彻底了解LTE基站,此文足以

网优雇佣军2021-11-22 07:31:33

基站到底是个啥?



先弄清楚概念。


基站是移动通信中组成蜂窝小区的基本单元,主要完成移动通信网和移动通信用户之间的通信和管理功能,从狭义上就可以把基站理解成一种无线电收发信电台。换句话说,你的手机信号从哪里来,手机能上网、打电话都是因为你的手机(专业术语称为终端UE)驻留在一个基站上,在基站信号的覆盖范围内。


 



基站不是孤立存在的,它仅仅属于网络架构中的一部分,它是连接移动通信网和用户终端的桥梁

  




基站一般由机房,信号处理设备,室外的射频模块、收发信号的天线、GPS、各种传输线缆等等组成。


下面将以基站接收信号,从室外到室内这样的顺序给大家介绍一下基站。


1 基站室外设备


(1)首先需要通过室外的天线接收信号,天线也是我们在室外判断是否周围有基站最明显的标志。天线的形状如下图所示,类似扁平的长方体。

  



天线有很多不同的安装方式,下面列举了一些天线安装在不同地方的照片,当你看见这些天线,那么这个天线附近就应该有我们的基站了。







▲天线的各种安装场景


(2)天线接收的信号送往射频单元进行处理,远端射频模块(Remote Radio Unit),简称RRU。接收信号时,RRU将天线传来的射频信号(射频信号就是经过调制的,拥有一定发射频率的电波)转化成光信号,传输给室内处理设备;发送信号时,RRU将从机房传来的光信号转成射频信号通过天线放大发送出去。当然这只是简单地解释了RRU功能,其实RRU对收发信号还有很多其他处理,在后面的模块介绍里会介绍。




RRU有很多类型,在后面的模块介绍里会详细给大家列举。

  

(3)接收的信号经过射频模块RRU处理后,通过光缆传入机房内的信号处理模块。

  




(4)室外还有用于系统定位和提供时钟同步的信号的GPS模块,因为长的像蘑菇,也称GPS蘑菇头。



 

2 基站室内设备


(1)基站设备普通情况下,除了天线、射频处理单元RRU、GPS蘑菇头等设备安装在铁塔、抱杆等室外环境,其他的设备是安装在特定的机房内的,如果当前建站的地方处在野外或没有合适的建筑作为机房,则使用一体化机柜,下面通过照片给大家展示一下机房和一体化机柜。





(2)机房内一般包括:基站设备、安装设备的机柜、电源柜、蓄电池、空调、走线架、接地排、各种线缆等。电源柜负责给机房设备供电,蓄电池在断电时,给电源柜供电,空调用来降温,室内走线架用于线缆走线,接地排作用:室内所有设备的接地线最终都要接到室内接地排,对设备起到保护作用。


室外接收的信号通过线缆传入室内机柜的信号处理模块,对信号进行处理等。机房内照片展示如










  

(3)如果基站建站地点没有合适的机房,则一般采用一体化机柜。

  



  

LTE基站有哪些类型?


LTE基站类型根据不同的划分方式,有不同的分类。根据基站覆盖的环境和模型不同,可以分为宏站和室分站;根据LTE采用的双工方式不同,又分为TDD站点和FDD站点,下面将针对不同的分类进行介绍。


1 宏站和室分站区别


根据环境、覆盖模型不同将站点分为宏站与室分站。宏站一般指室外大范围的覆盖站点,由于天线覆盖无法做到无缝覆盖,宏站天线无法完全覆盖至室内,或室内覆盖信号很差,环境复杂,针对楼宇需要做室分覆盖。简单来说宏站是大范围室外覆盖的站点,针对高楼层,覆盖差的室内而设的站点为室分站点。


宏站和室分站点区分也很简单,宏站在室外有明显的天线,而室分的天线多为在楼道的天花板里的吸顶天线。

  


同时宏站和室分站的设备也略有不同,在下面的章节里会做出详细介绍。


2 TDD和FDD区别


LTE根据双工方式,分为两类:TDD和FDD,TDD代表时分复用,FDD代表频分复用,FDD系统是指系统的发送和接收数据使用不同的频率;时分双工系统则是系统的发送和接收使用相同的频段,上下行数据发送在时间上错开,通过在不同时隙发送上下行数据,可有效避免上下行干扰,至于具体含义属于理论范畴,这里就不多解释了,但要知道中国移动使用的是TDD。电信联通使用的是FDD。


移动TDD又根据划分频段的不同,分为D、F、E三种频段,各频段范围如下:

D    2570—2620MHz

F    1880—1920MHz

E    2300—2400MHz

    

其中D/F频段供宏站使用,E频段供室分使用。频段划分的含义是,在划分的这些频段区间,供LTE业务使用


LTE基站设备是个什么鬼?由哪些模块组成?



