目標(biāo)信號或收到的目標(biāo)信號極其微弱，同時基站設(shè)備面板發(fā)生駐波告警。發(fā)生此類問題的原因是測試通道中的射頻電纜接頭松動。

解決方法:需仔細(xì)檢查測試通道中的射頻電纜接頭是否擰緊，特別是基站設(shè)備處的DIN型射頻輸出口需要使用扳手?jǐn)Q緊。

5.3 測試時頻譜儀發(fā)生過載告警

在測試前應(yīng)預(yù)估基站發(fā)射功率，確保增加的外置衰減器能夠?qū)⒒景l(fā)射的射頻信號衰減到30 dBm以下。即便如此，在測試時經(jīng)過衰減的射頻信號有可能超過參考電平值而使得頻譜儀顯示屏右下角有可能顯示status:power overload或伴隨蜂鳴音。發(fā)生此類問題的原因是測試通路衰減量不足。

解決方法:立即增加頻譜儀內(nèi)置衰減倍數(shù)，直至告警消失。穩(wěn)妥起見，聯(lián)系網(wǎng)管后臺停止發(fā)射，待增加外置衰減后恢復(fù)測量。

5.4 cdma2000和TD-SCDMA基站部分測試項(xiàng)目結(jié)果不合格

原因:cdma2000基站PN碼和TD-SCDMA基站擾碼信息輸入不準(zhǔn)確。在采用軟件自動測試上述基站時，測試人員需要從運(yùn)營商維護(hù)人員處得到PN碼和擾碼信息，該信息如不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致所有同類型cdma2000基站波形質(zhì)量和TD-SCDMA基站向量誤差幅度指標(biāo)測試結(jié)果不合格。

解決方法:聯(lián)系后臺網(wǎng)管獲得準(zhǔn)確的PN碼和擾碼信息。

5.5 載波輸出功率測試結(jié)果整體偏小

原因一:在測試前未加入合適的損耗值對測試鏈路進(jìn)行補(bǔ)償?；緳z測損耗的主要來源為測試線纜損耗和測試接頭的插入損耗，在使用控制箱或衰減器時，測試通路中會使用兩根射頻電纜，并用4個接頭進(jìn)行轉(zhuǎn)接，由線纜和連接器造成的損耗在測量高頻段時是不能忽略的，特別是有時會使用長度較長的射頻電纜，如果不對測試鏈路的所有損耗進(jìn)行補(bǔ)償，測試結(jié)果必然整體偏小。

解決方法:查詢線纜接頭的數(shù)據(jù)表單并算出損耗數(shù)值，在測試前即補(bǔ)償?shù)綔y試鏈路中。

原因二:功率測試的方法有誤。需要注意的是，在手動測試GSM基站和TD-SCDMA基站載波輸出功率時，需要測試載頻的突發(fā)功率（burst power），而測試cdma2000基站和WCDMA基站時，需要測試載頻的通道功率（channel power）。如果測試工程師在手動測試GSM基站和TD-SCDMA基站載波輸出功率時仍用通道功率，得出的功率值就會偏小。

解決方法:需要將突發(fā)功率與通道功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以利用的轉(zhuǎn)換公式為突發(fā)功率=通道功率+10log(1/占空比)，在轉(zhuǎn)換時需要獲得準(zhǔn)確的占空比參數(shù)。

5.6 TD-SCDMA基站雜散發(fā)射測試項(xiàng)目不合格

在測試TD-SCDMA基站某小區(qū)時，如果每個通道雜散發(fā)射測試項(xiàng)目在1850～1880 MHz和 1880～1920 MHz均超過限值，顯示不合格，這種測試結(jié)果可能是有問題的。原因:雖然中國移動目前只使用2010～2025 MHz頻段用于TD-SCDMA網(wǎng)，但后臺網(wǎng)管在1880～1920 MHz頻段仍配有數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在1880～1920 MHz頻段仍測到略高于底噪的微弱信號。

