天津移动通信基站天馈系统现场测试方案探讨

编 者 按

设备检测是通信产品质量管理工作中的重要环节。检测技术的发展与应用，关系到产品质量管控的力度与成效。中国移动一方面积极引入具有国家授权资质的第三方检测机构，另一方面也积极组建自有检测力量，摸索检测技术和积累检测经验，渐已取得一定成效。本期栏目向大家介绍分别来自天津公司和河南公司的两篇文章，其中天津公司的基站天馈系统现场测试方案有较强的实践借鉴价值，而频谱分析仪的应用探讨一文也显示出河南公司在探索提高自有测试技能技巧方面付出的努力，对质量管理工作人员自研自学相关测试技能知识有示范作用。

——栏目主编 余力

【摘    要】介绍了基站天馈系统的组成及性能参数等，通过现场测试，检验基站天馈系统在户外经过恶劣环境之后，其一体化性能指标，如驻波比、互调、隔离度等是否合格，并对相关数据进行具体分析。通过对测试数据的分析总结出影响基站天馈系统性能指标的主要因素，并对提高基站天馈系统性能提出相关建议。

【关键词】基站天馈系统    网络质量    隔离度    天线    馈线

中图分类号：TN929.5    文献标识码：A    文章编号：1006-1010（2014）-15-0057-06

1   引言

基站天馈系统是移动基站的重要组成部分，它主要完成下列功能：对来自发信机的射频信号进行传输、发射，建立基站到移动台的下行链路;对来自移动台的上行信号进行接收、传输，建立移动台到基站的上行链路，其性能的优劣对移动通信整体质量的影响很大。基站输出端口往下的天馈系统是由天线和馈线2部分组成，目前天线和馈线都是由中国移动公司进行集中采购，分别进行测试并对性能进行评估，但是通过工程人员组合成整个天馈系统后，系统的整体性能指标能否保证不低于单独的产品指标，暂无定论;再加上天线和馈线是安装在户外，需要承受风吹雨打、冷热变化、阳光暴晒等恶劣的自然环境，在这样的条件下，天线和馈线在使用一段时间以后，性能会逐步下降，当天线和馈线的性能下降到一定程度时，势必会对网络通信质量产生严重的影响。

本文描述了针对基站天馈系统进行的互调、电压驻波比、隔离度的实地测试，并对检测结果做了简要分析，对天馈系统现场测试方法进行了探索。

2   基站天馈系统介绍

2.1  天馈系统的组成

移动通信基站的天馈系统由馈线、天线、射频接头、避雷器、铁塔、走线架、接地等部分组成，如图1所示，其具体包括：

（1）天线，作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把传输线中的高频电流转换为电磁波;接收时，把电磁波转换为传输线中的高频电流。

（2）室外跳线，用于天线与7/8〞主馈线之间的连接，通常采用1/2〞馈线，长度一般为3m。

（3）主馈线，目前用于移动基站的馈线主要有7/8〞馈线、5/4〞馈线、15/8〞馈线。

（4）接头密封件，用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封，常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC绝缘胶带（3M33+）。

（5）室内超柔跳线，用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2〞超柔馈线，长度一般为2～3m。

（6）其他配件，主要有接地装置（7/8〞馈线接地件）、7/8〞馈线卡子、走线架、馈线过窗器、防雷保护器（避雷器）、各种尼龙扎带等。

2.2  天馈系统性能参数

天线类产品的电气性能衡量指标主要包括：增益、波瓣宽度、前后比、交叉极化比、下倾角精度、互调、电压驻波比、隔离度等。

其中增益、波瓣宽度、前后比、交叉极化比、下倾角精度这5个指标反映的是天线方向图的情况，方向图不符合要求，会造成覆盖上的盲点或越区干扰。互调值衡量天线内部，如馈线、振子、功分网络和移相器等器件与系统的非线性效应产生的谐波干扰的大小，互调值过大会对用户信号产生干扰，使网络性能下降。电压驻波比是衡量天线输出效率的指标，电压驻波比会对天线的覆盖性能造成直接影响。隔离度是衡量多端口天线端口间相互影响的指标。这些指标的优劣在一定程度上影响着移动通信基站的通信性能。

