ZXG10BTS系统概述硬件和射频工程师.docx
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ZXG10BTS系统概述硬件和射频工程师
第一部分
ZXG10-BTS系统简介
第一章ZXG10-BTS系统概述
1.1引言
1.1系统概述
ZXG10BTS是GSM900/GSM1800一体化兼容平台，BTS（基站收/发信台）是属于GSM系统中基站子系统（BSS）中的无线部分设备。
BTS由基站控制器BSC控制，服务于蜂窝小区中某一小区作为该小区内的无线收/发信台，实现BSS与MS移动用户之间的空中接口的无线传输和相关控制，同时与BSC一起实现无线信道之间的切换。
BTS在系统中的位置可用以下图表示：
图1.1.1GSM系统构成及BTS在系统中位置
BSC：
基站控制器BTS：
基站收/发信台BSS：
基站子系统
OMC：
操作维护中心AUC：
鉴权中心EIR：
设备识别寄存器
HLR：
归属位置寄存器VLR：
拜访位置寄存器PSTN：
公众电话交换网
PSPDN：
公众分组数据网PLMN：
公众陆地移动网ISDN：
综合业务数字网
基站子系统BSS由BTS和BSC构成，BTS和BSC之间的接口关系可用下图表示：
图1.1.2典型的BSS系统构成
其中：
BIE为基站设备接口单元（BasestationInterfaceEquipment）
SM为子复用单元（Submultiplexer）
TC为码形变换单元（Transcoder）
由图可知，BSC与BTS之间接口为Abis接口，采用LAPD协议；BTS和MS之间采用Um空中接口，采用LAPDm协议；BSC与MSC之间采用A接口，A接口采用MAP七号信令协议（BSSAP）。
BTS负责无线传输，BSC负责基站子系统的控制管理，TC负责将MSC来的PCM码速与GSM码速变换。
ZXG10-BTS在硬件功能上主要由三部分组成：
（1）公共模块（PUB）；
（2）基站收发信模块（TRX）；（3）基站辅助设备模块（AUX）。
PUB模块
基站接口设备单元BIE；
主时钟单元CKU；
时钟驱动单元CKD；
基站操作维护单元OMU；
外部告警采集单元EAM；
基站无线测试设备单元RTE；
TRX模块
基带处理单元BBP
帧单元接口FUI
帧单元控制器FUC
信道处理器CHP
载频单元CU
载频接口CUI
接收预处理器RPP
发信机TX
接收机RX
功率放大器PA
天馈设备ATE
AUX模块
电源模块PWR
机顶接口单元BST
风扇控制单元FAN
其中当BTS与BSC不设在同一处时（BSC与BTS距离大于15m），BTS与BSC之间需采用Abis接口，需要BIE设备，如果BSC与BTS并置在同一处时只需采用内部BS接口，BIE设备是不需要的。
PUB模块中CKU、OMU要求采用1:
1冗余。
在ZXG10-BTS中TRX模块可配置多至6个（不包括ATE）。
ATE包括发信机合路器和接收前端（由信号分配器、塔顶放大器和滤波器组成），要求每个BTS可配置多至3个发信机合路器（4合1或2合1）和多至3个接收信号分配器（1分4）（接收前端），每套包括2个独立接收通路。
AUX模块中PWR包括公共电源PSA、收发电源PSB、功放电源PSC，要求PSA采用1:
1冗余，每2个TRX模块配置1个PSB，一个BTS共3个PSB，每个PA配置一个PSC，一个BTS最多有6个PSC。
ZXG10-BTS的总体硬件功能框图如图1.1.3所示：
图1.1.3ZXG10-BTS硬件功能框图
：
PUB模块
：
TRX模块
：
AUX模块
BIE：
基站接口设备CKU：
时钟单元CKD：
时钟驱动单元
OMU：
操作维护单元EAM：
外部告警采集单元RTE：
无线测试设备
FUI：
帧单元接口FUC：
帧单元控制器CHP：
信道处理器
CUI：
载频接口RPP；接收预处理器TX：
发信机
RX：
收信机PA：
功率放大器
FH_BUS：
跳频总线
PWR：
电源FAN：
风扇控制单元BST：
机顶接口单元
1.2主要技术指标及特点
1.2.1主要技术指标
ZXG10-BTS可以工作在900MHZ频段又可以工作在1800MHZ频段。
其主要技术指标如下：
1）技术特性
ØGSM900系统收发信部分：
上行频率：
890MHZ~915MHZ；
下行频率：
935MHZ~960MHZ；
双工间隔为45MHZ；工作带宽为25MHZ；载频间隔为200KHZ；
ØGSM1800系统收发信部分：
上行频率：
1710MHZ~1785MHZ；
下行频率：
1805MHZ~1880MHZ；