由于LTE基站来自不同厂家,下面只针对某一厂家介绍,大致模块差不多,举一反三而已。


上面介绍了基站的分类,不同类型的基站需要的设备各不相同,下面将对所有设备进行介绍,下表列举了不同类型基站设备配置。基站设备一般包括:主系统模块FSMF,系统拓展模块FBBA,电源模块DCDU,传输模块FTIF,时钟盒,RRU,GPS,天线等。本节将对这些模块做出详细介绍。

1 室内基带处理单元 BBU


室内基带处理单元,也称BBU(Building Base band Unite)。

BBU主要功能简介:BBU是基站的基带处理单元,提供对外接口,完成系统的资源管理、操作维护和环境监测功能等。

BBU包括主控单元FSMF模块、基带扩展单元FBBA和传输扩展单元FTIF。

   




下面将介绍BBU包含的三个模块:


1)主系统模块FSMF 


FSMF是TD-LTE 室外型基站的Flexi Multiradio 10 Base Station系统模块。包含所支持无线接入技术的所有控制和基带功能。主要功能包括: 

●基带信号处理

●内置以太网和IP V4/V6传输功能(可简单理解为信号的传输方式);

●基站时钟生成和分发功能;

●基站管理和维护功能;

●传输控制功能;

●无线接口集中控制功能。


简单来说,接收或者发送出去的信号都是在FSMF模块中进行相关处理操作的。


FSMF接口如下图所示:BBU机框中,中间一排接口最多的模块即为FSMF模块,模块的各个接口的功能已经在图中标出。



 

2)基带扩展单元FBBA


基带扩展单元,简称FBBA。一般基站包含的小区数不会只有一个,一个室外宏站(宏站的概念后面会介绍)包括3个小区(基站一般包含3个扇区,完成360度覆盖,这三个扇区也称为3个小区),而主系统模块FSMF带动的小区数有限,最多只能带动一个小区,所以需要增加基带扩展单元FBBA带动更多的小区,每增加一个FBBA就可以多带动一个小区。FBBA有与FSMF模块通信的接口,通过一根BUS线连接,完成两者的数据通信。


FBBA模块和接口如下图所示:

  




 


3)传输扩展单元FTIF


传输扩展单元FTIF,也称传输板。因为基站不是孤立存在的,需要进行组网,基站利用这个模块的第四个光口(从左往右数),通过光纤与传输设备相连,实现传输。这地方说的传输设备,主要的作用是使众多基站组网的设备,后台网管可以通过这个设备提取基站数据,或对基站进行相关操作,每个机房都会有,一般使用华为或中兴生产的传输设备。


FTIF如下图所示:

  



华为的传输设备如下图所示:



 

2 电源模块 DCDU


电源分配单元(Direction Current Distribution Unit ),简称DCDU,负责给LTE设备供电,如BBU,室外的射频单元RRU等。DCDU和BBU一起都是安装在机柜里的。

    

电源接口如下图所示:

 



DCDU给其他设备供电,那DCDU的电又是从什么地方取的呢?在上节里已经介绍过机房的设备,其中一个机柜是电源柜,DCDU的-48V直流电就是从电源柜取电的。电源柜里有接电牌、熔丝以及接电开关等。接电牌有两个:一次下电牌和二次下电牌,如下面的右图所示,一次下电牌接的是非重要负载(非重要负载指在电源柜供电不足的情况下首先断电的设备),我们的设备接的就是一次下电牌;二次下电牌接的是重要负载,传输类设备接的是二次下电牌。停电时,由室内的蓄电池供电,当蓄电池的电消耗到一定程度时,就断开非重要负载上的供电,保证传输。在电源柜里,熔丝只能选择63A或100A的熔丝。


电源柜内照片如下图所示: 




  

3 时钟盒


室外的GPS蘑菇头是用来定位和提供时钟同步的,GPS蘑菇头也有很多类型,当室外的GPS蘑菇头传下来的是模拟信号时,室内就需要一个时钟盒,时钟盒的作用是将模拟的GPS信号转换成数字信号,然后送入FSMF模块。当室外的GPS蘑菇头传下来的是数字信号时,室内就不需要时钟盒。因为使用的GPS型号不同,移动的基站是需要时钟盒的,电信和联通的基站不需要时钟盒。