3   现场测试背景

3.1  测试站点

选择如下3个站点进行天馈系统现场测试。

（1）澄江路站

澄江路站基站塔高35m，外观如图2所示：

图2    澄江路基站外观图

基站将小区分为红、黄、蓝3个扇区进行覆盖，每个扇区配备900MHz单频双极化GSM天线、1 800MHz单频双极化GSM天线、TD-SCDMA双极化智能天线各1面。馈线采用50Ω泡沫聚乙烯绝缘皱纹铜管导体射频同轴电缆，馈线长度约40m。澄江路站3个扇区的天线端口配置情况如图3所示：

图3    澄江路站3个扇区的天线端口配置情况

（2）松风里站基站塔高35m，松风里站基站外观如图4所示：

图4    松风里站基站外观图

基站将小区分为红、黄、蓝3个扇区进行覆盖，每个扇区分别配置1面900MHz/1 800MHz/TD多频段双极化电调集束天线。馈线同样采用50Ω泡沫聚乙烯绝缘皱纹铜管导体射频同轴电缆，馈线长度约40m。松风里站3个扇区的天线端口配置情况如图5所示。

（3）风园南里站基站塔高35m，基站将小区分为红、黄、蓝3个扇区进行覆盖。其天线及馈线配置与松风里站相同。风园南里站的外观如图6所示。endprint

3.2  测试仪器

为了提高测试的精度，在仪表方面，选择实验室测试使用的网络分析仪和便携互调仪等;电源方面，取基站电源供电基本上可以满足仪表的供电需求。此外，还准备了灯光等设施对夜间测试进行辅助。

4   现场测试内容

4.1  测试项目

现场测试与实验室测试有着不同的性质，实验室测试在环境、仪表等方面都有很好的保障，而现场测试不确定因素很多，在提前考虑这些可能带来的影响因素和解决办法之后，我们拟定了以下测试项目：

（1）GSM频段所有端口的三阶互调。

（2）同一天线不同极化端口的极化隔离度、相邻扇区间同频段天线相同极化端口间的同极化隔离度。

（3）所有频段全部天线端口的电压驻波比。

（4）小区周围环境噪声。

4.2  测试方法

对基站红、黄、蓝3个扇区分别进行测试，得到天线各端口的互调、电压驻波比、同扇区内同天线的隔离度测试结果。对基站红、黄、蓝3个扇区进行测试，得到相邻扇区间同频段天线同极化端口间隔离度结果。其中，对TD天线多端口的驻波、同天线的极化隔离度以及相邻扇区间的同极化隔离度分别进行测试，采用取最差值的方法，测试框图如图7所示：

图7    测试框图

4.3  测试端口

已经施工完毕的天馈系统，现场只留下连接基站输出端口的接头，只能够通过这几个接头进行测试，表1是天馈系统接头表：

表1    天馈系统接头表

GSM DCS TD

+45?

端口 -45?

端口 +45?

端口 -45?

端口 +45?

端口 -45?

端口

红扇区 ● ● ● ● ● ●

黄扇区 ● ● ● ● ● ●

蓝扇区 ● ● ● ● ● ●

端口数 18

其中，松风里站和风园南里站天线的TD的+45?极化端口（1、2、3、4端口）通过合路器合到了1路，TD的-45?极化端口以及校准端口（5、6、7、8、9端口）通过合路器合为1路，900MHz与1 800MHz的+45?端口通过合路器合为1路，900MHz与1 800MHz的-45?端口通过合路器合为1路。

4.4  测试结果

（1）澄江路站测试结果

具体的测试结果如表2和表3所示：

表2    澄江路站天线各端口三阶互调、电压驻波比、同扇区内同天线隔离度的数据汇总

三阶互调/dBm 隔离度/dB 驻波比

+45? -45? +45?&-45? +45? -45?

