多模移动通信基站电源线干扰测试的研究

李新

针对移动通信基站电源线干扰现象，分析干扰信号的类型，把AC、DC线路干扰信号分别划分为8类和9类，设计了基站整机电源系统进行抗干扰能力的测试方法及测试装置。测试结果表明，抗干扰测试装置能够保证基站在多种注入式干扰或耦合干扰的情况下正常运行，验证了基站在过压、短时中断等应力环境下的工作能力，并保证基站在雷击等干扰下不被损坏，提高了对基站输入端口的抗干扰能力。

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

移动通信基站的发展已趋向多模化，支持多种通信调制方式。作为移动互联网的重要组成部分，基站广泛应用于各种地理环境，如城市、乡村、室内、室外、高原、湖泊、海洋船舶、旅游热点、高速铁路等，而基站工作的电源环境错综复杂，容易受到环境的干扰，包括交流/直流供电网络的切换、供电设备的波动、其它设备的信号串扰、自然界的雷雨天气甚至人为干扰。尽管网络中采用了不间断电源系统和辅助电源，但干扰仍然难以避免，所以基站电源的稳定工作尤为重要。基站电源在研发中的测试设计能够很好地保证电源的稳定性，从而保证基站系统的可靠性。

电源模块级测试注重功能性和负载能力，基站系统电源端口的测试则注重输入端口的阻抗特性对系统的影响以及系统的抗干扰能力[1-2]。电源线是内部电路暴露在机箱外面且与供电网络或其它设备连接部分，容易受到骚扰电压或骚扰电流，沿导线进入基站设备。基站电源抗干扰测试需要施加干扰电压或电流到电源输入端口，检测基站在干扰条件下的工作状态，保证基站能够正常工作或不受伤害。

目前对基站电源抗干扰的测试主要根据EMC测试标准，测试电快速瞬变脉冲群、浪涌冲击波、静电放电等，很少考虑输入电压跌落、欠压、过压、电压脉冲、纹波干扰、铃音干扰等现象，而这些干扰很容易造成基站设备的无线通信信号中断。本文将重点分析后者的内容和测试方法。

2 研究方法

2.1 基站电源输入端口干扰信号分析

来自外部的电源线干扰类型可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化，其中包括电压变化、频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等。电源线干扰又分为欠压、过压、电压脉冲、短时中断、断电、纹波干扰、电压变化和雷击。欠压又称电压下降，线电压下降超过一个周期时，会出现掉电、暂时下沉和欠压，主要模拟供电网络负载突然增大时出现的电压下降，AC电源下降持续时间不超过2s，当电压下降达到60%时，则不超过100ms；过压是指线电压增加超过一个周期采样时的过电压，与欠压相反，当供电网络负载突然下降时，则会出现短时过压；短时中断是在零电压条件下对电力线持续至少半个周期，包括停电和警戒，这种情况，AC模拟波形不大于10ms，DC波形持续时间小于5ms。电压脉冲是高频周期事件（振荡衰减，尖峰，瞬态），有一个陡峭的上升/下降或震荡离开AC正弦波。非线性上升是为了验证供电电压上升期间，基站抑制叠加震荡和步进波形的能力。

2.2 测试装置与基站配置

（1）输入端口电源线干扰测试的装置

基站电源需要在基站系统中测试，电源负载是基站设备，电源线干扰测试连接如图1所示。测试仪表主要是供电电源、PLD波形发生器、示波器、基站配置电脑和射频测试仪器频谱仪；DC或AC供电电源负载能力大于基站设备的功耗，并且电压、频率等参数可调；电源与基站的连线足够短，防止线缆分布电容或电感带来的干扰，连接示波器的检测点是基站端口，基站需要接地良好。

供电电源具有电压、电流、频率的预置功能；PLD波形发生器提供电源线干扰波形，PLD设备产生的干扰以传导耦合方式注入电源输入端口；示波器用以检测基站端口的电压、电流和干扰波形；PC配置基站的参数、检测基站告警、错误信息，并监测上行信号的误码率；射频信号源提供基站上行调制信号或检测上行误码；频谱仪接收基站下行信号，分析监测下行信号的功率、调制性能等对于浪涌、电快速瞬变、静电放电等测试装置和测试方法，EMC相关测试标准有较为详细的描述，可参照标准CISPR 16-2-3 Ed 2执行[3]。endprint

（2）基站配置

在正常的电压范围内，测试时施加干扰信号，多模基站需要配置所能够支持的最多载波、最大数据速率和最大射频输出功率、最大的工作负荷，以保持良好的工作状态，没有存在内部的告警或错误信息；同时，基站外部接口的功能在测试中也需要监测，可以使用模拟负载或设备连接，如果基站支持远端射频单元或级联远端基站，通常使用实际设备连接。针对不同的通信制式，无线信号通常按照表3的要求配置基站：

