無線通信設(shè)備接地和屏蔽方案

鞏漢春，王炳華，張 新

（1.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司 青島市分公司，山東 膠州 266300；2.北京中電飛華通信有限公司，北京 100071）

0 引 言

移動通信系統(tǒng)主要由基站子系統(tǒng)、移動臺以及網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)組成。其中，基站子系統(tǒng)包含基站控制器和基站收發(fā)信機(jī)，基站控制器通過控制基站收發(fā)信機(jī)與移動臺之間的信號傳送，來達(dá)到移動通信的目的，基站收發(fā)信機(jī)可以看作是一個無線調(diào)制解調(diào)器，負(fù)責(zé)移動信號的接收和發(fā)送。基站收發(fā)信機(jī)的性能和運(yùn)行狀態(tài)直接影響著無線通信的質(zhì)量，由于所處環(huán)境多種多樣，導(dǎo)致障礙頻發(fā)，在日常維護(hù)中難度較大。

基站收發(fā)信機(jī)的接地系統(tǒng)性能惡化容易引起基站E1/T1誤碼超限和時鐘參考源異常等障礙，這些疑難障礙的原因不易被發(fā)現(xiàn)，處理困難。由于季節(jié)更替所帶來的氣溫變化，引起了接地系統(tǒng)熱脹冷縮，連接點(diǎn)出現(xiàn)螺絲松動，伴隨春季天氣干燥導(dǎo)致接地電阻增大，基站射頻單元產(chǎn)生過量的輻射，這些因素影響了2M中繼電路的信號質(zhì)量，引起基站中繼電路所傳輸?shù)男盘栐谡{(diào)制和解調(diào)過程中誤碼率越限，致使信號裂化。這些基站BBU障礙導(dǎo)致基站無法正常運(yùn)行。為避免隱患發(fā)生，在日常維護(hù)過程中應(yīng)認(rèn)真檢查基站接地系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)，在工程建設(shè)過程中應(yīng)放入足量的降阻劑。

在樓頂簡易機(jī)房和室內(nèi)分布等不便于低電阻大載流量接地的環(huán)境中，創(chuàng)新性地提出了使用導(dǎo)線橋接通信設(shè)備之間的屏蔽體，讓它們的機(jī)框具有相同的電位，使各種精密電子器件的耦合干擾電壓相同，提高設(shè)備之間傳輸信號判別的準(zhǔn)確率，優(yōu)化中繼信號的調(diào)制解調(diào)質(zhì)量。

1 案例顯示屏蔽接地的重要性

1.1 傳輸設(shè)備核查處理

2018年春天，基站監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)馬家莊基站E1/T1誤碼超限告警，并伴隨著信號裂化，通信質(zhì)量下降。接到障礙后，首先查看基站內(nèi)傳輸設(shè)備的數(shù)據(jù)和告警情況，發(fā)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)的155M環(huán)路業(yè)務(wù)全部發(fā)生通道保護(hù)倒換，傳輸環(huán)路上有一處中繼端口有告警，提示信號丟失。光纜修復(fù)后傳輸設(shè)備倒換恢復(fù)正常，環(huán)路業(yè)務(wù)進(jìn)入正常傳輸模式。

在傳輸設(shè)備的告警完全消除后，此基站的2M中繼電路也進(jìn)入正常傳輸模式。但是基站設(shè)備的E1/T1誤碼超限告警仍然沒有恢復(fù)，并伴隨出現(xiàn)時鐘參考源異常告警。強(qiáng)制2M中繼電路通過保護(hù)路徑傳輸發(fā)現(xiàn)障礙仍未消除，在接入側(cè)傳輸設(shè)備的2M端口上對基站控制器進(jìn)行環(huán)回測試（如圖1所示），發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的基站控制器端口告警消除，初步判斷不是由傳輸中繼電路引起的基站障礙。

圖1 馬家莊基站示意圖

1.2 基站設(shè)備核查處理

遠(yuǎn)程查看網(wǎng)管告警并排除中繼電路障礙后，現(xiàn)場測量基站設(shè)備電源電壓正常，接線端子正常，2M同軸電纜正常，更換基站收發(fā)信機(jī)主控板和機(jī)框后，障礙消除。但是1 h后，經(jīng)過一段時間的誤碼積累，E1/T1誤碼超限告警再次出現(xiàn)，并伴隨幀丟失和信令鏈路中斷，基站斷站。基站設(shè)備全部更換后障礙仍未消除，依此判斷基站收發(fā)信機(jī)正常。