时钟盒的接口如下图所示:

  



 

室外的GPS信号进入室内不是直接接到时钟盒上的,需要经过GPS避雷器。GPS避雷器的作用是对室内的时钟盒等设备提供保护。



  

4 GPS


大家对GPS定位可能都比较熟悉,LTE的室外设备中就包含GPS蘑菇头,GPS蘑菇头是用来定位和提供时钟同步信号的。从GPS输出的信号有两类:模拟信号和数字信号,GPS也有很多种型号,这里就不一一列举了,目前电信用的是FYGB 472748A,移动用的是CS930219。移动用的GPS蘑菇头输出的是模拟信号,电信和联通用的GPS蘑菇头输出的是数字信号,所以移动站点的室内设备需要时钟盒对信号进行转换,而电信和联通不需要。




  

5 远端射频模块RRU


远端射频模块(Remote Radio Unit),简称RRU。室外天线接收和发送的都是射频信号,室内BBU接收和发送的都是光信号,那么BBU和天线就不能直接相连,需要通过RRU作为中间桥梁,对信号做相应处理。


接收信号时,RRU将天线传来的射频信号经滤波、低噪声放大、转化成光信号,传输给室内处理设备;


发送信号时,RRU将从机房传来的光信号,经光电转换、变频、滤波、线性功率放大等操作,转换成射频信号,最后通过天线发送出去。


RRU有很多种型号,每种型号的接口数目有所不同,但大致有几种接口:电源接口,DCDU通过这个接口给RRU供电;光口,BBU与RRU就是通过这些光口相连的;与天线的接口等。下面将给出几种类型RRU的照片:


移动项目使用的RRU,包括:电源接口,光口、9个天线接口,前8个接口用来与天线传递信号,其中9号天线接口为校准口,作校准使用。

 


▲移动基站的FHEB型号RRU



  

移动基站的FZFF型号RRU

    

电信项目使用的RRU,包括:电源接口,光口、6个天线接口,用来与天线传递信号。电信基站FXEB型号RRU如下图所示:



 

6 天线


天线是信号的收发单元,天线也有很多类型。下面通过图片给大家展示一下。

电信的使用的天线与移动有所不同,在天线下端还有两个电调,用来调整下倾角(就是天线的俯仰角)的,电信的天线下端通过4根馈线(连接天线与RRU的线缆称为馈线)与下端的RRU相连,传递信号,两个电调通过串联的方式与下端的RRU相连。连接示意图在后面的FDD宏站会详细介绍。

  



移动使用的天线,其下端与RRU的馈线接口有9个,所以从外观,线缆的多少就可以区分出移动和电信的天线。

  



天线的类型很多,这里就不一一讲解了,下图是LTE各类天线接口汇总图


 


TDD与FDD基站站点是如何配置的?



本章将根据LTE站点双工方式的不同,对TDD和FDD站点配置进行分类介绍。


1 TDD站点介绍


移动TDD又根据划分频段的不同,分为D、F、E三种频段,下面将对各个频段配置进行详细介绍。


1)D频段宏站介绍


D频段室内设备:DCDU、主系统模块FSMF、系统拓展模块FBBA、传输模块(FTIF)、时钟盒。室外包括RRU、GPS、天线等。



▲D频段设备


D频段设备部分连线如下面两个图,实物图与连线示意图:



 

D频段连线示意图(a)



 

D频段连线示意图(b)


电源连线:DCDU通过FSMF的第二个接口给其供电,连线如黄色线所示。FSMF通过自身的第一个接口给左边的第一块FBBA供电,第一块FBBA通过自身第二个接口给右边的第二块FBBA供电,连线如绿色线所示。


FSMF的两个数据口通过两根BUS线分别与两个FBBA的数据口相连,连线如图中蓝色线所示。


时钟盒左边用红色圆圈标出的金属接口与GPS避雷器相连,时钟盒通过一根高清线与FSMF的时钟同步输入接口相连,示意图如图中红色线所示。


D频段光口连接:FSMF上的1、2光口分别与室外1小区RRU的主、辅光口连接,3、6光口分别与室外2小区RRU的主、辅光口连接,4、5光口分别与室外3小区RRU的主、辅光口连接。


