第四章 移动通信设备
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第四章 移动通信设备. 先导案例 4.1 基站子系统设备 4.2 天馈线系统 4.3 直放站 4.4 数字蜂窝系统移动台 4.5 移动通信的电源系统. 先导案例. GSM 移动通信系统物理设备连接示意图如 图 4-1 所示。其他系统的物理设备之间的连接可参照有关文献了解各个设备的基本工作原理,对通信设备的安装和维护有重要的意义。. 返回. 4.1 基站子系统设备.

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第四章 移动通信设备

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第四章 移动通信设备

  • 先导案例

  • 4.1 基站子系统设备

  • 4.2 天馈线系统

  • 4.3 直放站

  • 4.4 数字蜂窝系统移动台

  • 4.5 移动通信的电源系统


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先导案例

  • GSM移动通信系统物理设备连接示意图如图4-1所示。其他系统的物理设备之间的连接可参照有关文献了解各个设备的基本工作原理,对通信设备的安装和维护有重要的意义。

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4.1 基站子系统设备

  •   基站子系统负责所有和无线系统相关的功能。基站子系统设备包括基站控制器(BSC)、无线基站(BTS )、天线系统三大部分。基站子系统设备的生产厂家很多,国外有爱立信、摩托罗拉、NEC、西门子;国内有华为、大唐、中兴、广州金鹏等公司。其中爱立信(ERICSSON)公司的GSM系统产品CME20占有的市场份额较大,下面重点介绍爱立信的基站子系统。

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4.1 基站子系统设备

  • 4.1.1基站控制器(BSC)

  •   爱立信公司的基站控制器( BSC)是采用AXE技术来实现(AXE是爱立信交换机的型号)的,由PC M处理电路(ETC)、选组器(GS)、中央处理机(CP)、区域处理机(RP)和码型变换器(TRAU)五个部分组成。左侧为面向MSC的PCM链路A接口,右侧为面向RBS的PC M链路A-BIS接口,一个BSC可以控制256个基站硬件基本框图如图4-2所示。

  •   中央处理机(CP)主要处理集中控制、分析、故障诊断等方面的复杂工作。为了安全起见,采用双备份CP,工作采用并行同步方式。按执行/备用方式运转,即正常工作下,只有一个CP处于执行工作状态(EX) ,控制整个系统;另一个CP处于备用状态(SB/WO) ,一旦执行侧有故障,备用侧马上接替工作。

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4.1 基站子系统设备

  •   区域处理机(RP)主要控制硬件,执行大量简单的日常工作,例如硬件扫描。RP也是双备份,采用负荷分担的工作方式。

  • ETC是PC M处理电路。

  • GS进行时隙交叉连接,起话务集线的作用。

  • TRAU是将PCM链路上的64 kbit/s的传输速率编码为在空中接口使用的1 364 knit/s的速率。

  •   基站控制器(BSC)的软件主要包括无线控制子系统(RCH)、无线操作维护子系统(ROS)、无线传输子系统(RTS)、收发信机管理子系统(TAS)、链路控制子系统(LHS)五个模块。各应用软件的作用如下:

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4.1 基站子系统设备

  •   无线控制子系统(RCS):实现无线网络管理处理与MS的连接;

  •   无线操作维护子系统(ROS ):实现传输网络管理BSC的操作与维护;

  •   无线传输子系统(RTS):实现TRC控制;

  •   收发信机管理子系统(TAS):实现RBS管理;

  •   链路控制子系统(LHS):实现传输网络管理。

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4.1 基站子系统设备

  • 4.1.2无线基站(RBS)

  •   爱立信的基站收发信机主要有第一代基站产品RBS200和目前广泛使用的第二代基站产品RBS2101、RBS2102, RBS2202, RBS2301/2302等型号。前三种用于室外,而后两种用于室内,它们都支持(GSM900和DCS1800两种规范产品外形示意图如图4-3所示。

  • 1. RB52202的工作原理

  • RB 52202主要由基站控制单元(DXU)、无线收发信机(TRU)、合成和分配单元(DXU)、电源控制单元(EQU)、电源转换单元(PCU)五个硬件模块组成,模块之间利用总线进行内部通信其原理组成方框图如图4-4所示。

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4.1 基站子系统设备

  • (1)基站控制单元(DXU)。

  • DXU是RBS2202的中央控制单元,它相当于计算机的CPU,装载着基站的数据。它负责对基站设备的管理和维护,同时提供传输、OMT和外部告警的接口功能。主要由脉码调制(PC M)单元、中央处理器单元(CPU)、中央定时单元(CTU)、高级数据链路处理单元(HDLG)四个功能模块组成。原理组成方框图如图4-5所示。

  • CPU的功能:

  •   ①负责基站的内部资源管理,当通过OMT将IDB数据写入到DXU中后,IDB数据就存贮到了CPU, CPU根据IDB的内容,对硬件进行识别和登记,并将本基站硬件的信息如序列号、硬件版本号等内容存储到其存储器中,CF功能存于CPU之中。

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4.1 基站子系统设备

  •   ②负责对TRU, ECU的软件装载和存储,如图4-6所示。其过程如下:

  • ·当基站新开通或软件升级时,BSC通过Abis接口向DXU中CPU下载整个基站的应用软件和操作软件,下载后软件存储于CPU中FLASH存储器中。

  • .DXU中CPU通过LOCAL BUS向TRU , ECU下载它们各自的应用和操作软件,下载后软件存储于各自的FLASH存储器中。

  • ·当基站运行时,DXU , ECU , TRU中软件自动从其FLASH中载入到快速DRAM中运行,自此基站软件装载完毕,基站进入正常运行状态。

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4.1 基站子系统设备

  •   ③提供与OMT的接口功能。通过OMT接口,本地维护终端可方便的连接至基站。

  •   ④操作与维护功能。CPU实现DXU内部的软件执行,负责整个基站的运行工作,当基站的软件或硬件出现故障时,CPU将通过其内部的维护软件进行修复,以保证设备的稳定进行。

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  •   ⑤基站内部和外部告警的管理。CPU通过其软件的故障诊断功能,可实现对内部和外部告警的收集,并通过Abis接口将基站上所产生的告警发送到BSC,同时通过DXU的告警指示灯,可视化的将基站告警表现出来,提高了故障的发现率。

  •   ⑥ LAPD信令信息的提取。通过LAPD信令的提取,可分离出CF , TRXC信令,实现BSC对基站的控制和呼叫相关信令的传送。

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4.1 基站子系统设备

  • PCM的功能:

  •   ①提供与BSC传输的A-BIS接口,传输速率为2/1.5 Mbit/s。

  •   ②抽取Abis接口的时隙信息通过LOCAL BUS总线将其送至各个TRU单元,以保证呼叫接续的稳定性。

  •   ③通过IS的功能,将本基站不使用的时隙发送至另外的基站,提高了传输的利用效率。

  • CTU功能是:为TRU单元提供稳定的参考信号,它可以与PCM同步,也可以与一个特殊参考信号源同步,如:GPS接收机(GLOBAL POSITIONING SYSTEM)。

  • HDLG处理器功能:读出控制信息并分配至DXU , TRU等单元。

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  • (2)无线收发信机(TRU)

  •   无线收发信机(TRU)是基站上的信号处理单元,它实现对信号的发射和接收,同时进行信号的处理,如编码、交织和加密等功能。它由信号处理功能块(TRUD)、信号发射发信功能块(RTX)、信号接收功能块(RRX)三部分组成,原理组成框图如图4-7所示。

  •   信号处理功能块(TRUD)可看作是TRU的控制器,它经由本地总线、CDU总线、定时总线和X与其他的RBS单元相连接。TRUD执行例如信道编码、插入、加密、突发脉冲串格式和均衡等上行和下行链路的数字信令的处理。

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4.1 基站子系统设备

  •  信号发射功能块(RTX)主要完成对信号的调制、放大和发射等功能。在此功能块中,TRU通过CDU上提供的发射功率和反射功率采样信号进行驻波比的计算,当驻波比超限时,其告警信号通过LOCAL BUS传送至DXU , DXU通过Abis接口传送至BSC,从而完成告警的远端监控功能。

  •   信号接收功能块(RRX)主要完成信号的接收和解调等功能。TRU中接收功能块具有分集接收功能,在GSM系统中提供了两种分集接收方式:空间分集和极化分集。空间分集主要是通过空间位置不同的两组天线接收信号,经过接收通路分别送到TRU的RxA和RxB接口。为达到较好的接收效果,常要求两组天线之间空间间隔为4-6米。

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  •   极化分集主要是通过同一副天线内不同排列方式的两个天线阵列接收信号。空间分集要求天线之间保持一定的空间间隔,对天线安装环境要求较高,否则接收效果较差。空间分集天线其不同极化方向的阵列已安装在天线内部,天线之间的空间间隔要求不高,安装方便。

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  • (3)合成和分配单元(CDU)。

  • CDU主要是用于完成信号的合成与分配功能,信号合成指将不同TRU的发射信号合成到一起,通过一根馈线发射出去。信号分配指将不同接收信号分别送至各个TRU,实现分集接收。根据基站容量的大小和覆盖范围的不同,分为以下几类CDU;

  • CDU_A:提供低容量配置,大范围覆盖方式。

  • CDU_C和CDU_ C +:提供中等容量配置,小范围覆盖方式

  • CDU_D:提供大容量配置,小范围覆盖方式。

  • CDU内部的功能结构大致可通过图4-8说明:

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4.1 基站子系统设备

  • A图表现的是CDU的信号合成功能,来自两个TRU的信号通过CDU上TX接口送到一个合路器( Comhiner)进行合成,由两路信号变成为一路信号,再经过发射带通滤波器(TXBP)滤波后通过馈线发送至天线进行发射。

  • B图表现的是CDU的信号分配功能,来自天线的接收信号经过一个CDU内部的接收带通滤波器(RXBP)滤波后,通过接收分配放大器(RXDA)放大.再由CDU接收接口发送到TRU进行处理。

