丁 晟

（中國鐵塔股份有限公司上海市分公司，上海 200050）

基站天線遠程電調技術的實踐與應用

丁 晟

（中國鐵塔股份有限公司上海市分公司，上海 200050）

天線遠程電調技術是提高無線網絡優(yōu)化和維護效率的重要技術，對提高優(yōu)化準確性和減小優(yōu)化的工作量具有重要作用。本文介紹了天線遠程電調技術原理的組網方案，并結合基站站點建設描述了建設過程中遇到的問題和解決方案，為天線遠程電調建設提供參考。

遠程電調；RCU；AISG；RRU

1 引言

隨著移動互聯網的普遍應用，3G網絡在帶寬和容量方面都顯得不足，所以投入4G網絡就成為必然選擇。4G網絡應用并不意味著3G網絡退出，且在較長時期內將是3G、4G網絡共存、協(xié)同發(fā)展的局面。在4G網絡建設過程中，很多站點是與3G網絡共站建設的，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憂，這種方案往往會遭到業(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。為了使無線網絡具備優(yōu)越的性能和質量，在基站建設時就需要精確地設置天線下傾角來保證站點的覆蓋目標和范圍。隨著網絡的運行，在整個生命期內，也需要調整天線下傾角來滿足網絡不斷優(yōu)化的需要。

天線下傾角調整在傳統(tǒng)上是通過射頻工程師實地手工完成的。工作中受站點進入條件、地理環(huán)境和惡劣的天氣等因素影響較大，并且及時性很差，延長了網絡處于非優(yōu)化狀態(tài)的時間，同時增加了網絡運營成本。有的站點地處偏遠山區(qū)，如果采用原有的現場手工調整，成本很高。最重要的是受到移動互聯網的高速發(fā)展，移動用戶的使用頻率和使用人數的猛增，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地手工調測無法滿足批量調節(jié)的精度要求。

目前所有的天線都通過RCU（遠程控制單元）模塊支持了遠程電調功能。其優(yōu)點一是通過在線優(yōu)化，站點距離再遠也能在數分鐘內完成調測工作；二是通過遠程在線作業(yè)，可在任何氣候條件下開展優(yōu)化調整工作；三是避免實地進站調測，通過網絡維護中心人員遠端實施調測，不僅省去長途驅車所花費的成本，同時也減少與基站業(yè)主的溝通成本，且提升服務感知度；四是可對接入維護操作中心的不同品牌的天線實施統(tǒng)一管理；五是調節(jié)的精確度大幅提高，網絡維護質量大幅提升。以前的機械下傾需要維護人員上塔調整天線背面支架的位置，不僅工作強度大，技術很熟練的維護人員至多也只能達到1°的精度，而且當機械下傾角大于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)之間產生嚴重干擾。而電調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，且電調精度可以達到0.1°，這也遠非機械下傾所能達到。目前，我們遠程允許網絡優(yōu)化人員在網管中心上通過軟件輸入指令來調整站點上的天線下傾角。本文先介紹天線遠程電調原理和組網方案，然后結合基站建設情況分析了建設中碰到的問題，并給出了解決方案。

2 天線遠程電調的原理

天線遠程電調可以進行遠端控制的根本原因是使用了RCU。

RCU具有接收基站控制命令，精確調節(jié)天線下傾角以及實時查詢天線電下傾等功能，是遠程電調天線的控制核心。RCU一般安裝在天線外面，由控制電路、驅動馬達和傳動機構組成。驅動馬達一般采用數控的步進馬達；驅動結構主要包括一個齒輪，該齒輪可以與傳動桿咬合，齒輪在馬達驅動下轉動時，就可以拉動傳動桿，從而改變天線的下傾角。

AISG 2.0協(xié)議是AISG（天線接口標準化組織）制定的天線相關設備與基站系統(tǒng)對接的標準接口，用于實現電調天線的遠程控制和狀態(tài)監(jiān)測，實現不同廠家的天線和基站之間的對接。具備AISG標準的基站通過控制線纜與電調天線進行連接，發(fā)送命令控制RCU的動作，命令通過控制線纜以AISG 2.0標準格式發(fā)送到RCU，RCU執(zhí)行相應的操作，實現對天線電下傾角的控制，同時把操作過程和結果顯示在網管平臺上。

AISG 2.0協(xié)議的物理層在電氣上采用了RS485標準，其接口定義了8個針腳，見表1。

表1 RS485標準定義的針腳

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

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

電機控制驅動模塊的核心是Allegro公司的步進電機驅動芯片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，電機工作在半步模式，MCU每發(fā)400個脈沖電機轉動一圈。A3977輸出驅動器容量為35V、2.5A，內部包括一個固定停機時間電流穩(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噪音，增加步進精確度并減少功率耗散。

存儲模塊主要包括天線相關的參數存儲和RCU固件存儲。天線參數存儲采用鐵電存儲器FM24LCl6，其中包括產品序列號、天線參數、天線配置數據和移相器配置數據等。選用鐵電存儲器的主要原因是：AlSG協(xié)議中規(guī)定，RCU收到基站的命令后，必須在10ms之內發(fā)出回應幀，否則就認為通信超時，這就要求向存儲器中寫入天線參數的命令必須在10ms內完成；考慮到執(zhí)行程序的時間消耗，在天線數據較多的情況下，普通的EEPROM無法滿足要求；鐵電存儲器相比于EEPROM寫入速度快，寫入過程無需等待，可以滿足這一要求。RCU固件存儲則采用了PSD單片機的內部Flash。利用PSD單片機內部特有的nash結構，將正在執(zhí)行的固件和更新的固件都存儲在單片機的片內nash中，從而省去了外部存儲器，既節(jié)省了BOM成本，又提高了產品的可靠性和安全性。

