蜂窩通信基站在線射頻指標檢測分析與研究

張 宸

（青海省無線電監測站 西寧 810001）

在各類無線電發射設備中，公眾通信基站類型繁雜，為數眾多，在無線通信行業得到廣泛應用，為促進國民經濟發展和加速社會信息溝通發揮了重要的作用。然而公眾通信基站在一定區域內的大量密集建設，給空中無線電波秩序的維護帶來極大的壓力。一些公眾通信基站網絡因組網不當和疏于維護造成的基站間和對其他無線電發射設備的干擾時有發生。為了規范公眾通信基站的建設，加強對公眾通信基站的管理，從源頭上防止該類無線電設備產生有害干擾，開展公眾通信基站射頻指標在用設備檢測十分必要，如何全面、系統地掌握公眾通信基站在用設備檢測的原理和方法成為無線電檢測工程師關注的焦點。

2 蜂窩通信基站設備的結構特點

目前國內在用公眾通信基站按網絡類型劃分，可分為2G（GSM 900 MHz/1800 MHz）、3G（cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA）基站；按設備結構劃分，可分為宏基站、微基站、射頻拉遠站、直放站和室內分布站（以下簡稱室分站），各類基站的主流設備商有中興通訊、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無線機房內，有專用的機柜和機架，容量大、可靠性高和維護方便的特點使其成為開展基站在用設備測試的重點對象。2G宏基站可細分為900 MHz單站、1800 MHz單站和900 MHz/1800 MHz共站。900 MHz單站設備和1800 MHz單站設備的特點是射頻收發端口相互分離，信號收發指配在使用前固定，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共站的特點是在一個機柜內容納900 MHz和1800 MHz兩套設備（模塊）。3G宏基站設備常見的制式有cdma2000和WCDMA兩種，其特點是射頻收發端口分離固定，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箱內，在樓宇中或密集區安裝，其特點是覆蓋小、用戶量低。由于其并非安裝在電氣設備較為配套的機房內，開展在用設備測試時存在接電不便的問題。

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

2G和3G直放站是一種信號中繼器，其對基站發出的射頻信號進行放大，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環境，提高室內覆蓋性能，其本身不提供容量。直放站和室分站類型較為復雜，有些類型不具備在用設備檢測條件。

3 公眾通信基站設備頻率使用特點

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

中國移動和中國聯通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基站以小區制進行劃分，每個小區配置一個長發載波信道，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），其配置以小區制劃分，每個小區在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。中國聯通WCDMA基站配置以小區制進行劃分，使用下行頻率為2130～2145 MHz，每個小區最多可配置3個長發語音載波信道，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，但實際使用2010～2025 MHz最多。

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

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

·中國移動、中國聯通GSM 1800 MHz基站:頻點=（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，中國聯通常使用的信道號為658～783。

·中國聯通WCDMA基站:信道號=頻點×5，常用信道號為 10663、10688、10713。

·中國移動TD-SCDMA基站:頻點=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=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軟件自動控制頻譜儀測量經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

手動測試方法的優點是測試過程的每一個步驟可以直觀顯示，測試時能夠及時發現錯誤和問題并能夠及時糾正；缺點是需要在頻譜儀面板上進行較多的按鍵操作，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。自動測試方法的優點是只需要連接好測試系統，輕點幾下鼠標，測試便可以由軟件自動控制完成，測試項目比較完整，并能自動導出測試報告；缺點是測試時對發射的載波信號有一定要求，只能對基站發出的單一載波信號進行測試，因此需要頻繁地聯系網管后臺進行載波信號的切換。在實際工作中，為了對被測基站射頻性能指標進行較全面和客觀的評價，并對部分指標測試結果進行參照比對，可將兩種測試方法結合使用。

5 測試過程故障問題和解決方案

5.1 基站自動測試系統自檢不通過

原因一:基站自動測試系統USB接口通信線連線錯誤，DC基站自動測試系統配置的一根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，運營商維護人員已反復確認網管后臺已發出載波信號，但頻譜儀卻收不到目標信號或收到的目標信號極其微弱，同時基站設備面板發生駐波告警。發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:需仔細檢查測試通道中的射頻電纜接頭是否擰緊，特別是基站設備處的DIN型射頻輸出口需要使用扳手擰緊。

5.3 測試時頻譜儀發生過載告警

在測試前應預估基站發射功率，確保增加的外置衰減器能夠將基站發射的射頻信號衰減到30 dBm以下。即便如此，在測試時經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:立即增加頻譜儀內置衰減倍數，直至告警消失。穩妥起見，聯系網管后臺停止發射，待增加外置衰減后恢復測量。

