1、第12章 TD SCDMANodeB系统结构12.1 TD SCDMA NodeB系统系统12.2 B328系统概述系统概述12.3 B328硬件系统硬件系统结构结构12.4 R04硬件系统硬件系统结构结构12.5 R04工作原理工作原理12.1 TD SCDMANodeB系统系统TD SCDMA 的基站 NodeB的主要功能是进行空中接口的物理层处理,包括信道编码和交织、速率匹配、扩频、联合检测、智能天线、上行同步等,也执行一些基本的无线资源管理,例如功率控制等。在Iub接口方向,NodeB支持 AAL5/AAL2适配功能、ATM 交换功能、流量控制和拥塞管理、ATM 层 OAM(Opera
2、tionandMaintenance)功能。NodeB无线应用协议功能包括小区管理、传输信道管理、复位、资源闭塞/解闭、资源状态指示、资源核对、专用无线链路管理(建立、重配置、释放、监测、增加)、专用和公共信道测量等。此外,它也完成传输资源管理和控制功能,实现传输链路的建立、释放和传输资源的管理,并实现对 AAL5信令的承载功能。在操作维护方面,NodeB支持本地和远程操作维护功能,实现特定的操作维护功能,包括配置管理、性能管理、故障和告警管理、安全管理等功能。从数据管理角度,它主要实现 NodeB无线数据、地面数据和设备本身数据的管理、维护等功能。12.1.1 BBU+RRU系统系统Node
3、B分为基带单元 BBU(BaseBandUnit)和远端射频单元 RRU(RemoteRadioUnit),BBU 和 RRU 之间的接口为光接口,两者之间通过光纤传输IQ数据和 OAM 信令数据。BBU 和 RRU 划分方式如图121所示。基带、传输和控制部分在BBU 中,射频部分在 RRU 中。图121 BBU 和 RRU 功能框图图122 TD SCDMA 系统网络结构图BBU+RRU 系统的具体情况:(1)BBU 和 RRU 之间传输的是基带数据。中频和射频功放部分都放在室外 RRU 部分处理。(2)BBU 和 RRU 通过光纤传输(1.25Gb/s光纤承载24个 AC的数据),工程施
4、工大大简化。(3)基带池的概念:NodeB的容量增加了,ZXTRB328满配支持72单频点小区的配置。BBU+RRU 的优势是:摆脱配套设施限制,建网快速灵活,降低建网和运维费用。BBU+RRU 的结构如图123所示。其中,基带拉远示意图如图124所示。图123 BBU+RRU 结构图124 基带拉远示意图12.1.2 NodeB组网组网1.链形组网链形组网链形组网适用于一个站点级联多台BBU 的情况,如图12 5所示,例如呈带状分布且用户密度较小的地区。这种组网方式可以节省大量的传输设备,但由于信号经过的环节较多,线路可靠性较差。图125 链形组网示意图2.星形组网星形组网星形组网时,每个
5、RNC直接引入n 条STM 1、E1或 T1,如图126所示。由于组网方式简单,维护和施工都很方便,星形组网适用在城市人口稠密的地区,而且信号经过的环节少,线路可靠性较高。图126 星形组网示意图3.混合组网混合组网支持多种拓扑结构的混合组网(如图127所示)有以下好处:(1)便于与运营商现存的传输网络进行适配,从而使运营商在建网初期可充分利用现存的传输网络,节省建网成本、加快建网速度。(2)便于在地形复杂的地方建网。由于 BBU 设备分布很广,也比较分散,并且可能分布在地形复杂地带,因而其支持多种拓扑结构的混合组网,建网比较灵活,减少了复杂性。(3)便于构造丰富的传输路由,增强网络的鲁棒(R
