BTS3.0教程.doc

第1章 BTS3.01.1 BTS相关接口1. Um接口在公众陆地移动通信网（PLMN）中，MS通过无线信道与网络的固定部分相连使移动用户可接入网内得到通信服务。为实现MS和BTS的互联，对无线信道上信号的传输必须作出一系列的规定，建立一套国际标准。这套关于无线信道信号传输的规范就是无线接口标准，又称Um接口。Um接口是GSM系统的诸多接口中最重要的一个。首先，统一规范的无线接口建立了不同厂家的MS与不同网络之间的完全兼容，这是GSM实现全球漫游的最基本条件之一；其次，无线接口决定了GSM蜂窝系统的频谱利用率，这是衡量一个无线系统的主要经济依据，关系到运营商的切身利益。2. A-bis接口A-bis接口定义为基站子系统的两个功能实体-基站控制器与基站收发信台之间的接口，是为远端BTS通过地面电路接入BSC而定义的BSS内部接口。它是GSM系统中最重要的接口之一，A-bis接口是由不同的厂家自己定义的。1.2 BTS基本功能BTS具有处理基站分系统有关无线接续的功能，主要分为以下几个方面：与BSC接口的功能Abis接口中陆地业务信道和无线业务信道之间为一一对应的关系。BSC为每个呼叫选择一个无线信道，因而也就选择了Abis接口的一个陆地信道。对于信道的控制，BSC必须根据从BTS发来的有关阻塞信息以及空闲信道干扰电平信息来选择可用的无线信道。无线信道管理功能GSM定义了两种无线信道资源：逻辑信道和物理信道。逻辑信道是由BSC负责分配和管理，信道的结构即逻辑信道到物理信道的映射是由BTS完成的。BTS对无线信道的管理包括对移动站随机接入和越区切换的检测、无线信道的编码/解码、信道调制解调、交织和去交织、数据的加密和解密、TDMA帧建立、跳频、天线分集接收、射频功率控制、寻呼消息的发送等功能。操作维护功能BTS主要处理对其设备内各部分的操作维护功能，如收集从BTS内部各模块单元来的告警，滤除由同一出错引起的多个告警信号，将从BSC来的操作维户命令传送给BTS内部各单元设备，提供本地人机接口（MMI）管理以及所有内部接续协议等。信令协议功能BTS实现与BSC接口的信令协议，包括LAPD和BTS管理部分。对于BSC与MS之间的信令信息，BTS 提供透明传输的功能。在无线接口BTS还实现无线链路信令第二层LAPDm的协议功能。1.3 BTS与BSC的业务功能分工BTS主要是基站子系统（BSS）的执行部分，完成地面信道与无线信道的连接和映射，通过无线空中接口（Um接口）实现网络侧与MS之间的互连。BSC是BSS的控制部分，完成BSS的内外部接口管理、无线资源和无线参数管理功能。1.4 硬件结构M900/M1800 BTS3.0可分为公共单元、载频单元和天馈单元三部分，其系统结构方框图如图1-1所示。M900/M1800 BTS主要由定时传输管理单元（TMU）、收发信机单元（TRX）、合分路单元（CDU）、传输扩展单元（TEU）、供电单元（PSU）、电源监控单元（PMU）等组成。M900/M1800 BTS3.0采用模块化结构，即处理一个载频的所有电路（包括基带处理、RF部分、功放和电源等）集成在一个插入式模块TRX内，从而简化了系统配置，便于安装维护和扩容，也便于引入新的硬件技术。重要图1-1 BTS系统结构框图1.5 概述在M900/M1800 GSM系统中，M900/M1800 BTS起无线中继的作用，一端通过Um接口连接移动台（MS），另一端通过Abis接口连接基站控制器（BSC）。M900/M1800 BTS的逻辑结构如图1-2所示：图1-2 M900/M1800 BTS 逻辑结构M900/M1800 BTS主要由公共单元、载频单元和天馈单元三部分组成，各部分的功能如下：2. 公共单元公共单元主要由定时传输管理单元（TMU）、时钟分配单元（TDU）、传输扩展单元（TEU）、传输扩展供电单元（TES）、风扇监控单元（FMU）、供电模块（PSU）、电源监控单元（PMU）、开关盒（SWITCH BOX）、风扇盒（FAN BOX）和进风盒（AIR BOX）等组成，各部分的功能简述如下：(1) 定时传输管理单元（TMU）定时传输管理单元（TMU）是M900/M1800 BTS的基本传输及控制功能实体，从功能上可以分为接口部分（BIU）、时钟部分（MCK）、操作维护部分（OMU）和本地人机终端（MMI）接口。