移动通信基站设备检测系统设计研究 本文关键词：移动通信，检测系统，研究，设计，基站设备
移动通信基站设备检测系统设计研究 本文简介：【摘要】移动通信基站采用了大量的大规模集成电路和射频器件，对其进行故障检测、分析、定位，需要精密、复杂的专用测试设备和特殊工艺。为加强对返修板件的集中检测，降低无故障返修比例，设计了一种基站设备综合检测系统，其能仿真基站控制器（BSC）/无线控制器（RNC）、网络子系统（NSS）和操作支持子系统（O
移动通信基站设备检测系统设计研究 本文内容：
【摘要】移动通信基站采用了大量的大规模集成电路和射频器件，对其进行故障检测、分析、定位，需要精密、复杂的专用测试设备和特殊工艺。为加强对返修板件的集中检测，降低无故障返修比例，设计了一种基站设备综合检测系统，其能仿真基站控制器（BSC）/无线控制器（RNC）、网络子系统（NSS）和操作支持子系统（OSS）的功能，可激活基站的各种板件，并对其性能和参数进行测试，最终定位检测出基站板件的故障点，为基站板件的检测维修提供一种结构简单、使用方便的装备。
【关键词】基站设备；综合检测；BSC；RNC；NSS；OSS
1引言
我国移动通信网络从初期的第一代模拟通信、第二代GSM数字通信，发展到第三代TD-SCDMA/WCDMA/CD-MA2000数字移动通信，已全面迈向4G的时代。网络从小规模发展到今天的大规模，已经覆盖全国所有地市、县及乡镇，成为全世界第一大移动通信网络。其中2G、3G移动通信网络主要包括：操作支持子系统（OMC）、网络子系统（NSS）和基站子系统（BSS-2G）/无线子系统（RAN-3G）三部分，2G基站子系统（BSS）主要由基站（BTS）和基站控制器（BSC）构成，3G无线子系统（RAN）主要由基站（NodeB）和无线控制器（RNC）构成。相对于部署于核心区域机房的基站控制器（BSC）/无线控制器（RNC）、网络子系统（NSS）和操作支持子系统（OMC），作为接入层设备的基站（BTS/NodeB）一般为分散部署，以实现密集覆盖，其数量大、板件种类多、工作环境恶劣、故障概率高，运营商每年需要维修的故障基站板件超过数十万件。同时，基站板件结构复杂、集成度高，其大量采用了大规模集成电路和射频器件，因此对其进行故障检测、故障分析/定位、故障修复，需要精密、复杂的专用测试设备和特殊的维修工艺，维修费用在整体网络维护成本中占比较高。另一方面，目前基站板件的故障检测、定位、更换通常由一线代维人员承担，受限于代维人员技术水平，故障的定位分析往往不够全面，导致存在不少无故障返修的情况。通过对返修板件进行集中检测，甄别出不必返厂返修的无故障板件，可有效降低基站板件的维修费从而减少维护成本。同时，通过集中检测，还可以对因升级4G（LTE）制式替换下来的大量库存2G（GSM）、3G（TD-SCDMA）制式设备进行再利用，或重新投入现网使用或作为维修周转备件，可有效能够盘活存量资源，从而提高设备使用率、减少仓储成本。因此，本文设计了一种适应多类型、多厂家基站设备的基站设备综合检测系统，该系统通过仿真基站控制器（BSC）/无线控制器（RNC）、网路子系统（NSS）和操作支持子系统（OSS）的功能，可激活基站的各种板件，并对其性能和参数进行测试，从而检测出基站板件的故障，为基站板件的检测维修提供一种结构简单、使用方便的装备。
2国内外现有基站设备测试方法的分析
现阶段能够有效测试基站设备板件的方法主要有三种：网管监测方法、无线通信分析仪表方法、基站综合测试仪检测方法。（1）网管监测方法：依托网管平台监控设备故障。现行的移动通信网络，具备集中管理的网管平台（OMC），通过网管平台可以监视到故障基站的告警信息，实时性强、定位较为准确，能够满足网络运行状态的监控系统要求。但使用该方法需要在实际业务站点安装故障设备板件，会导致业务站点中断业务，影响客户感知以及服务质量。同时该方法只能从功能上对故障设备进行检测，无法进行发射、接收指标的深入测试，无法检测出隐性故障，属于不完备的测试方法，实用价值有限。