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天津移動(dòng)通信基站天饋系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案探討

2015-01-27 11:19劉京生
移動(dòng)通信 2014年15期
關(guān)鍵詞:隔離度饋線天線

編 者 按

設(shè)備檢測(cè)是通信產(chǎn)品質(zhì)量管理工作中的重要環(huán)節(jié)。檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量管控的力度與成效。中國(guó)移動(dòng)一方面積極引入具有國(guó)家授權(quán)資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu),另一方面也積極組建自有檢測(cè)力量,摸索檢測(cè)技術(shù)和積累檢測(cè)經(jīng)驗(yàn),漸已取得一定成效。本期欄目向大家介紹分別來(lái)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(chǎng)測(cè)試方案有較強(qiáng)的實(shí)踐借鑒價(jià)值,而頻譜分析儀的應(yīng)用探討一文也顯示出河南公司在探索提高自有測(cè)試技能技巧方面付出的努力,對(duì)質(zhì)量管理工作人員自研自學(xué)相關(guān)測(cè)試技能知識(shí)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(shù)等,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,檢驗(yàn)基站天饋系統(tǒng)在戶(hù)外經(jīng)過(guò)惡劣環(huán)境之后,其一體化性能指標(biāo),如駐波比、互調(diào)、隔離度等是否合格,并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析總結(jié)出影響基站天饋系統(tǒng)性能指標(biāo)的主要因素,并對(duì)提高基站天饋系統(tǒng)性能提出相關(guān)建議。

【關(guān)鍵詞】基站天饋系統(tǒng) ? ?網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量 ? ?隔離度 ? ?天線 ? ?饋線

中圖分類(lèi)號(hào):TN929.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ?文章編號(hào):1006-1010(2014)-15-0057-06

1 ? 引言

基站天饋系統(tǒng)是移動(dòng)基站的重要組成部分,它主要完成下列功能:對(duì)來(lái)自發(fā)信機(jī)的射頻信號(hào)進(jìn)行傳輸、發(fā)射,建立基站到移動(dòng)臺(tái)的下行鏈路;對(duì)來(lái)自移動(dòng)臺(tái)的上行信號(hào)進(jìn)行接收、傳輸,建立移動(dòng)臺(tái)到基站的上行鏈路,其性能的優(yōu)劣對(duì)移動(dòng)通信整體質(zhì)量的影響很大?;据敵龆丝谕碌奶祓佅到y(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(guó)移動(dòng)公司進(jìn)行集中采購(gòu),分別進(jìn)行測(cè)試并對(duì)性能進(jìn)行評(píng)估,但是通過(guò)工程人員組合成整個(gè)天饋系統(tǒng)后,系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)能否保證不低于單獨(dú)的產(chǎn)品指標(biāo),暫無(wú)定論;再加上天線和饋線是安裝在戶(hù)外,需要承受風(fēng)吹雨打、冷熱變化、陽(yáng)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(shí)間以后,性能會(huì)逐步下降,當(dāng)天線和饋線的性能下降到一定程度時(shí),勢(shì)必會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

本文描述了針對(duì)基站天饋系統(tǒng)進(jìn)行的互調(diào)、電壓駐波比、隔離度的實(shí)地測(cè)試,并對(duì)檢測(cè)結(jié)果做了簡(jiǎn)要分析,對(duì)天饋系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法進(jìn)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(dòng)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(wú)線通信不可缺少的一部分,其基本功能是輻射和接收無(wú)線電波。發(fā)射時(shí),把傳輸線中的高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波;接收時(shí),把電磁波轉(zhuǎn)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(zhǎng)度一般為3m。

(3)主饋線,目前用于移動(dòng)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(nèi)超柔跳線,用于主饋線(經(jīng)避雷器)與基站主設(shè)備之間的連接,常用的跳線采用1/2〞超柔饋線,長(zhǎng)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(guò)窗器、防雷保護(hù)器(避雷器)、各種尼龍?jiān)鷰У取?/p>

2.2 ?天饋系統(tǒng)性能參數(shù)

天線類(lèi)產(chǎn)品的電氣性能衡量指標(biāo)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(diào)、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(gè)指標(biāo)反映的是天線方向圖的情況,方向圖不符合要求,會(huì)造成覆蓋上的盲點(diǎn)或越區(qū)干擾?;フ{(diào)值衡量天線內(nèi)部,如饋線、振子、功分網(wǎng)絡(luò)和移相器等器件與系統(tǒng)的非線性效應(yīng)產(chǎn)生的諧波干擾的大小,互調(diào)值過(guò)大會(huì)對(duì)用戶(hù)信號(hào)產(chǎn)生干擾,使網(wǎng)絡(luò)性能下降。電壓駐波比是衡量天線輸出效率的指標(biāo),電壓駐波比會(huì)對(duì)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(biāo)。這些指標(biāo)的優(yōu)劣在一定程度上影響著移動(dòng)通信基站的通信性能。