解決方法:在測試前向運(yùn)營商后臺維護(hù)人員核實(shí)清楚。

5.7 某類型基站幾乎全部測試項(xiàng)目均不合格

在使用基站自動測試系統(tǒng)對基站進(jìn)行測試時，幾乎全部測試項(xiàng)目均不合格是一個極小概率事件。如果出現(xiàn)這種測試結(jié)果，需要考慮使用DC自動測試系統(tǒng)進(jìn)行測試的基本條件是否滿足:只能在基站只發(fā)射一個載頻的條件下測試。如果在測試各類基站時，運(yùn)營商網(wǎng)管后臺發(fā)出多于一個信號而被測試系統(tǒng)捕獲，則極易出現(xiàn)幾乎全部測試項(xiàng)目均不合格的情況。

解決方法:聯(lián)系運(yùn)營商網(wǎng)管后臺關(guān)閉其他信道或其他信道信號遠(yuǎn)離主載頻信號。

6 測試結(jié)果的評價與分析

6.1 頻率測試結(jié)果

從頻率測試結(jié)果看，各運(yùn)營商均能夠依照國家對移動通信業(yè)務(wù)的頻率劃分進(jìn)行信道指配，在測試中沒有發(fā)現(xiàn)違規(guī)占用其他業(yè)務(wù)信道的情況。各類公眾通信基站頻率測試結(jié)果如圖3～圖6所示。

圖3 cdma2000基站頻率測試

圖4 WCDMA基站頻率測試

圖5 GSM基站頻率測試

圖6 TD-SCDMA基站頻率測試

6.2 功率測試結(jié)果

以城區(qū)宏基站為例，各類基站載波輸出功率測試結(jié)果詳見表1～表5，各類公眾通信基站載波輸出功率基本在20～25 W。比對各類公眾通信基站電臺執(zhí)照，由此推算在忙時話務(wù)量時，各運(yùn)營商基本能夠依照各級無線電管理機(jī)構(gòu)核定的功率參數(shù)進(jìn)行發(fā)射。

表1 WCDMA基站載波輸出功率測試結(jié)果（一小區(qū)）

表2 GSM 900 MHz基站載波輸出功率測試結(jié)果（三小區(qū)）

表3 GSM 1800 MHz基站載波輸出功率測試結(jié)果（三小區(qū)）

表4 TD-SCDMA基站載波輸出功率測試結(jié)果（一小區(qū)）

表5 cdma2000（語音 &cdma2000 Ev-Do）基站載波輸出功率測試結(jié)果（一小區(qū)）

6.3 其他測試項(xiàng)目

GSM基站的其他測試項(xiàng)目有RF載波發(fā)射功率時間包絡(luò)、RMS相位誤差、峰值相位誤差、平均頻率誤差、雜散輻射、頻譜和切換瞬態(tài)頻譜。測試中主要不合格項(xiàng)集中為切換瞬態(tài)頻譜，個別基站發(fā)射機(jī)天線接頭的雜散輻射在GSM 900 MHz分配頻段附近超標(biāo)。

cdma2000基站的其他測試項(xiàng)有占用帶寬、波形質(zhì)量、頻率容限、載波抑制、導(dǎo)頻功率、帶內(nèi)傳導(dǎo)雜散發(fā)射、帶外傳導(dǎo)雜散發(fā)射。測試中的不合格項(xiàng)有帶外傳導(dǎo)雜散發(fā)射和頻率容限。帶外傳導(dǎo)雜散發(fā)射不合格頻段集中在CDMA網(wǎng)分配頻段附近。WCDMA基站其他測試項(xiàng)目有占用帶寬、向量誤差幅度、頻率容限、峰值碼域誤差、頻譜發(fā)射模板、鄰道泄漏抑制比和雜散輻射。TD-SCDMA基站其他測試項(xiàng)目有占用帶寬、向量誤差幅度、載波頻率誤差、峰值碼域誤差、頻譜發(fā)射模板、鄰道泄漏功率比和雜散發(fā)射，由于WCDMA和TD-SCDMA基站建網(wǎng)時間較短，在檢測中基本沒有發(fā)現(xiàn)其他測試項(xiàng)目超標(biāo)的情況。