6、obust)性。图127 混合组网示意图图128 BBU+RRU光纤连接示意图图129 B328+R04的典型工程实施图12.2 B328系统概述系统概述下面以 B328为例介绍 BBU 系统。ZXTRB328采用先进的工艺结构设计,主要提供Iub接口、时钟同步、基带处理、与RRU 的接口等功能,实现内部业务及通信数据的交换。基带处理采用 DSP技术,不含有中频、射频处理功能。ZXTRB328的主要功能如下:(1)通过光纤接口(接口规范自定义)完成与 RRU 连接功能,完成对 RRU 控制和RRU 数据的处理功能,包括信道编解码及复用解复用、扩频调制解调、测量及上报、功率控制以及同步时钟提供。
7、(2)通过Iub接口与 RNC相连,主要包括 NBAP信令处理(测量启动及上报、系统信息广播、小区管理、公共信道管理、无线链路管理、审计、资源状态上报、闭塞解闭)、FP帧数据处理、ATM 传输管理。(3)通过后台网管(OMCB/LMT)提供配置管理、告警管理、性能管理、版本管理、前后台通信管理、诊断管理等操作维护功能。(4)提供集中、统一的环境监控,支持透明通道传输。(5)支持所有单板、模 块 带 电 插 拔;支 持 远 程 维 护、检 测、故 障 恢 复 及 远 程 软 件下载。(6)提供 N 频点小区功能。图1210 ZXTRB328系统外部接口12.2.1 B328移动性管理移动性管理实
8、现 RNC移动性管理的执行功能,包括接力切换、小区更新、URA 更新等。12.2.2 B328无线资源管理无线资源管理(1)小区配置管理功能:小区建立、小区重配、小区删除等流程。(2)公共 传 输 信 道 管 理 功 能:公 共 信 道 建 立、公 共 信 道 重 配、公 共 信 道 删 除 等流程。(3)系统消息管理:系统消息的调度和广播。(4)资源事件管理:及时向 CRNC上报 NodeB的资源状态信息,包括资源状态指示、闭塞、解闭塞等。(5)配置校准管理:保证 CRNC与 NodeB之间的无线资源配置信息保持一致,包括校准、CRNC复位、NodeB复位流程。(6)无线链路管理:包括无线链
9、路的建立、无线链路的增加、无线链路的删除、同步无线链路重配、异步无线链路重配、无线链路强拆等。(7)无线链路的检测:包括无线链路失步、无线链路恢复。(8)物理共享信道管理:包括上(下)行物理共享信道的增加、修改、删除。(9)信道管理:NodeB完成对小区、物理信道的操作与维护。支持的传输信道类型包括:DCH:专用信道。BCH:广播信道。PCH:寻呼信道。RACH:随机接入信道。FACH:前向接入信道。USCH:上行共享信道。DSCH:下行共享信道。支持的物理信道类型包括:DPCH:专用物理信道。P CCPCH:基本公共控制物理信道。S CCPCH:辅助公共控制物理信道。PICH:寻呼指示信道。
10、PRACH:物理随机接入信道。PUSCH:物理上行共享信道。PDSCH:物理下行共享信道。DwPCH:下行导频信道。UpPCH:上行导频信道。FPACH:快速物理接入信道。(10)下行功率时隙校正:用于 NodeB对每个时隙进行功率补偿。(11)错误处理:报告消息交互过程中出现的错误情况。(12)信息交互:通过该流程,CRNC与 NodeB之间进行信息交互,NodeB报告所请求的信息、NodeB操作的维护和统一的网管。(13)NodeB逻辑操作维护:无线网络性能测量:NodeB通知 CRNC它的资源状态。无线网络配置调配:CRNC和 NodeB保证两个节点在无线资源的配置方面具有相同的信息。(
11、14)测量管理:由 CRNC发起在 NodeB的资源测量。NodeB根据要求上报测量结果,其中包括公共测量和专用测量。(15)功率控制:NodeB具有上行内环、外环、开环功率控制的功能。(16)支持Iub口的 FP帧处理:TB块的传送、传输信道同步、节点同步、下行方向传输信道到物理信道的复用、上行方向物理信道到传 输 信 道 的 解 复 用、无 线 接 口 参 数 的传递。(17)支持Iub口传输层功能,包括:ALCAP:主要支持用户数据承载的建立、释放和传输资源的管理。ALCAP协议由AAL2信令协议实现。SPS/ALCAP的信令承载功能:主要支持对 ALCAP协议和高层无线应用协议的信令承
