GS M網(wǎng)絡硬件故障問題研究

內蒙古移動公司呼市分公司 | 趙鑫

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本文從GSM網(wǎng)絡的結構入手，通過對GSM網(wǎng)絡故障的成因、故障的表現(xiàn)及故障的處理等三個方面展開分析，總結出GSM網(wǎng)絡設備的故障處理方法 ，并結合網(wǎng)絡優(yōu)化中采取的指標分析方法對硬件故障做進一步的闡述和分析，為從事移動網(wǎng)絡維護、優(yōu)化工作的人員提供參考和借鑒。

1 GSM網(wǎng)絡結構

整個GSM系統(tǒng)可以按功能劃分為三大部分：

NSS（網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)），BSS（基站子系統(tǒng)），NMS（網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)）

網(wǎng)絡各子系統(tǒng)的作用：

NSS：網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)。負責執(zhí)行呼叫控制功能。比如管理一個呼叫的建立、保持、釋放，以及這個呼叫的計費信息。

BSS：基站子系統(tǒng)。充當手機用戶和NSS之間的一個接口。同時，它還對無線接口和基站子系統(tǒng)中的各網(wǎng)絡元素之間的傳輸鏈路進行控制。

NMS：網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)。管理整個GSM網(wǎng)絡。它包括告警管理以及反映網(wǎng)絡性能的一些測量和統(tǒng)計報告。

BSS基站子系統(tǒng)各部分的作用：

TCSM：碼型變換器。它能夠將話音從一種數(shù)碼格式變換成另一種格式，反之亦然。它負責將64Kbit/s的PCM編碼轉換成13Kbit/s的RPE-LTP編碼和3Kbit/s的帶內信令。此外，它還負責將3或4條2M電路復用為1條2M電路。

BSC：基站控制器是BSS的核心網(wǎng)絡單元，控制無線網(wǎng)絡。管理基站和TCSM。

BTS：基站是維持空中接口的網(wǎng)絡單元。

2 故障類型

依據(jù)2012年呼和浩特隱性故障排查處理的實際情況可以看出，基站硬件設備故障占34%，天饋故障占24%，射頻拉遠故障占21%，這三類占到了總數(shù)的79%，所以解決這三部分的故障是處理好硬件故障的關鍵。

2.1 GSM網(wǎng)內設備故障

2.1.1 基站主設備故障

基站主設備（BTS）的基本功能：

● 實現(xiàn)Abis接口物理層規(guī)定（PCM/E1）

● 實現(xiàn)Abis接口數(shù)據(jù)鏈路層（LAPD）

● 實現(xiàn)BTS管理功能

● 實現(xiàn)部分無線資源管理功能（RR）

● 實現(xiàn)Um接口數(shù)據(jù)鏈路層功能（LAPDm）

● 實現(xiàn)Um接口物理層規(guī)定（TDMA）

圖1

● C/I提升；

● BLER提升，干擾質差；撥打、接通電話困難；

● 掉話增多；

● GPRS附著困難；

● 數(shù)據(jù)速率降低；

話務統(tǒng)計分析方面：

● 上下行鏈路不平衡；

● 切換次數(shù)增多；

● 切換失敗率升高；

● 出現(xiàn)干擾帶；

● 指配失?。?/p>

● 掉話次數(shù)增多；

● TBF建立成功率降低；

● 數(shù)據(jù)吞吐量下降；

基站天線連接現(xiàn)象分類：

基站小區(qū)天線正確連接；

● 基站小區(qū)天線接反；

● 基站小區(qū)天線交叉；

● 基站小區(qū)天線“鴛鴦線”；

基站小區(qū)天線正確連接：見圖1

基站小區(qū)天線接反：

● 小區(qū)主集天線是否接反，現(xiàn)象是：接反的2個小區(qū)覆蓋方向的頻點與BSC系統(tǒng)中配置的頻點顛倒。

● 這樣系統(tǒng)中規(guī)劃的小區(qū)1的鄰區(qū)及小區(qū)配置信息都將在物理安裝位置錯誤的2小區(qū)方向發(fā)射；同樣的系統(tǒng)中規(guī)劃的小區(qū)2的鄰區(qū)及小區(qū)配置信息都將在物理安裝

● 位置錯誤的1小區(qū)方向發(fā)射。這樣物理上小區(qū)1和小區(qū)2所發(fā)射信息在地理覆蓋方向上是非常明顯的相反；即物理小區(qū)1方向發(fā)射的是系統(tǒng)配置中的小區(qū)2的信息，

