5.1 基站維護中所出現問題的種類
壹般的故障可分為以下幾類:基站硬件故障、基站軟件故障、交流引入故障(短路、斷路、更換開關、熔絲、更改室內外走線、停電後恢復供電等)、直流故障(更換開關、熔絲,更換整流模塊,更換監控模塊,修改開關電源參數等)、蓄電池故障、空調故障、基站傳輸排障、基站動力環境監控設備故障等等。
5.2 基站維護中所產生問題的原因及解決辦法
當基站出現故障退服時:首先考慮電源、傳輸及溫度問題,通過監控查看基站交流、直流電壓(退服前最後上傳數據),影響電源設備正常運行的三個因素:季節變化對電源的影響,人為因素對電源的影響,設備老化。
5.2.1 因電源問題引起的故障
(1)季節變化對電源的影響:
由於入冬雨霧天氣較多,戶外線路絕緣降低,因此取暖電器的增加是電源故障的多發期;另外,盛夏天氣濕度較大,絕緣相對較低,制冷電器的增加是電源故障的多發期。為防止重大事故發生,應加強安全用電檢查,檢查重點是市電引入線路,變配電設備和空調機組等。
(2)人為因素對電源的影響:
對於農村公用變壓器接380V或220V電源,應防止因火零線搞錯而造成的重大故障。
(3)設備老化:
此類故障多為電纜線路老化造成。
(220v基站室內蓄電池)
5.2.2 因傳輸問題引起的故障
傳輸故障:傳輸故障是較為復雜和處理難度較大的故障,其中所涉及的方面較多,因此正確的判斷出故障的發生位置是縮短故障歷時的關鍵問題,所以采用分段排查、準確定位是處理傳輸故障的首要方法。我們將以光端機為中介點,首先排除機房外線故障,用傳輸測試儀對光纜進行測試,確認外線正常;同時對機房內部線路與設備進行排查(ODF箱往外機房MDF部分),判斷故障存在位置,使其得到及時處理。
移動業務交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)之間的A接口以及基站控制器(BSC)與基站收發信臺(BTS)之間的ABIS接口其物理連接均為采用標準的2.048MB/S的PCM數字傳輸來實現。如果傳輸有PCM同步丟失告警,首先要檢查走線架頂COM3、COM7端口的PCM連線。因為壹個機架有兩個PCM口,在基站安裝數據庫(IDB)的PCM設置中有相關的定義,如果定義使用的端口和實際連接的不壹致,則傳輸會出現告警,同時TRX數據將不能裝載,這是我們在工程期間經常遇到的問題。如果BSC到基站之間的傳輸質量不好,如滑碼、誤碼或幹擾太大,也可能出現此告警。
有時候傳輸告警和基站硬件也有關系,因PCM線最終是接到DXU的G703接口上,在基站運行過程中該端口可能損壞,導致傳輸出現遠端告警。另外,基站至傳輸設備的75歐姆2M線易出現問題, 另外基站的各部件的穩定工作離不開穩定的時鐘信號,而基站的時鐘信號是從PCM傳輸中提取的,因此也要保證時鐘信號的穩定。
日常維護中經常有基站所有或部分載頻不穩定,時而退服時而工作的現象,BSC側對CF測試結果為BTS COMMUNICATION NOT POSSIBLE 或CF LOAD FAILED。此類故障大都為傳輸不穩定有誤碼,滑碼而引起的。當傳輸誤碼積累到壹定時,BSC無法對基站進行控制,數據裝載,此時可在本地模式下通過OMT對IDB數據從新裝載,復位後可恢復正常。
(室內傳輸線架)
5.2.3 因設備問題引起的故障
設備故障:對於設備故障的處理,首先都應該根據機房內設備運行狀態指示燈,以及監督中心網管的告警進行判斷,因為出現故障的設備自身不壹定有問題,而是其它相應的附屬設備(出現信號中斷線、接口等)問題,所以熟練的掌握每項告警的含義及相應的處理方法是處理設備故障的首要條件。包括硬件設備引起的故障和軟件設備引起的故障。