  • C图表现的是CDU内部的实际构造情况,此时已将信号的合成与分配功能通过双工器( Duplexer)结合到了一起。

  •   ①CDU_ A。 GSM900系统所采用的CDU_ A其内部包括一个双工器,通过双工器将发射信号和接收信号合成到了同一天线之中如图4-9所示。

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4.1 基站子系统设备

  •   在CDU_ A中,信号的发射路径描述如下:从TRU发射的信号通过TX1, TX2接口进入CDU-->CDU内部的两个TXBPO , TXBPl滤波器分别对从两个TRU来的发射信号滤波,滤除其带外噪声信号、滤波后信号通过双工器DUPLO , DUPLl和测量藕合单元MCUO , MCU1发送至天线。

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4.1 基站子系统设备

  •   在CDU_ A中,信号的接收路径描述如下:从天线接收的信号通过MCUO , MCU1和DUPLO , DUPL1进入CDU、接收信号进入接收带通滤波器RXBPO , RXBPl滤除带外信号及噪声、滤波后信号进入接收分配放大器RXDA, RXD进行分配,此时由一路接受信号变成两路接收信号,即RxAl、RxA2和RxBl、RxB2。

  •   从图中可看出,当CDU_ A连接两个TRU时,其需要两根馈线完成信号的发射和接收功能,这主要是由于其采用了双工器的缘故。双工器的作用在于将每个通路的发射信号和接收信号藕合到一起,从而节约了天线。

  •   在CDU_ A内部有一单元MCU,其功能是提取发射信号Pfwd l、Pfwd2和反射信号Prefl、Pref2,提取的信号通过背部连线送至每个TRU用于驻波比的计算。

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4.1 基站子系统设备

  •   ② CDU_C。 CDU_C和CDU_A比较而言,CDU_ C在发射通路上增加了一个合路器,在接收通路上增加了一个四通路和两通路分配器。如图4-10所示。

  • CDU_ C的信号发射路径描述如下:从TRU发射的信号通过TXl, TX2接口进入CDU。CDU内部的合路器对从两个TRU来的发射信号进行合成,将其转变成为一路信号、合成后信号通过双工器DUPL和测量藕合单元MCU发送至天线。

  • CDU_ C的信号接收路径描述如下:从天线接收的信号通过MCU和DUPL进入CDU接收信号进入接收带通滤波器RXBP滤除带外信号及噪声、滤波后信号进入接收分配放大器RXDA进行分配,与CDU_ A区别的是,CDU_ C内部的接收信号只有四路是本CDU单元直接从天线接收,即Rxoutl~Rxout4,其余两路信号RxoutS , Rxout6是通过HLin接口从其他CDU处的HLout处引入。

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4.1 基站子系统设备

  •   ③CDU_C +。 CDU_C+是CDU_C的改良型,其功能与结构无太大变化。不同之处在于CDU_ C在GSM900和GSM1800/GSM1900不能通用,而CDU_ C+支持GSM900/GSM1800/GSM1900。如图4-11所示。

  •   在CDU_ C和CDU_ C+中,当CDU之间通过HLout和Hlin相连时,要求在每个CDU的HLout或Hlin接口上加一个3 Db衰耗器,因通过RXDA后信号被平均分配给4通路和2通路分配器,若无3 Db衰耗器则Rxoutl和Rxout2信号强度将比其余4路信号大一倍,导致双边信号不平衡。

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4.1 基站子系统设备

  • ④CDU-D。 CDU-D是目前支持最大站型配置的CDU,其分为三个硬件单元:合路器单元CU,完成信号的合成功能。分配单元DU完成接收信号的分配功能。滤波器单元FUd,完成信号的滤波功能如图4-12所示。

  •   综上所述,四种CDU内部结构比较如表4-1。

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  • (4)电源控制单元(ECU)。

  • ECU在整个RBS2202基站中负责对电源和环境设备的控制与监测,它负责基站电源和环境告警的收集,并通过内部控制功能调整内部相关电源和环境设备的运行状况,保证整个基站的正常运行。其内部结构主要由中央处理器单元(CPU) ,输入输出接口单元(I/0) ,光接口单元(OPTO ) , LOCAL BUS接口单元、电源与运行控制单元(PC)组成,如图4-13所示。

  •   中央处理器单元(CPU):主要用于ECU内部软件的存储和执行,同时监控系统电压与机柜内温度状态,控制机柜内风扇的转速以保持正常工作环境,通过光接口单元可实现对PSU的控制。

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4.1 基站子系统设备

  •   输入输出接口单元(I/0)输入输出接口单元的功能主要是提供CPU和温度传感器、风扇的接口功能,通过温度传感器和风扇的运行信息被传送到CPU, CPU的控制信息通过接口单元被送到各个风扇,实现了风扇的控制。

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4.1 基站子系统设备

  •   光接口单元(OPTO):光接口单元主要是提供ECU和PS U之间的光通信接口。

  • LOCAL BUS接口单元:该单元主要是提供ECU和DXU之间的通信接口。

  •   电源与运行控制单元:该单元电源部分的功能主要是将24 V电压进行转换,以产生适合ECU内部使用的各种电压。该单元运行控制部分的功能主要是保证基站的工作温度不低于5℃。当ECU检测到机柜内部温度低于5℃时,因RBS2202无加热器,此时基站进入休眠状态不具备提供服务能力,当温度高于5℃时基站重新进入正常工作状态。当机柜内部温度低于-10℃时,基站将进入断电状态。

  • (5)电源转换单元(PCU)。

  • PS U主要功能是把230VAC变换为+24VDC。

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  • (6)总线

  • RB 52202基站内部具有四种形式的总线,即Local Bus , Timing Bus , X Bus和CDU Bus。通过四种总线结构将各个独立的基站模块有机组合起来,从而实现了基站设备的各种功能。

  • Local Bus即本地总线,主要是将DXU与ECU , TRU连接起来,实现DXU和ECU,TRU之间的通信连接。通过Local Bus DXU搜集从ECU , TRU来的各种告警信息及控制其运行状态,并实现BSC和TRU之间话务和信令信息的交换。

  • Timing Bus即定时总线,主要是将DXU所产生的同步信息传送到各个TRU单元,TRU从而根据此基准频率信号进行信号的调制和解调,保持全网空中信号的协调一致。

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4.1 基站子系统设备

  • X Bus即跳频总线,当基站上各个TRU的工作频率保持不变时,对于同一个话务接续连接,通过X Bus按照一定规律将其下一个发射信号传送到其他的TRU上进行发射,实现了基带跳频功能。

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4.1 基站子系统设备

  • CDU Bus即CDU总线,由于CDU主要是对TRU的发射和接收信号进行处理,DXU不对CDU直接进行管理,故通过CDU总线实现TRU对CDU告警信息的处理和运行状态管理。DXU对CDU的管理是通过TRU进行。

  • 2.机柜各单元之间的连接

  • (1) IDM的电缆连接

  •   在IDM的后方位置安装有两块风扇控制板,其作用在于机柜内温度情况控制风扇的转速,调节机柜内部温度,保持设备运行可靠机柜上方IDM位置如图4-14所示IDM的电缆连接如表4-2。

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  • (2)TRU背板的电缆连接

  • TDM下方为TRU背板,S1为拨动开关,用于区分主机柜和扩展机柜TRU背板分布图如图4-15所示。TRU背板的电缆连接如表4-3。

  • (3) DXU/ECU的电缆连接

  • DXU/ECU的背板分布图如图4-16所示。DXU/ECU背板的电缆连接如表4-4。

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4.1 基站子系统设备

  • 图4-16中,上部分P22为外部告警接口,P9 , P10为Local Bus接口。P9和P10接口中有一个接口是通过匹配器匹配的。下部分为机柜顶部电缆及射频线接口,其中A, D, H,J区域用于射频连接,B区域用于PSU部分连接,C区域用于扩展总线和传输、告警连接。

  • 3. RBS2202基站常见故障分析及处理

  •   基站发生故障对整个移动网的影响是很大的,引起基站故障的原因很多,但大多可归为以下4类:

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4.1 基站子系统设备

  • (1)因传输问题引起的故障

  •   移动通信虽属于无线通信,但实际上为无线与有线的结合体。移动业务交换中心(MSC)与基站控制器( BSC)之间的A接口以及基站控制器(BSC)与基站收发信台(BTS)之间的ABIS接口,其物理连接均采用标准的2. 048 Mbit/s的PC M数字传输来实现.另外基站各部件的稳定工作离不开稳定的时钟信号,而基站的时钟信号是从PCM中提取的,爱立信的基站不提供外部时钟输入的端口,这些基站设备是基于采用传统的PDH组网方式而设计的。

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  •   目前传输设备正从PDH向SDH逐步过渡,而按照SDH的传输体制,由于指针调整的原因,其传送时钟是通过线路数码传输,由分插复用器(ADM)专门的时钟端口输出。如果采用从SDH的随路码流中提取时钟的方法,将会带来诸如失步、滑码、死站的问题。如某站原采用爱立信RBS200设备,传输采用SDH系统,此站自开通以来一直不稳定,后经爱立信工程师到现场检查发现基站同步不好,建议采用PDH传输系统,或基站采用RBS2000设备(RB 52000对同步要求较RBS200低),后用RBS2000设备替换原RBS200设备,基站工作正常至今。

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  •   日常维护中经常有基站所有或部分载频不稳定,时而退服时而工作的现象,BSC侧对CF测试结果为BTSCOMMUNICATIONNOTPOSSIBLE或CFLOADFAILED。此类故大都为传输不稳定有误码、滑码而引起的。当传输误码积累到一定时,BSC无法对基站进行控制和数据装载,此时可在本地模式下通过OMT对IDB数据重新装载,复位后可恢复正常。

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  • (2)因基站软件问题引起的故障

  •   基站系统中的软件指挥和管理基站各部件有序、正常工作。若基站IDB数据与基站情况不匹配,则基站一定无法正常工作。如在对某基站进行传输压缩(两条压缩为一条)后发现A, B小区工作正常而C小区工作不正常,说明BSC无法与C小区进行通信,于是怀疑与之相邻的B小区的软件设置有误,经查看发现B小区的传输方式被误设为STANDALONE(单独方式),一条传输时ABC各扇区的传输方式应分别设为CASCADE,CASCADE , STANDALONE,将B的传输方式改为CASCADE后基站恢复正常。

