LTE智能巡檢系統(tǒng)設計要點

1、摘要TD-LTE乍為4G通信系統(tǒng)的主要制式之一，已經被確定為中國下一代無 線通信的主要部署方案，隨著TD-LTEi術的日趨成熟，在中國市場的大規(guī)模 商業(yè)化應用已經指日可待。中國移動在 2011、2012年對TD-LT睹E進行了大 量的投資，在逐步推進的實驗網絡建設當中，基站工程質量的監(jiān)管慢慢被提 到日程上來。隨著2013年中國移動對TD-LTE系統(tǒng)商業(yè)化部署的大面積推廣， 如何提高基站建設的工程質量已經成為日益關注的重點。由于現(xiàn)在的LTE基站部署普遍采用的是BBU+RRH分布式模式，RRH需要部署在天線塔頂?shù)染?離天線較近的地方，這樣的部署并不利于日后的工程檢查和維護，所以提供 一種全新的工程

2、監(jiān)控方案迫在眉睫。本文總結了以往工程建設中的經驗和問題， 并且針對TD-LTES站工程建 設和日常維護遇到的實際問題進行了討論，提出了智能巡檢系統(tǒng)設計方案， 詳細說明了智能巡檢方案的設計原理， 指出新系統(tǒng)對工程建設的重要的參數(shù) 的監(jiān)控方案，對于量化基站工程建設質量提供了重要的參考，同時也說明了 智能系統(tǒng)的可行性和便利性。關鍵詞：TD-LTE工程建設，維護，RRH智能巡檢Page 8 of 16目錄摘要 1目錄 2緒論 31 系統(tǒng)架構設計 4.2 RRH可測試性設計4.2.1 發(fā)射功率測試性設計 5.2.2 VSWR測試性設計 6.2.3 RSS測試性設計7.3 網管后臺系統(tǒng)設計 8.3.1 基

3、站模擬網管 8.3.2 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng) 9.3.3 專家分析系統(tǒng) 1.0.4 系統(tǒng)評價 1.2.結論 1.5.參考文獻 1.6.緒論通信網絡系統(tǒng)的工程建設和后期維護長期以來完全依靠人力進行站點操 作進行，基站的工程建設質量處于不可知，不可衡量和不可預見的“三無” 狀態(tài)，移動公司需要在基站建設結束后派遣施工人員前往現(xiàn)場，在基站附近 采用儀表對基站進行檢測，在檢測過程當中基站需要斷開與現(xiàn)網的業(yè)務，在 測量12小時之后才能重新接入到現(xiàn)網當中。這種傳統(tǒng)的基站工程檢查方 式對人員的要求比較高，效率低下，大量消耗寶貴的儀表資源和人力成本， 并且測試需要斷開現(xiàn)網，業(yè)務損失巨大，這種模式已經被越來越多的客戶所

4、不能接受的。隨著近年來4G無線通信網絡研究的逐步成熟，TD-LTE系統(tǒng)作為中國主 要的 4G 制式及將在國內進行大規(guī)模推廣。 TD-LTE 系統(tǒng)是時分多址系統(tǒng)， 收發(fā)使用的是同一條天饋鏈路，接收通道對于射頻鏈路的故障非常敏感。并 且現(xiàn)有的 TDD RRH 都是八通道產品，普遍采用波束賦形來提高定向發(fā)射增 益，這樣便使得 TD-LTE 的天饋系統(tǒng)相對于 2G， 3G 系統(tǒng)要復雜很多。因此 LTE 天饋系統(tǒng)的正確安裝和測試變得至關重要，任何細微的失誤，都可能導 致工程重大隱患。為了解決上述傳統(tǒng)工程模式中的問題，第四代移動通信制 式 TD-LTE 系統(tǒng)在設計之初就將改進工程建設和提高后期維護質量作為

5、重要 因素進行考慮，在基站的硬件設計，網管系統(tǒng)都進行了測試性設計，實現(xiàn)了 基站系統(tǒng)的自行測試參數(shù)， 自行收集數(shù)據(jù)， 自行分析結果， 整個針對 TD-LTE 基站工程建設和后期維護的系統(tǒng)被統(tǒng)稱為智能巡檢系統(tǒng)。1系統(tǒng)架構設計智能巡檢系統(tǒng)分為RRH可測試性模塊和網管后臺系統(tǒng)，在整個無線網 絡系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖5所示，智能巡檢系統(tǒng)通過 RRH可測試性模塊對重要 的射頻指標進行測試，網管后臺系統(tǒng)通過基站模擬網管與 OMC/SAM的接口 連接到eNodeB,對eNodeB下發(fā)各個參數(shù)項查詢命令，并同時接收 eNodeB 參數(shù)上報結果。然后通過數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行整理，按照時間，站點地 址和數(shù)據(jù)類型存在數(shù)據(jù)

