GS M網絡硬件故障問題研究

內蒙古移動公司呼市分公司 | 趙鑫

GS M網絡硬件故障問題研究

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本文從GSM網絡的結構入手，通過對GSM網絡故障的成因、故障的表現及故障的處理等三個方面展開分析，總結出GSM網絡設備的故障處理方法 ，并結合網絡優化中采取的指標分析方法對硬件故障做進一步的闡述和分析，為從事移動網絡維護、優化工作的人員提供參考和借鑒。

1 GSM網絡結構

整個GSM系統可以按功能劃分為三大部分：

NSS（網絡交換子系統），BSS（基站子系統），NMS（網絡管理子系統）

網絡各子系統的作用：

NSS：網絡交換子系統。負責執行呼叫控制功能。比如管理一個呼叫的建立、保持、釋放，以及這個呼叫的計費信息。

BSS：基站子系統。充當手機用戶和NSS之間的一個接口。同時，它還對無線接口和基站子系統中的各網絡元素之間的傳輸鏈路進行控制。

NMS：網絡管理子系統。管理整個GSM網絡。它包括告警管理以及反映網絡性能的一些測量和統計報告。

BSS基站子系統各部分的作用：

TCSM：碼型變換器。它能夠將話音從一種數碼格式變換成另一種格式，反之亦然。它負責將64Kbit/s的PCM編碼轉換成13Kbit/s的RPE-LTP編碼和3Kbit/s的帶內信令。此外，它還負責將3或4條2M電路復用為1條2M電路。

BSC：基站控制器是BSS的核心網絡單元，控制無線網絡。管理基站和TCSM。

BTS：基站是維持空中接口的網絡單元。

2 故障類型

依據2012年呼和浩特隱性故障排查處理的實際情況可以看出，基站硬件設備故障占34%，天饋故障占24%，射頻拉遠故障占21%，這三類占到了總數的79%，所以解決這三部分的故障是處理好硬件故障的關鍵。

2.1 GSM網內設備故障

2.1.1 基站主設備故障

基站主設備（BTS）的基本功能：

● 實現Abis接口物理層規定（PCM/E1）

● 實現Abis接口數據鏈路層（LAPD）

● 實現BTS管理功能

● 實現部分無線資源管理功能（RR）

● 實現Um接口數據鏈路層功能（LAPDm）

● 實現Um接口物理層規定（TDMA）

圖1

● C/I提升；

● BLER提升，干擾質差；撥打、接通電話困難；

● 掉話增多；

● GPRS附著困難；

● 數據速率降低；

話務統計分析方面：

● 上下行鏈路不平衡；

● 切換次數增多；

● 切換失敗率升高；

● 出現干擾帶；

● 指配失??；

● 掉話次數增多；

● TBF建立成功率降低；

● 數據吞吐量下降；

基站天線連接現象分類：

基站小區天線正確連接；

● 基站小區天線接反；

● 基站小區天線交叉；

● 基站小區天線“鴛鴦線”；

基站小區天線正確連接：見圖1

基站小區天線接反：

● 小區主集天線是否接反，現象是：接反的2個小區覆蓋方向的頻點與BSC系統中配置的頻點顛倒。

● 這樣系統中規劃的小區1的鄰區及小區配置信息都將在物理安裝位置錯誤的2小區方向發射；同樣的系統中規劃的小區2的鄰區及小區配置信息都將在物理安裝

● 位置錯誤的1小區方向發射。這樣物理上小區1和小區2所發射信息在地理覆蓋方向上是非常明顯的相反；即物理小區1方向發射的是系統配置中的小區2的信息，

● 物理小區2方向發射的是系統配置中的小區1的信息，包括鄰區關系。

● 實現信道編譯碼、交織與反交織

● 實現調制與解調功能

● 提供空中接口

● 執行功率控制

● 負責空中接口信令

2.1.2 天饋系統故障

天饋系統是由天線和饋線構成，其組成主要包括以下幾部分：

(1)天線，用于接收和發送無線信號，常見的有單極化天線、雙極化天線和全向天線。

(2)室外跳線，用于天線與7/8主饋線之間的連接，常用的跳線采用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。

(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。

基站天線連接錯誤現象分析：

DT、CQT測試方面：

● 接收信號出現偏差；

● 手機發射功率抬高；

● 切換頻繁，切換失敗較多；通話質量差；

圖2

● 基站小區天線接反最直接的表現就是切換失敗較多，甚者導致鄰區漏加，強信號造成的解碼失敗，從而形成干擾，造成通話質量較差。

● 在一小區位置上出現二小區的信號，一小區也同理。

基站小區天線“鴛鴦線”：

一和二小區的主分集接反，俗稱“鴛鴦線”，特殊的天線交叉：

路測時的現象：

路測中發現一個基站的二小區無信號覆蓋，或者覆蓋非常弱，天線正對250米處覆蓋都很弱；而一小區信號覆蓋良好，在路測卻天線正對250米處能發現頻繁的小區切換，切換發生在兩個小區之間。有可能會發現源小區的主BCCH和TCH相差較大，一般在15DB以上，（在沒有開功率控制的情況下）。在天線正打250米處，手機一直滿功率發射。

對網絡質量的影響：

二小區無覆蓋，或者是覆蓋很弱，因為一發兩收，沒了發；一小區的情況是，其位置上是一、二兩個小區信號在重疊覆蓋，而且兩個信號都很好很強。不過，在一小區位置上，會發生一、二小區信號間的來回頻繁地切換，對通話會造成影響。基站小區天線接反，即物理小區1的天線覆蓋位置連接到系統配置的小區2數據配置；物理小區2的天線覆蓋位置連接到系統配置的小區1數據配置。

