基站天線遠(yuǎn)程電調(diào)技術(shù)的實(shí)踐與應(yīng)用

丁 晟

（中國鐵塔股份有限公司上海市分公司，上海 200050）

基站天線遠(yuǎn)程電調(diào)技術(shù)的實(shí)踐與應(yīng)用

丁 晟

（中國鐵塔股份有限公司上海市分公司，上海 200050）

天線遠(yuǎn)程電調(diào)技術(shù)是提高無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)效率的重要技術(shù)，對提高優(yōu)化準(zhǔn)確性和減小優(yōu)化的工作量具有重要作用。本文介紹了天線遠(yuǎn)程電調(diào)技術(shù)原理的組網(wǎng)方案，并結(jié)合基站站點(diǎn)建設(shè)描述了建設(shè)過程中遇到的問題和解決方案，為天線遠(yuǎn)程電調(diào)建設(shè)提供參考。

遠(yuǎn)程電調(diào)；RCU；AISG；RRU

1 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普遍應(yīng)用，3G網(wǎng)絡(luò)在帶寬和容量方面都顯得不足，所以投入4G網(wǎng)絡(luò)就成為必然選擇。4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用并不意味著3G網(wǎng)絡(luò)退出，且在較長時(shí)期內(nèi)將是3G、4G網(wǎng)絡(luò)共存、協(xié)同發(fā)展的局面。在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，很多站點(diǎn)是與3G網(wǎng)絡(luò)共站建設(shè)的，這種情況下新增一套4G天線可能是最好的選擇，但是由于人們對電磁波輻射的過分擔(dān)憂，這種方案往往會(huì)遭到業(yè)主的否決，因而3G和4G共用天線就成為許多地區(qū)沒有選擇的選擇。為了使無線網(wǎng)絡(luò)具備優(yōu)越的性能和質(zhì)量，在基站建設(shè)時(shí)就需要精確地設(shè)置天線下傾角來保證站點(diǎn)的覆蓋目標(biāo)和范圍。隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，在整個(gè)生命期內(nèi)，也需要調(diào)整天線下傾角來滿足網(wǎng)絡(luò)不斷優(yōu)化的需要。

天線下傾角調(diào)整在傳統(tǒng)上是通過射頻工程師實(shí)地手工完成的。工作中受站點(diǎn)進(jìn)入條件、地理環(huán)境和惡劣的天氣等因素影響較大，并且及時(shí)性很差，延長了網(wǎng)絡(luò)處于非優(yōu)化狀態(tài)的時(shí)間，同時(shí)增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。有的站點(diǎn)地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，如果采用原有的現(xiàn)場手工調(diào)整，成本很高。最重要的是受到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，移動(dòng)用戶的使用頻率和使用人數(shù)的猛增，每年將新建較大規(guī)模的基站，這些新建基站的開通調(diào)測的過程要求其周邊基站也需做同步優(yōu)化，所以原有的射頻工程師實(shí)地手工調(diào)測無法滿足批量調(diào)節(jié)的精度要求。

目前所有的天線都通過RCU（遠(yuǎn)程控制單元）模塊支持了遠(yuǎn)程電調(diào)功能。其優(yōu)點(diǎn)一是通過在線優(yōu)化，站點(diǎn)距離再遠(yuǎn)也能在數(shù)分鐘內(nèi)完成調(diào)測工作；二是通過遠(yuǎn)程在線作業(yè)，可在任何氣候條件下開展優(yōu)化調(diào)整工作；三是避免實(shí)地進(jìn)站調(diào)測，通過網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中心人員遠(yuǎn)端實(shí)施調(diào)測，不僅省去長途驅(qū)車所花費(fèi)的成本，同時(shí)也減少與基站業(yè)主的溝通成本，且提升服務(wù)感知度；四是可對接入維護(hù)操作中心的不同品牌的天線實(shí)施統(tǒng)一管理；五是調(diào)節(jié)的精確度大幅提高，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)質(zhì)量大幅提升。以前的機(jī)械下傾需要維護(hù)人員上塔調(diào)整天線背面支架的位置，不僅工作強(qiáng)度大，技術(shù)很熟練的維護(hù)人員至多也只能達(dá)到1°的精度，而且當(dāng)機(jī)械下傾角大于15°以后，天線主瓣方向覆蓋距離縮短，方向偏離基站扇區(qū)，相鄰小區(qū)之間產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。而電調(diào)并不改變天線的姿態(tài)，而是通過改變天線振子之間的相位關(guān)系，也就是改變了天線的垂直方向圖，其覆蓋區(qū)域控制較好，相鄰小區(qū)之間的干擾較輕，且電調(diào)精度可以達(dá)到0.1°，這也遠(yuǎn)非機(jī)械下傾所能達(dá)到。目前，我們遠(yuǎn)程允許網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員在網(wǎng)管中心上通過軟件輸入指令來調(diào)整站點(diǎn)上的天線下傾角。本文先介紹天線遠(yuǎn)程電調(diào)原理和組網(wǎng)方案，然后結(jié)合基站建設(shè)情況分析了建設(shè)中碰到的問題，并給出了解決方案。