12、载功能。信令承载通过 ATM/AAL5/SSCOP/SSCF UNI实现。用户数据承载功能(AAL2):主要承载Iub接口的用户数据流,通过 ATM/AAL2实现对用户数据的承载功能。12.2.3 B328物理层功能物理层功能传输信道前向纠错(FEC)编码和解码,支持三种编码方式:Convolutionalcoding、Turbocoding、Nocoding。B328物理层功能包括:(1)切换测量和接力切换的执行。(2)传输信道的复接和分接以及传输信道中码的组成。(3)传输信道和物理信道的映射。(4)物理信道的调制扩频和解调解扩。(5)定时(码片、比特、时隙、子帧)同步,包括上行同步。(6)
13、功率控制。(7)随机接入过程。(8)动态信道分配(DCA)。(9)物理信道的功率加权和合并。(10)射频控制。(11)传输信道的差错检测(CRC),速率匹配(数据复接至 DCH)。(12)无线特性测试,包括 FER、SIR、DOA、TA 等。(13)上下行波束赋形(智能天线)。(14)用户定位(智能天线)。(15)上行联合检测(智能天线)。12.3 B328硬件系统结构硬件系统结构12.3.1 机架配置机架配置图12-11 标准全配置的机架布局12.3.2 机顶布置机顶布置图12-12 机柜顶部布局12.3.3 机框机框机框的作用是将插入机框的各种单板通过背板组合成一个独立的功能单元,并为各单
14、元提供良好的运行环境。ZXTRB328有两层机框,都称为 BCR机框。BCR机框主要由单板和插箱组成,如图1213所示。BCR 机框采用BCR背板,主要完成基带处理、系统管理控制功能。根据其在机柜中的物理位置,BCR机框分为上层 BCR 机框和下层 BCR 机框。在实际使用中,先配置上层BCR框,然后根据需要配置下层 BCR框。BCR机框可装配的单板见表122所示。图1213 机框结构图1214 BCR机框可装配的单板示意图BCR机框满配置时如图1215所示。BCR 机框满配情况下可配置两块 BCCS、12块TBPA、两块IIA和两块 TORN。BCCS板是主备板,只插一块也能正常工作。每一层
15、框一般配置一块BCCS,可根据需要配置两块BCCS,完成1+1备份功能。TBPA、TORN、IIA 根据配置计算单板数量。在配置容量较小时,应配备假面板和假背板,以保持风道的完整性。图1215 BCR机框满配置图12.3.4 单板单板1.控制时钟交换板控制时钟交换板(BCCS)BCCS是基站的控制、时钟、以太网交换单元,可完成以下功能:(1)Iub接口协议处理,执行基站系统中的小区资源管理、参数配置、测量上报。(2)对基站进行监测、维护,通过100BaseT以太网接口和其他单板进行控制信息的交互。(3)支持近端和远端网管接口,近端网管接口为100BaseT 以太网接口。(4)管理系统内各单板程
16、序的版本,支持近端和远端版本升级。(5)通过控制链路可以复位系统内各个单板。(6)通过硬信号可以控制系统内主要单板的上电复位。(7)具有主备竞争、控制、通信功能。(8)同步外部各种参考时钟并能滤除抖动。(9)产生并分发系统各个部分需要的时钟。(10)提供以太网交换功能,保证系统内的控制链路和业务链路有足够带宽。2.基带处理板基带处理板(TBPA)基带处理板最多可以支持3载波8天线的基带处理。3.Iub接口板接口板(IIA)IIA 的全称是IubInterfaceoverATM,是B328设备与 RNC设备连接的数字接口板,实现与 RNC的物理连接。IIA 板主要完成以下功能:(1)提供与 RN