红扇区 900MHz -90.1 -91.4 31.9 1.22 1.23

1 800MHz -98.7 -99.4 42.9 1.30 1.21

TD频段 -- -- 40.9 1.18 1.24

黄扇区 900MHz -89.5 -88.3 34.4 1.25 1.30

1 800MHz -92.7 -92.3 40.8 1.14 1.19

TD频段 -- -- 40.0 1.27 1.23

蓝扇区 900MHz -87.4 -88.9 38.2 1.39 1.31

1 800MHz -90.6 -90.6 40.5 1.17 1.15

TD频段 -- -- 38.4 1.16 1.26

表3    澄江路站相邻扇区同频段天线同极化端口间隔离度的

数据汇总

相邻扇区间同频段同极化隔离度/dB

900MHz 1 800MHz TD频段

+45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45?

红扇区-黄扇区 44.7 38.7 55.3 53.7 52.9 73.3

红扇区-蓝扇区 47.2 37.6 53.7 53.9 52.6 56.8

黄扇区-蓝扇区 37.7 39.4 42.8 56.5 54.5 56.9

（2）松风里站测试结果

具体的测试结果如表4和表5所示：

表4    松风里站天线各端口三阶互调、电压驻波比、同扇区内同天线隔离度的数据汇总

三阶互调/dBm 隔离度/dB 驻波比

+45? -45? +45?&-45? +45? -45?

红扇区 900MHz -96.4 -93.7 39.9 1.26 1.24

1 800MHz -100.3 -101.9 46.8 1.26 1.27

TD频段 -- -- 47.1 1.16 1.25

黄扇区 900MHz -99.8 -80.4 41.8 1.36 1.33

1 800MHz -110.7 -91 43.9 1.45 1.46

TD频段 -- -- 53.4 1.25 1.29endprint

蓝扇区 900MHz -89.9 -99.8 37.4 1.17 1.21

1 800MHz -112.6 -105.8 43.7 1.22 1.23

TD频段 -- -- 54.3 1.26 1.16

表5    松风里站相邻扇区同频段天线同极化端口间隔离度的

数据汇总

相邻扇区间同频段同极化隔离度/dB

900MHz 1 800MHz TD频段

+45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45?

红扇区-黄扇区 37.9 41.4 49.6 52.8 53.2 52.1

红扇区-蓝扇区 37.2 35 48.3 51.4 45.6 55.1

黄扇区-蓝扇区 36.7 38.6 48.2 49.7 74.3 58

（3）风园南里站测试结果

具体的测试结果如表6和表7所示：

表6    风园南里站天线各端口三阶互调、电压驻波比、同扇区内

同天线隔离度的数据汇总

三阶互调/dBm 隔离度/dB 驻波比

+45? -45? +45?&-45? +45? -45?

红扇区 900MHz -92.2 -79.4 42.5 1.23 1.25

1 800MHz -104.2 -101.9 43.4 1.18 1.2

TD频段 -- -- 49 1.14 1.1

黄扇区 900MHz -96.5 -75.7 41 1.20 1.26

1 800MHz -83.7 -71.5 38.9 1.19 1.24

TD频段 -- -- 48.4 1.08 1.15

蓝扇区 900MHz -97.5 -99.3 37.6 1.23 1.25

1 800MHz -104.1 -105 40.4 1.19 1.16

TD频段 -- -- 49.2 1.07 1.09

表7    风园南里站相邻扇区同频段天线同极化端口间隔离度的数据汇总

相邻扇区间同频段同极化隔离度/dB

900MHz 1 800MHz TD频段

+45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45? +45?&

+45? -45?&

-45?