2 天線遠(yuǎn)程電調(diào)的原理

天線遠(yuǎn)程電調(diào)可以進(jìn)行遠(yuǎn)端控制的根本原因是使用了RCU。

RCU具有接收基站控制命令，精確調(diào)節(jié)天線下傾角以及實(shí)時(shí)查詢天線電下傾等功能，是遠(yuǎn)程電調(diào)天線的控制核心。RCU一般安裝在天線外面，由控制電路、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一般采用數(shù)控的步進(jìn)馬達(dá)；驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)主要包括一個(gè)齒輪，該齒輪可以與傳動(dòng)桿咬合，齒輪在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就可以拉動(dòng)傳動(dòng)桿，從而改變天線的下傾角。

AISG 2.0協(xié)議是AISG（天線接口標(biāo)準(zhǔn)化組織）制定的天線相關(guān)設(shè)備與基站系統(tǒng)對接的標(biāo)準(zhǔn)接口，用于實(shí)現(xiàn)電調(diào)天線的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)不同廠家的天線和基站之間的對接。具備AISG標(biāo)準(zhǔn)的基站通過控制線纜與電調(diào)天線進(jìn)行連接，發(fā)送命令控制RCU的動(dòng)作，命令通過控制線纜以AISG 2.0標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)送到RCU，RCU執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)對天線電下傾角的控制，同時(shí)把操作過程和結(jié)果顯示在網(wǎng)管平臺(tái)上。

AISG 2.0協(xié)議的物理層在電氣上采用了RS485標(biāo)準(zhǔn)，其接口定義了8個(gè)針腳，見表1。

表1 RS485標(biāo)準(zhǔn)定義的針腳

目前，天線設(shè)備廠商基本上都根據(jù)AISG 2.0協(xié)議的要求，開發(fā)了相應(yīng)的電調(diào)設(shè)備。但是由于AISG只是一個(gè)協(xié)議文本，并沒有提出具體的實(shí)現(xiàn)方法，以至于不同的廠商對于AISG的理解存在細(xì)微的差異，常常造成不同廠商的設(shè)備和接口并不能夠做到真正的兼容和互操作。

電機(jī)應(yīng)用最廣泛的小型電機(jī)包括直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)的主要區(qū)別在于它們的驅(qū)動(dòng)方式。步進(jìn)電機(jī)是以步階方式分段移動(dòng)，直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)通常則采用連續(xù)移動(dòng)的模擬控制方式。由于步進(jìn)電機(jī)采用步階移動(dòng)，所以特別適合絕對尋址應(yīng)用，目前市場上常見的步進(jìn)電機(jī)已能提供每一步1.8°或0.9°的精確移動(dòng)能力。步進(jìn)電機(jī)采用直接控制方式，它的主要命令和控制變量都是步階位置（stepposition）；相形之下，直流電機(jī)則是以電機(jī)電壓做為控制變量，以位置或速度做為命令變量。直流電機(jī)需要反饋控制系統(tǒng)，它會(huì)以間接方式控制電機(jī)位置，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)多半則是以開環(huán)方式進(jìn)行操作。