（2）无线通信分析仪表方法：使用无线通信分析仪表进行基站设备故障检测。为无线设备设计及制造人员设计的专用分析仪表工具提供了完备的频域/时域分析功能，是检测、侦错和校验无线器件和设备的理想解决方案。使用该方法能够有效解决网管监测方法中存在的无法进行发射、接收指标的检测等问题，能够深入发现基站设备中的隐性故障，对指标的检测完全符合3GPP和3GPP2标准要求。然而该方法也存在无法脱离移动网络独立工作的问题，在测试时必须将被检测的基站接入移动网络并正常工作后，方可使用相关的分析仪表进行指标检测和功能检测。另外许多专业仪表的操作相当复杂，对检测人员的理论知识和技术水平要求很高。（3）基站综合测试仪检测方法：使用基站综合测试仪进行基站设备故障检测。基站综合测试仪表通过模拟2G、3G移动通信网络既有的Abis、Iub等标准接口，实现对被测基站的全面控制，以达到对基站发射机、接收机以及其他功能进行测试的目的。单台仪表可覆盖发射机、接收机所有功能的全面测试，特别适用于需要户外作业的群体如电信运营商使用，还适用于那些因条件受限无法获取BSC、RNC或是相关后台软件系统支持的测试领域如基站的检验认证等，在基站的安装、调试、维护以及最终检验等方面应用广泛。但基站综合测试仪表技术门槛高、购置成本高，目前只有国外少数仪器仪表厂家生产了少量适用于国外电信设备厂商（如爱立信、西门子、摩托罗拉）2G制式的基站综合测试仪（如RACAL6113），无法支持对国内电信设备厂家（华为、中兴）生产的2G、3G基站设备进行测试，故适用范围有较大限制，无法形成自动化的批量检测能力。
3基站设备综合检测系统的设计方案
3.1功能目标（1）支持GSM制式的爱立信RBS2202、RBS2206、RBS6201、RBS6601，华为BTS3012以及TD-SCDMA制式华为、中兴、大唐等基站的功能检测，最终实现建立通用多制式集成检测平台系统。（2）支持自动化的完成对每个载波及时隙的检测；支持多载波同时工作状态下的检测。（3）具备精确的指标检测能力，可迅速、正确判断GSM/TD-SCDMA无线网BBU/RRU设备的真实故障，并进一步通过对设备硬件进行剖析，定位芯片级别的故障。（4）操作简单，具备自动化的检测工作模式。（5）具备根据设备厂家的不同增加相应基站设备的检测功能的扩展能力，预留其他厂家及制式基站设备的支持接口。3.2技术路线3.2.1技术原理通过模拟基站的测试和运行环境，按照3GPP和3GPP2国际检测标准，自动检测和分析被测基站板件中存在的故障点。3.2.2技术选择作为综合性的基站检测系统，需要具备良好的系统扩展性、检测准确性以及高性价比的特点，通过对比现有的开发一种新的基站检测仪表和开发一套集成检测系统两种模式的对比，最终确定采用集成检测系统方式进行设计开发。其优点主要在于：（1）集成检测系统是通过专用总线将仪表和模拟机进行集成，具备良好的扩展性。（2）通过仪表、专用适配器、PC机通过总线进行集成，对于用户的需求更新能够快速的进行组件更换，降低了升级难度，应用更加的灵活，且最终产品的价格较低。3.3总体设计采用集成检测系统方式作为总体设计方案基础进行总体设计，通过成熟先进的软硬件技术，开发一套测试软件系统提供给用户作为检测控制界面，将用户控制命令转换成通信协议，利用UDP接口发送到适配器，由适配器中的固件程序将协议栈中构建的Abis协议/Iub协议发送到基站设备，从而激活基站设备，对于无法正常工作的基站，及时解析基站上报的告警信息。系统通过有效集中网管监视方法和无线通信分析仪表的优点，为用户提供了准确的故障告警信息，以及精确的发射和接收指标参数。系统总体架构设计说明如下：（1）协议处理器：主要完成Abis和Iub协议的解析和构建处理。（2）传输层：完成平台软件同平台硬件设备之间的数据传输。（3）ARM内核：完成硬件内部控制，以及同软件系统的数据处理。（4）TRAU模拟：完成语音数据的编解码处理、语音交换功能模拟。