LTE智能巡检系统设计

1、Page 1 of 16摘要摘要TD-LTE 作为 4G 通信系统的主要制式之一，已经被确定为中国下一代无线通信的主要部署方案，随着 TD-LTE 技术的日趋成熟，在中国市场的大规模商业化应用已经指日可待。中国移动在 2011、2012 年对 TD-LTE 都进行了大量的投资，在逐步推进的实验网络建设当中，基站工程质量的监管慢慢被提到日程上来。随着 2013 年中国移动对 TD-LTE 系统商业化部署的大面积推广，如何提高基站建设的工程质量已经成为日益关注的重点。由于现在的 LTE 基站部署普遍采用的是 BBU+RRH 分布式模式，RRH 需要部署在天线塔顶等距离天线较近的地方，这样的部署并不

2、利于日后的工程检查和维护，所以提供一种全新的工程监控方案迫在眉睫。本文总结了以往工程建设中的经验和问题，并且针对 TD-LTE 基站工程建设和日常维护遇到的实际问题进行了讨论，提出了智能巡检系统设计方案，详细说明了智能巡检方案的设计原理，指出新系统对工程建设的重要的参数的监控方案，对于量化基站工程建设质量提供了重要的参考，同时也说明了智能系统的可行性和便利性。关键词：TD-LTE，工程建设，维护，RRH，智能巡检Page 2 of 16目录目录摘要.1目录.2绪论.31系统架构设计.42RRH 可测试性设计.42.1发射功率测试性设计 .52.2VSWR 测试性设计.62.3RSSI 测试性设

3、计.73网管后台系统设计 .83.1基站模拟网管 .83.2数据收集系统 .93.3专家分析系统 .104系统评价.12结论.15参考文献.16Page 3 of 16绪论绪论通信网络系统的工程建设和后期维护长期以来完全依靠人力进行站点操作进行，基站的工程建设质量处于不可知，不可衡量和不可预见的“三无”状态，移动公司需要在基站建设结束后派遣施工人员前往现场，在基站附近采用仪表对基站进行检测，在检测过程当中基站需要断开与现网的业务，在测量 12 小时之后才能重新接入到现网当中。这种传统的基站工程检查方式对人员的要求比较高，效率低下，大量消耗宝贵的仪表资源和人力成本，并且测试需要断开现网，业务损失

4、巨大，这种模式已经被越来越多的客户所不能接受的。随着近年来 4G 无线通信网络研究的逐步成熟，TD-LTE 系统作为中国主要的 4G 制式及将在国内进行大规模推广。TD-LTE 系统是时分多址系统，收发使用的是同一条天馈链路，接收通道对于射频链路的故障非常敏感。并且现有的 TDD RRH 都是八通道产品，普遍采用波束赋形来提高定向发射增益，这样便使得 TD-LTE 的天馈系统相对于 2G，3G 系统要复杂很多。因此 LTE 天馈系统的正确安装和测试变得至关重要，任何细微的失误，都可能导致工程重大隐患。为了解决上述传统工程模式中的问题，第四代移动通信制式 TD-LTE 系统在设计之初就将改进工程

5、建设和提高后期维护质量作为重要因素进行考虑，在基站的硬件设计，网管系统都进行了测试性设计，实现了基站系统的自行测试参数，自行收集数据，自行分析结果，整个针对 TD-LTE 基站工程建设和后期维护的系统被统称为智能巡检系统。Page 4 of 161系统架构设计系统架构设计智能巡检系统分为 RRH 可测试性模块和网管后台系统，在整个无线网络系统工作状态如图 5 所示，智能巡检系统通过 RRH 可测试性模块对重要的射频指标进行测试，网管后台系统通过基站模拟网管与 OMC/SAM 的接口连接到 eNodeB，对 eNodeB 下发各个参数项查询命令，并同时接收eNodeB 参数上报结果。然后通过数据