經(jīng)過以上檢測，再次核查開關(guān)電源、機(jī)架電源以及設(shè)備接電發(fā)現(xiàn)，電壓正常，接頭和端子沒有松動，傳輸設(shè)備的接地線至南墻匯聚接地銅排之間電阻正常（如圖1所示），但是南墻接地銅排至總接地銅排之間電阻過大。由于冬夏交替熱脹冷縮，引起螺絲松動，導(dǎo)致接地電阻增大。而且春季天氣干燥，總接地銅排和大地之間的電阻也增大，導(dǎo)致接地不良。因此需加固原有接地電纜，并在接地銅排之間加放一條接地線后障礙恢復(fù)。

1.3 案例處理小結(jié)

經(jīng)過以上實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備周圍存在過多的電磁干擾，設(shè)備接地不良，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部精密電子器件的電磁屏蔽不良，電磁輻射產(chǎn)生的感應(yīng)電壓干擾了設(shè)備內(nèi)部精密電子器件的正常運(yùn)行。為降低交變電場對精密電子器件的耦合干擾電壓，需要在干擾源和精密電子器件之間布放導(dǎo)電良好的屏蔽體，并將屏蔽體接地。交變電場和磁場作用在精密電子設(shè)備上的耦合電壓取決于電磁場的強(qiáng)度、耦合電感以及屏蔽體接地性能。接地良好的屏蔽體能夠降低交變電磁場耦合在精密電子器件上的感應(yīng)電壓。屏蔽體反射、吸收電磁場的輻射能量，因而導(dǎo)電性能和良好接地決定了屏蔽體的屏蔽效果。此外，屏蔽體與大地之間做良好的電氣連接能夠有效地保護(hù)精密電子設(shè)備免受電磁輻射的干擾。

在信號的傳輸過程中，干擾和衰變改變了信號的電壓,致使代表信息的電壓紊亂，信號在解調(diào)過程中產(chǎn)生誤碼（如圖2）。由噪音、交流電、輻射以及閃電等環(huán)境因素產(chǎn)生的脈沖電壓影響2M中繼信號的傳輸質(zhì)量，導(dǎo)致信號在接收端錯誤的解調(diào)。SDH傳輸設(shè)備的誤碼率要求在10-9以內(nèi)。在數(shù)據(jù)通信中，如果發(fā)送的信號是“1”，如圖2、圖3以及圖4所示，在傳輸過程中由于干擾和衰變的存在，接收端解調(diào)的信號卻是“0”,這就是誤碼。雖然只是發(fā)生了一個差錯，但基站設(shè)備無法正確地從高誤碼率的中繼信號中提取外部時鐘，或者提取的外部時鐘抖動過大，會產(chǎn)生E1/T1誤碼超限和時鐘參考源異常告警。

圖2 信號與干擾疊加

圖3 干擾耦合電壓

圖4 以正弦波信號為例

2 創(chuàng)新性屏蔽方案

2.1 設(shè)備核查處理

春季降雨量少、天氣干燥，網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)林家莊基站BBU設(shè)備E1/T1誤碼超限告警，查看基站傳輸設(shè)備的數(shù)據(jù)正常、無告警，核查接入環(huán)網(wǎng)的中繼端口均正常，現(xiàn)場測量傳輸中繼端口光路衰耗正常，環(huán)網(wǎng)中其余基站電路均正常。從基站傳輸設(shè)備的2M端口給基站控制器BSC打環(huán)，網(wǎng)管能夠看到BSC所對應(yīng)的2M端口環(huán)回，初步判斷傳輸設(shè)備正常。測量機(jī)房內(nèi)各項(xiàng)電氣指標(biāo)正常，更換基站BBU主控板和機(jī)框后，障礙仍未消除，并伴隨幀丟失和信令鏈路中斷。基站設(shè)備全部更換后障礙仍未消除，故判斷障礙點(diǎn)不在基站收發(fā)信機(jī)處。

鑒于基站設(shè)備已經(jīng)全部更換，因而對傳輸設(shè)備進(jìn)行替換驗(yàn)證。接入層SDH傳輸設(shè)備替換用戶板、主控板以及機(jī)框后，告警仍然存在。在傳輸設(shè)備上，對基站的2M中繼電路強(qiáng)制倒換到保護(hù)路徑傳輸，告警仍然沒有恢復(fù)。

