多模移動通信基站電源線干擾測試的研究

李新

針對移動通信基站電源線干擾現(xiàn)象，分析干擾信號的類型，把AC、DC線路干擾信號分別劃分為8類和9類，設(shè)計了基站整機電源系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾能力的測試方法及測試裝置。測試結(jié)果表明，抗干擾測試裝置能夠保證基站在多種注入式干擾或耦合干擾的情況下正常運行，驗證了基站在過壓、短時中斷等應(yīng)力環(huán)境下的工作能力，并保證基站在雷擊等干擾下不被損壞，提高了對基站輸入端口的抗干擾能力。

Power line disturbance exits in mobile communication base station. AC and DC line disturbance signals are categorized in 8 and 9 types respectively in order to analyze the type of disturbance signal. The test method and device of anti-disturbance capability for base station power system are designed. Test result states that such test setup can ensure the normal operation of the base station under the condition of multi injecting disturbance and coupling disturbance. It also verifies the performance of base stations under overvoltage and short interruptions and can ensure that the base station is not damaged in the lightning interference. Therefore this setup improves the anti-disturbance capability for the input port of base station.

anti-disturbance test design power port base station

1 引言

移動通信基站的發(fā)展已趨向多?；?，支持多種通信調(diào)制方式。作為移動互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，基站廣泛應(yīng)用于各種地理環(huán)境，如城市、鄉(xiāng)村、室內(nèi)、室外、高原、湖泊、海洋船舶、旅游熱點、高速鐵路等，而基站工作的電源環(huán)境錯綜復(fù)雜，容易受到環(huán)境的干擾，包括交流/直流供電網(wǎng)絡(luò)的切換、供電設(shè)備的波動、其它設(shè)備的信號串?dāng)_、自然界的雷雨天氣甚至人為干擾。盡管網(wǎng)絡(luò)中采用了不間斷電源系統(tǒng)和輔助電源，但干擾仍然難以避免，所以基站電源的穩(wěn)定工作尤為重要?；倦娫丛谘邪l(fā)中的測試設(shè)計能夠很好地保證電源的穩(wěn)定性，從而保證基站系統(tǒng)的可靠性。

電源模塊級測試注重功能性和負(fù)載能力，基站系統(tǒng)電源端口的測試則注重輸入端口的阻抗特性對系統(tǒng)的影響以及系統(tǒng)的抗干擾能力[1-2]。電源線是內(nèi)部電路暴露在機箱外面且與供電網(wǎng)絡(luò)或其它設(shè)備連接部分，容易受到騷擾電壓或騷擾電流，沿導(dǎo)線進(jìn)入基站設(shè)備?；倦娫纯垢蓴_測試需要施加干擾電壓或電流到電源輸入端口，檢測基站在干擾條件下的工作狀態(tài)，保證基站能夠正常工作或不受傷害。

目前對基站電源抗干擾的測試主要根據(jù)EMC測試標(biāo)準(zhǔn)，測試電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊波、靜電放電等，很少考慮輸入電壓跌落、欠壓、過壓、電壓脈沖、紋波干擾、鈴音干擾等現(xiàn)象，而這些干擾很容易造成基站設(shè)備的無線通信信號中斷。本文將重點分析后者的內(nèi)容和測試方法。

2 研究方法

2.1 基站電源輸入端口干擾信號分析

來自外部的電源線干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化，其中包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等。電源線干擾又分為欠壓、過壓、電壓脈沖、短時中斷、斷電、紋波干擾、電壓變化和雷擊。欠壓又稱電壓下降，線電壓下降超過一個周期時，會出現(xiàn)掉電、暫時下沉和欠壓，主要模擬供電網(wǎng)絡(luò)負(fù)載突然增大時出現(xiàn)的電壓下降，AC電源下降持續(xù)時間不超過2s，當(dāng)電壓下降達(dá)到60%時，則不超過100ms；過壓是指線電壓增加超過一個周期采樣時的過電壓，與欠壓相反，當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)負(fù)載突然下降時，則會出現(xiàn)短時過壓；短時中斷是在零電壓條件下對電力線持續(xù)至少半個周期，包括停電和警戒，這種情況，AC模擬波形不大于10ms，DC波形持續(xù)時間小于5ms。電壓脈沖是高頻周期事件（振蕩衰減，尖峰，瞬態(tài)），有一個陡峭的上升/下降或震蕩離開AC正弦波。非線性上升是為了驗證供電電壓上升期間，基站抑制疊加震蕩和步進(jìn)波形的能力。