電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊的核心是Allegro公司的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片A3977。該芯片具有l(wèi)/2、1/4及l(fā)/8等微步模式。本系統(tǒng)中通過軟件配置使MSl為高電平、MS2為低電平，電機(jī)工作在半步模式，MCU每發(fā)400個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。A3977輸出驅(qū)動(dòng)器容量為35V、2.5A，內(nèi)部包括一個(gè)固定停機(jī)時(shí)間電流穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可在低、快或混合衰減模式下工作，從而可以有效降低電機(jī)噪音，增加步進(jìn)精確度并減少功率耗散。

存儲(chǔ)模塊主要包括天線相關(guān)的參數(shù)存儲(chǔ)和RCU固件存儲(chǔ)。天線參數(shù)存儲(chǔ)采用鐵電存儲(chǔ)器FM24LCl6，其中包括產(chǎn)品序列號(hào)、天線參數(shù)、天線配置數(shù)據(jù)和移相器配置數(shù)據(jù)等。選用鐵電存儲(chǔ)器的主要原因是：AlSG協(xié)議中規(guī)定，RCU收到基站的命令后，必須在10ms之內(nèi)發(fā)出回應(yīng)幀，否則就認(rèn)為通信超時(shí)，這就要求向存儲(chǔ)器中寫入天線參數(shù)的命令必須在10ms內(nèi)完成；考慮到執(zhí)行程序的時(shí)間消耗，在天線數(shù)據(jù)較多的情況下，普通的EEPROM無法滿足要求；鐵電存儲(chǔ)器相比于EEPROM寫入速度快，寫入過程無需等待，可以滿足這一要求。RCU固件存儲(chǔ)則采用了PSD單片機(jī)的內(nèi)部Flash。利用PSD單片機(jī)內(nèi)部特有的nash結(jié)構(gòu)，將正在執(zhí)行的固件和更新的固件都存儲(chǔ)在單片機(jī)的片內(nèi)nash中，從而省去了外部存儲(chǔ)器，既節(jié)省了BOM成本，又提高了產(chǎn)品的可靠性和安全性。

3 天線遠(yuǎn)程電調(diào)的組網(wǎng)方案

3.1 總體組網(wǎng)方案

目前，天線遠(yuǎn)程電調(diào)的總體組網(wǎng)方案如圖1所示。

圖1 天線遠(yuǎn)程電調(diào)的總體組網(wǎng)方案

總體組網(wǎng)方案

RCU通過控制線纜連接到宏基站設(shè)備或RRU設(shè)備上。宏基站設(shè)備通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與操作維護(hù)中心連接。RRU設(shè)備要先經(jīng)過光纖與BBU設(shè)備連接后，再通過傳輸網(wǎng)絡(luò)連接到操作維護(hù)中心。

3.2 LTE站點(diǎn)上的遠(yuǎn)程電調(diào)連接方案

3.2.1 天線與RCU的連接

RCU模塊上的傳動(dòng)接口與天線的電調(diào)控制口連接。一般情況下，每付2端口天線有1個(gè)電調(diào)控制口，4端口天線有2個(gè)電調(diào)控制口，6端口天線有3個(gè)電調(diào)控制口。因此，每付2端口天線需要1個(gè)RCU，4端口天線需要2個(gè)RCU，6端口天線需要3個(gè)RCU，以此類推。

3.2.2 RCU模塊與基站設(shè)備的連接

目前對于LTE網(wǎng)絡(luò)，所有的基站設(shè)備都采用了BBU+RRU的形式，因此，完成遠(yuǎn)程電調(diào)功能需要RCU模塊和RRU通過AISG 2.0接口連接。根據(jù)RRU與天線距離的長短，目前有通過控制線纜直接連接和經(jīng)過饋線連接兩種方案。

（1）控制線纜直接連接。采用該方案的限制條件是控制線纜長度。根據(jù)不同廠商的設(shè)備要求不同，目前工程中，常見的控制線纜長度要求有小于20米與小于80米等情況。同一天線上的多個(gè)RCU級(jí)聯(lián)之后，通過控制電纜連接到RRU的AISG接口上。