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  • (3)因基站硬件引起的故障

  •   此类故障较常见,现象也较明显,一般有故障的硬件其红色FAULT灯会点亮,但有时不能被表面假象所迷惑。例如,某基站B扇区一载频(TRU)退服,到站后发现此载频的红色FAULT灯和TXNOTENABLE灯都亮,于是判断为TRU硬件损坏,更换后故障现象依旧,此时更换TRU就犯了“头痛医头,脚痛医脚”的错误,TRU退服可能为其本身的硬件故障,也可能为与之相连的其他硬件或连线的故障。用OMT软件诊断后提示为CU到TRU间的连线故障,检查发现连线松动,重新连接后故障消失。对此类故障建议先用OMT软件进行故障定位,根据OMT的建议替换单元进行操作,而不能只看表面。

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  • (4)因各种干扰引起的故障

  •   移动通信系统中的干扰有同频干扰、邻频干扰、互调干扰等,这些干扰会影响基站的正常工作。现在陆地蜂窝移动通信系统采用同频复用技术来提高频率利用率,增加系统容量,但同时也引入了各种干扰。目常维护中如新建站以及扩容站新加载频的频点选取不合理,基站将无法正常工作,对此类故障应与网络优化配合,综合考虑各种因素,选合理频点,消除以上干扰。对移动通信系统中基站的各类故障应认真分析,找到其真正原因才能以最快的速度排除故障,提高网络质量。

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4.1 基站子系统设备

  • 4.移动通信基站的防雷

  •   防雷是一项综合工程,它包括防直击雷、防感应雷以及接地系统的设计。根据信息产业部批准的中国通信行业标准《移动通信基站防雷与接地设计规范》以及产品的特点和工程设计的经验,提出以下解决方案。

  •   防雷工程设计中无论是防直击雷还是感应雷,接地系统是最重要的部分,对接地电阻的要求是:从理论上讲接地电阻愈小愈好。据我们的经验,地阻决不能大于5Ω,应力争小于1Ω。

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  •   应采用联合接地,接地的“流派”很多,近年来联合接地的观点占了上风。因为,现代化的城市不可能以足够的距离做几个地网来满足使用要求。采用联合接地时只要保证各种接地做到共地网而不共线的原则,机房设备做到用汇流排或均压环实现设备的等电位连接即可。

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  •   直击雷的防护是:移动通信基站天线通常放在铁塔上,防直击雷避雷针应架设在铁塔顶部,其高度按滚球法计算,以保护天线和机房顶部不受直击雷击,避雷针应设有专门的引下线直接接入地网(引下线用40 mm/4 mm的镀锌扁钢)。铁塔接地分两种情况:若铁塔在楼顶上,则铁塔地应接入楼顶的钢筋网或用三根以上的镀锌扁钢焊接在避雷带上;若铁塔在机房侧面,则建议单独做铁塔地网,地网距机房地网应大于10 m,否则两地网间应加隔离避雷带。

  •   感应雷的防护是:感应雷是指由于闪电过程中产生的电磁场与各种电子设备的信号线、电源线以及大馈线之间的藕合而产生的脉冲电流;也指带电雷云对地面物体产生的静电感应电流。若能将电子设备上的电源线、信号线或大馈线上感应的雷电流通过相应的防感应雷避雷器引导入地,则达到了防感应雷的目的。

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  •   大馈线系统的防雷与接地是:基站至天线的同轴电缆不采用金属外护层上、中、下部接在铁塔上的方案。建议天线同轴电缆从铁塔中心引下,这样可以减少由于避雷针接闪后的雷电流沿铁泄放时对同轴电缆的感应电流。因为铁塔四支柱同时泄放雷电流入地时铁塔中心的感应场最弱,若天线塔高度超过30 m,大馈线电缆在塔的下部电缆外护层可接地一次(可直接接塔或直接接地皆可)。

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  •   电缆进入机房走线架接在六个大馈避雷器(组件)上,型号为CT1000H-DIN和CT2100 H-DIN,前者工作频率范围为850-960 MHz;后者为1 700-1 900 MHz。大馈避雷器组件由紫铜构成,紫铜构件的接地应采用截面积大于25 mm2的多股铜线接在机房内的汇流排上。本防雷设计用的大馈避雷器采用11型网络高通滤波器方案,它不同于国内外惯用的气体放电管方案。这种避雷器插入损耗低(小于0. 2 dB),驻波小(小于1. 15,雷电通流量大(最大可做到50 kA/在8/20s下),残压低(小于18 V)。

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4.1 基站子系统设备

  •   对室外基站,大馈避雷器和机柜接地都应分别接入接地

  •   供电系统的防雷与接地是:移动通信基站外供电源可能是架空线进入,也可能是穿金属管埋地进入基站。无论是什么情况,都应在出入基站的电源线出口处加装大通流量的电源避雷器,因为电源线架线长,走线也较复杂,易感应较强的雷电流设计了C Y380-100 GJ(10/350 μs)电源避雷器,雷电通流量在10/35 μs波型下大于50 kA,后面应再配置两级并联型避雷器,三级防雷器之间的距离应在10 m以上。若基站较小,三级防雷不能保证上述距离,则应当设计为串联型电源避雷器。它是由二级或三级并联式避雷器加隔离电感后的组合。

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4.1 基站子系统设备

  •   雷电通流量仍为在10/350 μs波型下大于50 kA,工作电流可达60 A。若基站用电超过60 A,则只能作并联方案。对室外基站,由于供电线路很长,应设计具有三级防雷功能的大雷电通流量的串联型电源避雷器,雷电通流量为60 kA,工作电流为35 A,电源避雷器接地线也接在机柜接地排上。基站三相电源供电应采用三相五线制,外线进入基站的第一级电源避雷器接地线可以就近接电源保护地(PE),第二级电源避雷器接地可接供电设备的保护地,第三级电源避雷器接机房汇流排。

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4.1 基站子系统设备

  •   信号线路的防雷与接地是:由基站外进出的信号线都应穿金属管埋地,避免感应过大的雷电流。信号线的进站处都应加相应接口和相应信号电平的信号避雷器。信号线超过5 m长度的,在其线两端设备的端口,加装相应的信号避雷器。

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4.2 天馈线系统

  •   在无线通信系统中,空间无线电波的发射和接收都是依靠移动天线来实现的:发射时,把高频电流转换为电磁波,接收时把电磁波转换为高频电流。因此,天线对于移动通信网络来说,起着举足轻重的作用,如果天线的选择不好,或者天线的参数设置不当,都会直接影响到整个移动通信网络的运行质量。

  • 4. 2. 1天线辐射电磁波的基本原理

  •   导线上有交变电流流动时,就可以发生电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图4-17 (a)所示,若两导线的距离很近,电场被束缚在两导线之间,因而辐射很微弱;将两导线张开,如图4-17 (b) ,图4-17 (c)所示,电场就散播在周围空间,因而辐射增强。

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4.2 天馈线系统

  •   必须指出,当导线的长度L远小于波长λ时,辐射很微弱;导线的长度L增大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子.称半波对称振子,如图4-18 (a)。全长与波长相等的振子,称为全波对称振子。将振子折合起来的,称为折合振子。实际天线是由振子叠放组成的,如图4-18 (b)所示。

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4.2 天馈线系统

  • 4. 2. 2天线的主要性能参数

  • 1.天线的方向性

  •   天线的方向性是指天线向一定方向辐射或接收电磁波的能力。各种通信设备对天线方向性的要求是不同的,例如,精密测量雷达要求天线辐射的电磁波集中在极小的空间立体角内;而无线广播则要求在水平面内向所有方向均S)辐射。天线方向性的获得是通过天线内部加反射板或振子叠放而实现的。天线的方向性通常用方向图来表示。方向图是以天线为中心,某一距离为半径作球面(或圆周),按照球面上各点电场强度与该点所在的方向角而绘出的对应图形。一般的,用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图,立体方向图分为水平方向图和垂直方向图。在移动通信中,常用的对称振子叠放天线方向图(如图4-19所示)是垂直方向图。

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4.2 天馈线系统

  • 2.天线的增益

  •   天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一。增益的单位用dBi或dBd表示。dBi是相对于全向辐射的参考值,在各方向的辐射是均S)的;dBd相对于半波振子天线的参考值,两者之间的关系是:dBi = dBd + 2.15。

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4.2 天馈线系统

  • 3.天线的极化

  •   所谓天线的极化,就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时,此电波就称为垂直极化波;当电场强度方向平行于地面时,此电波就称为水平极化波。由于电波的特性,决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流,极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减,而垂直极化方式则不易产生极化电流,从而避免了能量的大幅衰减,保证了信号的有效传播。

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4.2 天馈线系统

  • 4.天线的输入阻抗

  •   天线的输入阻抗是指天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端没有功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用哪一个仅仅出于习惯。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。

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4.2 天馈线系统

  •   在移动通信系统中,一般均采用垂直极化的传播方式。另外,随着新技术的发展,最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言,一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式,性能上一般后者优于前者,因此目前大部分采用的是± 45°极化方式。双极化天线组合了+ 45°和-45°两副极化方向相互正交的天线,并同时工作在收发双工模式下,大大节省了每个小区的天线数量;同时由于± 45°为正交极化,有效保证了分集接收的良好效果(其极化分集增益约为5 dB,比单极化天线提高约2 dB )。

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4.2 天馈线系统

  • 4.天线的输入阻抗

  •   天线的输入阻抗是指天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端没有功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用哪一个仅仅出于习惯。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。