红扇区-黄扇区 38.1 38.5 55.7 57.5 61.2 52.4

红扇区-蓝扇区 36.6 36 55.8 54.5 53.6 54.8

黄扇区-蓝扇区 42 39.8 55.1 58.8 58.7 61.8

（4）站点实地环境噪声监测结果

分别对澄江路站、松风里站、风园南里站进行900MHz频段、1 800MHz频段的实地环境噪声监测。

监测结果显示澄江路站、松风里站、风园南里站的环境噪声在900MHz频段最大可达到-74dBm、-70dBm以及-80dBm;1 800MHz频段最大可达到-80dBm、-82dBm以及-74dBm。环境噪声影响三阶互调，使噪声信号直接落入三阶互调的频带，被天线吸收后会直接提升三阶互调频段内的电平，造成测试结果恶化。

4.5  测试数据分析

从测试数据可知，一体化基站天馈系统在实际应用环境中的电压驻波比、隔离度这2个指标比较理想，驻波比从馈线端口进行测量，对于连接器和馈线之间现场加工的质量要求较高。在此次测试中，所有端口的驻波比测量值都在标准要求的范围内，3处站点的最差值以及最优值分别为澄江路站：1.39、1.14;松风里站：1.46、1.16;风园南里站：1.26、1.07，完全符合基站系统对天馈系统的要求。

隔离度指标用来衡量系统中工作在某频段下极化端口之间所有排列组合情况所产生的相互影响和干扰，通过测试结果可以看到所有的隔离度测试结果都符合天线产品的要求。另外，不同扇区之间的影响反映了天线前后比这一指标，也符合天线产品的要求。这次测试可以得出的结论是：天线和线缆组合成天馈系统后没有引起系统性能的下降。

但是，通过三阶互调的测量，发现其性能有较大的下降。标准规定天线产品的互调应小于-107dBm。而通过天馈系统接口测量出的三阶互调均大于此限值，3个站点的最差值分别为澄江路站：-87.4dBm;松风里站：-80.4dBm;风园南里站：-71.5dBm，分别超出标准近20dB、27dB和36dB。这个结果势必会对上行信号产生影响，将手机发出的上行信号湮没在噪声中，造成上行信号阻塞，从而严重影响网络质量。

4.6  对测试结果的深入反思

三阶互调这一指标为何在形成一体化天馈系统后会有如此严重的下降？针对天馈系统施工现场架设的特殊情况，进行了深入的分析。

经过分析可知三阶互调值的恶化可能是由多方面的因素导致，但是主要集中在：环境噪声、线缆质量产生的泄漏问题、线缆与天线接口不良、天线架设、天馈系统设计、施工质量等。线缆的非线性特性、泄露等情况会将产生的三阶互调信号在电缆之间进行互相耦合、直接耦合至其他端口，形成严重的互调干扰信号。建设施工过程中连接出问题，例如接头之间的接触压力不够，接头内导体有灰尘或者金属屑，电缆过度弯曲等。除此之外，还有一个关键因素就是天馈系统中无源部分自身的品质，对于天线来说，其内部设计及构造对于互调指标的影响很大，天线振子选用的材料、排列方向、焊接工艺、接头镀层采用的材料和厚度等都会对互调产生影响，天线装配工艺的好坏也会影响到互调指标。endprint

5   结束语

在移动通信系统中，空间无线信号的发射和接收都是依靠基站的天馈系统来实现的。因此，天馈系统对于移动通信网络来说，有着举足轻重的作用。如果天馈系统在施工工艺上存在问题，或者相应参数设置不当，都会直接影响整个移动通信网络的运行质量。因此我们要把好天馈系统各器件质量关，包括天线、馈线、各种接头、避雷器和跳线等部件;严格保证安装工艺，做好各种接头，控制好连接接头的力量;天馈线系统在运行时会受到外力和天气影响，要加强对天馈系统的维护，这对提高系统和网络的质量十分重要。

参考文献：

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[7] L C Godara. Handbook of Antennas in Wireless Communications[M]. America： CRC Press Inc， 2001.

作者简介

刘京生：学士毕业于南开大学会计学专业，硕士在读于天津大学GCT工程，现任中国移动通信集团天津有限公司物资管理中心采购管理部供应商及产品主管，主要从事供应商管理和集采产品质量管理研究工作。endprint