双工间隔为95MHZ；工作带宽为75MHZ；载频间隔为200KHZ；
Ø接收机静态参考灵敏度：
-112dB
ØGMSK调制方式（BT=0.3），调制速率为270.833Kbit/s。
ØAbis接口符合G.703/G.704接口标准
Ø基站输出功率：
GSM900系统：
20--30W（40W）
GSM1800系统10--20W
Ø基站功率控制：
6级静态功率控制（每级2dB）
15级动态功率控制（每级2dB）
Ø频率容限：
5
Ø发射机相位误差：
PHerrms≤
PHerPeak≤
Ø发射载频功率——时间包络：
符合GSMRec11.21,05.05的要求。
Ø发射邻道功率：
符合GSMRec11.21,05.05要求
Ø发射机杂散辐射：
符合GSMRec11.21，05.05要求
Ø发射机互调衰减：
符合GSMRec11.21，05.05要求
ØBSS内互调衰减：
符合GSMRec11.21，05.05要求
Ø接收机误帧指示性能：
符合GSMRec11.21，05.05要求
Ø接收机多径参考灵敏度：
符合GSMRec11.21，05.05要求
Ø接收机参考干扰电平（同频和邻频干扰抑制）：
GSMRec11.21，05.05要求
Ø接收机阻塞特性：
符合GSMRec11.21，05.05要求
Ø接收机互调特性：
符合GSMRec11.21，05.05要求
ØAM抑制符合GSMRec11.21，05.05要求
Ø接收机杂散辐射符合GSMGSMRec11.21，05.05要求
Ø基站采用了扇区定向天线或中心式全向天线
Ø天线VSWR<1.5（电压驻波比）
2）可靠性指标：
MTBF≥12万小时
3）整机物理指标
A）BTS体积：
高×宽×深＝1600×660×550（mm）
B）BTS重量（kg）
主部件
整机
名称
重量
配置
重量
TRU
5.1kg
满配置
231kg
*PA
4.2~4.5kg
5个TRU
214kg
**HYC
6.2~6.6kg
4个TRU
198kg
MUL
3.2kg/1800
3个TRU
180kg
3.3kg/900
2个TRU
163kg
PSB
2.1kg
1个TRU
146kg
PSA
1.6kg
PUB扦件
0.6~1.0kg
空机柜
125kg
***机柜
125kg
*：
与采用的功放散热器有关
**：
与所配不同公司外购件有关
***：
含背板和内部互连电缆及风扇层
C）功率消耗：
ZXG10－BTS功耗是在工作电压为52V，功率输出为额定功率值时值
配置
工作电压/电流
功耗
满载
52/23A
<1200W
5个TRU
52/20.2A
1050W
4个TRU
52/17A
880W
3个TRU
52/14A
720W
2个TRU
52/10.4A
540W
1个TRU
52/7A
350W
4）工作环境要求
工作温度：
-
C--+
C
相对湿度：
15%--85%
1.2.2功能特点：
Ø符合GSMPhaseII和PhaseII+标准；
Ø支持GSM900/GSM1800双频工作；
Ø提供以下业务信道服务；
A）TCH/FS全速率话音业务信道；
TCH/EFS增强型全速率话音业务信道；
TCH/F9.69.6Kbit/s全速率数据业务信道；
TCH/F4.84.8Kbit/s全速率数据业务信道；
TCH/F2.4≤2.4Kbit/s全速率数据业务信道；
B）TCH/HS半速率话音业务信道；
TCH/H4.84.8Kbit/s半速率数据业务信道；
TCH/H2.4≤2.4Kbit/s半速率数据业务信道；
注：
A），B）分别为第一、第二阶段
Ø分集接收（空间天线分集和极化分集）；
Ø基站功率可控（6级静态和15级动态）；
Ø支持射频跳频/基带跳频工作方式，支持同心圆工作方式；
Ø支持不连续发送（DTX）方式和DRX接收方式；
Ø一个BTS机架可支持6个TRX；
Ø支持同一位置的3个BTS扩展（MAX18），支持O1~O6及S111~S888站点配置（如果用户要求，可提供最大18+18+18的站点配置和多于3扇区的组网方式）；
Ø支持Abis接口的星型、链型和环型连接；
Ø全中文人机界面，交互式操作方式;
第二章GSM中常用的基本技术与概念
2.1信道与信道组合
2.1.1引言
GSM900/1800工作的无线频率分别为：
GSM900：
890~915MHz上行频率
935~960MHz下行频率
双工间隔为45MHZ，工作带宽为25MHz，载频间隔200kHz。
GSM1800：
1710-1785MHz上行频率
1805-1880MHz下行频率
双工间隔为95MHZ，工作带宽为75MHz，载频同隔为200kHz.