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4.2 天馈线系统

  • 5.天线倾角

  •   当天线垂直安装时,天线辐射方向图的主波瓣将从天线中心开始沿水平线向前。为了控制干扰,增强覆盖范围内的信号强度,及减少零凹陷点的范围,一般要求天线主波束有一个下倾角度。天线倾角定义了天线倾角的范围,在此范围内,天线波束发生的畸变较小。天线倾角变化对覆盖小区形状的变化影响如图4-20所示。由图4-20可见,机械下倾角度过大,会造成波束的畸变。天线下倾有两种方式:机械的方式和电调方式。

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4.2 天馈线系统

  • 4. 2. 3天线的分类与选择

  •   移动通信天线的技术发展很快,最初我国主要使用普通的定向和全向型移动天线,后来普遍使用机械天线,现在一些省市的移动网已经开始使用电调天线和双极化移动天线。由于目前移动通信系统中使用的各种天线的使用频率、增益等指标差别不大,都符合网络指标要求,我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面,对几种常用天线进行分析比较。

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4.2 天馈线系统

  • 1.机械天线

  •   所谓机械天线,即指使用机械调整下倾角度的移动天线。机械天线安装好后,因网络优化的要求,需要调整天线背面支架的位置来改变天线的倾角。在调整过程中,虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化,但天线垂直分量和水平分量的幅值不变,所以天线方向图容易变形。实践证明:机械天线的最佳下倾角度为1°~5°当下倾角度在5°~10°之内变化时,其天线方向图稍有变化但变化不大;当下倾角度在10°~15°之间变化时,其天线方向图变化较大;当机械天线下倾角度超过15°以后,天线方向图形状改变很大。机械天线下倾角调整非常麻烦,一般需要维护入员爬到天线安装处进行调整。

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4.2 天馈线系统

  • 2.电调天线

  •   所谓电调天线,即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变天线阵天线振子的相位、垂直分量和水平分量的幅值大小、合成分量场强强度,从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小,所以保证在改变倾角后天线方向图变化不大,使主瓣方向覆盖距离缩短,同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减少覆盖面积但又不产生干扰。电调天线下倾原理如图4-21所示。

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4.2 天馈线系统

  • 3.全向天线

  •   全向天线,即在水平方向图上表现为360°都均S)辐射,也就是平常所说的无方向性,在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束,一般情况下波瓣宽度越小,增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型,覆盖范围大。如图4-22所示。

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4.2 天馈线系统

  • 4.定向天线

  •   定向天线,在水平方向图上表现为一定角度范围辐射,也就是平常所说的有方向性,在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束,同全向天线一样,波瓣宽度越小,增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型,覆盖范围小,用户密度大,频率利用率高。如图4-23所示。

  •   根据组网的要求建立不同类型的基站,而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线。选择的依据就是上述技术参数。比如,全向站采用了各个水平方向增益基本相同的全向型天线,而定向站采用了水平方向增益有明显变化的定向型天线。一般在市区选择水平波束宽度B为65°的天线,在郊区可选择水平波束宽度B为65°, 90°或120°的天线(按照站型配置和当地地理环境而定),而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线则是最为经济的。

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4.2 天馈线系统

  • 5.双极化天线

  •   双极化天线是一种新型天线技术,组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下,因此,其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量;一般GSM数字移动通信网的定向基站(三扇区)要使用9根天线,每个扇形使用3根天线(空间分集,一发两收),如果使用双极化天线,每个扇形只需要1根天线;同时由于在双极化天线中,±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求(≥30 dB ),因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30 cm;另外,双极化天线具有电调天线的优点,在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样,可以降低呼损,减小干扰,提高全网的服务质量。

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4.2 天馈线系统

  •   如果使用双极化天线,由于双极化天线对架设安装要求不高,不需要征地建塔,只需要架一根直径20 cm的铁柱,将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可,从而节省基建投资,同时使基站布局更加合理,基站站址的选定更加容易。

  •   对于天线的选择,我们应根据自己移动网的覆盖,话务量,干扰和网络服务质量等实际情况,选择适合本地区移动网络需要的移动天线:①在基站密集的高话务地区,应该尽量采用双极化天线和电调天线;②在边、郊等话务量不高,基站不密集地区和只要求覆盖的地区,可以使用传统的机械天线

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4.2 天馈线系统

  •   我国目前的移动通信网在高话务密度区的呼损较高,干扰较大,其中一个重要原因是机械天线下倾角度过大,天线下倾角度过大,天线方向图严重变形。要解决高话务区的容量不足,必须缩短站距,加大天线下倾角度,但是使用机械天线,下倾角度大于5°时,天线方向图就开始变形,超过10°时,天线方向图严重变形,因此采用机械天线,很难解决用户高密度区呼损高、干扰大的问题。因此,建议在高话务密度区采用电调天线或双极化天线替换机械天线,替换下来的机械天线可以安装在农村,郊区等话务密度低的地区。

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4.2 天馈线系统

  • 4. 2. 4天线的安装规范

  •   由于移动通信的迅猛发展,目前全国许多地区存在多网并存的局面,即A, B, G三网并存,其中有些地区的G网还包括GSM9000和GSM1800。为充分利用资源,实现资源共享,我们一般采用天线共塔的形式。这就涉及天线的正确安装问题,即如何安装才能尽可能地减少天线之间的相互影响。在工程中我们一般用隔离度指标来衡量,通常要求隔离度应至少大于30 dB,为满足该要求,常采用使天线在垂直方向隔开或在水平方向隔开的方法,实践证明,在天线间距相同时,垂直安装比水平安装能获得更大的隔离度。

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4.2 天馈线系统

  • 4. 2. 4天线的安装规范

  •   总的来说,天线的安装应注意以下几个问题:

  • ·定向天线的塔侧安装:为减少天线铁塔对天线方向性图的影响,在安装时应注意:定向天线的中心至铁塔的距离为λ/4或3λ/4时,可获得塔外的最大方向性。

  • ·全向天线的塔侧安装:为减少天线铁塔对天线方向性图的影响,原则上天线铁塔不能成为天线的反射器。因此在安装中,天线总应安装于棱角上,且使天线与铁塔任一部位的最近距离大于λ。

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4.2 天馈线系统

  • ·多天线共塔:要尽量减少不同网收发信天线之间的藕合作用和相互影响,设法增大天线相互之间的隔离度,最好的办法是增大相互之间的距离。天线共塔时,应优先采用垂直安装

  • ·对于传统的单极化天线(垂直极化),由于天线之间(RX-TX , TX-TX)的隔离度(≥30 dB)和空间分集技术的要求,要求天线之间有一定的水平和垂直间隔距离,一般垂直距离约为50 cm,水平距离约为4. 5 m,这时必须增加基建投资,以扩大安装天线的平台,而对于双极化天线(±45°极化),由于±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求(≥ 30 dB ),因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30 cm,移动基站可以不必兴建铁塔,只需要架一根直径20 cm的铁柱,将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。

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4.3 直放站

  • 4. 3. 1直放站概述

  • 1.直放站的基本工作原理

  •   直放站主要用于基站信号过弱的地区,作中继站用,通过直放站放大基站信号,再传向更远更广的地区,尤其解决边远地区、公路以及室内覆盖盲区,从而使得网络覆盖范围扩大。直放站是一个双向传输的双工放大器,一路是接收基站信号经放大后发射传向移动台,一路是接收移动台信号经放大后发射传向基地台。无论是GSM直放站、CDMA直放站还是WCDMA直放站,其原理是基本相同的,既可以安装在室外也可安装在室内,都由接收机、发射机、大馈线系统、电源等构成,如图4-24所示。朝向基站的天线称为施主天线,用于基站和直放站之间的链路,一般采用方向性很强的定向天线。朝向用户的天线称为覆盖天线,用于直放站和移动用户之间,应有一定的覆盖面。

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4.3 直放站

  •   功放是直放站的核心部件,目前常采用固态线性功放模块,其饱和功率输出一般在+ 43~+47 dBm之间。

  • 2.直放站的分类

  •   根据传输方式的不同,直放站可分为同频、移频及光纤三种,三种直放站在传输方式上的区别如图4-25所示。

  •   同频直放站主要由放大器和滤波器组成,无需传输电路,应用灵活、实施简便主要特点是将收到的信号放大后重新发送出去,施主天线接收到的信号与覆盖天线再发射的信号在频率上是一致的,设备结构简单。缺点是容易引起反向干扰、噪声增大。施主天线与覆盖天线之间需要的较大空间隔离度很难实现,同时施主天线接收到的信号比较杂。因此,大多应用在偏远地区或室内小范围区域的覆盖补充。

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4.3 直放站

  •   移频直放站由一个近端机和多个远端机组成,其一点对多点覆盖应用方式适合于某些特殊地区或环境(如市内住宅小区)。由于收发天线之间采用不同的频率,因而对空间隔离度要求不高,同时可以很快解决覆盖问题。但其造价偏高,故在实际应用中还不多。

  •   光纤直放站是将基站的藕合信号通过光纤传送到远端,经光电转换后再放大发射。由于同一光纤中传输的光信号波长相互独立,因而可以利用波分复用器实现上下行信号共同传输,不需要另外铺设光缆。光纤直放站的最大优点是避免了射频直放站可能引起的无线干扰,可以实现全向覆盖,不存在施主天线与覆盖天线之间隔离度的问题,不用考虑施主天线所取信号的纯净性;缺点是要考虑时延问题,设备价格较高。

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4.3 直放站

  • 4. 3. 2直放站的主要性能指标

  •   直放站加入移动网要达到的基本要求是:不对基站系统产生干扰,满足覆盖要求,增加覆盖区的话务容量。为达到这些要求,技术指标的调测是相当重要的。部委的型号核准、信息产业部的入网检测以及各运营商都对如何衡量一个直放站的性能提出了严格的规范要求。

  • 1.底部噪声

  •   底部噪声(简称底噪)是指直放站的输入端没有有用信号输入时,输出端所呈现的噪声信号,相对于基站而言,直放站具有上行及下行底噪。需要指出的是,上行底噪对系统的影响较大。一个直放站在安装应用时,底噪主要由两部分组成:一部分来自于机器内部,实际上是直放站接收机内部的电阻热噪声和有源器件(主要是低噪放和功放)的散弹噪声,