（5）信令接口：提供同基站连接的信令物理端口，支持E1、IP等接口。（6）设备总线接口：提供支持集成仪表设备的总线接口。3.4硬件功能设计硬件部分主要功能为，完成基站侧（BTS/NodeB）和基站控制器侧（BSC）/无线控制器侧（RNC）的Abis和Iub协议的直接透传、实现语音解码处理、完成语音交换、保证了语音检测质量、以及对传输总线的控制。3.5软件功能设计3.5.1设备连接包括连接适配器、配置适配器参数、断开适配器、总线设备连接。3.5.2系统控制包括基站设备管理、工作制式（2G/3G）配置、工作时隙配置、频点信息配置等。3.5.3检测参数包括工作参数设置、仿真参数控制、自动检测参数配置等。3.5.4基站控制包括激活基站、激活信令通道、激活业务通道、指定载波工作、功率控制、接收指标检测等。3.5.5基站自动检测包括进行自动检测、输出检测结果等。3.6实验及测试环境（1）系统开发中需要具备基站设备（GSM制式的爱立信RBS2202、RBS2206、RBS6201、RBS6601，华为BTS3012以及TD-SCDMA制式华为、中兴、大唐等基站），并连接至现网的基站控制器（BSC）/无线控制器（RNC），通过对Abis/Iub接口进行协议数据的采集和分析作为参考，完成相应的软件功能开发。（2）在研发调测的实验环境中，系统需要连接到基站控制器（BSC）/无线控制器（RNC）上，从而控制实验设备进行基站、小区、载波、时隙级别的各种配置，以方面系统调试。3.7关键技术要点系统设计的关键技术主要有两个方面：①不同厂家Abis协议中存在私有协议，导致系统增加对不同厂家支持时，需要解析内部协议，增大了技术难度。②语音交换和语音编解码的处理。针对上述技术关键点，主要采取了以下几方面的措施进行解决：（1）对不同厂家基站的Abis协议结构进行分析，采用面向对象的程序设计方法，提高程序的复用度，从系统结构上保证增加新机型时的最小程序量。（2）根据信令的通用控制功能，指导分析不同厂家协议，降低了分析的复杂度。（3）大量采集不同编码格式的语音数据，参考3GPP/3GPP2相关协议标准，掌握语音编解码技术和语音交换技术。
4系统性能及指标要求
4.1准确性（1）使用所集成的专用仪表进行基站射频指标检测。通过使用专业的无线检测仪表，实现对基站工作的各类射频指标进行测量，通过本系统的数据统一解析，产生准确的检测结果，保证整个系统的检测准确性。（2）集成基站调测软件告警信息。解析基站设备上报的各类告警码，能够在检测指标的同时，全面获得检测设备的内部自检告警信息。4.2易用性4.2.1基于PC的检测操作系统是各类检测设备的集成系统，对于用户检测过程中的全部操作，都是在PC机上完成，不需要学习和掌握操作复杂的各种仪表操作，相对于目前应用基站检测仪表而言，更容易使用。4.2.2基于Windows系统的操作软件用户操作的软件运行在微软的Windows操作系统，由于Windows系统已经广泛应用于个人电脑，因此对于操作人员的培训和实际使用门槛较低。操作人员只需要具备基本的电脑使用知识，就可以完成对软件各功能的操作。4.2.3自动化的检测软件由于系统中开发的基站自动检测只需要操作人员点击一次操作按钮，就可以完成相应的全部检测操作，并输出检测结果，极大地方便了操作人员的使用并提高了工作效率。4.3可扩展性4.3.1基于总线结构的集成平台整个系统平台使用总线将各种外部设备进行集成，可以根据被测对象的检测要求而变化，快速进行动态设备更新，使图1系统总体架构整个系统提供一个公共的开放性的平台，可以随着通信发展，不断地进行系统更新。4.3.2软件实现协议栈由于所有的BSC/RNC的仿真协议都是集成在PC软件中，可以适应不同厂家，不同制式协议的变动。4.3.3采用面向对象的设计方法采用目前主流的OOA、OOD和OOP方法，使软件结构更加合理，更能适应实际需求的变更。从而提高了软件的扩展性。
5检测内容