5.4 cdma2000和TD-SCDMA基站部分測試項目結果不合格

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

解決方法:聯系后臺網管獲得準確的PN碼和擾碼信息。

5.5 載波輸出功率測試結果整體偏小

原因一:在測試前未加入合適的損耗值對測試鏈路進行補償。基站檢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個接頭進行轉接，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行補償，測試結果必然整體偏小。

解決方法:查詢線纜接頭的數據表單并算出損耗數值，在測試前即補償到測試鏈路中。

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:需要將突發功率與通道功率進行轉換，可以利用的轉換公式為突發功率=通道功率+10log(1/占空比)，在轉換時需要獲得準確的占空比參數。

5.6 TD-SCDMA基站雜散發射測試項目不合格

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

解決方法:在測試前向運營商后臺維護人員核實清楚。

5.7 某類型基站幾乎全部測試項目均不合格

在使用基站自動測試系統對基站進行測試時，幾乎全部測試項目均不合格是一個極小概率事件。如果出現這種測試結果，需要考慮使用DC自動測試系統進行測試的基本條件是否滿足:只能在基站只發射一個載頻的條件下測試。如果在測試各類基站時，運營商網管后臺發出多于一個信號而被測試系統捕獲，則極易出現幾乎全部測試項目均不合格的情況。

解決方法:聯系運營商網管后臺關閉其他信道或其他信道信號遠離主載頻信號。

6 測試結果的評價與分析

6.1 頻率測試結果

從頻率測試結果看，各運營商均能夠依照國家對移動通信業務的頻率劃分進行信道指配，在測試中沒有發現違規占用其他業務信道的情況。各類公眾通信基站頻率測試結果如圖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 功率測試結果

以城區宏基站為例，各類基站載波輸出功率測試結果詳見表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照，由此推算在忙時話務量時，各運營商基本能夠依照各級無線電管理機構核定的功率參數進行發射。

表1 WCDMA基站載波輸出功率測試結果（一小區）

表2 GSM 900 MHz基站載波輸出功率測試結果（三小區）

表3 GSM 1800 MHz基站載波輸出功率測試結果（三小區）

表4 TD-SCDMA基站載波輸出功率測試結果（一小區）

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

6.3 其他測試項目

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

cdma2000基站的其他測試項有占用帶寬、波形質量、頻率容限、載波抑制、導頻功率、帶內傳導雜散發射、帶外傳導雜散發射。測試中的不合格項有帶外傳導雜散發射和頻率容限。帶外傳導雜散發射不合格頻段集中在CDMA網分配頻段附近。WCDMA基站其他測試項目有占用帶寬、向量誤差幅度、頻率容限、峰值碼域誤差、頻譜發射模板、鄰道泄漏抑制比和雜散輻射。TD-SCDMA基站其他測試項目有占用帶寬、向量誤差幅度、載波頻率誤差、峰值碼域誤差、頻譜發射模板、鄰道泄漏功率比和雜散發射，由于WCDMA和TD-SCDMA基站建網時間較短，在檢測中基本沒有發現其他測試項目超標的情況。

7 測試工作遇到的主要問題

目前公眾通信基站在線設備檢測主要以按臺站申報并取得執照數量的3%抽檢的形式開展，即便如此，實際需要檢測的臺站數量也相當龐大。就實際檢測經驗看，如采用基站自動測試系統檢測，對每一個基站所有小區的載頻信號進行一次射頻指標的全面檢測，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，然后在小區內抽測某個載頻。

然而在實際工作中，測試工作遇到的困難遠不止這些，首先，各運營商所屬無線機房不易到達，此類機房不是設置在城市建筑物頂部，就是在郊區偏僻的活動板房內，即便攜帶便攜式測量儀表，測試工程師從溝通物業、打開門禁到抵達測試地點要花費大量的時間；其次，到達機房后測試需要得到運營商后臺網管的配合與支持，如果協調溝通不給力，要耽誤大量時間；第三，存在一些運營商將基站交由第三方代維公司維護的情況，如果運營商基站維護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 結束語

公眾通信基站檢測是無線電發射設備檢測工作中一項十分重要的內容，由于公眾通信基站制式繁多，檢測內容廣泛，設備數量龐大，需要檢測工程師積累豐富的經驗才能完成好檢測工作。隨著無線通信技術的飛速發展，公眾通信基站檢測工作在今后還將面臨新的問題和挑戰。當前寬帶無線通信應用已經邁入4G時代，公眾通信基站設備一體化、小型化趨勢步伐加快，大型機柜式基站今后會逐步退出運營商機房，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房的饋線，機房內不再保留射頻接口。應這種趨勢，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有的基站檢測設備的使用價值，穩定性、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用，需要無線電管理部門和無線電檢測設備生產商加緊思考應對。

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