17、C连接的物理接口,完成Iub接口的 ATM 物理层处理。IIA 提供了3种标准接口:STM 1、E1和 T1。(2)处理 ATM 物理层的所有功能。(3)完成 ATM 的 ATM 物理层处理和适配层处理。(4)实现Iub接口信令数据与用户数据的收发。(5)时钟提取功能,即从STM 1或者E1/T1上提取8kHz送给时钟板作为时钟参考。(6)AAL5/AAL2适配功能。(7)ATM 交换功能。4.光接口板光接口板(TORN)TORN 是BBU 和RRU 间的接口板,实现BBU 和RRU 的信息交互,及BBU 和RRU之间的星形、链形、环形组网。TORN 主要完成以下功能:(1)提供6路1.25G
18、 光接口连接 RRU 单元,支持星形、链形、环形组网。(2)支持IQ 的交换。(3)支持 BCCS直接控制的本板电源开关功能。(4)接收来自 BCCS的系统时钟并产生本板需要的各种工作时钟。(5)提供上下行IQ 链路的复用和解复用处理。(6)最多支持12块基带板的接入。5.离心型风扇控制板离心型风扇控制板(FCC)离心型风扇控制板(FANControlCentrifugalBoard)为机架风扇的控制板,它用于离心风扇控制和混流风扇的控制,完成风扇电源提供、转速控制、转速检测及风口温度检测等功能。FCC的功能主要包括:(1)通过 BEMU 控制和测量风扇转速。(2)通过 BEMU 测量风扇风口
19、温度。6.环境监控灯板环境监控灯板(BELD)BELD 的全称是 NodeBEnvironmentLEDDisplay,实现对系统环境量和-48V 电源的灯光指示告警功能。BELD 作为ZXTRB328的电源和告警指示灯板,竖插在配电插箱中,通过8芯电缆和BEMU 连接。7.E1转接板转接板(ET)ET(E1TransitBoard)是 E1转接板。ET 板将IIA 前面板输出的8路 E1信号双绞线方式转换为75 非平衡电缆接头方式,并且对线路口做过流、过压和钳位保护。8.BEMUBEMU 位于机顶,竖插在配电插箱中,用于接入系统内部和外部的告警信息(包括环境监控、传输、电源、风扇等),为BC
20、CS板提供管理通道,并为BCCS提供 GPS、BITS基准时钟,对外提供测试时钟接口等功能。BEMU 模块由环境监控板(BEMC)和环境监控辅助板(BEMS)组成。BEMC板和 BEMS板叠放位置如图1216所示。图1216 BEMC板和 BEMS板叠放示意图BEMC可实现以下功能:(1)提供和外部环境监控设备的接口。通过 干 结 点 接 入 形 式(16 路 输 入),或串口通信形式(RS232、RS422信号各1路,但接入外部设备时只选择其中1种通信方式)。同 时 具 有 干 结 点 输 出(8 路 输出),对外有一定的控制功能。图1216 BEMC板和 BEMS板叠放示意图(2)提供外部
21、或内部传输设备(SDH)的网管信息接入。采用1路10 M 以太网接口,在BEMC有两个 DB9的网口头(单板上、下部各一个),两个网口直连,用来接入从不同方向(机顶外部或下层机框)来的SDH 设备,但同时只接一路。(3)提供外部电源设备的网管信息接入。提供1个 RS232的接口,BEMC将串口数据接收后,通过网口将数据转发给 BCCS。(4)提供与风扇控制板 FC的接口信号,采用 TTL电平接口,并提供3.3V 电源。(5)提供一路和 BCCS的通信链路,采用100M 以太网,用来上报告警信息以及接入管理信息。与 BCCS接口的接插件在 BEMS单板上。(6)接入电源插箱送入的-48V 电源,