EGSM900为880~915MHz（上行）
925~960MHz（下行）
EGSM900比GSM900在上/下行频段向下扩展了10MHz工作带宽，以解决目前GSM900系统频道拥挤问题。
GSM900工作带宽25MHz每个载频为200kHz，因此可以获得124个载频频道，考虑到第一个、最后一个作为保护频道不用，因此GSM900共有122个载频道可用。
GSM1800则有374个载频道。
EGSM在GSM900基础上增加了50个频道。
我们将这里的频道常常称为信道，每个信道带宽为200KHZ。
GSM系统中一个信道在时域和频域的平面中可以用下面的图示2.1.1来说明，所以说GSM既是时分制又是频分制的，GSM的突发传输是在时间窗口和频率窗口中进行的，称之为一个间隙，它持续0.577ms，并占据200KHz带宽。
GSM系统每8个时隙为一个周期，即每个载波有8个物理信道。
图2.1.1时域与频域中的时隙
2.1.2帧结构
时隙：
一个时隙为15/26ms（约0.577ms）,包含156.25个码元。
突发脉冲序列：
在GSM无线路径上传输的单位是一串已调比特，叫突发脉冲序列（Burst），简称突发序列，或者说一个时隙的物理内容称之为一个突发序列。
帧（Frame）：
表示接连发生的n个时隙。
在GSM系统中，对全数率业务信道而言，n=8，即一个TDMA帧包含8个基本的物理信道。
图2.1.2表示了TDMA帧的完整结构。
还包括了时隙和突发脉冲序列。
每个TDMA帧含8个时隙，共占60/13
4.615ms，每个时隙含156.25个码元，占15/26ms
577us。
多个TDMA帧构成复帧，GSM中存在两类复帧：
1）26帧的复帧：
包含26个TDMA帧，时间间隔为120ms，用于TCH（SACCH/T）和FACCH。
2）51帧的复帧：
包含51个TDMA帧，时间间隔为3060/13ms
235ms，用于BCCH、CCCH（AGCH、PCH、RACH）、SDCCH（SACCH/C）。
多个复帧构成超帧（SuperFrame），它是一个连贯的51
26的TDMA帧，超帧的周期为1326个TDMA帧，即6.12秒。
超高帧由2048个超帧构成，周期为3小时28分53秒760毫秒（即12533.76秒），TDMA帧号FN从0至2715647。
图2.1.2帧结构
2.1.3信道类型与信道组合
GSM系统中，信道分成逻辑信道和物理信道，时隙是基本的物理信道，即一个载频包含8个物理信道。
逻辑信道按其功能分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。
2.1.3.1业务信道
业务信道携载编码语音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分：
Ø全速率业务信道（TCH/F）：
总速率为22.8kbit/s
Ø半速率业务信道（TCH/H）：
总速率为11.4kbit/s
1）话音业务信道
ØTCH/FS：
全速率话音业务信道
ØTCH/HS：
半速率话音业务信道
2）数据业务信道
ØTCH/F9.6：
9.6kbit/s全速率数据业务信道
ØTCH/F4.8：
4.8kbit/s全速率数据业务信道
ØTCH/H4.8：
4.8kbit/s半速率数据业务信道
ØTCH/F2.4：
2.4kbit/s全速率数据业务信道
ØTCH/H2.4：
2.4kbit/s半速率数据业务信道
2.1.3.2控制信道
控制信道用于携载信令或同步数据，包括三类控制信道：
广播信道、公共控制信道和专用控制信道。
1）广播信道
广播信道只作为下行信道使用，即基站到移动台单向传输，分为三种信道：
ØFCCH：
频率校准信道，该信道携载有用于MS频率纠正的信息。
ØSCH：
同步信道，携载MS帧同步和BS收发信机（BTS）识别信息。
ØBCCH：
广播控制信道，该信道广播BTS的一般信息。
在每个基站收发信台中总有一个收发信机含有这个信道，以向移动台广播系统信息。
2）公共控制信道
公共控制信道为网络中移动台所共用，分为三种信道：
ØPCH：
寻呼信道，用于基站寻呼移动台（下行）。
ØRACH：
随机接入信道，用于移动台随机提出入网申请，即请求分配SDCCH信道（上行）。
ØAGCH：
准予接入信道，用于基站对移动台的随机接入请求作出应答，即分配一个SDCCH或直接分配一个TCH（下行）。
3）专用控制信道