（2）經(jīng)過饋線連接。若無法滿足（1）中的控制線纜長度要求，則需要通過饋線連接。該方案中，同一天線上的多個(gè)RCU級(jí)聯(lián)之后，利用饋線連接到RRU上。對于不同廠商，其連接方案略有不同。對于廠商一和廠商三，RCU的控制電纜通過SBT（智能偏置三通器）接入饋線，由饋線直接將控制信號(hào)輸入到RRU上；而對于廠商二，RCU的控制電纜通過SBT接入饋線后，在RRU側(cè)近端需要再利用SBT將控制信號(hào)分離出來，經(jīng)過控制線纜輸入到RRU的AISG接口。

4 基站建設(shè)應(yīng)用

4.1 建設(shè)中碰到的問題

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)部署的深入，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)的工作量逐步加大，天線遠(yuǎn)程電調(diào)的需求日益突出。因此2016年初始，現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)的天線遠(yuǎn)程電調(diào)改造項(xiàng)目被提上了日程。項(xiàng)目對1600余個(gè)站點(diǎn)的進(jìn)行改造建設(shè)，以滿足遠(yuǎn)程電調(diào)的需求。由于這些站點(diǎn)涉及多家廠商的設(shè)備和天線型號(hào)，根據(jù)前面遠(yuǎn)程電調(diào)原理的描述，AISG接口未完全兼容，因此出現(xiàn)了多種設(shè)備和天線型號(hào)的組合。在建設(shè)中，SBT及其連接的相關(guān)線纜均由RRU廠商（主設(shè)備廠商）負(fù)責(zé)提供，而直連和級(jí)聯(lián)的控制線纜需要施工單位根據(jù)不同的接口情況，在施工前備料帶到現(xiàn)場。由于接頭不統(tǒng)一，且站點(diǎn)天線型號(hào)不確定（原站點(diǎn)建設(shè)時(shí)，多個(gè)天線廠家的天線隨機(jī)發(fā)貨），導(dǎo)致施工單位在未到現(xiàn)場前無法知道控制線纜接頭的類型，因此在建設(shè)初期碰到了很大的困難，每個(gè)站點(diǎn)都需要先上站勘查后才能進(jìn)行施工，大大延誤了施工的進(jìn)度。為此，項(xiàng)目組決定對現(xiàn)網(wǎng)的天線和設(shè)備進(jìn)行調(diào)研和總結(jié)，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

4.2 調(diào)研情況和建設(shè)要求

4.2.1 調(diào)研情況

4.2.1.1 RRU設(shè)備側(cè)AISG接口情況

經(jīng)過調(diào)研，RRU設(shè)備側(cè)AISG接口不同廠商均不相同：

廠商一、廠商二、廠商三分別為8孔圓形接口，母頭；9孔DB9方頭，母頭；15孔DB15方頭，母頭。4.2.1.2 天線RCU側(cè)AISG接口情況

經(jīng)過調(diào)研，目前所有天線RCU側(cè)的AISG接口均為AISG 2.0圓形接口。

每個(gè)RCU上均有2個(gè)接口，一個(gè)是連接到RRU設(shè)備的，另一個(gè)是進(jìn)行級(jí)聯(lián)的。兩個(gè)接口在公母頭上有區(qū)別，連接RRU設(shè)備的接口為公頭，級(jí)聯(lián)接口為母頭。

根據(jù)上述調(diào)研結(jié)果可知：天線廠商的RCU均按照AISG協(xié)議的要求提供了標(biāo)準(zhǔn)的AISG 2.0圓形接口，各針腳定義符合協(xié)議中的8個(gè)針腳的定義，因此RCU之間的級(jí)聯(lián)控制電纜可以通用。RRU設(shè)備側(cè)的接口不統(tǒng)一，導(dǎo)致RCU到RRU的控制線纜不能通用。

4.2.2 建設(shè)要求

通過調(diào)研，提出了如下建設(shè)要求：

（1）由RRU廠商（主設(shè)備廠商）負(fù)責(zé)提供RCU與RRU間的控制線纜，該控制電纜一頭為AISG 2.0圓形接口母頭，另一頭為廠商根據(jù)自己設(shè)備匹配的接頭。這樣可確保兩端接口相匹配。在施工前，施工單位可以根據(jù)站點(diǎn)所屬的設(shè)備廠商區(qū)域進(jìn)行備料。