7 測試工作遇到的主要問題

目前公眾通信基站在線設(shè)備檢測主要以按臺站申報并取得執(zhí)照數(shù)量的3%抽檢的形式開展，即便如此，實(shí)際需要檢測的臺站數(shù)量也相當(dāng)龐大。就實(shí)際檢測經(jīng)驗(yàn)看，如采用基站自動測試系統(tǒng)檢測，對每一個基站所有小區(qū)的載頻信號進(jìn)行一次射頻指標(biāo)的全面檢測，GSM基站一般要測3遍，cdma2000基站最多要測21遍，WCDMA基站要測9遍，TD-SCDMA基站要測24遍。在這種情況下，測試工程師依規(guī)范檢測流程在每個工作日最多能夠測試2個基站，最少無法測完一個基站。為了提高檢測效率，測試工程師只能采用抽測的辦法，首先抽選基站所屬的某一個小區(qū)，然后在小區(qū)內(nèi)抽測某個載頻。

然而在實(shí)際工作中，測試工作遇到的困難遠(yuǎn)不止這些，首先，各運(yùn)營商所屬無線機(jī)房不易到達(dá)，此類機(jī)房不是設(shè)置在城市建筑物頂部，就是在郊區(qū)偏僻的活動板房內(nèi)，即便攜帶便攜式測量儀表，測試工程師從溝通物業(yè)、打開門禁到抵達(dá)測試地點(diǎn)要花費(fèi)大量的時間；其次，到達(dá)機(jī)房后測試需要得到運(yùn)營商后臺網(wǎng)管的配合與支持，如果協(xié)調(diào)溝通不給力，要耽誤大量時間；第三，存在一些運(yùn)營商將基站交由第三方代維公司維護(hù)的情況，如果運(yùn)營商基站維護(hù)人員對基站地理位置十分生疏，測試工作還要耽誤大量時間。因此測試工作效率的提升依賴以上3方面問題的有效解決。

8 結(jié)束語

公眾通信基站檢測是無線電發(fā)射設(shè)備檢測工作中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，由于公眾通信基站制式繁多，檢測內(nèi)容廣泛，設(shè)備數(shù)量龐大，需要檢測工程師積累豐富的經(jīng)驗(yàn)才能完成好檢測工作。隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，公眾通信基站檢測工作在今后還將面臨新的問題和挑戰(zhàn)。當(dāng)前寬帶無線通信應(yīng)用已經(jīng)邁入4G時代，公眾通信基站設(shè)備一體化、小型化趨勢步伐加快，大型機(jī)柜式基站今后會逐步退出運(yùn)營商機(jī)房，取而代之的是小型壁掛式基站。此類基站的功放部分會更加靠近天線，光纜將代替天線到機(jī)房的饋線，機(jī)房內(nèi)不再保留射頻接口。應(yīng)這種趨勢，未來公眾通信基站檢測工作如何開展，如何最大限度地保留現(xiàn)有的基站檢測設(shè)備的使用價值，穩(wěn)定性、可靠性更高的輻射式公眾通信基站測試方法能否在未來得到推廣應(yīng)用，需要無線電管理部門和無線電檢測設(shè)備生產(chǎn)商加緊思考應(yīng)對。

1 崔志峰.淺談蜂窩移動通信基站檢測工作中常見的問題.中國無線電，2010(12)

2 陳秋遐,周立強(qiáng),楊文棟.移動通信基站電磁環(huán)境監(jiān)測淺析.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2012，31(4)

3 張曉天,范云杰.年度移動通信基站檢測中的一點(diǎn)體會.中國無線電，2011(4)