2.2 測試裝置與基站配置

（1）輸入端口電源線干擾測試的裝置

基站電源需要在基站系統(tǒng)中測試，電源負(fù)載是基站設(shè)備，電源線干擾測試連接如圖1所示。測試儀表主要是供電電源、PLD波形發(fā)生器、示波器、基站配置電腦和射頻測試儀器頻譜儀；DC或AC供電電源負(fù)載能力大于基站設(shè)備的功耗，并且電壓、頻率等參數(shù)可調(diào)；電源與基站的連線足夠短，防止線纜分布電容或電感帶來的干擾，連接示波器的檢測點是基站端口，基站需要接地良好。

供電電源具有電壓、電流、頻率的預(yù)置功能；PLD波形發(fā)生器提供電源線干擾波形，PLD設(shè)備產(chǎn)生的干擾以傳導(dǎo)耦合方式注入電源輸入端口；示波器用以檢測基站端口的電壓、電流和干擾波形；PC配置基站的參數(shù)、檢測基站告警、錯誤信息，并監(jiān)測上行信號的誤碼率；射頻信號源提供基站上行調(diào)制信號或檢測上行誤碼；頻譜儀接收基站下行信號，分析監(jiān)測下行信號的功率、調(diào)制性能等對于浪涌、電快速瞬變、靜電放電等測試裝置和測試方法，EMC相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)有較為詳細(xì)的描述，可參照標(biāo)準(zhǔn)CISPR 16-2-3 Ed 2執(zhí)行[3]。endprint

（2）基站配置

在正常的電壓范圍內(nèi)，測試時施加干擾信號，多?；拘枰渲盟軌蛑С值淖疃噍d波、最大數(shù)據(jù)速率和最大射頻輸出功率、最大的工作負(fù)荷，以保持良好的工作狀態(tài)，沒有存在內(nèi)部的告警或錯誤信息；同時，基站外部接口的功能在測試中也需要監(jiān)測，可以使用模擬負(fù)載或設(shè)備連接，如果基站支持遠(yuǎn)端射頻單元或級聯(lián)遠(yuǎn)端基站，通常使用實際設(shè)備連接。針對不同的通信制式，無線信號通常按照表3的要求配置基站：

測試模式定義了無線信道的類型、數(shù)量和信道功率分配，也對應(yīng)了基帶數(shù)據(jù)的傳輸速率。無線信號功率越大，基站射頻部分功耗就越大；數(shù)據(jù)速率越大，基站基帶處理的負(fù)荷就越大。在高負(fù)荷高功耗的情況下，無線信號越容易受到來自電源線的干擾。對于WCDMA制式，下行選用測試模式1，64DPCH，上行選用Reference 384kbps[4]；LTE有6種帶寬配置，從1.6MHz到20MHz，而20MHz配置占用無線資源100RB，相對于其它帶寬配置來說，數(shù)據(jù)速率最高，所以測試模式選取了E-TM3.1/20MHz[5]；CDMA制式則選用高速率數(shù)據(jù)測試模式下行H-TM4和上行256bit[6]；而GSM配置支持GPRS的PDTCH數(shù)據(jù)信道[7]。

3 測試判據(jù)與結(jié)果分析

對于電源輸入端口抗干擾能力的判斷，以干擾信號的施加、基站的工作狀態(tài)來判斷。干擾信號施加在輸入端口，使用示波器抓取信號波形，關(guān)注波形的電壓和波動時間是否符合預(yù)先設(shè)定的要求?；竟ぷ鳜F(xiàn)場經(jīng)常會遇到市電中斷的情況，需要電池替代供電，以保持通信的不間斷。在市電與電池切換時，通常會出現(xiàn)短時中斷的情況。

以短時中斷干擾波形為例進(jìn)行分析。AC220V輸入端口，示波器測得兩次短時中斷電壓0V的持續(xù)時間分別為10ms和20ms，電壓有效值為220V，才能符合干擾波形的要求；DC-54V輸入端口干擾波形測試時，需要多次測試調(diào)整PLD發(fā)生器，使得示波器監(jiān)測到的直流電壓達(dá)到0V后的保持時間為0.5～5ms。