基站系統中的軟件是指揮和管理基站各部件有序,正常工作的。若基站IDB數據與基站情況不匹配,則基站壹定無法正常工作。故障有分集接收告警或駐波比告警。
5.3 分集技術-概述
衰落效應是影響無線通信質量的主要因素之壹。其中的快衰落深度可達30~40dB,如果想利用加大發射功率、增加天線尺寸和高度等方法來克服這種深衰落是不現實的,而且會造成對其它電臺的幹擾。而采用分集方法即在若幹個支路上接收相互間相關性很小的載有同壹消息的信號,然後通過合並技術再將各個支路信號合並輸出,那麽便可在接收終端上大大降低深衰落的概率。相應的還需要采用分集接收技術減輕衰落的影響,以獲得分集增益,提高接收靈敏度,這種技術已廣泛應用於包括移動通信,短波通信等隨參信道中。在第二和第三代移動通信系統中,這些分集接收技術都已得到了廣泛應用。
5.3.1 分集技術-研究意義
分集接收技術是壹項主要的抗衰落技術,他可以大大提高多徑衰落信道傳輸下的可靠性,在實際的移動通信系統中,移動臺常常工作在城市建築群或其他復雜的地理環境中,而且移動的速度和方向是任意的。發送的信號經過反射、散射等的傳播路徑後,到達接收端的信號往往是多個幅度和相位各不相同的信號的疊加,使接收到的信號幅度出現隨機起伏變化,形成多徑衰落。不同路徑的信號分量具有不同的傳播時延、相位和振幅,並附加有信道噪聲,它們的疊加會使復合信號相互抵消或增強,導致嚴重的衰落。這種衰落會降低可獲得的有用信號功率並增加幹擾的影響,使得接收機的接收信號產生失真、波形展寬、波形重疊和畸變,甚至造成通信系統解調器輸出出現大量差錯,以至完全不能通信。此外,如果發射機或接收機處於移動狀態,或者信道環境發生變化,會引起信道特性隨時間隨機變化,接收到的信號由於多普勒效應會產生更為嚴重的失真。在實際的移動通信中,除了多徑衰落外還有陰影衰落。當信號受到高大建築物(例如移動臺移動到背離基站的大樓面前)或地形起伏等的阻擋,接收到的信號幅度將降低。另外,氣象條件等的變化也都影響信號的傳播,使接收到的信號幅度和相位發生變化。這些都是移動信道獨有的特性,它給移動通信帶來了不利的影響。 為了提高移動通信系統的性能,可以采用分集,均衡和信道編碼這3種技術來改進接收信號質量,它們既可以單獨使用,也可以組合使用。
5.3.2 分集技術-基本原理
根據信號論原理,若有其他衰減程度的原發送信號副本提供給接收機,則有助於接收信號的正確判決。這種通過提供傳送信號多個副本來提高接收信號正確判決率的方法被稱為分集。分集技術是用來補償衰落信道損耗的,它通常利用無線傳播環境中同壹信號的獨立樣本之間不相關的特點,使用壹定的信號合並技術改善接收信號,來抵抗衰落引起的不良影響。空間分集手段可以克服空間選擇性衰落,但是分集接收機之間的距離要滿足大於3倍波長的基本條件。 分集的基本原理是通過多個信道(時間、頻率或者空間)接收到承載相同信息的多個副本,由於多個信道的傳輸特性不同,信號多個副本的衰落就不會相同。接收機使用多個副本包含的信息能比較正確的恢復出原發送信號。如果不采用分集技術,在噪聲受限的條件下,發射機必須要發送較高的功率,才能保證信道情況較差時鏈路正常連接。在移動無線環境中,由於手持終端的電池容量非常有限,所以反向鏈路中所能獲得的功率也非常有限,而采用分集方法可以降低發射功率,這在移動通信中非常重要。 分集技術包括2個方面:壹是分散傳輸,使接收機能夠獲得多個統計獨立的、攜帶同壹信息的衰落信號;二是集中處理,即把接收機收到的多個統計獨立的衰落信號進行合並以降低衰落的影響。因此,要獲得分集效果最重要的條件是各個信號之間應該是“不相關”的。