3 ? 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試背景

3.1 ?測(cè)試站點(diǎn)

選擇如下3個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行天饋系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(lán)3個(gè)扇區(qū)進(jìn)行覆蓋,每個(gè)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(dǎo)體射頻同軸電纜,饋線長(zhǎng)度約40m。澄江路站3個(gè)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(gè)扇區(qū)的天線端口配置情況

(2)松風(fēng)里站基站塔高35m,松風(fēng)里站基站外觀如圖4所示:

圖4 ? ?松風(fēng)里站基站外觀圖

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

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

3.2 ?測(cè)試儀器

為了提高測(cè)試的精度,在儀表方面,選擇實(shí)驗(yàn)室測(cè)試使用的網(wǎng)絡(luò)分析儀和便攜互調(diào)儀等;電源方面,取基站電源供電基本上可以滿(mǎn)足儀表的供電需求。此外,還準(zhǔn)備了燈光等設(shè)施對(duì)夜間測(cè)試進(jìn)行輔助。

4 ? 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試內(nèi)容

4.1 ?測(cè)試項(xiàng)目

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試有著不同的性質(zhì),實(shí)驗(yàn)室測(cè)試在環(huán)境、儀表等方面都有很好的保障,而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不確定因素很多,在提前考慮這些可能帶來(lái)的影響因素和解決辦法之后,我們擬定了以下測(cè)試項(xiàng)目:

(1)GSM頻段所有端口的三階互調(diào)。

(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?chē)h(huán)境噪聲。

4.2 ?測(cè)試方法

對(duì)基站紅、黃、藍(lán)3個(gè)扇區(qū)分別進(jìn)行測(cè)試,得到天線各端口的互調(diào)、電壓駐波比、同扇區(qū)內(nèi)同天線的隔離度測(cè)試結(jié)果。對(duì)基站紅、黃、藍(lán)3個(gè)扇區(qū)進(jìn)行測(cè)試,得到相鄰扇區(qū)間同頻段天線同極化端口間隔離度結(jié)果。其中,對(duì)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(jìn)行測(cè)試,采用取最差值的方法,測(cè)試框圖如圖7所示:

圖7 ? ?測(cè)試框圖

4.3 ?測(cè)試端口

已經(jīng)施工完畢的天饋系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)只留下連接基站輸出端口的接頭,只能夠通過(guò)這幾個(gè)接頭進(jìn)行測(cè)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(lán)扇區(qū) ● ● ● ● ● ●

端口數(shù) 18

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

4.4 ?測(cè)試結(jié)果

(1)澄江路站測(cè)試結(jié)果

具體的測(cè)試結(jié)果如表2和表3所示:

表2 ? ?澄江路站天線各端口三階互調(diào)、電壓駐波比、同扇區(qū)內(nèi)同天線隔離度的數(shù)據(jù)匯總

三階互調(diào)/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(lán)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(shù)據(jù)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(lán)扇區(qū) 47.2 37.6 53.7 53.9 52.6 56.8

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

(2)松風(fēng)里站測(cè)試結(jié)果

具體的測(cè)試結(jié)果如表4和表5所示:

表4 ? ?松風(fēng)里站天線各端口三階互調(diào)、電壓駐波比、同扇區(qū)內(nèi)同天線隔離度的數(shù)據(jù)匯總

三階互調(diào)/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(lán)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(fēng)里站相鄰扇區(qū)同頻段天線同極化端口間隔離度的

數(shù)據(jù)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(lán)扇區(qū) 37.2 35 48.3 51.4 45.6 55.1

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

(3)風(fēng)園南里站測(cè)試結(jié)果

具體的測(cè)試結(jié)果如表6和表7所示:

表6 ? ?風(fēng)園南里站天線各端口三階互調(diào)、電壓駐波比、同扇區(qū)內(nèi)

同天線隔離度的數(shù)據(jù)匯總

三階互調(diào)/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(lán)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(fēng)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(shù)據(jù)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(lán)扇區(qū) 36.6 36 55.8 54.5 53.6 54.8

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

(4)站點(diǎn)實(shí)地環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果

分別對(duì)澄江路站、松風(fēng)里站、風(fēng)園南里站進(jìn)行900MHz頻段、1 800MHz頻段的實(shí)地環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示澄江路站、松風(fēng)里站、風(fēng)園南里站的環(huán)境噪聲在900MHz頻段最大可達(dá)到-74dBm、-70dBm以及-80dBm;1 800MHz頻段最大可達(dá)到-80dBm、-82dBm以及-74dBm。環(huán)境噪聲影響三階互調(diào),使噪聲信號(hào)直接落入三階互調(diào)的頻帶,被天線吸收后會(huì)直接提升三階互調(diào)頻段內(nèi)的電平,造成測(cè)試結(jié)果惡化。