圖2是示波器監(jiān)測到短時中斷的干擾波形。上部的劃線描述了輸入電壓短時中斷5ms，電壓先從-54V跌落到0V，然后保持時間5ms，再恢復(fù)-54V。下部的劃線則顯示電流隨著電壓波動的情況，當(dāng)輸入電壓中斷時，基站瞬間就沒有功耗，輸入電流為零，此時基站的無線輸出信號消失；當(dāng)輸入電壓恢復(fù)時，基站內(nèi)部電容快速充電，形成一個電流沖擊，接著電容放電，這樣電流震蕩100ms后趨于穩(wěn)定，基站的無線輸出信號也恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

電源系統(tǒng)是移動通信基站的主要組成部分，也是影響基站可靠性的最關(guān)鍵部分，研發(fā)中需要對電源進(jìn)行足夠的檢測。

將本文論述的測試內(nèi)容和測試方法運用于研發(fā)中，對基站整機電源系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾能力的驗證，既可以保證基站系統(tǒng)的質(zhì)量，使移動通信基站很好地適應(yīng)室外復(fù)雜的電源環(huán)境，又保證基站在多種注入式干擾或耦合干擾的情況下能夠正常運行，驗證基站在雷擊等高應(yīng)力環(huán)境下不被損壞；同時，還保證基站電源端口滿足入網(wǎng)規(guī)范對EMC的干擾和抗干擾要求。

對基站輸入端口的抗干擾能力測試，模擬了實際應(yīng)用環(huán)境的干擾信號，若移動通信系統(tǒng)能夠在多種模擬干擾的環(huán)境下穩(wěn)定運行，則能夠適用于實際的工作電源環(huán)境，減少現(xiàn)場電源波動帶來的基站故障。

參考文獻(xiàn)：

[1] ETSI EN 300 132-2. Power Supply Interface at the Input to Telecommunication Equipment， Part 2： Operated by direct current （dc）[S]. 2011.

[2] ETSI ETS 300 132-1. Power Supply Interface at the Input to Telecommunication Equipment， Part 1： Operated by alternating current （ac） derived from direct current （dc） sources[S]. 1996.

[3] CISPR 16-2-3 Ed 2. Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods[S].

[4] 3GPP TS 25.141. Base Station （BS） Conformance Testing （FDD）[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.141. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Base Station （BS） Conformance Testing[S]. 2013.

[6] 3GPP TS 45.005. Radio Transmission and Reception[S]. 2013.

[7] Chroma Electronics. Programmable AC Source Users Manual[Z]. 2009.endprint

（2）基站配置

在正常的電壓范圍內(nèi)，測試時施加干擾信號，多?；拘枰渲盟軌蛑С值淖疃噍d波、最大數(shù)據(jù)速率和最大射頻輸出功率、最大的工作負(fù)荷，以保持良好的工作狀態(tài)，沒有存在內(nèi)部的告警或錯誤信息；同時，基站外部接口的功能在測試中也需要監(jiān)測，可以使用模擬負(fù)載或設(shè)備連接，如果基站支持遠(yuǎn)端射頻單元或級聯(lián)遠(yuǎn)端基站，通常使用實際設(shè)備連接。針對不同的通信制式，無線信號通常按照表3的要求配置基站：

測試模式定義了無線信道的類型、數(shù)量和信道功率分配，也對應(yīng)了基帶數(shù)據(jù)的傳輸速率。無線信號功率越大，基站射頻部分功耗就越大；數(shù)據(jù)速率越大，基站基帶處理的負(fù)荷就越大。在高負(fù)荷高功耗的情況下，無線信號越容易受到來自電源線的干擾。對于WCDMA制式，下行選用測試模式1，64DPCH，上行選用Reference 384kbps[4]；LTE有6種帶寬配置，從1.6MHz到20MHz，而20MHz配置占用無線資源100RB，相對于其它帶寬配置來說，數(shù)據(jù)速率最高，所以測試模式選取了E-TM3.1/20MHz[5]；CDMA制式則選用高速率數(shù)據(jù)測試模式下行H-TM4和上行256bit[6]；而GSM配置支持GPRS的PDTCH數(shù)據(jù)信道[7]。