22、转换出本板所需的电源。(7)提供防雷告警信号的接入。(8)提供与 BELD板的接口。BEMS可实现以下功能:(1)为本系统时钟单元(主、备BCCS板)各提供1套BITS基准时钟(从外部接入2Mb和2MHz基准时钟各一路,由 CPU 选择其中一路作为基准时钟送给 BCCS)。(2)GPS接收机以子卡的形式放在BEMU 内,对GPS信号进行转接,为主备BCCS各提供一路 GPS基准时钟(1pps,LVDS传输)和一路 GPS子卡的通信通道(采用 RS422接口)。(3)提供到机架外部的时钟测试口(10MHz、8kHz、200Hz各一路)。(4)提供 DBG 测试以太网接口,共两路。12.4 R04
23、硬件系统硬件系统结构结构图1217 R04系统在 NodeB中的位置12.4.1 R04功能功能R04的基本功能如下:(1)支持6载波的发射与接收。系统最多可以支持6载波的发射和接收,大大提高了系统的容量。(2)支持4天线的发射与接收。每个ZXTRR04支持4个发射通道和接收通道,从而支持4天线的发射和接收。(3)支持两个 RRU 并组成一个8天线扇区。两个 RRU 共8个收发通道,可以共同组成一个8天线的扇区。(4)支持 RRU 级联功能。RRU 提供上联光接口和下联光接口,能够使得 RRU 级联组网。(5)通道校准功能。通过对发射通道和接收通道分别进行校准,使各个发射通道间达到幅相一致的要
24、求,各个接收通道也达到幅相一致的要求。(6)支持上、下行时隙转换点配置功能。支持 BBU 对上、下行时隙切换点的配置,支持的时隙切换点配置主要包括:时隙切换点在 TS3和 TS4之间。时隙切换点在 TS2和 TS3之间。时隙切换点在 TS1和 TS2之间。(7)支持到 BBU 的光纤时延测量和补偿。(8)发射载波功率测量。支持各发射载波、天线 DwPTS时隙周期性功率测量。各载波、各发射通道要分别测量,参考点为天线连接处。(9)操作维护功能。操作维护主要包括故障管理、性能管理、安全管理和版本管理。故障管理功能:系统提供远程告警上报、远程告警查询功能,同时提供本地告警查询功能。性能管理功能:主要
25、包括 CPU 利用率远程查询、内存使用率查询、光接口通信链路性能统计查询、主备通信链路统计查询。安全管理功能:系统对并发访问进行控制,当多用户并发操作时,保证系统安全。版本管理功能:主要包括远程版本下载、远程版本信息查询、本地版本下载、本地版本查询以及 Boot版本本地下载以及硬件版本信息查询等。多种版本管理功能在实际的组网应用中提供了多种选择性,方便用户工作。(10)电源管理功能。该功能主要包括本地射频通道电源管理,系统可以通过命令打开或者关闭本地射频通道电源、远程射频通道电源管理以及断电告警。(11)透明通道功能。系统提供一条到远程操作维护终端的透明通道,方便用户操作。与 R04相关的外部
26、系统及接口说明见表124所示。12.4.2 单板结构单板结构图1218 R04整机外形图1219 机箱内部单板布局图1220 R04外部接口12.5 R04工作原理工作原理12.5.1 总体框图总体框图R04作为 NodeB系统的室外拉远单元,其核心功能就是完成多载波多通道的上行和下行的基带IQ 信号和天线射频信号之间的转换,为整个 NodeB系统提供收发信通道。该收发信通道主要包括 RIIC、RTRB、RLPB、RFIL等4个部分,如图1221所示。图1221 R04收发信通道1.发射通道基本原理发射通道基本原理(1)RIIC的数字中频部分接收光处理模块送来的多载波多通道的下行发射基带IQ