4.5 ?測(cè)試數(shù)據(jù)分析

從測(cè)試數(shù)據(jù)可知,一體化基站天饋系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的電壓駐波比、隔離度這2個(gè)指標(biāo)比較理想,駐波比從饋線端口進(jìn)行測(cè)量,對(duì)于連接器和饋線之間現(xiàn)場(chǎng)加工的質(zhì)量要求較高。在此次測(cè)試中,所有端口的駐波比測(cè)量值都在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi),3處站點(diǎn)的最差值以及最優(yōu)值分別為澄江路站:1.39、1.14;松風(fēng)里站:1.46、1.16;風(fēng)園南里站:1.26、1.07,完全符合基站系統(tǒng)對(duì)天饋系統(tǒng)的要求。

隔離度指標(biāo)用來(lái)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(chǎn)生的相互影響和干擾,通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看到所有的隔離度測(cè)試結(jié)果都符合天線產(chǎn)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(biāo),也符合天線產(chǎn)品的要求。這次測(cè)試可以得出的結(jié)論是:天線和線纜組合成天饋系統(tǒng)后沒(méi)有引起系統(tǒng)性能的下降。

但是,通過(guò)三階互調(diào)的測(cè)量,發(fā)現(xiàn)其性能有較大的下降。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定天線產(chǎn)品的互調(diào)應(yīng)小于-107dBm。而通過(guò)天饋系統(tǒng)接口測(cè)量出的三階互調(diào)均大于此限值,3個(gè)站點(diǎn)的最差值分別為澄江路站:-87.4dBm;松風(fēng)里站:-80.4dBm;風(fēng)園南里站:-71.5dBm,分別超出標(biāo)準(zhǔn)近20dB、27dB和36dB。這個(gè)結(jié)果勢(shì)必會(huì)對(duì)上行信號(hào)產(chǎn)生影響,將手機(jī)發(fā)出的上行信號(hào)湮沒(méi)在噪聲中,造成上行信號(hào)阻塞,從而嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

4.6 ?對(duì)測(cè)試結(jié)果的深入反思

三階互調(diào)這一指標(biāo)為何在形成一體化天饋系統(tǒng)后會(huì)有如此嚴(yán)重的下降?針對(duì)天饋系統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)的特殊情況,進(jìn)行了深入的分析。

經(jīng)過(guò)分析可知三階互調(diào)值的惡化可能是由多方面的因素導(dǎo)致,但是主要集中在:環(huán)境噪聲、線纜質(zhì)量產(chǎn)生的泄漏問(wèn)題、線纜與天線接口不良、天線架設(shè)、天饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量等。線纜的非線性特性、泄露等情況會(huì)將產(chǎn)生的三階互調(diào)信號(hào)在電纜之間進(jìn)行互相耦合、直接耦合至其他端口,形成嚴(yán)重的互調(diào)干擾信號(hào)。建設(shè)施工過(guò)程中連接出問(wèn)題,例如接頭之間的接觸壓力不夠,接頭內(nèi)導(dǎo)體有灰塵或者金屬屑,電纜過(guò)度彎曲等。除此之外,還有一個(gè)關(guān)鍵因素就是天饋系統(tǒng)中無(wú)源部分自身的品質(zhì),對(duì)于天線來(lái)說(shuō),其內(nèi)部設(shè)計(jì)及構(gòu)造對(duì)于互調(diào)指標(biāo)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(huì)對(duì)互調(diào)產(chǎn)生影響,天線裝配工藝的好壞也會(huì)影響到互調(diào)指標(biāo)。endprint

5 ? 結(jié)束語(yǔ)

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中,空間無(wú)線信號(hào)的發(fā)射和接收都是依靠基站的天饋系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此,天饋系統(tǒng)對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),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(wèn)題,或者相應(yīng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng),都會(huì)直接影響整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。因此我們要把好天饋系統(tǒng)各器件質(zhì)量關(guān),包括天線、饋線、各種接頭、避雷器和跳線等部件;嚴(yán)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(yùn)行時(shí)會(huì)受到外力和天氣影響,要加強(qiáng)對(duì)天饋系統(tǒng)的維護(hù),這對(duì)提高系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量十分重要。

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作者簡(jiǎn)介

劉京生:學(xué)士畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)會(huì)計(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè),碩士在讀于天津大學(xué)GCT工程,現(xiàn)任中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)天津有限公司物資管理中心采購(gòu)管理部供應(yīng)商及產(chǎn)品主管,主要從事供應(yīng)商管理和集采產(chǎn)品質(zhì)量管理研究工作。endprint

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