6、收集系统对数据进行整理，按照时间，站点地址和数据类型存在数据库里面，数据的刷新定期执行，过期的数据会被适时清空。专家分析系统可以根据用户的需求从不同维度对设备的参数数据进行分析，提供基站长期以来的性能变化趋势，故障预警和根因分析。OMC/SAMRRHRRHRRHBBURRHRRHRRHBBU数据收集系统专家分析系统基站模拟网管eNodeB智能巡检系统RRH 可测试性模块网管后台系统图 1-智能巡检系统架构2RRH 可测试性设计可测试性设计在传统工程检测模式下，基站检测主要测量如下几个指标基站发射功率Page 5 of 16天馈驻波比RRH 采用可测试性设计，在 RRH 内部设计测量模块，对部分

7、重要指标进行测量，并且在 eNodeB 软件控制在空闲时段里自动测试。测试的重要指标如下： 基站发射功率 天馈系统驻波比（VSWR） 上行接收信号强度（RSSI） 基站网络延迟。2.1发射功率测试性设计发射功率测试性设计TD-LTE 基站发射功率控制和 GSM，WCDMA 有很大不同，后两个系统普遍是 RRH 采用的是闭环功率控制，而 TD-LTE 系统则是采取开环功率控制，如图 2 所示，TD-LTE 的下行链路信号处理过程当中，全部基带信号都是在 BBU 当中处理的，RRH 仅仅只是将产生的 OFDM 信号映射到指定的中频和射频通道上，对于 BBU 设定的符号功率不做任何处理，发射功率的变

8、化完全依靠数字信号的调整和出厂前的校准。在上述的 LTE 系统设计下，RRH 不能控制发射信号的大小，也不能判断发射信号的大小是否合理，在 RRH 在现场工作时，射频通道的增益会随温度变化产生较大的变化，因此，RRH 的输出功率也会随之增大或减小，从而导致小区覆盖范围的波动，对整个无线网络性能造成严重的影响。尽管在实际应用当中，RRH 会通过定期的上下行校准消除发射功率波动，但是站点开通初期，RRH 未接入运行网络，不能正常工作，所以需要在站点开通就对 RRH 输出功率进行检测，传统的工程开通模式是站点开通人员使用功率计或频谱仪手动检测功率，采用智能巡检系统以后，网管系统便可以利用 RRH 内

9、部功率检测电路对RRH 发射功率进行检测，在短时间内就可以对大量新建站点进行发射功率的扫描。Page 6 of 16加扰调制映射调制映射加扰层映射预编码RE 映射RE 映射OFDM 信号产生OFDM 信号产生eNodeB 天馈系统射频信号产生中频信号处理层码字RRHBBU图 2-TD-LTE 下行信号处理流程2.2VSWR 测试性设计测试性设计电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数，用来衡量部件之间的匹配是否良好。当 RRH 天线端口之后连接的天馈出现异常，比如接头接触不良，天线损坏，电缆进水腐蚀都会导致 VSWR 升高，从而影响设备的性能，所以监控 VSWR 对于发现天馈系统的潜在问

10、题有非常重要的作用。VSWR=(1+反射系数模值)/(1-反射系数模值）目前 TD-LTE RRH 的系统设计当中，提供正向功率检测和反向功率检测，我们可以利用这两个参数计算得到 RRH 天馈系统的回波损耗 RL，在通过回波损耗 RL 和驻波比之间的换算关系可以得到 VSWR 的数值。回波损耗和驻波比计算关系如下：RL=20*log10 (VSWR+1)/(VSWR-1)Page 7 of 16图 3-RRH VSWR 检测电路2.3RSSI 测试性设计测试性设计RSSI 是接收信号强度指示 Received Signal Strength Indication 的缩写，RRH 通过这个指标来