5.3.3 分集技術-技術分類
總結起來,發射分集技術的實質可以認為是涉及到空間、時間、頻率、相位和編碼多種資源相互組合的壹種多天線 技術。根據所涉及資源的不同,可分為如下幾個大類:
空間分集
我們知道在移動通信中,空間略有變動就可能出現較大的場強變化。當使用兩個接收信道時,它們受到的衰落影響是不相關的,且二者在同壹時刻經受深衰落谷點影響的可能性也很小,因此這壹設想引出了利用兩副接收天線的方案,獨立地接收同壹信號,再合並輸出,衰落的程度能被大大地減小,這就是空間分集。 空間分集是利用場強隨空間的隨機變化實現的,空間距離越大,多徑傳播的差異就越大,所接收場強的相關性就越小。這裏所提相關性是個統計術語,表明信號間相似的程度,因此必須確定必要的空間距離。經過測試和統計,CCIR建議為了獲得滿意的分集效果,移動單元兩天線間距大於0.6個波長,即d>0.61,並且最好選在l/4的奇數倍附近。若減小天線間距,即使小到1/4,也能起到相當好的分集效果。 空間分集分為空間分集發送和空間分集接收兩個系統。其中空間分集接收是在空間不同的垂直高度上設置幾副天線,同時接收壹個發射天線的微波信號,然後合成或選擇其中壹個強信號,這種方式稱為空間分集接收。接收端天線之間的距離應大於波長的壹半,以保證接收天線輸出信號的衰落特性是相互獨立的,也就是說,當某壹副接收天線的輸出信號很低時,其他接收天線的輸出則不壹定在這同壹時刻也出現幅度低的現象,經相應的合並電路從中選出信號幅度較大、信噪比最佳的壹路,得到壹個總的接收天線輸出信號。這樣就降低了信道衰落的影響,改善了傳輸的可靠性。 空間分集接收的優點是分集增益高,缺點是還需另外單獨的接收天線。 空間分集還有兩類變化形式: . 極化分集:它利用在同壹地點兩個極化方向相互正交的天線發出的信號可以呈現不相關的衰落特性進行分集接收,即在收發端天線上安裝水平、垂直極化天線,就可以把得到的兩路衰落特性不相關的信號進行極化分集。優點:結構緊湊、節省空間;缺點:由於發射功率要分配到兩副天線上,因此有3dB的損失。 .角度分集:由於地形、地貌、接收環境的不同,使得到達接收端的不同路徑信號可能來自不同的方向,這樣在接收端可以采用方向性天線,分別指向不同的到達方向。而每個方向性天線接收到的多徑信號是不相關的。
頻率分集
頻率分集是采用兩個或兩個以上具有壹定頻率間隔的微波頻率同時發送和接收同壹信息,然後進行合成或選擇,利用位於不同頻段的信號經衰落信道後在統計上的不相關特性,即不同頻段衰落統計特性上的差異,來實現抗頻率選擇性衰落的功能。實現時可以將待發送的信息分別調制在頻率不相關的載波上發射,所謂頻率不相關的載波是指當不同的載波之間的間隔大於頻率相幹區間,即載波頻率的間隔應滿足: 分集技術 式中: △f為載波頻率間隔,Bc為相關帶寬,△Tm為最大多徑時延差。 當采用兩個微波頻率時,稱為二重頻率分集。同空間分集系統壹樣,在頻率分集系統中要求兩個分集接收信號相關性較小(即頻率相關性較小),只有這樣,才不會使兩個微波頻率在給定的路由上同時發生深衰落,並獲得較好的頻率分集改善效果。在壹定的範圍內兩個微波頻率f1與f2相差,即頻率間隔△ f=f2-f1越大,兩個不同頻率信號之間衰落的相關性越小。 頻率分集與空間分集相比較,其優點是在接收端可以減少接受天線及相應設備的數量,缺點是要占用更多的頻帶資源,所以,壹般又稱它為帶內(頻帶內)分集,並且在發送端可能需要采用多個發射機。