6、庫里面，數(shù)據(jù)的刷新定期執(zhí)行，過期的數(shù)據(jù)會被適時 清空。專家分析系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求從不同維度對設備的參數(shù)數(shù)據(jù)進行 分析，提供基站長期以來的性能變化趨勢，故障預警和根因分析。圖1-智能巡檢系統(tǒng)架構2 RRH可測試性設計在傳統(tǒng)工程檢測模式下，基站檢測主要測量如下幾個指標基站發(fā)射功率天饋駐波比RRH采用可測試性設計，在RRH內部設計測量模塊，對部分重要指標 進行測量，并且在eNodeB軟件控制在空閑時段里自動測試。 測試的重要指 標如下：基站發(fā)射功率天饋系統(tǒng)駐波比（VSWR） 上行接收信號強度（RSSI） 基站網絡延遲。2.1發(fā)射功率測試性設計TD-LTE基站發(fā)射功率控制和 GSM , WCDMA

7、有很大不同，后兩個系統(tǒng) 普遍是RRH采用的是閉環(huán)功率控制，而 TD-LTE系統(tǒng)則是采取開環(huán)功率控 制，如圖2所示，TD-LTE的下行鏈路信號處理過程當中，全部基帶信號都 是在BBU當中處理的，RRH僅僅只是將產生的 OFDM信號映射到指定的 中頻和射頻通道上，對于 BBU設定的符號功率不做任何處理，發(fā)射功率的 變化完全依靠數(shù)字信號的調整和出廠前的校準。在上述的LTE系統(tǒng)設計下，RRH不能控制發(fā)射信號的大小，也不能判斷發(fā)射信號的大小是否合理，在 RRH在現(xiàn)場工作時，射頻通道的增益會隨溫度變化產生較大的變化，因此， RRH的輸出功率也會隨之增大或減小，從而導致小區(qū)覆蓋范圍的波動，對 整個無線網絡性

8、能造成嚴重的影響。盡管在實際應用當中，RRH會通過定期的上下行校準消除發(fā)射功率波動，但是站點開通初期，RRH未接入運行網絡，不能正常工作，所以需要在站點開通就對 RRH輸出功率進行檢測， 傳統(tǒng)的工程開通模式是站點開通人員使用功率計或頻譜儀手動檢測功率，采用智能巡檢系統(tǒng)以后，網管系統(tǒng)便可以利用RRH內部功率檢測電路對RRH 發(fā)射功率進行檢測，在短時間內就可以對大量新建站點進行發(fā)射功率的掃 描。碼字BBU層RRH圖2-TD-LTE下行信號處理流程2.2VSWR測試性設計電壓駐波比（VSWR ）是射頻技術中最常用的參數(shù)，用來衡量部件之間 的匹配是否良好。當RRH天線端口之后連接的天饋出現(xiàn)異常，比如接

9、頭接 觸不良，天線損壞，電纜進水腐蝕都會導致 VSWR升高，從而影響設備的 性能，所以監(jiān)控VSWR對于發(fā)現(xiàn)天饋系統(tǒng)的潛在問題有非常重要的作用。VSWR=（1 +反射系數(shù)模值）/（1-反射系數(shù)模值）目前TD-LTE RRH的系統(tǒng)設計當中，提供正向功率檢測和反向功率檢 測，我們可以利用這兩個參數(shù)計算得到 RRH天饋系統(tǒng)的回波損耗RL,在通 過回波損耗RL和駐波比之間的換算關系可以得到 VSWR的數(shù)值?；夭〒p耗 和駐波比計算關系如下：RL=20*log 10 （VSWR+1）/（VSWR-1）圖3-RRH VSWR檢測電路2.3RSSI測試性設計RSSI 是接收信號強度指示 Received Sig

10、nal Strength Indication 的縮寫，RRH通過這個指標來計算終端到站點的空間距離，并以此判斷無線接口的 鏈接質量。在RSSI的具體實現(xiàn)方法上，RRH是通過計算接收機信道內IQ 信號強度來反推到天線口的接收信號強度，如圖4所示，在上行信號鏈路ADC部分接收信號被解調成IQ信號，IQ信號通過積分平滑后得到信道內的RSSI強度，TD-LTE信號帶寬一般是10MHz和20MHz，所以RRH測量的RSSI的信號強度只能針對一定的信號帶寬進行測量，對于工作頻段較寬的圖4-RRH RSSI檢測電路在傳統(tǒng)的工程開通和維護模式中，上行信號的強度基本無法檢測，當站 點附近出現(xiàn)接收機干擾信號時也