使用时基站将其分配给移动台，进行基站与移动台之间点对点的传输。
ØSDCCH：
独立专用控制信道，用于传送信道分配等信息，它可分为：
✧SDCCH/8：
独立专用控制信道
✧SDCCH/4：
与CCCH相组合的独立专用控制信道
✧SACCH：
慢速随路控制信道，与一条业务信道或一条SDCCH联合使用，用来传送用户信息期间某些特定信息，例如：
功率和帧调整控制信息、测量数据等。
✧FACCH：
快速随路控制信道，与一条业务信道联合使用，携带与SDCCH同样的信号，但只在没有分配SDCCH的情况下才分配FACCH，传送如"越区切换"等指令。
2.1.3.3信道组合
业务信道（TCH）、控制信道FACCH和SACCH/T使用26帧的复帧。
控制信道（除FACCH和SACCH/T以外）使用51帧的复帧结构。
以下信道可组成基本的物理信道（括号中数字表示子信道号）：
a）TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF
b）TCH/H（0,1）+FACCH/H（0,1）+SACCH/TH（0,1）
c）TCH/H（0,0）+FACCH/H（0,1）+SACCH/TH（0,1）+TCH/H（1,1）
d）FCCH+SCH+BCCH+CCCH
e）FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4（0...3）+SACCH/C4（0...3）
f）BCCH+CCCH
g）SDCCH/8（0..7）+SACCH/C8（0..7）
其中CCCH=PCH+RACH+AGCH
注1：
当支持SMSCB（小区广播短消息业务）时，在e）,g）情况下用CBCH代替SDCCH
（2）。
注2：
仅当无其它CCCH分配时，才使用组合的CCCH/SDCCH分配e）。
2.1.4突发脉冲序列
一个突发脉冲序列就是一串已调制的载频数据流，它代表着时隙的物理内容。
突发脉冲序列的持续时间为576+12/13ms
577us，即156.25比特的持续时间。
一个时隙内突发脉冲的传输时间由比特号决定，先传输低位比特BN0。
GSM规定了5种突发脉冲序列，各突发脉冲序列的格式如图2.1.2所示，
2.1.4.1常规突发脉冲序列
常规突发脉冲序列NB（NormalBurst）用于一般的业务信道及专用控制信道。
常规突发序列的信息位分成两组各58比特，其中57位为数据，另一位为偷帧标志（stealingflag）表示此数据是用户数据还是信令（它们是两侧最靠近训练序列的比特）；在这两段信息之间插入26为训练序列；3位“0”码的尾比特加于信息段的两边；NB序列的最后留有8.25比特的时间，不发任何信号而作为相邻时隙的保护段。
2.1.4.2接入突发脉冲序列
接入突发序列AB（AccessBurst）用于上行方向，在RACH信道上传送，提供移动用户向基站提出入网要求的申请。
接入突发序列是GSM定义的唯一的一种短突发序列，
AB序列包含41比特同步序列（也是训练序列）、36比特信息、开始和结束各8和3位的尾比特，见帧结构图。
与NB序列相比，AB序列的训练序列和始端尾比特比要长，这是为了提高解调成功的概率。
。
2.1.4.3同步突发脉冲序列
同步突发序列SB（SynchronizationBurst）在下行方向的SCH信道上传送，用于移动台起始同步的捕捉。
SB序列的结构如图2.1.2所示，与AB序列类似，SB序列是下行方向需要解调的第一个序列，因此它的训练序列长于NB序列的训练序列。
SB序列的训练序列称为扩展训练序列，是独有的，以使得移动台知道基站所选用的训练序列。
2.1.4.4频率校正突发脉冲序列
频率校正突发脉冲序列FB（FrequencyBurst）用于校正移动台的载频频率。
FB序列的结构如图2.1.2所示，它所有的148比特全都置为"0"。
使得调制后该信号为一个纯正弦波，其频率高于载频1625/24KHz
67.7KHz。
2.1.4.5虚拟突发脉冲序列
虚拟突发序列DB（DummyBurst）主要用于填空，它的格式与NB序列完全相同。
2.1.5帧调整
在GSM系统中，上行TDMA帧比下行TDMA帧延迟了3个时隙的时间间隔，这就是TDMA帧的参差（Staggering），如图2.1.9所示。
TDMA帧的参差是为了允许上下行使用相同的时隙号，同时避免移动台的同时收发。
图2.1.9TDMA帧的参差
对于移动台，这个延迟是可变的，以允许调节信号的传播时延。