● 物理小區(qū)2方向發(fā)射的是系統(tǒng)配置中的小區(qū)1的信息，包括鄰區(qū)關系。

● 實現(xiàn)信道編譯碼、交織與反交織

● 實現(xiàn)調制與解調功能

● 提供空中接口

● 執(zhí)行功率控制

● 負責空中接口信令

2.1.2 天饋系統(tǒng)故障

天饋系統(tǒng)是由天線和饋線構成，其組成主要包括以下幾部分：

(1)天線，用于接收和發(fā)送無線信號，常見的有單極化天線、雙極化天線和全向天線。

(2)室外跳線，用于天線與7/8主饋線之間的連接，常用的跳線采用1/2″饋線，長度一般為3m。

(3)主饋線，目前用于移動基站的饋線主要有7/8″饋線、5/4″饋線、15/8″饋線。

(4)接頭密封件，用于室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相接）的密封。

(5)室內超柔跳線，用于主饋線（經(jīng)避雷器）與基站主設備之間的連接，常用的跳線采用1/2超柔饋線，長度一般為2～3m。

(6)其他配件，主要有接地裝置（7/8饋線接地件）、7/8饋線卡子、走線架、饋線過窗器、防雷保護器（避雷器）、各種尼龍扎帶等。

基站天線連接錯誤現(xiàn)象分析：

DT、CQT測試方面：

● 接收信號出現(xiàn)偏差；

● 手機發(fā)射功率抬高；

● 切換頻繁，切換失敗較多；通話質量差；

圖2

● 基站小區(qū)天線接反最直接的表現(xiàn)就是切換失敗較多，甚者導致鄰區(qū)漏加，強信號造成的解碼失敗，從而形成干擾，造成通話質量較差。

● 在一小區(qū)位置上出現(xiàn)二小區(qū)的信號，一小區(qū)也同理。

基站小區(qū)天線“鴛鴦線”：

一和二小區(qū)的主分集接反，俗稱“鴛鴦線”，特殊的天線交叉：

路測時的現(xiàn)象：

路測中發(fā)現(xiàn)一個基站的二小區(qū)無信號覆蓋，或者覆蓋非常弱，天線正對250米處覆蓋都很弱；而一小區(qū)信號覆蓋良好，在路測卻天線正對250米處能發(fā)現(xiàn)頻繁的小區(qū)切換，切換發(fā)生在兩個小區(qū)之間。有可能會發(fā)現(xiàn)源小區(qū)的主BCCH和TCH相差較大，一般在15DB以上，（在沒有開功率控制的情況下）。在天線正打250米處，手機一直滿功率發(fā)射。

對網(wǎng)絡質量的影響：

二小區(qū)無覆蓋，或者是覆蓋很弱，因為一發(fā)兩收，沒了發(fā)；一小區(qū)的情況是，其位置上是一、二兩個小區(qū)信號在重疊覆蓋，而且兩個信號都很好很強。不過，在一小區(qū)位置上，會發(fā)生一、二小區(qū)信號間的來回頻繁地切換，對通話會造成影響?；拘^(qū)天線接反，即物理小區(qū)1的天線覆蓋位置連接到系統(tǒng)配置的小區(qū)2數(shù)據(jù)配置；物理小區(qū)2的天線覆蓋位置連接到系統(tǒng)配置的小區(qū)1數(shù)據(jù)配置。

基站小區(qū)天線交叉：

1．小區(qū)主集天線是否接反，現(xiàn)象是：接反的2個小區(qū)覆蓋方向的頻點與BSC系統(tǒng)中配置的頻點顛倒。

2．分集天線是否接反，現(xiàn)象是：接反的2個小區(qū)立即指配成功率低，周圍有用戶反映通話質量差。

處理天饋系統(tǒng)故障主要圍繞著線、頭、硬件、工藝質量、干擾等問題一一排查。天饋系統(tǒng)有關告警有十幾種，只要遵循基本的分析方法和處理步驟，任何天饋系統(tǒng)有關的故障將不再是難題。

2.2 GSM延伸系統(tǒng)設備故障

2.2.1 室內分布故障

隨著城市移動用戶的飛速增加以及高層建筑越來越多，話務密度和覆蓋要求也不斷上升。這些建筑物規(guī)模大、質量好，對移動電話信號有很強的屏蔽作用。在大型建筑物的低層、地下商場、地下停車場等環(huán)境下，移動通信信號弱，手機無法正常使用，形成了移動通信的盲區(qū)和陰影區(qū)；在中間樓層，由于來自周圍不同基站信號的重疊，產(chǎn)生乒乓效應，手機頻繁切換甚至掉話，嚴重影響了手機的正常使用；在建筑物的高層，由于受基站天線的高度限制，無法正常覆蓋，也是移動通信的盲區(qū)。另外，在有些建筑物內，雖然手機能夠正常通話，但是用戶密度大，基站信道擁擠，手機上線困難。特別是移動通信的網(wǎng)絡覆蓋、容量、質量是運營商獲取競爭優(yōu)勢的關鍵因素。網(wǎng)絡覆蓋、網(wǎng)絡容量、網(wǎng)絡質量從根本上體現(xiàn)了移動網(wǎng)絡的服務水平，是所有移動網(wǎng)絡優(yōu)化工作的主題。室內覆蓋系統(tǒng)正是在這種背景之下產(chǎn)生的，室內覆蓋系統(tǒng)的主要原因有：