FTIF传输模块的第四个接口(从左往右数)通过光模块与PTN传输设备相连。


FSMF的第三个接口为调测网口,我们正是通过这个接口将数据做到设备中去的,调测时用网线与电脑相连,将做好的数据通过网线输入到设备中去。


避雷器和功分器如下图所示,注意避雷器需要接地:

 



D频段天线端跳线1234端口接RRU端1357通道接口,天线端跳线5678接RRU端2468通道接口。其中9号口是校准口。

  


2)F频段宏站介绍


F频段宏站又分为F升级站点(双模)和F新建站点(单模)。


①F升级站点

F升级站点是在3G TD-S基站设备上升级而来,也就是说F升级站点不仅包含TD-L(TDD-LTE)设备,还包含TD-S(TD-SCDMA)设备。

F升级站点室内设备:DCDU、主系统模块FSMF、系统拓展模块FBBA、传输模块(FTIF)、TD-S的BBU(BBP530)。室外包括RRU、GPS、天线等。



 

F升级站点设备的电源连线、FTIF连线、BUS线接法同D频段。F升级站点没有时钟盒,因为其与TD-S设备共用时钟信号。


F频段增加了TD-S的BBU BBP30,如下图所示:BBP530上有8个槽位,槽位编号是0到7,其中2、3号槽位插入了UBBP板。

 



每个UBBP上有6个光口,在此为了方便大家理解,我将接口做了编号,每个UBBP板左边的3个接口是与室外的RRU 相连的,右边的三个接口与TD-L 的 BBU的光口相连。


TD-L BBU光口与TD-S BBU光口连接示意图如下图所示, 1、2为1小区,3、4为2小区,5、6为3小区。


2个UBBP板左边的接口与室外RRU相连:1、2光口分别与室外1小区RRU的主、辅光口连接,3、4光口分别与室外2小区RRU的主、辅光口连接,5、6光口分别与室外3小区RRU的主、辅光口连接。

 


F频段天线端跳线1234接RRU端1234通道接口, 天线端跳线5678接RRU端5678通道接口



 

②F新建站点


F新建站即F频段单模基站,只存在LTE一种模式。F频段新建站的基站侧硬件配置需求可以是TD-S BBU(BBP530)和LTE设备组成,也可以是只由LTE设备组成。


●TD-S BBU(BBP530)+LTE设备


具体说一下BBP530+FSMF这种配置的F频段新建站点,这种站点TD-S的主设备BBP530是处于假开状态,是不开通传输的,但是需要做一些链路数据,BBP530只是充当一个转接设备。如下图,TD-S主设备的传输口是没有插传输光纤的,但FSMF可以使用BBP530的时钟同步信号。这种配置的站点只存在于LTE发展前期,目前在这种配置已经慢慢被替代。


●仅由LTE设备组成


F新建站点还可以没有TD-S的设备,仅由LTE设备组成,它的设备与D频段设备相同,如下图所示,F新建站点的光口分配与F升级站点一样,1、2光口与室外1小区RRU主辅光口连接,3、4光口与室外2小区RRU主辅光口连接,5、6光口与室外3小区RRU主辅光口连接。

 


    

F新建站点室外RRU与天线连接方式与F升级站点一样,不再赘述。

3)TDD室分站点


室分站除了使用的小天线、RRU,其他的硬件和宏站基本相同,室分站也需要时钟盒。室分站分为合并小区(多个小区使用一个RRU)和不合并小区(一个小区配一个RRU)。在不合并小区的情况下,小区级联数在1-2时,只需要FSMF,小区级联数为3-4时需要一块FBBA板,小区级联数为5-6时需要两块FBBA板。

  

 

2  FDD站点介绍


1)FDD宏站介绍


FDD室内设备:DCDU、主系统模块FSMF、系统拓展模块FBBA(一块)。室外包括RRU、GPS、天线等。



 

FDD光口分配:当室外有3个RRU时,FSMF上的1、2、3光口分别与室外1、2、3小区的RRU的主光口连接。6号光口当传输光口使用,与传输设备连接,故FDD站点不需要传输模块FTIF。由于室外GPS传输进机房的信号是数字信号,所以FDD设备不需要时钟盒。


室外天线与RRU连接示意图:



 

2)FDD室分站点


FDD室分站点除了使用的小天线、RRU,其他的硬件和宏站也基本相同,根据RRU型号不同,一块FSMF和一块FBBA所带小区数也不同,一般最多能带6个小区,这地方就不做详细介绍了。


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