天津移動通信基站天饋系統(tǒng)現(xiàn)場測試方案探討

編 者 按

設備檢測是通信產品質量管理工作中的重要環(huán)節(jié)。檢測技術的發(fā)展與應用，關系到產品質量管控的力度與成效。中國移動一方面積極引入具有國家授權資質的第三方檢測機構，另一方面也積極組建自有檢測力量，摸索檢測技術和積累檢測經驗，漸已取得一定成效。本期欄目向大家介紹分別來自天津公司和河南公司的兩篇文章，其中天津公司的基站天饋系統(tǒng)現(xiàn)場測試方案有較強的實踐借鑒價值，而頻譜分析儀的應用探討一文也顯示出河南公司在探索提高自有測試技能技巧方面付出的努力，對質量管理工作人員自研自學相關測試技能知識有示范作用。

——欄目主編 余力

【摘 ? ?要】介紹了基站天饋系統(tǒng)的組成及性能參數等，通過現(xiàn)場測試，檢驗基站天饋系統(tǒng)在戶外經過惡劣環(huán)境之后，其一體化性能指標，如駐波比、互調、隔離度等是否合格，并對相關數據進行具體分析。通過對測試數據的分析總結出影響基站天饋系統(tǒng)性能指標的主要因素，并對提高基站天饋系統(tǒng)性能提出相關建議。

【關鍵詞】基站天饋系統(tǒng) ? ?網絡質量 ? ?隔離度 ? ?天線 ? ?饋線

中圖分類號：TN929.5 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1006-1010（2014）-15-0057-06

1 ? 引言

基站天饋系統(tǒng)是移動基站的重要組成部分，它主要完成下列功能：對來自發(fā)信機的射頻信號進行傳輸、發(fā)射，建立基站到移動臺的下行鏈路;對來自移動臺的上行信號進行接收、傳輸，建立移動臺到基站的上行鏈路，其性能的優(yōu)劣對移動通信整體質量的影響很大。基站輸出端口往下的天饋系統(tǒng)是由天線和饋線2部分組成，目前天線和饋線都是由中國移動公司進行集中采購，分別進行測試并對性能進行評估，但是通過工程人員組合成整個天饋系統(tǒng)后，系統(tǒng)的整體性能指標能否保證不低于單獨的產品指標，暫無定論;再加上天線和饋線是安裝在戶外，需要承受風吹雨打、冷熱變化、陽光暴曬等惡劣的自然環(huán)境，在這樣的條件下，天線和饋線在使用一段時間以后，性能會逐步下降，當天線和饋線的性能下降到一定程度時，勢必會對網絡通信質量產生嚴重的影響。

本文描述了針對基站天饋系統(tǒng)進行的互調、電壓駐波比、隔離度的實地測試，并對檢測結果做了簡要分析，對天饋系統(tǒng)現(xiàn)場測試方法進行了探索。

2 ? 基站天饋系統(tǒng)介紹

2.1 ?天饋系統(tǒng)的組成

移動通信基站的天饋系統(tǒng)由饋線、天線、射頻接頭、避雷器、鐵塔、走線架、接地等部分組成，如圖1所示，其具體包括：

（1）天線，作為無線通信不可缺少的一部分，其基本功能是輻射和接收無線電波。發(fā)射時，把傳輸線中的高頻電流轉換為電磁波;接收時，把電磁波轉換為傳輸線中的高頻電流。

（2）室外跳線，用于天線與7/8〞主饋線之間的連接，通常采用1/2〞饋線，長度一般為3m。

（3）主饋線，目前用于移動基站的饋線主要有7/8〞饋線、5/4〞饋線、15/8〞饋線。

（4）接頭密封件，用于室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相接）的密封，常用的材料有絕緣防水膠帶（3M2228）和PVC絕緣膠帶（3M33+）。

（5）室內超柔跳線，用于主饋線（經避雷器）與基站主設備之間的連接，常用的跳線采用1/2〞超柔饋線，長度一般為2～3m。

（6）其他配件，主要有接地裝置（7/8〞饋線接地件）、7/8〞饋線卡子、走線架、饋線過窗器、防雷保護器（避雷器）、各種尼龍扎帶等。

2.2 ?天饋系統(tǒng)性能參數

天線類產品的電氣性能衡量指標主要包括：增益、波瓣寬度、前后比、交叉極化比、下傾角精度、互調、電壓駐波比、隔離度等。

其中增益、波瓣寬度、前后比、交叉極化比、下傾角精度這5個指標反映的是天線方向圖的情況，方向圖不符合要求，會造成覆蓋上的盲點或越區(qū)干擾?；フ{值衡量天線內部，如饋線、振子、功分網絡和移相器等器件與系統(tǒng)的非線性效應產生的諧波干擾的大小，互調值過大會對用戶信號產生干擾，使網絡性能下降。電壓駐波比是衡量天線輸出效率的指標，電壓駐波比會對天線的覆蓋性能造成直接影響。隔離度是衡量多端口天線端口間相互影響的指標。這些指標的優(yōu)劣在一定程度上影響著移動通信基站的通信性能。