11、無法定位， 只能當出現(xiàn)上行性能下降時才能 通過其他指標間接地推斷出上行信道出現(xiàn)干擾情況。 智能巡檢系統(tǒng)能夠通過 RSSI 直接檢測信道內的信號強度，在站點開通階段和后期維護階段采用 RSSI 掃描，能夠直接得到干擾信號的強度，在上行性能下降之前就可以提 前采取措施降低干擾的影響。3 網管后臺系統(tǒng)設計3.1基站模擬網管 基站模擬網管系統(tǒng)由人機交互界面，測試用例庫，配置組合模塊，消息 解析模塊和基站接口驅動模塊組成。模擬網管系統(tǒng)的收發(fā)消息的流程如圖 5 所示，下發(fā)命令的流程如黑實線所示，模擬網管控制器通過人機交互界面選 折需要執(zhí)行的測試項目，測試項目被分解為可執(zhí)行的最小不重復單元，這個 最小不重復

12、單元就是測試用例，所有的測試用例都放到測試用例庫里面保 存，測試項目經過測試用例庫之后就變成了由測試用例索引組成的說明。變 化后的測試項目通過配置組合模塊將獨立的測試項目進行組合， 設計用例執(zhí) 行步驟和執(zhí)行次數(shù)。 完成組合的測試用例通過消息解析模塊翻譯成基站能夠 識別的消息格式，最后通過基站接口驅動模塊下發(fā)給基站。從基站側接收消息的流程如圖 5 藍色虛線所示，從基站側發(fā)過來的數(shù)據(jù) 首先送到基站接口驅動模塊，數(shù)據(jù)接收成功以后送到消息解析模塊，通過解 析模塊的翻譯后，需要查詢的信息會從整個消息字符串里面提取出來，最后 送到人機交互模塊。圖5-基站模擬網管模塊設計二 «冷 |小.12SL&

13、#39;Lkw 1-!* !»«M| ,rl|i 亠 7m血StR| n HtdI t VMB-rf itwn. - 4 HMULtfdwJPUM*4.11-n HMftjita:T1E"1 *r+twiJ; Tmmhpi馮祈軒 M IKZ蕩» 品盍二DU>27TI-JM«-ISMrl ULLiQSHl-Qil 3-»» 戰(zhàn)朝Mi> 耐DLl.-3LHlZliLja葉的!F【y v-MbnBvi 5u»M Fn«vii a«圖-6智能巡檢系統(tǒng)人機界面3.2數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)包括

14、數(shù)據(jù)整理模塊，數(shù)據(jù)讀寫模塊和數(shù)據(jù)索引模塊。數(shù)據(jù) 寫過程如圖6所示，原始數(shù)據(jù)從消息解析模塊輸出后，進入數(shù)據(jù)整理模塊， 原始數(shù)據(jù)被整理成固定格式的數(shù)據(jù)，并且被添加時間，站點信息，數(shù)據(jù)類型 等信息整理成統(tǒng)一大小的數(shù)據(jù)塊。 數(shù)據(jù)塊通過數(shù)據(jù)讀寫模塊寫入到外部存儲Page 9 of 16介質，在寫數(shù)據(jù)的過程當中，讀寫模塊需要判斷存儲空間是否足夠，哪些數(shù) 據(jù)可以丟棄。數(shù)據(jù)讀過程如圖6所示，數(shù)據(jù)索引模塊接收數(shù)據(jù)的查詢命令，根據(jù)查詢 命令的信息形成數(shù)據(jù)索引，數(shù)據(jù)讀寫模塊根據(jù)數(shù)據(jù)索引在外部存儲介質尋找 對應數(shù)據(jù)塊，最后將數(shù)據(jù)讀入到索引模塊的緩存當中輸出到專家系統(tǒng)當中。圖7-數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)模塊設計3.3專家分析系統(tǒng)專

15、家分析系統(tǒng)由數(shù)據(jù)配置模塊，數(shù)據(jù)判斷模塊和圖形化顯示模塊組成。數(shù)據(jù)查詢結果進入數(shù)據(jù)配置模塊，結合配置需求提取數(shù)據(jù)塊當中的部分參 數(shù)，并且將提取的參數(shù)打包送到數(shù)據(jù)判斷模塊。數(shù)據(jù)判斷模塊根據(jù)設定的告 警門限篩選傳送過來的參數(shù)模塊，對超出門限的參數(shù)進行標記，篩選后的數(shù) 據(jù)將被送到圖形化顯示模塊。圖形化顯示模塊根據(jù)設定的圖樣選擇，將篩選 后的數(shù)據(jù)按照不同的圖樣顯示出來， 圖7和圖8分別顯示曲線和柱狀圖顯示 的結果Page 17 of 16數(shù)據(jù)查詢結果圖8-專家系統(tǒng)模塊設計首次昊成成功率統(tǒng)計分析圖9-曲線圖分析結果集成失敗統(tǒng)計分析圖10-柱狀圖顯示結果4系統(tǒng)應用評價在2013年年初的南京移動實驗局部署中，