测试模式定义了无线信道的类型、数量和信道功率分配，也对应了基带数据的传输速率。无线信号功率越大，基站射频部分功耗就越大；数据速率越大，基站基带处理的负荷就越大。在高负荷高功耗的情况下，无线信号越容易受到来自电源线的干扰。对于WCDMA制式，下行选用测试模式1，64DPCH，上行选用Reference 384kbps[4]；LTE有6种带宽配置，从1.6MHz到20MHz，而20MHz配置占用无线资源100RB，相对于其它带宽配置来说，数据速率最高，所以测试模式选取了E-TM3.1/20MHz[5]；CDMA制式则选用高速率数据测试模式下行H-TM4和上行256bit[6]；而GSM配置支持GPRS的PDTCH数据信道[7]。

3 测试判据与结果分析

对于电源输入端口抗干扰能力的判断，以干扰信号的施加、基站的工作状态来判断。干扰信号施加在输入端口，使用示波器抓取信号波形，关注波形的电压和波动时间是否符合预先设定的要求。基站工作现场经常会遇到市电中断的情况，需要电池替代供电，以保持通信的不间断。在市电与电池切换时，通常会出现短时中断的情况。

以短时中断干扰波形为例进行分析。AC220V输入端口，示波器测得两次短时中断电压0V的持续时间分别为10ms和20ms，电压有效值为220V，才能符合干扰波形的要求；DC-54V输入端口干扰波形测试时，需要多次测试调整PLD发生器，使得示波器监测到的直流电压达到0V后的保持时间为0.5～5ms。

图2是示波器监测到短时中断的干扰波形。上部的划线描述了输入电压短时中断5ms，电压先从-54V跌落到0V，然后保持时间5ms，再恢复-54V。下部的划线则显示电流随着电压波动的情况，当输入电压中断时，基站瞬间就没有功耗，输入电流为零，此时基站的无线输出信号消失；当输入电压恢复时，基站内部电容快速充电，形成一个电流冲击，接着电容放电，这样电流震荡100ms后趋于稳定，基站的无线输出信号也恢复正常。

4 结论

电源系统是移动通信基站的主要组成部分，也是影响基站可靠性的最关键部分，研发中需要对电源进行足够的检测。

将本文论述的测试内容和测试方法运用于研发中，对基站整机电源系统进行抗干扰能力的验证，既可以保证基站系统的质量，使移动通信基站很好地适应室外复杂的电源环境，又保证基站在多种注入式干扰或耦合干扰的情况下能够正常运行，验证基站在雷击等高应力环境下不被损坏；同时，还保证基站电源端口满足入网规范对EMC的干扰和抗干扰要求。

对基站输入端口的抗干扰能力测试，模拟了实际应用环境的干扰信号，若移动通信系统能够在多种模拟干扰的环境下稳定运行，则能够适用于实际的工作电源环境，减少现场电源波动带来的基站故障。

参考文献：

[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

在正常的电压范围内，测试时施加干扰信号，多模基站需要配置所能够支持的最多载波、最大数据速率和最大射频输出功率、最大的工作负荷，以保持良好的工作状态，没有存在内部的告警或错误信息；同时，基站外部接口的功能在测试中也需要监测，可以使用模拟负载或设备连接，如果基站支持远端射频单元或级联远端基站，通常使用实际设备连接。针对不同的通信制式，无线信号通常按照表3的要求配置基站：

测试模式定义了无线信道的类型、数量和信道功率分配，也对应了基带数据的传输速率。无线信号功率越大，基站射频部分功耗就越大；数据速率越大，基站基带处理的负荷就越大。在高负荷高功耗的情况下，无线信号越容易受到来自电源线的干扰。对于WCDMA制式，下行选用测试模式1，64DPCH，上行选用Reference 384kbps[4]；LTE有6种带宽配置，从1.6MHz到20MHz，而20MHz配置占用无线资源100RB，相对于其它带宽配置来说，数据速率最高，所以测试模式选取了E-TM3.1/20MHz[5]；CDMA制式则选用高速率数据测试模式下行H-TM4和上行256bit[6]；而GSM配置支持GPRS的PDTCH数据信道[7]。

3 测试判据与结果分析

对于电源输入端口抗干扰能力的判断，以干扰信号的施加、基站的工作状态来判断。干扰信号施加在输入端口，使用示波器抓取信号波形，关注波形的电压和波动时间是否符合预先设定的要求。基站工作现场经常会遇到市电中断的情况，需要电池替代供电，以保持通信的不间断。在市电与电池切换时，通常会出现短时中断的情况。

以短时中断干扰波形为例进行分析。AC220V输入端口，示波器测得两次短时中断电压0V的持续时间分别为10ms和20ms，电压有效值为220V，才能符合干扰波形的要求；DC-54V输入端口干扰波形测试时，需要多次测试调整PLD发生器，使得示波器监测到的直流电压达到0V后的保持时间为0.5～5ms。