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4.3 直放站

  •   这部分噪声可以称为静态噪声;一部分由动态噪声组成,主要来自于外部的环境噪声,如自然噪声和人为噪声。自然噪声指大气、太阳、银河噪声等;人为噪声则源于各种电气设备,如电力线、汽车发动机、工业设备等。

  •   对于基站接收机而言,接收灵敏度是一个非常重要的指标,只有高于接收灵敏度的信号才可以被正确接收。因此,直放站在系统安装时,必须保证到达基站接收机输入端的底噪功率不影响接收灵敏度。一般情况下,接收灵敏度为-120dBm,所以,要控制直放站的底噪到达基站接收机的输入端时不超过此数值。控制底噪功率的方法有:降低噪声系数、调整设备增益。噪声系数在设备出厂后就确定了,一般不会变化,在工程现场调测时,调整设备的增益就非常重要了。

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4.3 直放站

  • 2.隔离度

  •   工程实施中的直放站隔离度是指直放站的输入端口对输出端口信号的抑制度(或衰减度)这个隔离度与直放站设备本身没有关系,它取决于施主天线和覆盖天线的安装位置,与垂直及水平的距离、相向的角度有关。施主天线与覆盖天线之间必须达到较大的隔离度,才能提高主机增益,获得较大的输出功率。经常采用的方法是将两个天线垂直拉开15m和水平拉开20 m,尽量使天线背靠背,或利用山体、水塔、建筑物等自然地形阻隔。此外,还可通过加装隔离网增加隔离度。隔离度的大小会影响增益的设置,一般要求直放站的增益数值比隔离度数值小10-15 dB。一个无线直放站安装调测前,必须测出隔离度的数值。图4-26是工程中常用的测量方法。

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4.3 直放站

  • 3.线性特性

  •   直放站主要是由低噪声放大器、功率放大器等有源放大器件组成,必要时还可能采用中频滤波处理方式,使用变频器、中频放大器等部件。这些放大器的线性特性是影响设备性能指标的关键因素。如果线性特性不好,将会引起设备二阶互调过大,多载波应用时造成带内带外杂散过高、带外抑制度不够等。部委的型号核准对此指标有明确规定。即使是符合指标的设备,如果增益设置不合理,也有可能工作在非线性区而使得线性指标变差。在工程现场,往往因无法携带完整的仪器而难以测量,最简易的方法是利用频谱仪观察在输入信号变化时,输出信号是否也随之相应变化,以保证设备工作在线性区域。如果设备没有工作在线性区,经直放站放大的信号质量必然下降。

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4.3 直放站

  • 4.带内平坦度

  •   带内平坦度是指直放站对带内信号的均S)放大能力,它反映了直放站的幅频特性。带内平坦度会影响覆盖区手机信号的稳定性,如果手机信号在接收过程中出现跳跃,很可能是由于带内平坦度不好。带内平坦度的指标一般为2-3 dB,工程应用中使用带有跟踪源的频谱仪可以很方便地测量这个参数。

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4.3 直放站

  • 5.链路平衡

  •   直放站具有上下两个链路,有各自独立的增益控制和功率放大能力,基站系统的覆盖区也同样具有上下行两个通道。直放站加入移动通信网,不能破坏施主基站覆盖区已经建立的平衡。因此,所谓的链路平衡不能简单地理解为直放站的上下行增益设置的平衡,而应是对应于施主基站的链路平衡。直放站调整增益平衡的前提条件是:上行增益的调整要考虑如何保证底部噪声不对基站造成干扰,下行增益的调整要考虑输出信号的线性。上下行平衡的基准是:直放站的增益主要是用来补偿传输过程的路径损耗,而不应该有附加增益若下行增益远大于上行增益,会导致手机接收场强很高,却打不出电话;若上行增益远大于下行增益,将导致覆盖范围缩小。较合理的范围是上下行增益相差小于3 dB。借助分集接收技术也可以帮助改善上下行链路平衡。

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4.3 直放站

  • 4. 3. 3直放站的安装要求

  • 1.主机安装

  •   直放站主机的安装位置应无强电、强磁和强腐蚀性设备的干扰和影响,要保证主机便于调测、维护和散热。在条件允许的情况下应尽量安装在室内。对于室外安装的主机,须有防水、防晒和防破坏的措施。对于室内安装的主机,室内温度、湿度不能超过主机正常工作温度和湿度的范围。室内不得放置易燃物品。主机机架的安装位置应符合设计方案的要求,并应保证机架底部距离地面1. 2 m。连到主机的电源线不能和其他电缆捆扎在一起,主机输入交流电必须与火线、零线相对应,不能反接。所有与设备相连的电缆要求接触良好,不能有松动的现象。馈线连接处驻波比必须小于1.30馈线需要弯曲时,要求弯曲角保持圆滑。

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4.3 直放站

  • 2.天线安装

  •   天线的各类支撑件应结实牢固,铁杆要垂直,横担要水平,所有铁件材料都应做防氧化处理。天线必须牢固地安装在其支撑件上,高度和位置应符合设计方案的规定。天线与跳线的接头应接触良好并做防水处理。连接天线的跳线要求有10-15 cm直出。覆盖天线和施主天线的指向和俯仰角要符合设计方案的要求。施主天线的指向可以在设计方案的基础上进行微调。覆盖天线的指向偏差方位角不大于5度,下倾角不大于1度。

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4.3 直放站

  • 3.接地措施

  •   室外馈线必须接地,主机设备接地、馈线接地都应使用接地件和截面积为16 mm2的接地线,并且接地点应在近直放站一端。馈线的接地线要求顺着馈线下行的方向进行接地,不允许向上走线。为了减少馈线的接地线电感,要求接地线的弯曲角度大于90°,曲率半径大于130 mm。天线支撑件等室外设施都要求接地,并且要求接地电阻小于5Ω。

  • 4.防雷措施

  •   抱杆避雷针要求直径12 ~14 mm,长度60 ~80 cm,电气性能良好,接地良好。室外天线都应在避雷针的45°保护角之内。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • 4. 4. 1 GSM数字蜂窝系统移动台

  • 1. GSM移动台的结构

  • GSM移动台主要由射频处理、基带信号处理与控制、接口和电源四部分构成,如图4-27所示。

  • (1)射频处理部分

  •   射频处理部分包括天线系统、发送通路、接收通路、数字调制与解调以及振荡电路和频率合成器等,主要完成将接收的信号进行下变频得到基带信号和将要发送的基带信号上变频为发射的高频信号,用GSM将发送信息发射出去等功能。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   发送部分包括带通滤波器、发射机变频器、发射压控振荡器、功率放大及控制、天线开关等。不同型号的移动台采用的变频电路结构有所差别,有的是直接将基带信号一次变频上变频到GSM射频频道上;有的用两次变频来实现,先将基带信号变为某一中频,再经第二次变频上变频到GSM射频频道上,最后通过天线发射出去。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   接收部分包括天线开关、射频滤波、射频放大、变频、中频滤波和中频放大电路等。其中变频电路结构因移动台型号不同而有所不同,有的采用两次变频;有的采用三次变频将GSM信道高频信号下变频为中频信号。

  •   频率合成器为接收和发射机的变频电路提供本振频率,不同型号的移动台需要本振频率的数量是不同的,取决于变频级的多少。一级变频就需要一个本振频率,因此,一部移动台至少需要两个本振频率,即一个发射本振和一个接收本振;二级变频则有四个本振频率,即接收一、二本振和发射一、二本振。对于双频手机,频率合成电路更加复杂,需提供两个不同频段的本振频率。例如,GSM900和DCS1800双频系统移动台,一本振频率范围为720~745 MHz(GSM)和1 590~1 665 MHz(DCS)。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (2)基带信号处理与控制部分

  •   基带信号处理与控制部分电路,主要由音频基带信号处理电路和系统逻辑控制电路组成,其主要的功能是完成对数字信号的处理和对整机工作的管理和控制。

  •   音频基带信号处理分为接收音频信号处理和发射音频信号处理。发送时,话筒送来的模拟语音信号,经A/ D转换器转换为数字信号,该信号再先后进行语音编码、信道编码、加密、TDMA帧形成和GMSK调制等处理后,送到射频部分上变频后发射出去。接收时,基带部分对射频部分送来的模拟基带信号依次进行GMSK解调、均衡,由信道分离后解密,最后经信道解码和语音解码由D/ A转换器将数字信号转换成模拟语音信号,放大后驱动扬声器发声。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   逻辑控制器主要是由中央处理器(CPU)和存储器组成,主要完成定时控制、数字系统控制、天线系统控制、人机接口控制等功能。CPU是控制部分的核心,在程序的控制下工作。移动台的程序存储在存储器中,通过总线与CPU相连。CPU与存储器间的数据交换是通过总线来完成的,同时CPU对移动台各部分的控制信号也是由总线发出的。移动台的存储器一般有三种类型:SRAM(静态随机存储器)、EEPROM(电可擦写只读存储器)和FLASH(闪速只读存储器),另外还有一个可以和机身分离的用来存储用户身份认证信息的SIM卡。EEPROM用来存放系统软件和控制指令,FLASH用来存放字库等固定的大容量数据,SRAM存放手机当前运行时产生的中间数据,如果关机,其内容全部消失。另外,像电话号码簿、IMEI码等用户个人信号及手机内部信息等数据也都存放在EEPROM(或SIM卡)中。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • SIM卡即用户识别卡,其中存有用户身份认证所需的信息,并能执行一些与安全保密有关的信息,以防止非法用户入网,同时它还存有与网络和用户有关的管理数据。GSM移动台只有插入SIM卡后,才能正常工作。SIM卡的结构有两种:一种是卡片式(也称芯片卡、SMART卡),通常像信用卡大小;另一种是嵌入式SIM卡,其大小为25 mm x 15 mm,是半永久性地装入到GSM手机中,如图4-28所示。无论是哪种卡,其内部构成都一样,是带有微处理器的智能卡,它由CPU , RAM(工作存储器)、ROM(程序存储器)、数据存储器( EPROM或EEPROM)及串行通信单元5个部分组成。SIM共有8个引脚,使用时最少需要5个连接线,即电源Vcc、时钟CLK、数据I/O口、复位(RESET)和接地端GND,另外一端为Vpp,还有两个引脚空着,没有使用。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • SIM卡上包含了所有属于本用户的信息,包括有鉴权和加密信息Ki,国际移动用户号( IMSI ) 、IMSI认证算法A3、加密密钥生成算法A5、密钥生成前用户密钥生成算法A8、呼叫限制信息、缩位拨号信息以及一些临时数据,如临时移动台识别号(TMSI )、区域识别( LAI ) "密钥(Kc)等。SIM卡中的数据信号是按数据文件形式组织数据的,数据文件按树型目录结构存放在卡中,如图4-29所示。SIM卡只有一个根目录,根目录下面有GSM应用目录和电信应用目录两个子目录,另外还有两个数据文件。根目录中存放着两个应用目录的属性,两个数据文件是持卡者信息和IC卡识别号。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • GSM应用目录中存储所辖各个数据文件的属性,包含的数据文件有:管理数据文件、SIM卡业务表、IMSI、定位信息(TMSI,LAI )、禁止的PLMN、选择的PLMN " BCCH信息、访问控制信息、密钥Kc,其中LAI是位置区域识别号,BCCH是广播控制信道。电信应用目录存储了用户通信时所需的特性参数和业务信息,包含的数据文件有:被叫方子地址、缩位拨号、网络和设备的性能参数、短信息、固定拨号和计费计数器。每种目录以及各目录下的数据文件均有自己的识别码,进入相关的目录后,需经过判别后才能对数据文件中的数据进行查询、读取和更新。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • SIM卡除具有存储各种用户信息和一些临时数据功能外,为了保证系统的安全保密性,还具有用户个人身份号、鉴权和加密功能。