27、数据,通过 FPGA 完成多载波和多通道的解复用,可将各个载波和通道的信号分别送给DUC部分,完成下行IQ 信号的成形滤波;同时,将每个通道的多个载波的基带信号进行不同的数字上变频后合路为多载波信号。然后将该多载波信号调制到要求的数字中频后,通过数模转换(DAC)变换为模拟中频信号送入 RTRB板。(2)RTRB板对接收到的模拟中频信号进行滤波放大后调制到射频信号,以合适的增益放大,在滤除杂散后送入 RLPB板。(3)RLPB板将接 收 到 的 射 频 信 号 进 行 线 性 放 大 后,再 通 过 环 行 器 送 入 RFIL 子系统。(4)RFIL滤除 RLPB板送来的信号中的杂散,保证发
28、射信号满足3GPP要求的杂散指标后,送给天线通过空口发射出去。2.接收通道基本原理接收通道基本原理(1)每个天线接收用户的上行多载波射频信号,将信号送入 RFIL。(2)RFIL对工作频带外的干扰信号滤除后,将信号送入 RLPB板。(3)RLPB将接收到的用户的小信号进行低噪声放大后送入 RTRB板。(4)RTRB板对该信号进行滤波后下变频为要求的中频信号,将该信号进行滤波放大后送入 RIIC板。(5)RIIC完成模拟中频信号的 ADC转换,将得到的多载波数字信号进行数字下变频后分离为多个载波的信号,然后成型滤波,将采样为基带要求的数据格式送入 FPGA,FPGA 将得到的多个通道和多个载波的
29、基带IQ 信号复用后送给光模块。12.5.2 单板功能单板功能1.RIIC板的功能板的功能(1)光接口,IQ 交换功能。(2)数字中频下行4路发射功能,数字中频上行4路接收功能。(3)控制单元(CPU 小系统)。(4)射频单元控制,包括对 RTRB、RLPB的控制。(5)单板温度检测。(6)离线生产数据存储。(7)时钟电路,主从同步,并参与空口同步(主要是 FPGA 部分)。(8)天线校准的控制及数据缓存。(9)参与 TX和 RX环回时延测量。2.RTRB板的功能板的功能(1)4个下行通道:中频信号滤波、放大、上变频到射频,滤波、放大输出至 RLPB。(2)4个上行通道:射频信号滤波、混频到中
30、频后,滤波、放大输出至 RIIC。(3)上行通道提供下行检测旁路功能。(4)实现校准信号的发射和接收。(5)射频本振信号的产生以及主从本振和时钟的复用输出。(6)上、下行通道的收发模式切换功能。(7)4个收发通道共本振。(8)主从本振和时钟互连的残余雷击防护功能。(9)板位识别,版本以及部分离线参数的存储功能。(10)通道的电源管理功能。(11)校准输出端口的残余雷击防护功能。3.RLPB板的功能板的功能(1)下行信号的线性功率放大。(2)上行通道的信号低噪声放大。(3)TDD双工功能。(4)发射信号采集,并通过上行通道传输功能。(5)RLPB电源管理和控制功能。(6)RLPB子系统内部温度检
31、测功能。(7)RLPB的板位识别功能。4.RFIL板的功能板的功能RFIL板对整个 RRU 的发射杂散和带外阻塞指标非常关键,主要完成对下行发射杂散和上行干扰的抑制,还具备防雷功能,能够吸收天线残余雷击,防止对系统的损坏。5.RSP板的功能板的功能RSP板实现主从通信的 RS485信号的防雷,以及外部环境监控的干节点防雷。RS485采用一级防雷,干节点采用两级防雷。6.RPP板的功能板的功能RPP板实现直流-48V 的 D级雷击浪涌防护,同时实现一级 EMI滤波。另外,RSP作为整机的等电位连接排,所有的浪涌电流都从 RPP泄放到大地。RPP通过等电位连接线连接到基站外壳。7.RPWM 板的功能板的功能RPWM 板完成电源转换功能,将输入的-48V 电源转换为各单板需要的各种直流电源。12.5.3 R04和和BBU及及 RRU通信通信R04和BBU 通信时,物理层通过光纤链路上分配的信令通道传送数据,数据链路层采用IP/PPP/HDLC协议栈。当两个 RRU 组成一个扇区时,两个 RRU 之间的通信采用串口通信,物理层为485标准,两者之间的通信采用半双工的方式,其中一个 RRU 为主控。