時間分集
時間分集是將同壹信號在不同時間區間多次重發,只要各次發送時間間隔足夠大,則各次發送降格出現的衰落將是相互獨立統計的。時間分集正是利用這些衰落在統計上互不相關的特點,即時間上衰落統計特性上的差異來實現抗時間選擇性衰落的功能。為了保證重復發送的數字信號具有獨立的衰落特性,重復發送的時間間隔應該滿足: 分集技術 fm為衰落頻率,V為移動臺運動速度,最後壹個參數為工作波長。 若移動臺是靜止的,則移動速度v=0,此時要求重復發送的時間間隔才為無窮大。這表明時間分集對於靜止狀態的移動臺是無效果的。時間分集與空間分集相比較,優點是減少了接收天線及相應設備的數目,缺點是占用時隙資源增大了開銷,降低了傳輸效率。
極化分集
在移動環境下,兩副在同壹地點,極化方向相互正交的天線發出的信號呈現出不相關的衰落特性。利用這壹特點,在收發端分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,就可以得到2 路衰落特性不相關的信號。所謂定向雙極化天線就是把垂直極化和水平極化兩副接收天線集成到壹個物理實體中,通過極化分集接收來達到空間分集接收的效果,所以極化分集實際上是空間分集的特殊情況,其分集支路只有2 路。 這種方法的優點是它只需壹根天線,結構緊湊,節省空間,缺點是它的分集接收效果低於空間分集接收天線,並且由於發射功率要分配到兩副天線上,將會造成3dB的信號功率損失。分集增益依賴於天線間不相關特性的好壞,通過在水平或垂直方向上天線位置間的分離來實現空間分集。 而且若采用交叉極化天線,同樣需要滿足這種隔離度要求。對於極化分集的雙極化天線來說,天線中兩個交叉極化輻射源的正交性是決定微波信號上行鏈路分集增益的主要因素。該分集增益依賴於雙極化天線中兩個交叉極化輻射源是否在相同的覆蓋區域內提供了相同的信號場強。兩個交叉極化輻射源要求具有很好的正交特性,並且在整個120“扇區及切換重疊區內保持很好的水平跟蹤特性,代替空間分集天線所取得的覆蓋效果。為了獲得好的覆蓋效果,要求天線在整個扇區範圍內均具有高的交叉極化分辨率。雙極化天線在整個扇區範圍內的正交特性,即兩個分集接收天線端口信號的不相關性,決定了雙極化天線總的分集效果。為了在雙極化天線的兩個分集接收端口獲得較好的信號不相關特性,兩個端口之間的隔離度通常要求達到30dB以上。
GSM900MHz蜂窩系統中的定向基站基本上是采用三小區制,即把壹個基站平均劃分為三個小區,每小區120度,第壹個小區的中心朝向正北。每壹小區至少應有兩根方向相同的天線,用來實現分集接收(壹根也作為發射用),所以壹個三小區定向基站至少應有六根收發***用天線。
在兩根天線間距超過4米的情況下,利用分集接收可以得到3dB左右的增益,同時基站可以通 過對兩路信號的比較來判斷自己的接收系統是否正常,如果TRU檢測兩路接收信號的強度差別很大,基站就會產生分集接收丟失告警。
分集接收丟失告警可能是TRU、CDU、CDU至TRU的射頻連線或天饋線故障引起的。對於定向基站來說,其最常見的是天饋線接錯。因為饋線分別連接著室內機架和塔頂天線,如果安裝人員不細心,就很容易出現機架和天線連接交叉的錯誤。如果天饋線連接不正確,則同壹小區內兩根天線的方向就會不壹致,方向不對的天線就接收不到該小區手機發出的信號或接收信號很弱,從而使基站產生分集接收丟失告警,同時該基站也伴隨著較高的擁塞和掉話。