● 覆蓋方面，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了無線電波較大的傳輸衰耗，形成了移動信號的弱場強區(qū)甚至盲區(qū)。

圖3

圖4

● 容量方面，建筑物諸如大型購物商場、會議中心，由于移動電話使用密度過大，局部網(wǎng)絡容量不能滿足用戶需求，無線信道發(fā)生擁塞現(xiàn)象。

● 質量方面，建筑物高層空間極易存在無線頻率干擾，服務小區(qū)信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)乒乓切換效應，話音質量難以保證，并出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。

室內分布故障排查流程圖如下：

確認基站，有源設備等信號源的輸出功率都正常后，可初步判斷為天饋系統(tǒng)故障。分析天饋系統(tǒng)故障時，首先在覆蓋區(qū)內用測試手機詳細測試，確定故障區(qū)域的范圍。斷開信號源（基站或直放站設備），用駐波比測試儀測量天饋系統(tǒng)的駐波比，并確定故障點的位置。

恢復信號源設備與天饋系統(tǒng)的連接，在室內分布系統(tǒng)的主干線上，分別測量各點的功率，最終可確定損壞或連接錯誤的器件，設備故障的分析流程見圖2：

2.2.2 射頻拉遠故障

工作原理及應用

射頻拉遠單元RRU（Remote Radio Unit）帶來了一種新型的分布式網(wǎng)絡覆蓋模式，它將大容量宏蜂窩基站集中放置在可獲得的中心機房內，基帶部分集中處理，采用光纖將基站中的射頻模塊拉到遠端射頻單元，分置于網(wǎng)絡規(guī)劃所確定的站點上，從而節(jié)省了常規(guī)解決方案所需要的大量機房；同時通過采用大容量宏基站支持大量的光纖拉遠，可實現(xiàn)容量與覆蓋之間的轉化。

RRU的工作原理是：基帶信號下行經(jīng)變頻、濾波，經(jīng)過射頻濾波、經(jīng)線性功率放大器后通過發(fā)送濾波傳至天饋。上行將收到的移動終端上行信號進濾波、低噪聲放大、進一步的射頻小信號放大濾波和下變頻，然后完成模數(shù)轉換和數(shù)字中頻處理等。

設備故障的分析流程見圖3：

3 故障處理流程圖

硬件處理流程和分析解決方案見圖4：

4 總結

重要問題，直接影響設備性能、網(wǎng)絡質量：

● 載頻、合路器發(fā)送、接收線連接錯誤，導致上下行不平衡、指配成功率低等問題；

● 硬件故障主要為載頻故障及鋼跳線折損，載頻、合路器異常；

● 物理連接與邏輯配置不一致、基站數(shù)據(jù)配置錯誤、大量冗余數(shù)據(jù)未清除；

● 延伸系統(tǒng)故障是一個比較棘手問題，處理時需要多廠家聯(lián)系處理，分清楚基站設備和外圍設備故障點，以準確處理，以防以聾治啞。

其它問題，對設備的性能、網(wǎng)絡質量雖沒有直接影響，但會間接影響到設備的長期穩(wěn)定運行，重要的是此問題將會提高基站的維護成本：

● 設備運行環(huán)境較為惡劣（部分機房環(huán)境雜亂、灰塵較多、空調不工作，如：金旺角，同盛樓等），對設備長期、穩(wěn)定運行存在較大隱患，惡劣的運行環(huán)境正是導致隱性故障的主要原因。

● 設備連線未貼標簽或標簽書寫極不規(guī)范，其標簽不能對查站及維護提供指導幫助。

建議加強工程施工、維護人員的技能考核，確保施工、維護質量：

● 代維、工程施工人員對設備構造及原理了解不足，導致對站點的施工、維護質量得不到保障（如：現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)擴容、減容施工時，完全未按標準進行施工操作，甚至未與機房數(shù)據(jù)對應）。建議責成代維公司、工程施工單位，對工作人員組織集中培訓、考核，并按設備廠家的設計原理制定嚴格的施工規(guī)范。

● 此措施的短期效應，可降低代維公司的運營成本，而長期效應是，在保障設備性能的同時，可相應降低移動公司的維護成本。