3 測試判據(jù)與結(jié)果分析

對于電源輸入端口抗干擾能力的判斷，以干擾信號的施加、基站的工作狀態(tài)來判斷。干擾信號施加在輸入端口，使用示波器抓取信號波形，關(guān)注波形的電壓和波動時間是否符合預(yù)先設(shè)定的要求?；竟ぷ鳜F(xiàn)場經(jīng)常會遇到市電中斷的情況，需要電池替代供電，以保持通信的不間斷。在市電與電池切換時，通常會出現(xiàn)短時中斷的情況。

以短時中斷干擾波形為例進(jìn)行分析。AC220V輸入端口，示波器測得兩次短時中斷電壓0V的持續(xù)時間分別為10ms和20ms，電壓有效值為220V，才能符合干擾波形的要求；DC-54V輸入端口干擾波形測試時，需要多次測試調(diào)整PLD發(fā)生器，使得示波器監(jiān)測到的直流電壓達(dá)到0V后的保持時間為0.5～5ms。

圖2是示波器監(jiān)測到短時中斷的干擾波形。上部的劃線描述了輸入電壓短時中斷5ms，電壓先從-54V跌落到0V，然后保持時間5ms，再恢復(fù)-54V。下部的劃線則顯示電流隨著電壓波動的情況，當(dāng)輸入電壓中斷時，基站瞬間就沒有功耗，輸入電流為零，此時基站的無線輸出信號消失；當(dāng)輸入電壓恢復(fù)時，基站內(nèi)部電容快速充電，形成一個電流沖擊，接著電容放電，這樣電流震蕩100ms后趨于穩(wěn)定，基站的無線輸出信號也恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

電源系統(tǒng)是移動通信基站的主要組成部分，也是影響基站可靠性的最關(guān)鍵部分，研發(fā)中需要對電源進(jìn)行足夠的檢測。

將本文論述的測試內(nèi)容和測試方法運用于研發(fā)中，對基站整機電源系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾能力的驗證，既可以保證基站系統(tǒng)的質(zhì)量，使移動通信基站很好地適應(yīng)室外復(fù)雜的電源環(huán)境，又保證基站在多種注入式干擾或耦合干擾的情況下能夠正常運行，驗證基站在雷擊等高應(yīng)力環(huán)境下不被損壞；同時，還保證基站電源端口滿足入網(wǎng)規(guī)范對EMC的干擾和抗干擾要求。

對基站輸入端口的抗干擾能力測試，模擬了實際應(yīng)用環(huán)境的干擾信號，若移動通信系統(tǒng)能夠在多種模擬干擾的環(huán)境下穩(wěn)定運行，則能夠適用于實際的工作電源環(huán)境，減少現(xiàn)場電源波動帶來的基站故障。

參考文獻(xiàn)：

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[2] ETSI ETS 300 132-1. Power Supply Interface at the Input to Telecommunication Equipment， Part 1： Operated by alternating current （ac） derived from direct current （dc） sources[S]. 1996.

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[4] 3GPP TS 25.141. Base Station （BS） Conformance Testing （FDD）[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.141. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Base Station （BS） Conformance Testing[S]. 2013.

[6] 3GPP TS 45.005. Radio Transmission and Reception[S]. 2013.

[7] Chroma Electronics. Programmable AC Source Users Manual[Z]. 2009.endprint

（2）基站配置

在正常的電壓范圍內(nèi)，測試時施加干擾信號，多?；拘枰渲盟軌蛑С值淖疃噍d波、最大數(shù)據(jù)速率和最大射頻輸出功率、最大的工作負(fù)荷，以保持良好的工作狀態(tài)，沒有存在內(nèi)部的告警或錯誤信息；同時，基站外部接口的功能在測試中也需要監(jiān)測，可以使用模擬負(fù)載或設(shè)備連接，如果基站支持遠(yuǎn)端射頻單元或級聯(lián)遠(yuǎn)端基站，通常使用實際設(shè)備連接。針對不同的通信制式，無線信號通常按照表3的要求配置基站：