這種原因造成的告警總是兩個或三個小區同時出現 , 對於這類告警,第壹種方法依次核對每根天饋線,這種方法的優點是故障定位迅速準確,缺點是必須依靠高空作業人員配合;第二種方法是在室內依次將天饋線進行倒換,用OMT軟件查看天線告警,如果壹、二 小區同時有這種告警,則可以用OMT看出1,2小區的哪根天線出現紅色告警,使用Site Master進行測量,可以檢查CDU前1/2饋線至天線段是否有問題,當駐波比值大於1.4,通過故障定位查出故障點,根據距離判斷故障點,壹般小於6米時是室內接頭問題,主要檢查櫃頂接頭和室內尾纖與7/8饋線接頭、CDU至TRU的 射頻連線主要檢查接口是否松動、連接是否正確,或者可以將這2根告警天線進行互換來解決問題;對TRU或DXU復位後,分集接收告警會消失,這並不表示故障解決了,半小時或壹兩天後還會出現。分集接收告警是當告警計數器達到門限值後才提示,所以必須要找到原因並徹底解決。
第三種方法是通過信號測試,對於采用收發***用天線的基站 ,在距基站壹公裏左右的某壹小區的中心點,利用TEMS或其它儀表依次測量該小區所有載頻的接收電平(應關閉該小區的跳頻),根據測量結果來判斷天饋線是否接錯。如果該小區只用了壹根發射天線,在測試完該天線後可以將發射改到另壹根天線上。(如果只有壹根RX天線出現告警,且故障點可能為CDU RX端口,RX天線出現駐波比過大(用SATE MASTER測),還有本小區RX電纜線接錯,都會出現此類故障。RU單元告警壹般為RX 2A1或2A2。
5.4 駐波比 – SWR
駐波比全稱為電壓駐波比,又名VSWR和SWR,為英文Voltage Standing Wave Ratio的簡寫。 在入射波和反射波相位相同的地方,電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax ,形成波腹;在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin ,形成波節。其它各點的振幅值則介於波腹與波節之間。這種合成波稱為行駐波。駐波比是駐波波腹處的聲壓幅值Vmax與波節處的聲壓Vmin幅值之比。在駐波管法中,測得駐波比,就可以求出吸聲材料的聲反射系數和吸聲系數。 在無線電通信中,天線與饋線的阻抗不匹配或天線與發信機的阻抗不匹配,高頻能量就會產生反射折回,並與前進的部分幹擾匯合發生駐波。為了表征和測量天線系統中的駐波特性,也就是天線中正向波與反射波的情況,人們建立了“駐波比”這壹概念, SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 反射系數K=(R-r)/(R+r) (K為負值時表明相位相反) 式中R和r分別是輸出阻抗和輸入阻抗。當兩個阻抗數值壹樣時,即達到完全匹配,反射系數K等於0,駐波比為1。這是壹種理想的狀況,實際上總存在反射,所以駐波比總是大於1的。 射頻系統阻抗匹配。特別要註意使電壓駐波比達到壹定要求,因為在寬帶運用時頻率範圍很廣,駐波比會隨著頻率而變,應使阻抗在寬範圍內盡量匹配。
5.4.1 駐波比的含義:
駐波比就是壹個數值,用來表示天線和電波發射臺是否匹配。如果 SWR 的值等於 1, 則表示發射傳輸給天線的電波沒有任何反射,全部發射出去,這是最理想的情況。如果 SWR 值大於 1, 則表示有壹部分電波被反射回來,最終變成熱量,使得饋線升溫。被反射的電波在發射臺輸出口也可產生相當高的電壓,有可能損壞發射臺。