16、智能巡檢系統(tǒng)首次被用于實 際的工程建設，對400余個新開站點進行了工程建設質量的監(jiān)控，并且隨后 的3個月當中，按照每個星期自動檢測一次的頻率對重要指標進行了遍歷測 量。實際測試結果達到了系統(tǒng)的設計預期，每個站點的測試時間為10分鐘左右，同時可以進行20個基站的參數(shù)測量，全部 400個基站一次遍歷測量 的時間在200分鐘左右，投入成本僅為原先的1/300,故障檢測準率高達98%。 在后續(xù)的3個月長期監(jiān)控當中，提前預警 23個基站的故障，減少潛在損失 15萬元，智能巡檢系統(tǒng)得到了客戶的高度好評， 完善后將會大面積推廣。同 時，在現(xiàn)網的應用過程中智能巡檢系統(tǒng)也暴露了使用的局限性，局限性主要 有兩點：

17、應用場景受限和測試精度不咼。智能巡檢系統(tǒng)目前一般用于對室外基站系統(tǒng)的檢測，而整個無線網絡部署中另一個重要組成部分-室內覆蓋系統(tǒng)則不能應用智能巡檢系統(tǒng)對天饋 系統(tǒng)進行檢測。室內分布式覆蓋系統(tǒng)（DAS ）是建筑內部從基站到天線終端 覆蓋的天饋系統(tǒng)的總稱，為了避免在建筑內部空間鏈路損耗的下降，它是通 過從基站輸出端口到天線之間許許多多的電纜，分路器，耦合器組成的傳輸 網絡進行無線信號傳輸，這個網絡允許 2.7G以下的無線信號進行傳輸，對 無線信號的類型沒有限制，可以實現(xiàn)單個基站覆蓋多個樓層，房間的需要。 在使用智能巡檢系統(tǒng)對DAS系統(tǒng)監(jiān)控后，我們發(fā)現(xiàn)檢測得到的所有的結果 與實際情況不符，經過分析發(fā)現(xiàn)

18、RRH的輸出經過DAS系統(tǒng)后，DAS系統(tǒng)上 的多個節(jié)點都反饋信號到RRH端口，多個反饋信號出現(xiàn)了疊加，導致了實 際測試結果出現(xiàn)較大的誤差，兩通道 RRH室內分布系統(tǒng)測試如圖11所示， 充分說明了在RRH側得到的結果實際包括了整個 DAS的信道特性。圖11-室內分布系統(tǒng)示意圖智能巡檢系統(tǒng)另一個局限性問題體現(xiàn)在測試精度不足，比較明顯的是VSWR信號的測試主要體現(xiàn)在駐波比指標 VSWR的測試上，RRH的VSWR 測量原理如圖12所示，測量點在功放輸出之后環(huán)形器之前，通過耦合器耦 合正向發(fā)射功率，得到發(fā)射功率的檢測值，發(fā)射功率通過環(huán)形器被導入被功 率檢測器檢測，RRH根據(jù)已知折算關系推算實際的發(fā)射功率

19、和反射功率， 通 過計算發(fā)射功率和反射功率的關系得到駐波比的測試結果。這種測試方式類似于矢量網絡分析儀的測試原理，但是精度要低的多Pi: 1E庇功率公夕Pd：正直弦氾功率Pn反向功率正庇為率是適過正應理今的檢測功率計算獲得的， 反向功率認為和反向檢測功率相同Pi 二 Pd耦合器舲度（30dB）VSWR-（ 17隔）41麗）圖12-VSWR電路詳解造成精度差異的原因在于矢量網絡分析儀的駐波比測試方式和智能巡 檢系統(tǒng)RRH的測量方式有所不同，簡易頻譜儀 SiteMaster的原理框架圖如 圖13所示，它由信號源、幅相接收機和顯示部分等幾部分組成。合成信號 源產生30k6GHz的信號，幅相接收機發(fā)射頻率與合成信號源實現(xiàn)同步掃描； 測試設備的入射信號，反射信號和傳輸信號被 S參數(shù)測試裝置分離。為了得 到被測件入射信號和反射信號的真實值，被測信號的相位信息和幅度信息都 不能丟失。圖13-頻譜儀內部原理傳統(tǒng)工程檢測時大量使用SiteMaster，eNodeB的發(fā)射反射功率測試和簡 易頻譜儀SiteMaster的幅度測試類似，但基站不能實現(xiàn) SiteMaster的相位測 試功能，并且在有些項目上基站不能代替 SiteMaster的功能，比如SiteMaster 可以測量電纜距離而基站完全沒辦法做到，由于存在這些差距，所以看出 eNodeB測試精度遠遠低于SiteMaster,，但從判斷設備是否