图2是示波器监测到短时中断的干扰波形。上部的划线描述了输入电压短时中断5ms，电压先从-54V跌落到0V，然后保持时间5ms，再恢复-54V。下部的划线则显示电流随着电压波动的情况，当输入电压中断时，基站瞬间就没有功耗，输入电流为零，此时基站的无线输出信号消失；当输入电压恢复时，基站内部电容快速充电，形成一个电流冲击，接着电容放电，这样电流震荡100ms后趋于稳定，基站的无线输出信号也恢复正常。

4 结论

电源系统是移动通信基站的主要组成部分，也是影响基站可靠性的最关键部分，研发中需要对电源进行足够的检测。

将本文论述的测试内容和测试方法运用于研发中，对基站整机电源系统进行抗干扰能力的验证，既可以保证基站系统的质量，使移动通信基站很好地适应室外复杂的电源环境，又保证基站在多种注入式干扰或耦合干扰的情况下能够正常运行，验证基站在雷击等高应力环境下不被损坏；同时，还保证基站电源端口满足入网规范对EMC的干扰和抗干扰要求。

对基站输入端口的抗干扰能力测试，模拟了实际应用环境的干扰信号，若移动通信系统能够在多种模拟干扰的环境下稳定运行，则能够适用于实际的工作电源环境，减少现场电源波动带来的基站故障。

参考文献：

[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

在正常的电压范围内，测试时施加干扰信号，多模基站需要配置所能够支持的最多载波、最大数据速率和最大射频输出功率、最大的工作负荷，以保持良好的工作状态，没有存在内部的告警或错误信息；同时，基站外部接口的功能在测试中也需要监测，可以使用模拟负载或设备连接，如果基站支持远端射频单元或级联远端基站，通常使用实际设备连接。针对不同的通信制式，无线信号通常按照表3的要求配置基站：

测试模式定义了无线信道的类型、数量和信道功率分配，也对应了基带数据的传输速率。无线信号功率越大，基站射频部分功耗就越大；数据速率越大，基站基带处理的负荷就越大。在高负荷高功耗的情况下，无线信号越容易受到来自电源线的干扰。对于WCDMA制式，下行选用测试模式1，64DPCH，上行选用Reference 384kbps[4]；LTE有6种带宽配置，从1.6MHz到20MHz，而20MHz配置占用无线资源100RB，相对于其它带宽配置来说，数据速率最高，所以测试模式选取了E-TM3.1/20MHz[5]；CDMA制式则选用高速率数据测试模式下行H-TM4和上行256bit[6]；而GSM配置支持GPRS的PDTCH数据信道[7]。

3 测试判据与结果分析

对于电源输入端口抗干扰能力的判断，以干扰信号的施加、基站的工作状态来判断。干扰信号施加在输入端口，使用示波器抓取信号波形，关注波形的电压和波动时间是否符合预先设定的要求。基站工作现场经常会遇到市电中断的情况，需要电池替代供电，以保持通信的不间断。在市电与电池切换时，通常会出现短时中断的情况。

以短时中断干扰波形为例进行分析。AC220V输入端口，示波器测得两次短时中断电压0V的持续时间分别为10ms和20ms，电压有效值为220V，才能符合干扰波形的要求；DC-54V输入端口干扰波形测试时，需要多次测试调整PLD发生器，使得示波器监测到的直流电压达到0V后的保持时间为0.5～5ms。

图2是示波器监测到短时中断的干扰波形。上部的划线描述了输入电压短时中断5ms，电压先从-54V跌落到0V，然后保持时间5ms，再恢复-54V。下部的划线则显示电流随着电压波动的情况，当输入电压中断时，基站瞬间就没有功耗，输入电流为零，此时基站的无线输出信号消失；当输入电压恢复时，基站内部电容快速充电，形成一个电流冲击，接着电容放电，这样电流震荡100ms后趋于稳定，基站的无线输出信号也恢复正常。

4 结论

电源系统是移动通信基站的主要组成部分，也是影响基站可靠性的最关键部分，研发中需要对电源进行足够的检测。

将本文论述的测试内容和测试方法运用于研发中，对基站整机电源系统进行抗干扰能力的验证，既可以保证基站系统的质量，使移动通信基站很好地适应室外复杂的电源环境，又保证基站在多种注入式干扰或耦合干扰的情况下能够正常运行，验证基站在雷击等高应力环境下不被损坏；同时，还保证基站电源端口满足入网规范对EMC的干扰和抗干扰要求。

对基站输入端口的抗干扰能力测试，模拟了实际应用环境的干扰信号，若移动通信系统能够在多种模拟干扰的环境下稳定运行，则能够适用于实际的工作电源环境，减少现场电源波动带来的基站故障。

参考文献：

[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