3 ? 現(xiàn)場測試背景

3.1 ?測試站點

選擇如下3個站點進行天饋系統(tǒng)現(xiàn)場測試。

（1）澄江路站

澄江路站基站塔高35m，外觀如圖2所示：

圖2 ? ?澄江路基站外觀圖

基站將小區(qū)分為紅、黃、藍3個扇區(qū)進行覆蓋，每個扇區(qū)配備900MHz單頻雙極化GSM天線、1 800MHz單頻雙極化GSM天線、TD-SCDMA雙極化智能天線各1面。饋線采用50Ω泡沫聚乙烯絕緣皺紋銅管導體射頻同軸電纜，饋線長度約40m。澄江路站3個扇區(qū)的天線端口配置情況如圖3所示：

圖3 ? ?澄江路站3個扇區(qū)的天線端口配置情況

（2）松風里站基站塔高35m，松風里站基站外觀如圖4所示：

圖4 ? ?松風里站基站外觀圖

基站將小區(qū)分為紅、黃、藍3個扇區(qū)進行覆蓋，每個扇區(qū)分別配置1面900MHz/1 800MHz/TD多頻段雙極化電調集束天線。饋線同樣采用50Ω泡沫聚乙烯絕緣皺紋銅管導體射頻同軸電纜，饋線長度約40m。松風里站3個扇區(qū)的天線端口配置情況如圖5所示。

（3）風園南里站基站塔高35m，基站將小區(qū)分為紅、黃、藍3個扇區(qū)進行覆蓋。其天線及饋線配置與松風里站相同。風園南里站的外觀如圖6所示。endprint

3.2 ?測試儀器

為了提高測試的精度，在儀表方面，選擇實驗室測試使用的網絡分析儀和便攜互調儀等;電源方面，取基站電源供電基本上可以滿足儀表的供電需求。此外，還準備了燈光等設施對夜間測試進行輔助。

4 ? 現(xiàn)場測試內容

4.1 ?測試項目

現(xiàn)場測試與實驗室測試有著不同的性質，實驗室測試在環(huán)境、儀表等方面都有很好的保障，而現(xiàn)場測試不確定因素很多，在提前考慮這些可能帶來的影響因素和解決辦法之后，我們擬定了以下測試項目：

（1）GSM頻段所有端口的三階互調。

（2）同一天線不同極化端口的極化隔離度、相鄰扇區(qū)間同頻段天線相同極化端口間的同極化隔離度。

（3）所有頻段全部天線端口的電壓駐波比。

（4）小區(qū)周圍環(huán)境噪聲。

4.2 ?測試方法

對基站紅、黃、藍3個扇區(qū)分別進行測試，得到天線各端口的互調、電壓駐波比、同扇區(qū)內同天線的隔離度測試結果。對基站紅、黃、藍3個扇區(qū)進行測試，得到相鄰扇區(qū)間同頻段天線同極化端口間隔離度結果。其中，對TD天線多端口的駐波、同天線的極化隔離度以及相鄰扇區(qū)間的同極化隔離度分別進行測試，采用取最差值的方法，測試框圖如圖7所示：

圖7 ? ?測試框圖

4.3 ?測試端口

已經施工完畢的天饋系統(tǒng)，現(xiàn)場只留下連接基站輸出端口的接頭，只能夠通過這幾個接頭進行測試，表1是天饋系統(tǒng)接頭表：

表1 ? ?天饋系統(tǒng)接頭表

GSM DCS TD

+45?

端口 -45?

端口 +45?

端口 -45?

端口 +45?

端口 -45?

端口

紅扇區(qū) ● ● ● ● ● ●

黃扇區(qū) ● ● ● ● ● ●

藍扇區(qū) ● ● ● ● ● ●

端口數 18

其中，松風里站和風園南里站天線的TD的+45?極化端口（1、2、3、4端口）通過合路器合到了1路，TD的-45?極化端口以及校準端口（5、6、7、8、9端口）通過合路器合為1路，900MHz與1 800MHz的+45?端口通過合路器合為1路，900MHz與1 800MHz的-45?端口通過合路器合為1路。

4.4 ?測試結果

（1）澄江路站測試結果

具體的測試結果如表2和表3所示：

表2 ? ?澄江路站天線各端口三階互調、電壓駐波比、同扇區(qū)內同天線隔離度的數據匯總

三階互調/dBm 隔離度/dB 駐波比

+45? -45? +45?&-45? +45? -45?