调节超前量的过程叫自适应帧调节。
自适应帧调节的目的在于移动台与基站之间频率与时隙的同步。
基站在广播信道上发出的信号使得移动台与基站相同步。
当移动台与基站建立了联系，基站便连续进行测试，并根据BS-MS-BS传播时延，在SACCH信道每秒二次向各移动台提供时间提前量，移动台根据时间提前量进行自适应帧调节，使得移动台向基站发送的时间与基站接收的时间相一致。
2.2信道的编码与交织
2.2.1信道的编码
GSM通信系统中为提高信道的抗干扰能力提高传输质量，须要采用专门的冗余技术增加传送信息量，在发送端按一定的规律插入（编码）在接收端按约定的规律提取（解码）。
这一过程称为信道的编码（解码）过程。
常用的信道编码有三种类型：
（1）卷积码、
（2）分组码（Fire码）、（3）奇偶校验码。
Ø卷积码：
卷积编码的纠错能力较好。
常用的是维特比译码和序列译码。
GSM常规中，卷积码生成多项式常用以下四种，分别适用于不同的信道：
Go=
+1TCH/FS、TCH/F9.6、TCH/H4.8、SDCCH、BCCH、PCH、
SACCH、FACCH、AGCH、RACH、SCH
G1=
+D+1TCH/FS、TCH/F9.6、TCH/H4.8
SACCH、FACCH、SDCCH、BCCH、PCH
AGCN、RACH、SCH、TCH/F4.8
TCH/F2.4、TCH/H2.4
G2=
+1TCH/F4.8、TCH/F2.4、TCH/H2.4
G3=
+D+1TCH/F4.8TCH/F2.4TCH/H2.4
其中：
D表示延迟一比特，Dn表示延迟n比特。
传送的卷积码是对源序列采用某种卷积公式计算（异或加）求得的，见下图2.2.1所示。
Ø分组码（Fire码）：
这是一种截短循环码，其纠错能力取决于最小汉明码距d，若要检测出x个错误，则要求d≥X+1；要校正y个错误，则要求d≥2y+1；若要检出x个错，又要纠正y个错，则要求d≥x+y+1（x>y）。
GSM的fire码生成多项式为（
+1）（
+1），该多项式为40阶，余数有40个系数，因此有40位冗余位可检出并纠正最多11位错。
Ø奇偶校验码：
GSM规范中有三种奇偶数验码
话音业务中分别用于：
TCH：
g（x）=
+
+1
RACH：
g（x）=
+1=（
）（
）
SCH：
g（x）=
+
=（
）（
）（
）
GSM话音采用卷积码编码
话音码按20ms分段，每段包含260bit；
其中：
50bit为Ia类比特，最敏感比特项加纠错；
132bit为Ib类比特，敏感比特添加保护
78bit为II类比特，不敏感比特，无须纠错
2.2.2信道交织
无线通信中在突发脉冲序列中，常常会发生误码，这种误码的产生常常是因持续时间较长的慢衰落引起的，如果只依靠信道的编码的方式来有效解决检错和纠错是不够的。
因此为了更好地对付这类误码的产生在系统中采用交织技术，交织实际上是把一个消息块原来连续的比特按一定规则分开发送传输，即在传送过程中原来的连续块变成不连续，然后形成一组交织后的发送消息块，在接收端对这种交织信息块复原（解交织）成原来的信息块。
采用交织技术后，如果传送过程中某块消息丢失，在恢复后实际上只丢失每个信息块的一部分，而不至于全部丢失。
GSM系统中信道编码后数据为每20ms携带456bit（卷积编码后）456bit被分成8组，每组57个bit分别由不同的突发脉冲携带。
456bit的码字扩展成4个114bit的块，每块为一个突发脉冲BP，每个BP中包含了二个相邻A，B块上的8组中等组的码字，块A的比特使用突发脉冲中的偶数位置，块B的比特使用突发脉冲中的奇数位置。
全速率话音交织算法如下表所示：
1
08…………448
BPN的偶数位
2
19…………449
BPN+1的偶数位
3
210…………450
BPN+2的偶数位
4
311…………451
BPN+3的偶数位
5
412…………452
BPN+4的奇数位
6
513…………453
BPN+5的奇数位
7
614…………454
BPN+6的奇数位
8
715…………455
BPN+7的奇数位
12…………57列
在一个突发中携带114bit信息另加2比特偷帧比特共116bit，这114bit中包含指定分组A中的57bit（奇数比特位置）和B中57bit（偶数位置），另二比特中一个比特指示前半个BP（奇）是用户数据还是快速随
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