（2）RCU級(jí)聯(lián)線纜統(tǒng)一采購，規(guī)格要求為0.5米長，一頭為AISG2.0圓形接口母頭，一頭為AISG2.0圓形接口公頭，所有天線的RCU均可通用。在施工前，施工單位不需要進(jìn)行選擇，直接備足料即可。

4.3 基站天線互調(diào)測試系統(tǒng)的搭建要點(diǎn)

⊙ 互調(diào)儀的輸出功率要有較高的精度，互調(diào)測試同軸電纜的長度不宜過長，避免實(shí)際到達(dá)天線端口的功率偏低，互調(diào)測試值偏高。

⊙ 要求互調(diào)測試系統(tǒng)（互調(diào)儀、跳線、低互調(diào)負(fù)載）的殘余互調(diào)余量要大于10dBm，當(dāng)被測部件的實(shí)際互調(diào)電平接近測試系統(tǒng)的殘余互調(diào)電平時(shí)，由于兩者的矢量合成，互調(diào)電平的測量不確定度就會(huì)變大。

⊙ 反復(fù)拆卸的端口在使用一段時(shí)間后，需要進(jìn)行例行的端口清潔，射頻端口的緊固應(yīng)使用按推薦值校準(zhǔn)的力矩扳手緊固。

⊙ 互調(diào)測試系統(tǒng)的跳線在測試過程中需保持合理的彎曲半徑。

⊙ 互調(diào)測試系統(tǒng)的跳線不得對兩端連接器產(chǎn)生過大的剪力，過大的剪力會(huì)造成內(nèi)導(dǎo)體的偏心受力，引起插孔內(nèi)導(dǎo)體的偏心接觸，互調(diào)測試值不穩(wěn)定。

⊙ 要接低互調(diào)負(fù)載測試連接器、跳線和PCB組件（如功分器、移相器）的互調(diào)?？蛰d測試互調(diào)，由于被測部件的失配，能量大部分被反射回互調(diào)儀，通過功放輸出端口串接的環(huán)形器后的負(fù)載吸收會(huì)造成功放壽命降低。若測試的是PCB部件，由于過載造成溫升，則引起銅皮附著力惡化或局部PCB的碳化，形成互調(diào)隱患。

⊙ 對于關(guān)鍵部件，如端口跳線、移相器組件，要制定合理的部件級(jí)互調(diào)測試策略。避免將有重大互調(diào)質(zhì)量隱患的部件裝配到天線上，造成整機(jī)互調(diào)返修困難。如可進(jìn)行跳線的互調(diào)預(yù)測試、移相器組件的互調(diào)預(yù)測試。

5 結(jié)束語

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)的工作量大大提升，天線遠(yuǎn)程電調(diào)技術(shù)的重要性日漸顯現(xiàn)。它不但提升了天線調(diào)整的靈活性和準(zhǔn)確性，而且有效避免了物業(yè)協(xié)調(diào)困難、惡劣天氣等困難因素，大大提高網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)的效率。本文介紹了天線遠(yuǎn)程電調(diào)技術(shù)的原理和組網(wǎng)方案，并結(jié)合站點(diǎn)建設(shè)實(shí)踐分析了建設(shè)中的問題和解決方案，為天線遠(yuǎn)程電調(diào)建設(shè)提供了參考。

The Practice and Application of Remote Electrical Modulation Technology for Base Station Antenna

Ding Sheng
(China Tower Corporation Limited Shanghai, Shanghai, 200050)

Antenna remote modulation technology is an important technology to improve the optimization and maintenance efficiency of wireless networks. It plays an important role in improving the accuracy of optimization and reducing the workload of optimization. This paper introduces the networking scheme of antenna remote electrical modulation technology, and describes the problems encountered in the construction process and solutions based on the construction of the base station station, which provides reference for the construction of the antenna remote electrical control.

Remote Modulation; RCU; AISG; RRU

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.06.008

TN96文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）06-0025-04