  • (3)输入输出(I/ 0)接口部分

  •   接口部分包括模拟接口、数字接口以及人机接口三部分,模拟接口主要是模拟语音和数字语音信号之间的转换电路,即A/D , D/A变换电路。数字接口主要是数字终端适配器,用于与其他数字终端如计算机间的数据传送。人机接口有显示屏、键盘、振铃器、扬声器、话筒等,人、机之间的信息交换是通过这部分电路实现的。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (4)电源部分

  •   电源部分是GSM手机的能量供给中心,其主要作用是为手机内的各电路单元提供工作电压。它主要由开机电路、电源切换电路、稳压供电电路、充电电路等部分组成。开机电路的作用是触发开机,开机方式有两种:高电平和低电平电源切换电路的作用是进行机内机外电池的切换。稳压供电电路的作用是,因手机内有很多不同种类的器件,如显示器、振动器、集成电路和晶体管等,不同的元器件需要不同的供电电压。另外,不同功能的单元电路对电压的稳定性的要求及电流的大小要求亦有很大的差别,因此.手机中的电源电路往往有多路电压输出。充电电路的作用是对手机进行充电。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • 2. GSM移动台工作流程

  • GSM移动台的工作都是在CPU的控制下按一定的程序进行的,简称移动台的工作流程。移动台的工作流程主要有开机流程、入网流程、待机流程、信号处理流程、呼叫流程和关机流程。

  • (1)开机流程

  •   当移动设备的供电模块检测到电源开关键被按下后,会将电池的电压转换为适合移动台电路各部分使用的电压值,供应给相应的电路。当时钟电路得到供电电压后产生振荡,并送入逻辑电路形成时钟信号。CPU在得到电压和时钟信号后执行开机程序,首先从ROM中读出引导码,执行逻辑系统的自检。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   如果自检通过,再检查SIM卡,若SIM卡信息检查不正常或无SIM卡,就显示提示信息插入或检查SIM卡。检查SIM卡正常后就开始搜索扫描专用控制信道信号,进入网工作流程,同时CPU给出看门狗(watchdog)信号给各模块,然后电源供电模块在看门狗信号作用下,维持开机状态。

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  • (2)入网流程

  •   移动台开机后,立即搜索广播控制信道(BCCH)的载频,当搜索到最强的BCCH对应的载频频率后,读取频率校正信道(FCCH ),使移动台的频率与之同步。每一小区内的广播信道频率是固定的,它是由GSM网络运营商组网时确定的。移动台读取同步信道(SCH )的信号后,找出基站台(BTS)的识别码,并同步到超高帧TDMA的帧号上。移动台在BCCH上还可以得到邻近小区的情况,现在所处小区的使用频率及小区是否可以使用移动系统的国家号码和网络号码等信息。当以上工作完成后移动台就在请求接入信道(RACH)上发出接入请求信息,向系统传送SIM卡账号等信息。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   系统在鉴权合格后,通过允许接入信道(AGCH)使GSM移动台接入信道上,并分配给GSM移动台一个独立专用控制信道(SDCCH)。移动台在SDCCH上完成登记,在慢速随路控制信道(SACCH)上控制指令,然后移动台返回空闲状态,并监听BCCH和公用控制信道(CCCH)上的信息,显示网络名称及信号强度(场强)。此时移动台已做好了寻呼的准备工作,整个开机入网的初始工作流程如图4-30所示。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (3)待机流程

  •   当移动台处于待机状态时,移动台并没有停止工作,而在不断地监测广播控制信道(BCCH),同时通过接收频率校正信道(FCCH)和同步信道(SCH)的信号,将移动台锁定到适当的BCCH上。

  • (4)信号处理流程

  • 移动台信号处理主要是从天线到听筒的接收信号处理和从话筒到天线的发送信号处理。不同型号的移动台其硬件组成有很大的差异,但完成信号处理的功能基本相同。下面以摩托罗拉V998手机为例说明移动台信号处理过程。V998手机的硬件电路组成如图4-31所示。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   接收信号流程(天线-听筒),从天线接收到的高频信号,从天线开关U101的10脚输入,GSM900 MHz射频信号从U101的5脚输出、DCS1 800 MHz射频信号从U101的6脚输出。

  •   当手机工作于900 MHz频段时,935-960 MHz接收信号经接收GSM高频带通滤波器FL460滤波后送到Q461放大、FL470再次滤波后送到Q1254的5脚,与从Q1254的4脚输入的来自RXVC0的GSM第一本振信号1 335-1 360 MHz相混频,产生400 MHz的接收中频信号从Q1254的3脚输出。

  •   当手机工作于1 800 MHz频段时,1 805-1 880 MH,射频信号经接收DCS高频带通滤波器FL450滤波后,通过Q451放大、FL465再次滤波后送到Q1254的6脚,与从Q1254的2脚输入的来自RXVC0的DCS第一本振信号1 335 ~ 1 360 MHz相混频,产生400 MHz的接收中频信号从Q1254的1脚输出。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • 400 MHz接收中频信号通过中频滤波器FL457滤波、中频隔离放大器Q490放大后的中频信号从中频集成U913的A7脚输入,在U913内与来自二本振信号400 MHz相混频产生零中频信号,并在U913内部解调成数字信号,通过接收串行接口BDR , BFSR , BCLKR将数据送到U700,由U700内部的数字信号处理器( DSP)进行解密、去交织、信道解码、语音解码等处理后,通过U700音频数据串行接口(CAP-SPI (VCLK , VDR , VFSRX)将音频数字信号送到电源集成电路U900内部进行PCM解码、音频放大后,音频信号最后从U900的H6, H7脚输出送到耳机。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   发送信号流程(话筒-天线)通话时,从话筒拾取的音频信号,通过话筒接口J910输入到GCAP II电源集成电路U900-H2 , J2脚,经U900内部放大、PCM编码后通过U900音频数据串行接口(CAP-SPI (VCLK , VDX , VFSRX)将音频数字信号送给CPU U700音频数据串行接口(CAP-SPI,经过CPU语音编码、信道编码、交织、加密处理后通过CPU U700的发射串行通信接口MAGIC-QSPI (BDX, BCLKY)送到U913,在U913内部进行GMSK调制,产生发射中频信号,被送至发射频率合成电路,和一本振信号与发射VCO产生的发射上变频取样信号间的差频信号进行鉴相,产生相位差信号CP-TX,从U913的B1脚输出,送到发射VCO U250上变频为发射射频信号(GSM频段为890-915 MHz, DCS频段为1 710-1 785 MHz ),经发射VCO缓冲放大器Q455放大后送至GSM功率预放电路或DCS控制功率预放电路。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   当手机工作于GSM900 MHz频段时,890-915 MHz发射信号经预放管Q400放大后,送至GSM功率放大器U400的7脚,发射信号在U400内部经两级放大后从U400 10, 11、12, 13, 14, 15脚输出,再送到发射藕合器FL300;当手机工作于DCS1 800 MHz频段时,1 710-1 785 MHz发射信号经预放管Q300放大后,送至DCS功率放大器U300的2脚,发射信号在U300内部经两级放大后从U30010, 11, 12, 13, 14, 15脚输出,再送到发射藕合器FL300;上述两种信号经天线开关U101、发射通路从天线发射出去。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (5)呼叫流程