(2) 时钟分配单元（TDU）时钟分配单元（TDU）主要用于保证时钟的可靠传输，同时也是外部告警采集的接口。(3) 传输扩展单元（TEU）TEU为BTS的内置传输扩展单元，可实现SDH、PON、xDSL多种传输方式。(4) 传输扩展供电单元（TES）TES主要功能是为TEU提供电源和将TEU的告警信息上报TMU。(5) 风扇监控单元（FMU）FMU是风扇监控单元，位于风扇盒（FAN BOX）内，控制风扇盒内两个风扇基本匀速转动，同时上报风扇告警。(6) 供电模块（PSU）PSU是内置式电源模块，提供AC/DC和DC/DC两种方式，分别支持220V交流和-48V直流的外部供电方式。(7) 电源监控单元（PMU）PMU提供电源管理功能，可以采集24路数字量和8路模拟量，提供8路OC输出的外部控制信号，支持对机房环境的监控。(8) 开关盒（SWITCH BOX）SWITCH BOX将电源经断路器分别供给各用电单元，实现分布式供电，提高了电源系统的可靠性。(9) 进风盒（AIR BOX）AIR BOX是外部低温空气进入BTS机柜的入口，通过机柜的散热系统，保证整个BTS系统正常运行。3. 载频单元TRX可以分为两部分：基带信号处理部分（TBU）和射频信号处理部分（RPU）。(1) 基带信号处理部分（TBU）基带信号处理部分（TBU）主要完成Um接口的速率适配、信道编解码、交织、加密、BURST产生、GMSK调制、跳频控制、中频采样、自适应均衡、分集接收合并、解调、解密、反交织、信道译码、传递对BTS透明的信令、处理部分对BTS不透明的无线资源管理的信令等功能。(2) 射频信号处理部分（RPU）射频信号处理部分（RPU）由发信激励及频合部分（TDP）、功放部分（PAU）和接收部分（RCU）组成，主要完成射频信号的发送和接收、GMSK调制、上下变频、功率放大、功率控制、射频跳频等功能。4. 天馈单元天馈单元包括天线、合分路单元（CDU）、塔放及低损耗传输电缆等组成，完成射频信号的发送和接收功能，并提供天馈的告警检测功能。1.6 各模块工作原理1.6.1 定时传输管理单元（TMU）1. 概述定时传输管理单元（TMU）位于M900/M1800 BTS 的公共资源框中，是BTS的定时、传输与管理功能实体，主要功能有：用灵活而完全透明的方式远距离连接BTS和BSC；提供多路复用，使有限的传输资源发挥更大的作用；提供灵活的组网方式，支持BTS的星型、树型和链型连接；提供人机接口、操作维护链路，维护人员可以通过基站维护台或基站终端维护台对BTS进行控制、维护，执行软件下载、故障管理、配置管理、性能管理和安全管理等操作；BTS时钟集中供给和管理；提供时钟热备份；提供告警信号输入端口，执行外部告警采集和控制；2. 结构和原理TMU单元的结构如图1-3所示，包括以下几个部分：图1-3 TMU单元结构(3) 基站接口模块（BIU）BIU模块完成基站内部的HW上的NRZ码基带传输时,需要解决数字数据的数字信号表示以及收发两端之间的信号同步问题。对于传输数字信号来说,最简单最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字,也即数字信号由矩形脉冲组成。按数字编码方式，可以划分为单极性码和双极性码，单极性码使用正（或负）的电压表示数据；双极性码是三进制码，1为反转，0为保持零电平。根据信号是否归零，还可以划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信号回归到0电平，而非归零码遇1电平翻转，零时不变。常见的几种基本的数字信号脉冲编码方案如下： 单极性不归零码,无电压(也就是元电流)用来表示0,而恒定的正电压用来表示1。每一个码元时间的中间点是采样时间,判决门限为半幅度电平(即0.5)。也就是说接收信号的值在0.5与1.0之间,就判为1码,如果在O与0.5之间就判为0码。每秒钟发送的二进制码元数称为码速。 双极性不归零码,1码和0码都有电流,但是1码是正电流,0码是负电流,正和负的幅度相等,故称为双极性码。