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无线系统性能优化的关键――天馈线的现场测试
发布日期:2006-10-24   

无线系统性能优化的关键――天馈线的现场测试

上海创远通讯技术有限公司 游洋


  从事移动通信系统建设,性能验证和维护的工程技术人员需要所有他们能够得到的帮助。各种类型的通信网络正在经历着前所未有的增长和发展,而系统供应商和运营商之间的竞争也日趋激烈。这样就给现场技术人员带来了与日俱增的压力,即如何使越来越多的通信基站有效地运行。要在控制低的维护成本的前提下保持网络以最佳性能运行就需要在每项维护工作中都能使用正确的工具和方法。

  天线和馈线系统的测试是移动基站维护的一个重要环节。通常,在新基站的建设和交付使用时,以及基站在运行中的维护和故障查找期间,需要对天馈系统进行测试。

  在本文中,我们介绍了两种适用于基站安装和维护人员的常用的现场天馈线测试方法,以及一些使得基站管理合理化的推荐的操作规程及步骤。并推荐一种最新的天馈线分析仪器――BIRD公司的SA系列天线和电缆分析仪。

一、故障定位测量

  在每个无线通信系统中,传输线、天线及其附件由于暴露在恶劣的室外环境条件下而经常产生故障。这些部件易于遭受各种自然和人为的破坏。

  以下是天线和馈线的一些常见故障现象:

1.天线故障

・雷电,水和风所造成的破坏

・来自紫外线辐射的破坏

・结冰和长期温度的循环变化所造成的破坏

・大气污染所造成的腐蚀

・由于环境条件使天线防护罩的介质特性发生变化,从而导致天线性能的变化。

2.电缆故障

・由于安装引起的故障,如接地夹过紧而导致外导体变形

・电缆介质渗水

・绝缘层损坏而导致外导体腐蚀

3.接头故障

・防水胶安装不当导致腐蚀

・与电缆的内导体或外导体连接不良

・安装过紧,或由于温度的循环变化导致松弛

  此外,还有一些特殊环境下才有的故障,如在重工业区的大气污染所引起的腐蚀,或由于本地天气条件引起大风或冰所导致的故障。解决这些问题需要额外的费用,因为可能要申请攀登到天线塔上进行调试和维修。

  基站管理的一项重要和有力的手段是故障距离(DTF)的测量。对于传输线系统而言,故障距离的测量提供了回波损耗或VSWR相对于距离的变化信息。通过DTF测量可以找出各种类型的故障,包括接头损坏、传输电缆变形和整个天线系统性能的下降。DTF测量的另一个意义是,从塔底至塔顶的电缆的故障(包括其严重程度和沿传输线的相对位置)都可以很容易被确定。

  对于现场维护人员来说更有价值的意义在于,故障距离(DTF)的测量不但可以确定真正的设备故障,而且可以监测天馈系统性能的微小的退化情况。故障定位分析对于维护是非常有用的,而这一点是传统仪器如频谱分析仪/跟踪信号发生器所难以做到的。

  故障位置“特性”的定期监测和比较是通信系统有效维护和基站有效管理的基础。每个部件在传输线上都会产生反射。而每个传输系统都有其唯一的驻波或回波损耗偏差和相对位置的图形,如果定期监测这些特性的变化情况,就可以发现问题所在,从而可以在其影响系统性能之前对其进行校正。

  在许多情况下,通过故障定位特性的分析可以精确定位由某个系统部件所产生的问题的所在。例如,通过故障定位分析可以确定天馈系统的故障实际上是由劣质的插头而并非天线自身所引起的。以上这些知识的意义是显而易见的――可以减少由于盲目更换天线和电缆所造成的开支和停机时间。

  下面概述了基于故障定位特性分析的一些方法,通过这些方法可以使基站管理更为有效。

二、故障定位特性分析法

  1.对所有正在建设中的新基站和已在运行中的基站进行故障定位特性分析,收集并归挡保存故障位置的“参考数据”。

  2.获得用于进行故障定位特性分析的得心应手的仪器。

  故障定位特性分析是基站日常定期维护工作的一部分,而不应在天馈系统已经发生故障后才进行。定期的故障定位特性分析可以在天馈系统对整个系统造成影响之前确定其故障的所在。

三、故障定位分析的步骤

  以下步骤描述了一种用故障分析数据进行系统评估的方法:

  1.分析过程从所需测试的基站的参考故障定位数据开始。这些数据必须从仪器的自动记录记忆中调用,或从计算机中获取。如果仪器具有此项功能,那么就可以从仪器中上载数据,在现场进行比较。

  2.在现场完成故障定位测试。为了简化这些步骤,有些故障定位测试仪器已储存了一些测试设置。请确认在进行这些测试前应对仪器进行正确校正。

  3.与已储存的故障定位特性记录进行比较。

  4.注意故障定位特性的任何变化之处,必要时进行修理或更换。

  5.任何修理完成后,应再次进行故障定位测试,以提供天馈系统的新的故障定位参考特性。这些新数据同样应分类和储存。

四、电缆损耗测量

  电缆插入损耗测试的准确的方法是用精密的双端测试仪器从电缆的两端进行测试,来确定电缆的损耗。然而这是一种理想情况,在基站的实际情况下是不现实的,因为电缆的一端位于塔顶上。另外,大多数用于插入损耗测量的精密的双端测量仪器属于实验室设备,不适合在现场使用。

  在电缆的一端位于远处的情况下进行现场电缆损耗测量的广泛采用的方法是使用单端仪器来测量天馈系统的回波损耗。其典型步骤如下:

1.测量远端开路或短路时电缆的回波损耗。

2.读出回波损耗的最大值和最小值。

3.取二个数值的平均值并除以2,即可获得电缆的单向损耗值。

  用单端仪器测量电缆插入损耗的另一种更好的方法是分别获取电缆在其远端开路和短路时的回波损耗读数。

  在开路和短路之间变化时,由于反射系数的相位变化了180度,轨迹也偏移了180度(即最大值变成了最小值)。这二个回波损耗值是在同一频率上测得的,取其平均值,并将其除以2,即可得出电缆的单向插入损耗值。

  电缆损耗测量的最佳方法概述如下:

1.测量远端开路时的电缆组件的回波损耗。在所需的频率上做上标记,但应在轨迹的波峰值上。

2.在远端短路时重复回波损耗测量。注意刚才位于波峰的标记现在位于邻近的波谷。

3.取这二个值的平均数,并除以2,所得的值即为电缆的单向损耗值。

五、功率测量选件

  作为附加的优势,SA系列天线和电缆测试仪可以附加BIRD数字功率测试选件,为用户提供了射频功率测量的完整解决方案:

1.THRULINE在线功率测量,同时测量正向和反射功率

2.驻波比和回波损耗测量

3.可选终端式功率探头,提供微瓦至毫瓦级功率的精密测量

六、结论

  本文中所描述的方法和测量技术是基站天馈系统管理和维护的核心,这有助于缩短系统的故障停机时间,提高现场维护人员的效率,并可减少系统的总运行成本。其操作程序可归纳如下:

1.选择能够满足需要的测试设备。

2.拟定一个简单且可操作的维护程序进行系统性能监测。

3.培训维护人员来执行这个维护程序。

4.定期执行这个维护程序,包括故障定位特性测量及后期比较,以确定系统短期和长期的变化趋势。

5.在发现潜在问题并在其影响系统性能的之前,对其加以修正。


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