紅扇區(qū) 900MHz -90.1 -91.4 31.9 1.22 1.23

1 800MHz -98.7 -99.4 42.9 1.30 1.21

TD頻段 -- -- 40.9 1.18 1.24

黃扇區(qū) 900MHz -89.5 -88.3 34.4 1.25 1.30

1 800MHz -92.7 -92.3 40.8 1.14 1.19

TD頻段 -- -- 40.0 1.27 1.23

藍扇區(qū) 900MHz -87.4 -88.9 38.2 1.39 1.31

1 800MHz -90.6 -90.6 40.5 1.17 1.15

TD頻段 -- -- 38.4 1.16 1.26

表3 ? ?澄江路站相鄰扇區(qū)同頻段天線同極化端口間隔離度的

數據匯總

相鄰扇區(qū)間同頻段同極化隔離度/dB

900MHz 1 800MHz TD頻段

+45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45?

紅扇區(qū)-黃扇區(qū) 44.7 38.7 55.3 53.7 52.9 73.3

紅扇區(qū)-藍扇區(qū) 47.2 37.6 53.7 53.9 52.6 56.8

黃扇區(qū)-藍扇區(qū) 37.7 39.4 42.8 56.5 54.5 56.9

（2）松風里站測試結果

具體的測試結果如表4和表5所示：

表4 ? ?松風里站天線各端口三階互調、電壓駐波比、同扇區(qū)內同天線隔離度的數據匯總

三階互調/dBm 隔離度/dB 駐波比

+45? -45? +45?&-45? +45? -45?

紅扇區(qū) 900MHz -96.4 -93.7 39.9 1.26 1.24

1 800MHz -100.3 -101.9 46.8 1.26 1.27

TD頻段 -- -- 47.1 1.16 1.25

黃扇區(qū) 900MHz -99.8 -80.4 41.8 1.36 1.33

1 800MHz -110.7 -91 43.9 1.45 1.46

TD頻段 -- -- 53.4 1.25 1.29endprint

藍扇區(qū) 900MHz -89.9 -99.8 37.4 1.17 1.21

1 800MHz -112.6 -105.8 43.7 1.22 1.23

TD頻段 -- -- 54.3 1.26 1.16

表5 ? ?松風里站相鄰扇區(qū)同頻段天線同極化端口間隔離度的

數據匯總

相鄰扇區(qū)間同頻段同極化隔離度/dB

900MHz 1 800MHz TD頻段

+45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45?

紅扇區(qū)-黃扇區(qū) 37.9 41.4 49.6 52.8 53.2 52.1

紅扇區(qū)-藍扇區(qū) 37.2 35 48.3 51.4 45.6 55.1

黃扇區(qū)-藍扇區(qū) 36.7 38.6 48.2 49.7 74.3 58

（3）風園南里站測試結果

具體的測試結果如表6和表7所示：

表6 ? ?風園南里站天線各端口三階互調、電壓駐波比、同扇區(qū)內

同天線隔離度的數據匯總

三階互調/dBm 隔離度/dB 駐波比

+45? -45? +45?&-45? +45? -45?

紅扇區(qū) 900MHz -92.2 -79.4 42.5 1.23 1.25

1 800MHz -104.2 -101.9 43.4 1.18 1.2

TD頻段 -- -- 49 1.14 1.1

黃扇區(qū) 900MHz -96.5 -75.7 41 1.20 1.26

1 800MHz -83.7 -71.5 38.9 1.19 1.24

TD頻段 -- -- 48.4 1.08 1.15

藍扇區(qū) 900MHz -97.5 -99.3 37.6 1.23 1.25

1 800MHz -104.1 -105 40.4 1.19 1.16

TD頻段 -- -- 49.2 1.07 1.09

表7 ? ?風園南里站相鄰扇區(qū)同頻段天線同極化端口間隔離度的數據匯總

相鄰扇區(qū)間同頻段同極化隔離度/dB

900MHz 1 800MHz TD頻段

+45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45?