  •   移动台呼叫工作主要有移动用户呼叫固定用户、移动用户呼叫移动用户等呼叫接续过程。

  •   ①移动台主呼。移动台(MS)在“随机接入信道(RACH)”上,向基站(BS)发出“信道请求”信息,若BS接收成功,就给这个MS分配一个“专用控制信道”,即在“准许接入信道(AGCH)”上,向MS发出“立即分配”指令。MS在发起呼叫的同时,设置一个定时器,在规定的时间内可重复呼叫,如果按预定的次数重复呼叫后,仍收不到BS的应答,则放弃这次呼叫。MS收到“立即分配”信令后,利用分配的专用控制信道(DCCH)与BS建立起信令链路,经BS向MSC发送“业务请求”信息。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • MSC向VLR发送“开始接入请求”应答信息,VLR收到后,经MSC和BS向MS发出“鉴权请求”,其中包含随机数(RAND), MS鉴权算法,A3进行处理后,向MSC发回“鉴权”响应信息。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   若鉴权通过,承认此MS的合法性,VLR就给MSC发送“置密模式”信息,由MSC经BS向MS发送“置密模式”指令。MS收到并完成置密后,向MSC发送“置密模式完成”的响应信息。经鉴权、置密完成后,VLR将给MSC作出“开始接入请求”应答。为了保护IMSI不被监听或盗用,VLR将给MS分配一个新的TMSI。接着,MS向MSC发出“建立呼叫请求”,MSC收到后,向VLR发出指令,要求它传送建立呼叫所需的信息。如果成功,MSC即向MS发送“呼叫开始”指令,并向BS发出分配无线业务信息的“信道指配”信令。如果BS有空闲的业务信道(TCH),即向MS发出“信道指配”指令,当MS得到业务信道时,向BS和MSC发送“信道指配完成”的信息。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • MSC在无线链路和地面有线链路建立后,把呼叫接续到固定网络,并和被呼叫的固定用户建立连接,然后给MS发送回铃音。被呼叫的用户摘机后,MSC向BS和MS发送“连接”指令,待MS发回“连接”确认后,即转入通信状态,从而完成了MS呼叫固定用户的整个接续过程。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   ②移动台被呼。当固定用户向移动用户拨出号码后,网络把呼叫接续到就近的移动交换中心(GMSC ),此移动交换中心在网络中起到入口的作用,记作GMSC ,即向相应的HLR查询路由信息,HLR在其保存的用户位置数据库中,查出被呼MS所在的地区,并向该区的VLR查询该MS的漫游号码(MSRN), VLR把该MS的MSRN送到HLR,并转给查询路由信息的GMSC 。 GMSC即把呼叫接续到被呼MS所在地区的移动交换中心,记作VMSC。由VMSC向该VLR查询有关的“呼叫参数”,获得成功后,再向相关的基站(BS)发出“寻呼请求”。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  •   基站控制器(BSC)根据MS所在小区,确定所用的收发台(BTS),在寻呼信道(PC H)上MSC在无线链路和地面有线链路建立后,把呼叫接续到固定网络,并和被呼叫的固定用户建立连接,然后给MS发送回铃音。被呼叫的用户摘机后,MSC向BS和MS发送“连接”指令,待MS发回“连接”确认后,即转入通信状态,从而完成了MS呼叫固定用户的整个接续过程。

  •   除去上述两种常用呼叫的接续过程外,还有移动台呼叫另一移动台、越区切换的接续过程,这里不再介绍。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (6)关机流程

  •   关机时,按下开关键,键盘检测模块向数字逻辑部分发出一个关机请求信号,CPU即撤销开机维持信号,执行关机程序,供电模块撤销供电,射频、逻辑电路立即停止工作,从而关机。如果在开机状态下强制关机(取下电池)有可能会造成内部软件故障,因此,使用中要特别注意必须执行正常的关机操作。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • 4. 4. 2 CDMA移动台

  • CDMA移动台的结构与GSM移动台一样,CDMA移动台也由射频部分、基带处理与控制部分、外部设备和电源部分构成,但由于CDMA采用码分多址技术,各厂商生产的CDMA移动台基本上都采用美国Qualcomm公司的芯片组,主要有MSM3000 , MSM3100 , MSM3300 , MSM5000 ,MSM5100。因此,相对来说CDMA手机的电路结构要比GSM手机的电路结构简单。下面仅以MSM3300芯片组构成的CDMA移动台为例加以介绍。由MSM3300芯片组构成的CDMA移动台组成方框图如图4-32所示。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (1)射频部分

  • CDMA手机的接收射频部分由RFR3100接收射频芯片和IFR3000接收中频芯片构成,实现放大、混频和数字解调等功能。

  • CDMA手机的发送射频部分由RFT3100接收射频芯片和功放构成,调制、变频、功率放大等功能。

  • (2)基带处理和控制部分

  • CDMA手机的基带处理和控制部分采用MSM3300芯片实现语音编/解码、信道编/解码、加密/解密和逻辑控制等功能。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (3)电源部分

  •   采用PM1000芯片,实现开机、电源转换、稳压供、充电等功能。

  • (4)外设部分

  •   与GSM手机类似。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • 2. CDMA移动台的工作流程

  • (1)初始化状态

  •   手机接通电源后就进入初始化状态,主要包括以下几个子状态:

  • .决定系统子状态。手机选择要用的系统,如果是CDMA,首先扫描基本信道,如不成功,则再扫描辅助信道。

  • ·寻找导频信道子状态。手机选择了CDMA系统后,不断地检测周围基站发来的导频信号,各基站使用相同的引导伪随机码的不同相位,很容易测出周围有哪些基站在发送导频信号。手机比较这些导频信号的强度,即可判断出自己是处于哪个小区之内,因为一般情况下最强的信号是最近基站发送的或者手机与该基站有一较好的通信链路。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • ·捕获同步信道子状态。手机在选择了基站之后,在同步信道检测出并记录下CDMA系统的相应参数和时间信息,如系统识别号、网络识别号、引导伪随机码相应偏移值、长伪随机码的状态、系统时间、寻呼信道的速率等系统配置参数

  • ·时间调整子状态。手机在获得了系统的同步信息后,把自己相应的时间参数进行调整,与该基站同步。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (2)空闲状态

  •   在空闲状态,CDMA手机监视寻呼信道,可以接收外来寻呼,也可以发起呼叫或登记等。若断定寻呼信道失败,则返回初始状态。

  • (3)接入状态

  •   接入状态按下列子状态运行

  • ·系统参数证实子状态。手机在接入信道随机接入,基站在接入参数消息中向手机提供随机接入程序参数,确保手机和基站之间可靠的信息交换,来确定为最新参数消息。

  • ·接入尝试子状态。手机主呼叫时,运行接入尝试程序。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • ·寻呼响应子状态。手机在收到基站寻呼以后,发送寻呼相应消息。

  • ·指令/响应子状态。手机收到基站指令后,发出响应消息。例如,对于基站鉴权请求、独特查询等的响应消息

  • ·登记子状态。手机向网络发送登记消息

  • .消息发送子状态。手机向基站发送短消息数据。

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4.4 数字蜂窝系统移动台

  • (4)业务信道控制状态

  •   业务信道控制状态按以下子状态运行。

  • ·业务信道初始化子状态。手机证实已能接收正向业务信道的信号,并开始在反向业务信道上发射信号。

  • ·等待指令子状态。在此子状态中,手机等待基站的提示消息,手机按相应的方式向用户发出提示或其他信号(如振铃音等)。

  • ·等待回答子状态。手机等待用户摘机,响应呼叫,之后进入通话状态

  • ·通话子状态。手机进行通话控制,包括释放功率控制、服务选择、监视用户键盘指令(如挂机等)。

  • ·释放子状态。手机切断通话链接、释放信道、各种参数复位等,然后转入初始化选择系统子状态。

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4.5 移动通信的电源系统

  •   电源系统是整个移动通信设备的重要组成部分,通常被称为移动通信设备的“心脏”,如果电源供电中断,将会使通信瘫痪,造成重大的损失。因此,电源系统都采用直流分散供电来保证它的稳定性和可靠性移动通信的电源系统主要包括移动交换局电源和基站电源。

  • 4. 5. 1基站电源系统的工作原理

  •   基站电源系统主要由交流配电部分、整流器模块、直流输出配电部分和集中监控单元组成,如图4-33所示。它的直流输出电压为-48 V ,直流输出电流为100 A到300 A,一般采用单机架的结构,结构外形如图4-34所示。

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4.5 移动通信的电源系统

  • 1.三相交流配电部分

  •   三相交流配电部分将来自市电或发电机组的三相四线交流电保护经电源切换装置切换后,分别送给整流器模块和交流直接输出。单机架输入的交流电一般为单相220 V,考虑到三相交流电的平衡应将机架内所有整流器模块平均分配到每一相上。交流输出为机房内其他交流用电设备提供电源,如空调、计算机等。交流分路输出的路数和每路的容量可根据用户实际需要确定。

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4.5 移动通信的电源系统

  •   交流配电单元的切换装置具有互锁功能,即其中一路交流电源发生故障时可自动切换到另一路交流电源上。但任何时间都不允许出现两路交流电源同时接通或同时断开的现象。两路交流电互锁的方式一般采用机械互锁或电气互锁。如果电源安装在雷雨多发区,尤其是移动通信基站电源应在交流市电输入端安装具有一定通流量的防雷过压保护器。

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4.5 移动通信的电源系统

  • 2.整流器模块

  •   整流器模块完成将交流电转换成符合通信要求的直流电这里所指的符合通信要求的内容有:输出的直流电压要稳定、输出的直流电压所含交流纹波小、输出电压应在一定范围内可以调节,以满足其后并接的蓄电池充电电压的要求。同时,由于一个开关电源系统具有多个整流器模块,所以多个整流模块有一个协调的问题,包括多个整流器模块工作时合理分配负载电流(即均流功能),其中某个整流模块出现输出高压时该模块能正常退出而不影响其他模块的工作等。

  •   一般整流器模块所使用的技术有两种:一种是相控稳压稳流整流器;另一种是高频开关整流器。

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4.5 移动通信的电源系统

  •   传统的相控稳压稳流整流器由于其工作频率低、体积大、效率低,已很少采用。目前主要采用效率高、功率密度大、输入电压范围宽的高频开关整流器。

  •   高频开关整流器由输入滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、DC/DC变换电路、输出滤波电路及辅助电源组成。如图4-35所示。