測試模式定義了無線信道的類型、數(shù)量和信道功率分配，也對應(yīng)了基帶數(shù)據(jù)的傳輸速率。無線信號功率越大，基站射頻部分功耗就越大；數(shù)據(jù)速率越大，基站基帶處理的負(fù)荷就越大。在高負(fù)荷高功耗的情況下，無線信號越容易受到來自電源線的干擾。對于WCDMA制式，下行選用測試模式1，64DPCH，上行選用Reference 384kbps[4]；LTE有6種帶寬配置，從1.6MHz到20MHz，而20MHz配置占用無線資源100RB，相對于其它帶寬配置來說，數(shù)據(jù)速率最高，所以測試模式選取了E-TM3.1/20MHz[5]；CDMA制式則選用高速率數(shù)據(jù)測試模式下行H-TM4和上行256bit[6]；而GSM配置支持GPRS的PDTCH數(shù)據(jù)信道[7]。

3 測試判據(jù)與結(jié)果分析

對于電源輸入端口抗干擾能力的判斷，以干擾信號的施加、基站的工作狀態(tài)來判斷。干擾信號施加在輸入端口，使用示波器抓取信號波形，關(guān)注波形的電壓和波動時間是否符合預(yù)先設(shè)定的要求?；竟ぷ鳜F(xiàn)場經(jīng)常會遇到市電中斷的情況，需要電池替代供電，以保持通信的不間斷。在市電與電池切換時，通常會出現(xiàn)短時中斷的情況。

以短時中斷干擾波形為例進(jìn)行分析。AC220V輸入端口，示波器測得兩次短時中斷電壓0V的持續(xù)時間分別為10ms和20ms，電壓有效值為220V，才能符合干擾波形的要求；DC-54V輸入端口干擾波形測試時，需要多次測試調(diào)整PLD發(fā)生器，使得示波器監(jiān)測到的直流電壓達(dá)到0V后的保持時間為0.5～5ms。

圖2是示波器監(jiān)測到短時中斷的干擾波形。上部的劃線描述了輸入電壓短時中斷5ms，電壓先從-54V跌落到0V，然后保持時間5ms，再恢復(fù)-54V。下部的劃線則顯示電流隨著電壓波動的情況，當(dāng)輸入電壓中斷時，基站瞬間就沒有功耗，輸入電流為零，此時基站的無線輸出信號消失；當(dāng)輸入電壓恢復(fù)時，基站內(nèi)部電容快速充電，形成一個電流沖擊，接著電容放電，這樣電流震蕩100ms后趨于穩(wěn)定，基站的無線輸出信號也恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

電源系統(tǒng)是移動通信基站的主要組成部分，也是影響基站可靠性的最關(guān)鍵部分，研發(fā)中需要對電源進(jìn)行足夠的檢測。

將本文論述的測試內(nèi)容和測試方法運用于研發(fā)中，對基站整機電源系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾能力的驗證，既可以保證基站系統(tǒng)的質(zhì)量，使移動通信基站很好地適應(yīng)室外復(fù)雜的電源環(huán)境，又保證基站在多種注入式干擾或耦合干擾的情況下能夠正常運行，驗證基站在雷擊等高應(yīng)力環(huán)境下不被損壞；同時，還保證基站電源端口滿足入網(wǎng)規(guī)范對EMC的干擾和抗干擾要求。

對基站輸入端口的抗干擾能力測試，模擬了實際應(yīng)用環(huán)境的干擾信號，若移動通信系統(tǒng)能夠在多種模擬干擾的環(huán)境下穩(wěn)定運行，則能夠適用于實際的工作電源環(huán)境，減少現(xiàn)場電源波動帶來的基站故障。

參考文獻(xiàn)：

[1] ETSI EN 300 132-2. Power Supply Interface at the Input to Telecommunication Equipment， Part 2： Operated by direct current （dc）[S]. 2011.

[2] ETSI ETS 300 132-1. Power Supply Interface at the Input to Telecommunication Equipment， Part 1： Operated by alternating current （ac） derived from direct current （dc） sources[S]. 1996.

[3] CISPR 16-2-3 Ed 2. Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods[S].

[4] 3GPP TS 25.141. Base Station （BS） Conformance Testing （FDD）[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.141. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）； Radio Base Station （BS） Conformance Testing[S]. 2013.

[6] 3GPP TS 45.005. Radio Transmission and Reception[S]. 2013.

[7] Chroma Electronics. Programmable AC Source Users Manual[Z]. 2009.endprint