紅扇區(qū)-黃扇區(qū) 38.1 38.5 55.7 57.5 61.2 52.4

紅扇區(qū)-藍扇區(qū) 36.6 36 55.8 54.5 53.6 54.8

黃扇區(qū)-藍扇區(qū) 42 39.8 55.1 58.8 58.7 61.8

（4）站點實地環(huán)境噪聲監(jiān)測結果

分別對澄江路站、松風里站、風園南里站進行900MHz頻段、1 800MHz頻段的實地環(huán)境噪聲監(jiān)測。

監(jiān)測結果顯示澄江路站、松風里站、風園南里站的環(huán)境噪聲在900MHz頻段最大可達到-74dBm、-70dBm以及-80dBm;1 800MHz頻段最大可達到-80dBm、-82dBm以及-74dBm。環(huán)境噪聲影響三階互調，使噪聲信號直接落入三階互調的頻帶，被天線吸收后會直接提升三階互調頻段內的電平，造成測試結果惡化。

4.5 ?測試數據分析

從測試數據可知，一體化基站天饋系統(tǒng)在實際應用環(huán)境中的電壓駐波比、隔離度這2個指標比較理想，駐波比從饋線端口進行測量，對于連接器和饋線之間現(xiàn)場加工的質量要求較高。在此次測試中，所有端口的駐波比測量值都在標準要求的范圍內，3處站點的最差值以及最優(yōu)值分別為澄江路站：1.39、1.14;松風里站：1.46、1.16;風園南里站：1.26、1.07，完全符合基站系統(tǒng)對天饋系統(tǒng)的要求。

隔離度指標用來衡量系統(tǒng)中工作在某頻段下極化端口之間所有排列組合情況所產生的相互影響和干擾，通過測試結果可以看到所有的隔離度測試結果都符合天線產品的要求。另外，不同扇區(qū)之間的影響反映了天線前后比這一指標，也符合天線產品的要求。這次測試可以得出的結論是：天線和線纜組合成天饋系統(tǒng)后沒有引起系統(tǒng)性能的下降。

但是，通過三階互調的測量，發(fā)現(xiàn)其性能有較大的下降。標準規(guī)定天線產品的互調應小于-107dBm。而通過天饋系統(tǒng)接口測量出的三階互調均大于此限值，3個站點的最差值分別為澄江路站：-87.4dBm;松風里站：-80.4dBm;風園南里站：-71.5dBm，分別超出標準近20dB、27dB和36dB。這個結果勢必會對上行信號產生影響，將手機發(fā)出的上行信號湮沒在噪聲中，造成上行信號阻塞，從而嚴重影響網絡質量。

4.6 ?對測試結果的深入反思

三階互調這一指標為何在形成一體化天饋系統(tǒng)后會有如此嚴重的下降？針對天饋系統(tǒng)施工現(xiàn)場架設的特殊情況，進行了深入的分析。

經過分析可知三階互調值的惡化可能是由多方面的因素導致，但是主要集中在：環(huán)境噪聲、線纜質量產生的泄漏問題、線纜與天線接口不良、天線架設、天饋系統(tǒng)設計、施工質量等。線纜的非線性特性、泄露等情況會將產生的三階互調信號在電纜之間進行互相耦合、直接耦合至其他端口，形成嚴重的互調干擾信號。建設施工過程中連接出問題，例如接頭之間的接觸壓力不夠，接頭內導體有灰塵或者金屬屑，電纜過度彎曲等。除此之外，還有一個關鍵因素就是天饋系統(tǒng)中無源部分自身的品質，對于天線來說，其內部設計及構造對于互調指標的影響很大，天線振子選用的材料、排列方向、焊接工藝、接頭鍍層采用的材料和厚度等都會對互調產生影響，天線裝配工藝的好壞也會影響到互調指標。endprint

5 ? 結束語

在移動通信系統(tǒng)中，空間無線信號的發(fā)射和接收都是依靠基站的天饋系統(tǒng)來實現(xiàn)的。因此，天饋系統(tǒng)對于移動通信網絡來說，有著舉足輕重的作用。如果天饋系統(tǒng)在施工工藝上存在問題，或者相應參數設置不當，都會直接影響整個移動通信網絡的運行質量。因此我們要把好天饋系統(tǒng)各器件質量關，包括天線、饋線、各種接頭、避雷器和跳線等部件;嚴格保證安裝工藝，做好各種接頭，控制好連接接頭的力量;天饋線系統(tǒng)在運行時會受到外力和天氣影響，要加強對天饋系統(tǒng)的維護，這對提高系統(tǒng)和網絡的質量十分重要。

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作者簡介

劉京生：學士畢業(yè)于南開大學會計學專業(yè)，碩士在讀于天津大學GCT工程，現(xiàn)任中國移動通信集團天津有限公司物資管理中心采購管理部供應商及產品主管，主要從事供應商管理和集采產品質量管理研究工作。endprint