此时的判决门限为零电平,接收端使用零判决器或正负判决器,接收信号的值若在零电平以上为正,判为1码;若在零电平以下为负,判为0码。 以上两种编码,都是在一个码元的全部时间内发出或不发出电流(单极性),以及发出正电流或负电流(双极性)。每一位编码占用了全部码元的宽度,故这两种编码都属于全宽码,也称作不归零码NRZ (Non Return Zero)。如果重复发送1码,势必要连续发送正电流;如果重复发送0码,势必要连续不送电流或连续发送负电流,这样使某一位码元与其下一位码元之间没有间隙,不易区分识别。归零码可以改善这种状况。 到传输用的E1线上HDB3码的变换和反变换；对HW上的时隙进行交换，实现时隙灵活配置；提取BSC时钟，支持外部时钟输入，通过锁相、分频，输出精确的8K或2M时钟，用于锁定MCK上的基准13M时钟源。在没有上级时钟时（E1线或BSC故障），产生告警上报OMU。一个BIU模块最多可以提供4条E1数字中继是一个E1接口（又称一个PCM,脉冲编码调制），是一对引自程控交换机的同轴电缆线，在电缆线上数据传输速率是2.048 Mbps，可以同时容纳32时隙*64Kbps的语音数据。线连接，一个机柜中两块TMU板上的BIU模块可以互为扩展，互为扩展的8条E1线上的数据可以实现全交换。BIU模块的E1线路接口可以分别连接BSC或上、下级的BTS，支持基站的星型、树型、链型连接。(4) 操作维护模块（OMU）OMU模块是TMU的核心控制和处理单元，可以直接配置BIU、MCK各个单元的性能参数，接收故障告警，进行故障管理；通过内部控制总线，与BTS各个单元（TRX、CDU、PMU、TES等）的CPU通信，实现对整个系统的操作维护； 集中下载保存BTS各单元软件，再按需要对各个单元分别下载软件；支持通过PC机的人机接口。OMU模块的闪烁存贮器中，可以保存BTS软件的两个不同版本，一个是BTS正在使用的软件版本，另一个是旧的BTS软件版本，并可根据BSC的要求，将其中一个下载到各个单板，作为它们的当前运行软件。当系统对BTS有软件升级要求时，BSC可以通过操作维护链路（OML）将新的软件下载到OMU中保存，取代旧的版本，同时OMU保留下载前BTS运行的软件版本，以防止下载失败。(5) 主时钟模块（MCK）MCK模块配备一个符合三级A标准的OCXO（温度补偿型压控振荡器）及锁相、分频电路。根据系统配置，可以工作在自由振荡方式或软件锁相方式，输出稳定度优于510-8Hz的13M的基准SREF，并分频提供帧时钟FCLK（216Hz），八分之一比特钟OBCLK（约为2.16MHz），射频锁相环参考时钟SYNT（2.6MHz）等；一个同步小区的时钟源由主组主机柜的两块TMU板的MCK提供，两块板上的MCK模块互为热备用，在主板故障情况下能自动倒换到备板，并上报OMU。BTS上电或复位后，MCK首先工作于自由振荡模式一段时间（15分钟），以便晶振预热、稳定。随后，MCK根据后台设定（内时钟或外时钟）而进入相应模式。若是设定为外时钟模式，则MCK进入快捕，并根据BIU提供的8K参考时钟对晶振频率进行调节，直至使其进入锁定。若在锁定时参考时钟发生故障，则MCK进入保持直至参考时钟恢复正常，并再次进行快捕；若后台设为内时钟模式，则MCK一直工作在自由振荡模式。(6) 告警采集模块（EAC）告警采集模块用于采集包括火警、烟雾、温度（高/低）、湿度、浸水、机房门禁（开/关）、机柜门禁（开/关）、空调等在内的以数字开关量表示的环境告警信号；还将提供共16路数字开关量信号和8路模拟信号的采集、8路控制信号留给用户扩展；采集到的告警信号上报给OMU。3. 接口Abis接口：单块TMU提供4个E1接口，两块TMU单板可扩展到8个E1接口，用于与BSC或其他BTS相连（对应于基站的不同配置方式）。内部数据总线DBUS：提供2条32时隙的TDMA总线及相应的时钟信号，连接一个机柜组内的TRX，传输载频单元的业务和信令数据。当一个机柜组的载频数小于10时，2条总线可互为主备用。内部控制总线CBUS：通过内部控制总线实现TMU与TMU之间，TMU与TRX、CDU、PMU、TES之间的连接，实现TMU 之间的通信及TMU对其它模块的操作和维护，以及与外部环境告警箱的通信。