3 天線遠程電調的組網方案

3.1 總體組網方案

目前，天線遠程電調的總體組網方案如圖1所示。

圖1 天線遠程電調的總體組網方案

總體組網方案

RCU通過控制線纜連接到宏基站設備或RRU設備上。宏基站設備通過傳輸網絡與操作維護中心連接。RRU設備要先經過光纖與BBU設備連接后，再通過傳輸網絡連接到操作維護中心。

3.2 LTE站點上的遠程電調連接方案

3.2.1 天線與RCU的連接

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

3.2.2 RCU模塊與基站設備的連接

目前對于LTE網絡，所有的基站設備都采用了BBU+RRU的形式，因此，完成遠程電調功能需要RCU模塊和RRU通過AISG 2.0接口連接。根據RRU與天線距離的長短，目前有通過控制線纜直接連接和經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。根據不同廠商的設備要求不同，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RCU級聯之后，通過控制電纜連接到RRU的AISG接口上。

（2）經過饋線連接。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RCU級聯之后，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側近端需要再利用SBT將控制信號分離出來，經過控制線纜輸入到RRU的AISG接口。

4 基站建設應用

4.1 建設中碰到的問題

隨著LTE網絡部署的深入，網絡優(yōu)化和維護的工作量逐步加大，天線遠程電調的需求日益突出。因此2016年初始，現網站點的天線遠程電調改造項目被提上了日程。項目對1600余個站點的進行改造建設，以滿足遠程電調的需求。由于這些站點涉及多家廠商的設備和天線型號，根據前面遠程電調原理的描述，AISG接口未完全兼容，因此出現了多種設備和天線型號的組合。在建設中，SBT及其連接的相關線纜均由RRU廠商（主設備廠商）負責提供，而直連和級聯的控制線纜需要施工單位根據不同的接口情況，在施工前備料帶到現場。由于接頭不統(tǒng)一，且站點天線型號不確定（原站點建設時，多個天線廠家的天線隨機發(fā)貨），導致施工單位在未到現場前無法知道控制線纜接頭的類型，因此在建設初期碰到了很大的困難，每個站點都需要先上站勘查后才能進行施工，大大延誤了施工的進度。為此，項目組決定對現網的天線和設備進行調研和總結，確保項目順利實施。

4.2 調研情況和建設要求

4.2.1 調研情況

4.2.1.1 RRU設備側AISG接口情況

經過調研，RRU設備側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AISG接口情況

經過調研，目前所有天線RCU側的AISG接口均為AISG 2.0圓形接口。

每個RCU上均有2個接口，一個是連接到RRU設備的，另一個是進行級聯的。兩個接口在公母頭上有區(qū)別，連接RRU設備的接口為公頭，級聯接口為母頭。

根據上述調研結果可知：天線廠商的RCU均按照AISG協(xié)議的要求提供了標準的AISG 2.0圓形接口，各針腳定義符合協(xié)議中的8個針腳的定義，因此RCU之間的級聯控制電纜可以通用。RRU設備側的接口不統(tǒng)一，導致RCU到RRU的控制線纜不能通用。

4.2.2 建設要求

通過調研，提出了如下建設要求：

（1）由RRU廠商（主設備廠商）負責提供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，另一頭為廠商根據自己設備匹配的接頭。這樣可確保兩端接口相匹配。在施工前，施工單位可以根據站點所屬的設備廠商區(qū)域進行備料。

（2）RCU級聯線纜統(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，施工單位不需要進行選擇，直接備足料即可。

4.3 基站天線互調測試系統(tǒng)的搭建要點

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

⊙ 要求互調測試系統(tǒng)（互調儀、跳線、低互調負載）的殘余互調余量要大于10dBm，當被測部件的實際互調電平接近測試系統(tǒng)的殘余互調電平時，由于兩者的矢量合成，互調電平的測量不確定度就會變大。

⊙ 反復拆卸的端口在使用一段時間后，需要進行例行的端口清潔，射頻端口的緊固應使用按推薦值校準的力矩扳手緊固。

⊙ 互調測試系統(tǒng)的跳線在測試過程中需保持合理的彎曲半徑。

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

⊙ 要接低互調負載測試連接器、跳線和PCB組件（如功分器、移相器）的互調。空載測試互調，由于被測部件的失配，能量大部分被反射回互調儀，通過功放輸出端口串接的環(huán)形器后的負載吸收會造成功放壽命降低。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，形成互調隱患。

⊙ 對于關鍵部件，如端口跳線、移相器組件，要制定合理的部件級互調測試策略。避免將有重大互調質量隱患的部件裝配到天線上，造成整機互調返修困難。如可進行跳線的互調預測試、移相器組件的互調預測試。

5 結束語

隨著4G網絡的大規(guī)模部署，網絡優(yōu)化和維護的工作量大大提升，天線遠程電調技術的重要性日漸顯現。它不但提升了天線調整的靈活性和準確性，而且有效避免了物業(yè)協(xié)調困難、惡劣天氣等困難因素，大大提高網絡優(yōu)化和維護的效率。本文介紹了天線遠程電調技術的原理和組網方案，并結合站點建設實踐分析了建設中的問題和解決方案，為天線遠程電調建設提供了參考。

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文獻標示碼：A

1672-7274（2017）06-0025-04