11、计算终端到站点的空间距离，并以此判断无线接口的链接质量。在 RSSI 的具体实现方法上，RRH 是通过计算接收机信道内 IQ信号强度来反推到天线口的接收信号强度，如图 4 所示，在上行信号链路ADC 部分接收信号被解调成 IQ 信号，IQ 信号通过积分平滑后得到信道内的 RSSI 强度，TD-LTE 信号带宽一般是 10MHz 和 20MHz，所以 RRH 测量的 RSSI 的信号强度只能针对一定的信号带宽进行测量，对于工作频段较宽的情况则需要 RRH 逐个频点进行 RSSI 扫描。图 4-RRH RSSI 检测电路在传统的工程开通和维护模式中，上行信号的强度基本无法检测，当RSSI 测量Pa

12、ge 8 of 16站点附近出现接收机干扰信号时也无法定位，只能当出现上行性能下降时才能通过其他指标间接地推断出上行信道出现干扰情况。智能巡检系统能够通过 RSSI 直接检测信道内的信号强度，在站点开通阶段和后期维护阶段采用 RSSI 扫描，能够直接得到干扰信号的强度，在上行性能下降之前就可以提前采取措施降低干扰的影响。3网管后台系统设计网管后台系统设计3.1基站模拟网管基站模拟网管基站模拟网管系统由人机交互界面，测试用例库，配置组合模块，消息解析模块和基站接口驱动模块组成。模拟网管系统的收发消息的流程如图 5 所示，下发命令的流程如黑实线所示，模拟网管控制器通过人机交互界面选折需要执行的测试

13、项目，测试项目被分解为可执行的最小不重复单元，这个最小不重复单元就是测试用例，所有的测试用例都放到测试用例库里面保存，测试项目经过测试用例库之后就变成了由测试用例索引组成的说明。变化后的测试项目通过配置组合模块将独立的测试项目进行组合，设计用例执行步骤和执行次数。完成组合的测试用例通过消息解析模块翻译成基站能够识别的消息格式，最后通过基站接口驱动模块下发给基站。从基站侧接收消息的流程如图 5 蓝色虚线所示，从基站侧发过来的数据首先送到基站接口驱动模块，数据接收成功以后送到消息解析模块，通过解析模块的翻译后，需要查询的信息会从整个消息字符串里面提取出来，最后送到人机交互模块。Page 9 of

14、16配置组合模块消息解析模块基站接口驱动测试用例库人机交互模块测试项目命令接口消息原始数据图 5-基站模拟网管模块设计图-6 智能巡检系统人机界面3.2数据收集系统数据收集系统数据收集系统包括数据整理模块，数据读写模块和数据索引模块。数据写过程如图 6 所示，原始数据从消息解析模块输出后，进入数据整理模块，原始数据被整理成固定格式的数据，并且被添加时间，站点信息，数据类型等信息整理成统一大小的数据块。数据块通过数据读写模块写入到Page 10 of 16外部存储介质，在写数据的过程当中，读写模块需要判断存储空间是否足够，哪些数据可以丢弃。数据读过程如图 6 所示，数据索引模块接收数据的查询命令

15、，根据查询命令的信息形成数据索引，数据读写模块根据数据索引在外部存储介质寻找对应数据块，最后将数据读入到索引模块的缓存当中输出到专家系统当中。数据整理模块数据读写模块数据索引模块数据查询命令/数据查询结果原始数据图 7-数据收集系统模块设计3.3专家分析系统专家分析系统专家分析系统由数据配置模块，数据判断模块和图形化显示模块组成。数据查询结果进入数据配置模块，结合配置需求提取数据块当中的部分参数，并且将提取的参数打包送到数据判断模块。数据判断模块根据设定的告警门限筛选传送过来的参数模块，对超出门限的参数进行标记，筛选后的数据将被送到图形化显示模块。图形化显示模块根据设定的图样选择，将筛选后的数