参见图3-1。内部时钟总线：为整个同步小区内的所有TRX提供无线接口所需的时钟（帧同步时钟FCLK、八分之一比特时钟OBCLK及射频锁相环参考时钟SYNT），为射频处理部分提供高精度的基准时钟SREF。都是跟上级时钟同步用的告警采集端口EAC：提供24路数字信号输入、8路模拟信号输入和8路数字信号输出。其中8路数字信号输入为外部环境告警输入，其余16路数字信号输入、8路模拟信号输入及8路数字信号输出留给用户扩展。人机接口MMI：通过标准的异步串口或网口实现与PC机通信，使操作人员可以在现场对BTS进行各种操作。外同步时钟接口：输入高精度的符合G.703波形的2MHz的时钟，作为E1及系统数据总线的频率基准。4. 指标单板的面积为280mm233mm，使用+26V电源，平均功耗为15W。时钟分配单元（TDU）概述BTS时钟SREF、OBCLK、FCLK、SYNT由主柜组主机柜的TMU板统一产生，这四种时钟传到各机柜机顶，由装在机顶的时钟分配驱动单元TDU转发给本机柜各TRX及其它机柜的各个单元。TDU板还具有完成其它信号如告警信号的转接等功能，区分主副柜组需要设置TDU上的拨码开关。功能TDU的主要功能如下：(7) 在一个同步小区提供时钟通路(8) 提供本机柜的E1信号的转接功能(9) 提供告警通路(10) 总线的连接1.6.2 收发信机单元（TRX）1. 概述收发信机模块（TRX）是BTS的主要组成部分，TRX接收TMU下发的各种管理和配置信息，向TMU报告自身的各种状态和告警信息。 TRX通过天线和CDU从移动台接收信号，通过解调和均衡将这些信息分离成信令和语音信息并向上传送。下行的信令和语音信息通过TRX处理后送到CDU和天线，再发送到移动台。TRX模块内既有基带处理部分，也有射频单元 。2. 结构和功能TRX模块的结构如图3-4所示，包括基带信号处理部分（TBU）和射频信号处理部分（RPU）。图1-4 TRX模块结构(11) 基带信号处理部分（TBU）基带信号处理部分（TBU）主要包括信令处理部分（SCP）、数字信号处理部分（DSP）、载频单元接口（CUI）三个部分。由于GSM系统是时分复用系统，TRX的工作依赖于各种各样的时钟，所以TRX内包括一些时钟处理逻辑部分。 信令处理部分（SCP）信令处理部分处理BTS不同接口上的信令协议，包括与移动台（MS）的第二层协议LAPDm，与基站控制器（BSC）接口的第二层协议LAPD，与操作维护模块（OMU）的第二层协议（DCL），以及对第三层非透明消息的处理。SCP部分还完成对DSP的程序加载以及整个TRX模块的告警处理等。 数字信号处理部分（DSP）数字信号处理部分完成信号编译码、信号解调、交织反交织等功能，与BSC的码变换单元（TRAU）进行话音/数据的通信，将收到的移动台信令发送到SCP，同时接收SCP发送的信令并根据相关协议进行相应的编/译码等。通过载频单元接口（CUI）将下行数据发送到载频单元RPU。 载频单元接口（CUI）载频单元接口（CUI）是DSP和RPU间的接口，支持基带跳频，可以根据系统配置选择工作于跳频或不跳频方式（当系统工作于射频跳频方式时，跳频接口工作于不跳频方式，由载频单元完成跳频功能）。CUI 对RPU送来的上行中频信号进行采样和滤波后送给DSP进行解调和分集合并。 时钟处理部分TRX的时钟来自于TMU传来的时钟总线。为了保证有较高的可靠性，时钟总线是主备方式。这些时钟包括帧时钟FCLK（216Hz），八分之一比特钟OBCLK（约为2.16MHz），射频锁相环参考时钟SYNT（2.6MHz）等。TRX内的时钟处理部分首先选择主时钟或备时钟。然后通过分频计数等产生本TRX所需的时隙号、比特钟等。(12) 射频信号处理部分（RPU）射频信号处理部分（RPU）包括RCU、TDP、PAU三个部分： 接收单元（RCU）接收机可提供分集接收功能，即接收机由两路完全独立的通道构成，两个通道的输入信号来自主集与分集天线。当无线传播条件比较复杂，导致一路接收信号较差时，另一路接收信号由于来自另一个不相关的传播路径就会有不同的信号质