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4.5 移动通信的电源系统

  •   ①交流输入滤波处于整流模块的输入端口,包括低通滤波、浪涌抑制等电路,主要用于抑制电网侧的高次谐波电流、浪涌电压及外界空间射频干扰等。

  •   ②整流采用桥式整流电路,它把单相或三相交流电变为直流电,并向功率因数校正电路提供稳定的直流电源。

  •   ③功率因数校正电路主要是为了抑制整流电路的谐波电流成分,使输入电流波形更接近于正弦波,减小对电网的污染和无功损耗,提升功率因数。

  • ④DC/DC变换由高频功率变换和整流电路组成,将高压直流电源转换成-48 V低压直流电源。

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4.5 移动通信的电源系统

  • ⑤输出滤波主要是滤除各种纹波,得到平滑的直流电压,一般由LC构成。

  •   ⑥保护电路主要是防止输入电压过高、输出电流过流或短路、机内温度过高引起电源损坏。

  •   ⑦辅助电源主要为脉宽调制电路、监控电路、保护电路及显示器供电。

  • 3.直流输出配电单元

  •   直流配电输出单元的功能与交流配电单元的功能基本相同。直流配电单元将整流模块并联输出的-48 V直流电分配为3路:第一路为通信设备供电;第二路为蓄电池组充电;第三路为机房其他直流输入的设备供电,直流分路输出的路数及各路的电流容量视具体情况而定。

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4.5 移动通信的电源系统

  • 4.监控模块

  •   监控单元是整个通信电源系统的“总指挥”,起着监控各个模块的工作情况,协调各模块正常工作的作用。监控单元主电路以CPU为核心,采用EPRAM , RAM , EEPRAM等以实现分别存储各种数据的目的。为实现多个下级设备的连接,具有串口电路。为实现人机对话,具有I/ 0接口电路,以连接键盘、LC D模块和输出告警的连接点。此外,为了保证监控单元高可靠性工作,具有看门狗电路。监控单元软件设计采用面向对象的编程方法。监控单元主要实现对通信电源系统的信息查询、参数设置、系统控制、告警处理、电池管理和后台通信等功能。

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4.5 移动通信的电源系统

  •   从监控对象的角度我们将监控模块分为交流配电单元监控单元、整流模块监控单元、蓄电池组监控单元、直流配电监控单元、自诊断单元和通信6个单元。下面简单介绍分析各功能单元分别完成哪些具体功能。

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4.5 移动通信的电源系统

  • (1)交流配电单元监控单元

  •   监测三相交流输入电压值(是否过高、过低、有无缺相、停电),频率值,电流值以及避雷器是否保护损坏等情况。能显示它们的值以及状态,当不符合事先设定的值时,发出声光告警,记录相关事件发生的详细情况,以便维护人员查询。

  • (2)整流模块监控单元。

  • 监测整流模块的输出直流电压、各模块电流及总输出电流,各模块开关机状态、故障与否、浮充或均充状态以及限流与否。控制整流模块的开关机、浮充或均充。显示相关信息以及记录事件发生的详细情况。

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4.5 移动通信的电源系统

  • (3)蓄电池组监控单元

  •   监测蓄电池组总电压、充电电流或放电电流,记录放电时间以及放电容量、电池温度等。控制蓄电池组LV D脱离保护和复位恢复(根据事先设定的脱离保护电压和恢复电压);蓄电池组均充周期的控制、均充时间的控制和蓄电池温度补偿的控制等。

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4.5 移动通信的电源系统

  • (4)直流配电单元监控单元

  •   监测系统总输出电压、总输出电流、各负载分路电流以及各负载分路熔丝和开关情况。

  • (5)自诊断单元

  •   监测监控单元本身各部件和功能单元工作情况。

  • (6)通信单元

  •   设置与远端计算机连接的通信参数(包括通信速率、通信端口地址),负责与远端计算机的实时通信。

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4.5 移动通信的电源系统

  • 4. 5. 2移动交换局电源的工作原理

  •   移动交换局电源的直流输出电压为-48 V,直流输出电流一般达到几千A。相对于基站电源而言,其电源容量很大,它由独立的交流配电柜、一个或几个整流器模块的整流柜和独立的直流配电柜按照一定的要求排列连接组成,其各部分功能与单机架的基站电源基本相同,整机结构外形如图4-36所示。

  •   由于所用电源容量很大,系统一般采用三相动力电和发电机组两路输入,经过交流配电柜切换后分成两路,一路送到整流柜给各个整流器模块供电,一路供机房其他交流设备使用。交流配电柜输入按要求装有防雷过压保护器。

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4.5 移动通信的电源系统

  •   整流器模块经AC/DC变换后其直流输出汇接到直流母线排送至直流配电柜分配到相应的直流负载。蓄电池组与整流器模块输出汇流并联,当输入交流电源正常时,由整流器模块给负载供电,同时给蓄电池浮充。当输入交流电源断电时,由蓄电池组给负载放电,确保交换系统不断电。随着放电时间的延长,蓄电池组的输出电压会越来越低,当电池电压达到事先设定的保护电压值时,为了保护电池组不至于放电过损坏、会断开电池组与整流器模块的连接,造成整个系统供电中断,这种情形必须要坚决防所以我们要加强目常维护工作,避免蓄电池组长时间放电。

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4.5 移动通信的电源系统

  • 4. 5. 3我国通信电源的发展方向

  •   今后通信电源行业的发展将以能源转换与馈送技术为主,进一步提高通信电源设备和系统的高新技术含量,紧紧围绕以支撑现代化通信网的建设和运行为大目标。具体来说有以下几点。

  • ·电源设备要进一步提高可靠性,应更多地应用模块化、积木式和插拔式。这样便于扩容,减少初始投资,安装方便,维护简单快捷

  • ·供电系统的组成,特别是直流不间断供电系统应有更大的灵活性、自由度,以满足各种设备对供电的要求。

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4.5 移动通信的电源系统

  • ·由于高频开关电源的应用,阀控式密封蓄电池的逐步完善,实施分散供电方式已具备条件。这也是今后信息网快速发展、各种新业务引入的要求。另外,随着通信局站容量和规模的不断扩大,总耗电量在不断增加,推广分散供电方式已势在必行。

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4.5 移动通信的电源系统

  • ·加快通信电源、机房空调集中监控管理的进度。它既是网管中心的一部分,又可以有相对的独立性。为确保通信电源系统和通信网的安全,应采用国产监控系统软件。

  • ·积极推进维护体制、维护方式的改革,既确保通信电源系统安全运行,全面实现通信局站电源无人值守,集中维护。要积极采用维护新技术,如阀控式密封蓄电池的维护可采用电池地导仪,虽不能直观地测量电池的容量,但可以定性地判定蓄电池的好坏,通过建立电池的电导(内阻)档案,分析出电池的容量情况。

  • ·采用联合接地系统后,接地电阻的测量已成为建设和维护部门的一大难题,用辅助电极测量地线电阻的测量方法,已无多大意义,特别是对于市内通信局站更是无法使用。应积极探讨使用新的测量技术和测量设备。

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4.5 移动通信的电源系统

  • ·柴油发电机组要进一步提高可靠性。环境保护工作会愈来愈受到重视,低噪声电站会逐步被广泛采用。

  • ·阀控式密封蓄电池的产品质量和容量检测技术要有较大的突破,否则易造成不间断电源供电的隐患。

  • ·保证通信用电,注意节约电能。降低运行费用是提高竟争能力的重要举措之一,电信企业注重总体节约用电很有潜力。

  • ·机房专用空调是局站的主要设备之一,现在基本上是通过经销商从美国、德国、意大利等国家引进的原装机组,这种现状必须设法改变。

  • ·随着通信设备的允许工作电压范围的放宽,使通信局站具备了采用碱电池作为储能设备的条件。碱电池的突出优点是:耐过充电、过放电性能强,使用寿命长,浮充使用寿命可达到15年以上其突出的缺点是在充放电过程中电压变动范围大。

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4 1 gsm

图4-1 GSM移动通信系统物理设备连接示意图

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4 2 bsc

图4-2 BSC的硬件组成方框图

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4 3 rbs2000

图4-3 RBS2000系列产品外形示意图

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4 4 rb2202

图4-4 RB2202原理组成方框图

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4 5 dxu

图4-5 DXU原理组成方框图

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4 6 cpu tru ecu

图4-6 CPU对TRU、ECU的软件装载和存储

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4 7 tru

图4-7 TRU原理组成方框图

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4 8 cdu

图4-8 CDU内部的功能结构

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4 9 cdu a

图4-9 CDU-A内部结构

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4 10 cdu c

图4-10 CDU_C内部结构

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4 11 cdu c

图4-11 CDU_C+内部结构

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4 12 cdu d

图4-12 CDU_D内部结构

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4 13 ecu

图4-13 ECU内部结构

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4 14 idm

图4-14 IDM的位置图

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4 15 tru

图4-15 TRU背板分布图

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4 16 dxu ecu

图4-16 DXU/ECU的背板分布图

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图4-17 天线辐射电磁波原理图

(a)两导线距离近;(b),(c)两导线张开

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图4-18 振子原理图

(a)对称振子;(b)折合振子

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图4-19 天线的垂直方向图

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图4-20 天线下倾角

(a)无下倾;(b)电下倾;(c)机械下倾

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图4-21 电调天线下倾原理

(a)无下倾时在馈电网络中路径长度相等;

(b)有下倾时在馈电网络中路径长度不相等

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图4-22 全向天线及方向图

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图4-23 定向天线及方向图

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图4-24 直放站的原理图

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图4-25 直放站的三种传输方式

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图4-26 隔离度的测量方法

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4 27 gsm

图4-27 GSM移动台结构

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4 28 sim

图4-28 SIM卡及引脚说明

(a)嵌入式SIM卡;(b)卡片式SIM卡

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4 29 sim

图4-29 SIM卡的目录结构

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4 30 gsm

图4-30 GSM移动台开机初始工作流程

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4 31 v998

图4-31 摩托罗拉V998手机整机电路方框图

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4 32 cdma

图4-32 CDMA移动台的结构

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图4-33 基站电源组成方框图

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图4-34 基站电源的外形结构图

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图4-35 高频开关整流器的方框图

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图4-36 移动交换局电源外形结构图

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4 1 cdu

表4-1 四种CDU内部结构比较

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4 2 idm 1 2

表4-2 IDM的电缆连接(1/2)

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4 2 idm 2 2

表4-2 IDM的电缆连接(2/2)

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4 3 tru

表4-3 TRU背板的电缆连接表

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4 4 dxu ecu

表4-4 DXU/ECU背板的电缆连接表

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