基站小區天線交叉：

1．小區主集天線是否接反，現象是：接反的2個小區覆蓋方向的頻點與BSC系統中配置的頻點顛倒。

2．分集天線是否接反，現象是：接反的2個小區立即指配成功率低，周圍有用戶反映通話質量差。

處理天饋系統故障主要圍繞著線、頭、硬件、工藝質量、干擾等問題一一排查。天饋系統有關告警有十幾種，只要遵循基本的分析方法和處理步驟，任何天饋系統有關的故障將不再是難題。

2.2 GSM延伸系統設備故障

2.2.1 室內分布故障

隨著城市移動用戶的飛速增加以及高層建筑越來越多，話務密度和覆蓋要求也不斷上升。這些建筑物規模大、質量好，對移動電話信號有很強的屏蔽作用。在大型建筑物的低層、地下商場、地下停車場等環境下，移動通信信號弱，手機無法正常使用，形成了移動通信的盲區和陰影區；在中間樓層，由于來自周圍不同基站信號的重疊，產生乒乓效應，手機頻繁切換甚至掉話，嚴重影響了手機的正常使用；在建筑物的高層，由于受基站天線的高度限制，無法正常覆蓋，也是移動通信的盲區。另外，在有些建筑物內，雖然手機能夠正常通話，但是用戶密度大，基站信道擁擠，手機上線困難。特別是移動通信的網絡覆蓋、容量、質量是運營商獲取競爭優勢的關鍵因素。網絡覆蓋、網絡容量、網絡質量從根本上體現了移動網絡的服務水平，是所有移動網絡優化工作的主題。室內覆蓋系統正是在這種背景之下產生的，室內覆蓋系統的主要原因有：

● 覆蓋方面，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了無線電波較大的傳輸衰耗，形成了移動信號的弱場強區甚至盲區。

圖3

圖4

● 容量方面，建筑物諸如大型購物商場、會議中心，由于移動電話使用密度過大，局部網絡容量不能滿足用戶需求，無線信道發生擁塞現象。

● 質量方面，建筑物高層空間極易存在無線頻率干擾，服務小區信號不穩定，出現乒乓切換效應，話音質量難以保證，并出現掉話現象。

室內分布故障排查流程圖如下：

確認基站，有源設備等信號源的輸出功率都正常后，可初步判斷為天饋系統故障。分析天饋系統故障時，首先在覆蓋區內用測試手機詳細測試，確定故障區域的范圍。斷開信號源（基站或直放站設備），用駐波比測試儀測量天饋系統的駐波比，并確定故障點的位置。

恢復信號源設備與天饋系統的連接，在室內分布系統的主干線上，分別測量各點的功率，最終可確定損壞或連接錯誤的器件，設備故障的分析流程見圖2：

2.2.2 射頻拉遠故障

工作原理及應用

射頻拉遠單元RRU（Remote Radio Unit）帶來了一種新型的分布式網絡覆蓋模式，它將大容量宏蜂窩基站集中放置在可獲得的中心機房內，基帶部分集中處理，采用光纖將基站中的射頻模塊拉到遠端射頻單元，分置于網絡規劃所確定的站點上，從而節省了常規解決方案所需要的大量機房；同時通過采用大容量宏基站支持大量的光纖拉遠，可實現容量與覆蓋之間的轉化。

RRU的工作原理是：基帶信號下行經變頻、濾波，經過射頻濾波、經線性功率放大器后通過發送濾波傳至天饋。上行將收到的移動終端上行信號進濾波、低噪聲放大、進一步的射頻小信號放大濾波和下變頻，然后完成模數轉換和數字中頻處理等。

設備故障的分析流程見圖3：

3 故障處理流程圖

硬件處理流程和分析解決方案見圖4：

4 總結

重要問題，直接影響設備性能、網絡質量：

● 載頻、合路器發送、接收線連接錯誤，導致上下行不平衡、指配成功率低等問題；

● 硬件故障主要為載頻故障及鋼跳線折損，載頻、合路器異常；

● 物理連接與邏輯配置不一致、基站數據配置錯誤、大量冗余數據未清除；

● 延伸系統故障是一個比較棘手問題，處理時需要多廠家聯系處理，分清楚基站設備和外圍設備故障點，以準確處理，以防以聾治啞。

其它問題，對設備的性能、網絡質量雖沒有直接影響，但會間接影響到設備的長期穩定運行，重要的是此問題將會提高基站的維護成本：

● 設備運行環境較為惡劣（部分機房環境雜亂、灰塵較多、空調不工作，如：金旺角，同盛樓等），對設備長期、穩定運行存在較大隱患，惡劣的運行環境正是導致隱性故障的主要原因。

● 設備連線未貼標簽或標簽書寫極不規范，其標簽不能對查站及維護提供指導幫助。

建議加強工程施工、維護人員的技能考核，確保施工、維護質量：

● 代維、工程施工人員對設備構造及原理了解不足，導致對站點的施工、維護質量得不到保障（如：現網小區擴容、減容施工時，完全未按標準進行施工操作，甚至未與機房數據對應）。建議責成代維公司、工程施工單位，對工作人員組織集中培訓、考核，并按設備廠家的設計原理制定嚴格的施工規范。

● 此措施的短期效應，可降低代維公司的運營成本，而長期效應是，在保障設備性能的同時，可相應降低移動公司的維護成本。