以GSM制式的基站系统（BTS）检测要求为例，需实现对发射机、接收机、静态功控、下行功控、接收机误码率、灵敏度、接收电平、接收品质等相关功能的测试，以及模拟用户行为的拨打测试。5.1发射机测试和接收机测试（1）发射机测试：小区控制信道产生的频偏、峰值相偏、均方值相偏、最大发射功率、功率包络、调制频谱、发射机误码率、静态功率控制、下行功率控制的测试。（2）接收机测试：接收机误码率测试、绝对灵敏度测试、AccessBurst测试（RACH和PRACH）、接收电平测试、接收品质测试、接收信令误码率测试。通过以上项目的测试，可以综合的判断基站的发射机、接收机、合路器等是否达标，从而达到检测的目的。5.2静态功率控制测试根据3GPPGSM规范要求，对于每一个功率等级的BTS发信机，除要求其必须能够发射该功率等级相应的最大峰值功率（容限：-0，+3dB）外，还应可以提供由BTS设置其为从最大峰值功率开始以2dB为步长下降最少6级的可调功率输出，步长精度容限为[-0.5，+0.5]。即任何一个BTS应该可以提供最少6个功率电平设置。GSM规范对BTS的这个硬性规定是为了在小区规划以及网络实际运行时，可以方便及时的设置调整BTS发信机的实际输出功率从而微调小区的无线覆盖。系统通过模拟BSC，通过Abis接口控制BTS，并从RF接口监测其功率输出。这个测试功能可提供最少6个功率电平精度的测试和步长累积误差的测试。5.3下行功率控制测试3GPPGSM规范要求，BTS应该具有15级动态功率控制电平级，以支持下行链路射频功率控制。目的是在保证良好通信状态下，尽量减少发射功率，以此来降低对其他通话的干扰。因为在GSM移动通信理论中，降低干扰既意味着提高频谱效益。下行功率控制的好坏，直接影响着通话质量的好坏。该指标是BTS测试理论中最重要的内容之一。系统通过模拟BSC，通过Abis接口控制BTS按规范步长进行功率调整，并从RF接口监测其功率输出。这个测试功能可提供每一级步长精度的测试和步长累积误差的测试。5.4接收机误码率和灵敏度测试误码率的概念是数字通信技术中衡量通信品质的基石。在数字通信技术中人们根据帧结构的传输及处理特点，主要定义了两种误码率。而灵敏度则建立在误码率的基础上，接收灵敏度被定义为收信机在满足规定的接收误码率条件下的能够接收到的最低信号电平。系统严格按照GSM规范的要求提供对这两个指标的测试。即通过系统所集成的GSM信号源以及RF接口，从BTS接收端注入测试信号，再从Abis接口接收测试信号。从而达到上述两个指标的测试。5.5接收电平和接收品质测试此两项测试的目的是要检测BTS对上行RF信号的处理能力以及BTS通过Abis接口经上行向BSC汇报的能力。而BSC是通过对BTS的这些报告来分析处理问题的，如是否切换、功率等级调整以及时间提前量的处理。换言之，BTS对接收到的信号电平进行归类换算为功率等级和品质等级并向BSC汇报，而BSC根据这些等级汇报进行分析处理并决定处理方案，判断测试是否通过。5.6拨打测试此测试的目的是通过模拟用户的主叫通话、被叫通话、挂机等行为，对基站的链路建立、链路维护、PA初始化、频点下载的全过程，以及语音质量相关的噪声、电平、频率等指标进行测试，以确保基站上下行RF信号质量满足业务需要，如表1所示。
6结束语
通过分析当前移动通信基站设备检测需求，以实现对多厂家、多型号、多制式的基站设备功能、技术参数进行完备自动测试要求为目的，利用ARM技术、数字信号处理技术、面向对象的程序设计和数据库管理技术，设计出一种综合的移动基站设备综合检测系统。通过对各厂家Abis协议和通用的Iub协议解析和构建，实现对现网GSM、TD-SCDMA移动基站设备的有效控制和覆盖发信机，接收机以及基站相关功能的全面测试，最终实现对返修板件的快速、高效、精确的集中检测，以适应运营商大规模、大批量的定期检测需求。
作者：黄海晖 答嘉曦 黄实秋 单位：中国移动通信集团广东有限公司
移动通信基站设备检测系统设计研究 来源：网络整理
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