駐波比(VSWR)檢測丟失告警:TRU的VSWR檢測丟失告警是比較常見的故障,每個TRU都需要通過PFWD和PREFL兩根射頻線和CDU相連,來檢測CDU的前向輸出功率和反向功率。如果反向功率過大,則說明這根天線的駐波比太大或CDU有問題,同時會影響發射機的正常工作,這時TRU就會自動關閉發射機並產生壹個天線駐波比(ANT VSWR)告警(CF2A8)且相對應的TX ANT會出現(TX1B4)。TRU還要對PFWD或PREFL這兩根射頻線進行環路測試, 如果環路不通,就會產生壹個VSWR/POWER檢測丟失告警(CF2A15)。
PFWD和PREFL這兩根射頻線壹端連接CDU的前面板,另壹端接到TRU的後背板上,和TRU通過射頻頭相連。對於這個告警(CF2A15),壹是CDU前面板的接頭可能松動,但更多的是TRU後背板接觸不好 ,這往往是施工或維護人員在安裝TRU時不小心,兩個射頻頭未完全對準,導致其中壹個射頻頭凹進去。對於TRU,我們可以將其拆開再將射頻頭撥出;對於後背板,傳統的處理方法是將整個後背板取出然後再對射頻頭進行處理,但僅僅拆後背板這個工作就要耗費幾個小時的時間,我有壹個比較簡單的辦法,即用堅硬的鋼絲做成壹個鉤子,把凹進去的射頻頭鉤出來,這樣處理壹個故障只需要幾分鐘的時間。值得註意的是,對出現過這類告警的基站壹定要做好位置標記,否則在以後更換TRU時很可能再次出現告警。在插TRU時,力量不易太重,找好位置慢慢插進去。力量太重就會把背板的射頻頭凹進去;從而導致數據的丟失。
TRU故障:壹般的TRU出現故障很容易處理,因為我們可很方便地利用BSC或OMT終端來查看TRU的告警代碼,從而判斷故障原因。例如載頻出現TX NOT ENABLE故障,我們可以根據告警代碼來查看是TRU問題還是天線問題。但有時候TRU出現的故障基站軟件本身檢測不出來,例如我曾遇到過壹個TRU的TX不能工作,但沒有告警代碼,檢查基站硬件和BSC參數無誤,更換TRU後故障排除。還有壹種比較常見的TRU故障是掉話高,如果壹個小區平時工作正常,突然從某壹天開始掉話特別高,則多數為該小區內有壹個TRU出了問題。在這種情況下基站本身也檢測不出來(隱形故障),我們可以把該小區的跳頻關掉,然後利用TEMS手機針對壹個個載頻進行撥打測試,根據測試結果即可判斷出有故障的TRU。
另外,有很多故障並非基站硬件故障,而是因為BSC的參數設置不對。例如TRU的TX not ena ble故障(即發射機不工作),除了以上原因外,還有可能是因為小區處於Halted狀態、小區頻率未定義、頻率設置或功率設置錯誤等原因引起的。如果三個載頻配置的小區只定義了兩個頻點,則肯定有壹個載頻不能工作。***用壹根發射天線的載頻其頻率也需要壹定的間隔,對於Hybrid Combiner其間隔要大於400kHz,對於Filter Combiner其間隔要大於600kHz。如在新掛站時我們有壹個小區使用的Combiner為Filter型(CDU-D),其中有壹個載頻的發射機始終無法工作,最後查明是該小區所使用的頻率為70和72,頻率間隔太小,導致CU無法將載頻調諧至指定的頻率。TRU的輸出功率受BSPWRB、BSPWRT和MAXPWR這幾個參數的限制,如果將參數設置為偶數或大於47dBm,發射機都將無法工作。
(室外天線)
5.4.2 因各種幹擾引起的故障
移動通信系統中的幹擾也會影響基站的正常工作,有同頻幹擾,鄰頻幹擾,互調幹擾等。現在陸地蜂窩移動通信系統采用同頻復用技術來提高頻率利用率,增加系統容量,但同時也引入了各種幹擾。
日常維護中新建站以及擴容站新加載頻的頻點選取不合理基站將無法正常工作,對此類故障應與網優配合,綜合考慮各種因素,選取合理頻點,消除以上幹擾。