16、据按照不同的图样显示出来，图 7 和图 8 分别显示曲线和柱状图显示的结果Page 11 of 16数据配置模块图形化显示模块数据判断模块数据查询结果配置要求告警门限图样选择图 8-专家系统模块设计图 9-曲线图分析结果图 10-柱状图显示结果Page 12 of 164系统应用评价系统应用评价在 2013 年年初的南京移动实验局部署中，智能巡检系统首次被用于实际的工程建设，对 400 余个新开站点进行了工程建设质量的监控，并且随后的 3 个月当中，按照每个星期自动检测一次的频率对重要指标进行了遍历测量。实际测试结果达到了系统的设计预期，每个站点的测试时间为 10分钟左右，同时可以进行 20

17、个基站的参数测量，全部 400 个基站一次遍历测量的时间在 200 分钟左右，投入成本仅为原先的 1/300，故障检测准率高达 98%。在后续的 3 个月长期监控当中，提前预警 23 个基站的故障，减少潜在损失 15 万元，智能巡检系统得到了客户的高度好评，完善后将会大面积推广。同时，在现网的应用过程中智能巡检系统也暴露了使用的局限性，局限性主要有两点：应用场景受限和测试精度不高。智能巡检系统目前一般用于对室外基站系统的检测，而整个无线网络部署中另一个重要组成部分室内覆盖系统则不能应用智能巡检系统对天馈系统进行检测。室内分布式覆盖系统（DAS）是建筑内部从基站到天线终端覆盖的天馈系统的总称，为

18、了避免在建筑内部空间链路损耗的下降，它是通过从基站输出端口到天线之间许许多多的电缆，分路器，耦合器组成的传输网络进行无线信号传输，这个网络允许 2.7G 以下的无线信号进行传输，对无线信号的类型没有限制，可以实现单个基站覆盖多个楼层，房间的需要。在使用智能巡检系统对 DAS 系统监控后，我们发现检测得到的所有的结果与实际情况不符，经过分析发现 RRH 的输出经过 DAS 系统后，DAS 系统上的多个节点都反馈信号到 RRH 端口，多个反馈信号出现了叠加，导致了实际测试结果出现较大的误差，两通道 RRH 室内分布系统测试如图11 所示，充分说明了在 RRH 侧得到的结果实际包括了整个 DAS 的

19、信道特性。Page 13 of 16图 11-室内分布系统示意图智能巡检系统另一个局限性问题体现在测试精度不足，比较明显的是VSWR 信号的测试主要体现在驻波比指标 VSWR 的测试上，RRH 的VSWR 测量原理如图 12 所示，测量点在功放输出之后环形器之前，通过耦合器耦合正向发射功率，得到发射功率的检测值，发射功率通过环形器被导入被功率检测器检测，RRH 根据已知折算关系推算实际的发射功率和反射功率，通过计算发射功率和反射功率的关系得到驻波比的测试结果。这种测试方式类似于矢量网络分析仪的测试原理，但是精度要低的多。图 12-VSWR 电路详解造成精度差异的原因在于矢量网络分析仪的驻波比测

20、试方式和智能巡Page 14 of 16检系统 RRH 的测量方式有所不同，简易频谱仪 SiteMaster 的原理框架图如图 13 所示，它由信号源、幅相接收机和显示部分等几部分组成。合成信号源产生 30k6GHz 的信号，幅相接收机发射频率与合成信号源实现同步扫描；测试设备的入射信号，反射信号和传输信号被 S 参数测试装置分离。为了得到被测件入射信号和反射信号的真实值，被测信号的相位信息和幅度信息都不能丢失。图 13-频谱仪内部原理传统工程检测时大量使用 SiteMaster，eNodeB 的发射反射功率测试和简易频谱仪 SiteMaster 的幅度测试类似，但基站不能实现 SiteMaster 的相位测试功能，并且在有些项目上基站不能代替 SiteMaster 的功能，比如SiteMaster 可以测量电缆距离而基站完全没办法做到，由于存在这些差距，所以看出 eNodeB 测试精度远远低于 SiteMaster， ，但从判断