在排除SDH傳輸環(huán)路問題后，采用分段測試法對障礙進(jìn)行排查。將基站2M電路修改到SDH傳輸核心匯聚設(shè)備落地，并接上林家莊基站收發(fā)信機(jī)（如圖5），E1/T1誤碼超限告警消除，障礙恢復(fù)，由此判斷基站收發(fā)信機(jī)正常。基站2M電路至SDH核心匯聚節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)正常，將基站2M電路修改到SDH傳輸二次匯聚設(shè)備落地，并接上林家莊基站收發(fā)信機(jī)，E1/T1誤碼超限告警消除，障礙恢復(fù)，至此判斷基站2M電路全程正常，障礙點(diǎn)應(yīng)該在基站機(jī)房內(nèi)。

圖5 林家莊基站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

林家莊基站障礙發(fā)生后，基站內(nèi)更換電源線、空氣開關(guān)以及接電端子，告警仍未消除，在進(jìn)行各種嘗試的過程中，意外發(fā)現(xiàn)將基站BBU從收發(fā)信機(jī)內(nèi)拆下放到機(jī)房外，并將各類線纜延伸到機(jī)房外，基站E1/T1誤碼超限告警消除，障礙恢復(fù)。針對此次障礙進(jìn)行了大量的相似案例研究，積極開展傳輸與接入知識的研習(xí)，認(rèn)為在障礙修復(fù)過程中只有環(huán)境因素發(fā)生了變化，溫度、濕度、電磁以及接地是其中比較重要的方面。溫度和濕度都在合理的范圍之內(nèi)，而且其余的基站沒有發(fā)生過這種現(xiàn)象，因而溫度和濕度應(yīng)該不是障礙的誘因。

初步判斷電磁和接地造成了這次基站障礙，周圍環(huán)境應(yīng)該存在干擾輻射源。然而，觀察基站周邊環(huán)境未見異常，周圍亦沒有建設(shè)變電站和高壓線路，至此判斷基站的射頻單元可能存在過量的電磁輻射。射頻單元的監(jiān)控項(xiàng)目少，即使存在某些性能問題，在不影響整體使用的情況下也很難發(fā)現(xiàn)。由于現(xiàn)場沒有可替換的射頻單元，無法消除電磁干擾，嘗試性用導(dǎo)線將各個設(shè)備的機(jī)框連接在一起，使干擾電磁場耦合在精密電子器件上的電壓相同。在信號的解調(diào)過程中，判別門限跟隨耦合電壓的變化而變化（如圖6），提高了信號識別的準(zhǔn)確率，基站E1/T1誤碼超限告警消除，障礙恢復(fù)。

圖6 屏蔽體橋接后信號判別

2.2 橋接屏蔽體方案

在這個障礙處理過程中發(fā)現(xiàn)，將基站BBU和SDH傳輸設(shè)備的機(jī)框用載流量大的導(dǎo)線橋接起來，干擾電磁場耦合在不同設(shè)備上的感應(yīng)電壓會驅(qū)動電荷沿著橋接導(dǎo)線移動，使各種電子通信設(shè)備機(jī)框的電位相同。各種設(shè)備屏蔽體之間相同的電位能夠提供相同的信號判別門限，提高同步時鐘信號的識別和提取，降低干擾信號在各種精密電子器件上的感應(yīng)電位差，提高信號“0”和“1”的判別能力，提高基站中繼信號的調(diào)制解調(diào)質(zhì)量。

從實(shí)踐中總結(jié)提煉出理論知識，并運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐活動。在利群商場基站搬遷到金融廣場樓頂?shù)倪^程中，由于高層樓頂無法有效接地，也不能和防雷接地共用接地端子，基站設(shè)備的中繼電路頻繁出現(xiàn)誤碼告警和時鐘信號丟失。利用以上經(jīng)驗(yàn)理論，在BBU和SDH接入設(shè)備的機(jī)框之間橋接一條載流量大的導(dǎo)線如圖7所示，使各個設(shè)備的屏蔽體之間具有相同的電位，提高了信號判別的準(zhǔn)確率，解決了電子通信設(shè)備由于無法良好接地，而引起的中繼電路誤碼和時鐘信號丟失的問題。此方案可以應(yīng)對樓頂簡易機(jī)房和室內(nèi)分布等不便于低電阻大載流量接地的特殊環(huán)境。

圖7 利群搬遷基站示意圖

3 結(jié) 論

接地系統(tǒng)松動，春季天氣干燥導(dǎo)致接地電阻增大，降低了通信設(shè)備的屏蔽保護(hù)效果。精密電子設(shè)備周圍存在強(qiáng)磁和強(qiáng)電等射頻干擾，將會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，干擾設(shè)備內(nèi)部精密電子器件的正常運(yùn)行。為降低精密電子器件的耦合干擾電壓，需要在精密電子器件周圍布放導(dǎo)電良好的屏蔽體，在屏蔽體與大地之間做良好的電氣連接。許多疑難障礙是有動力環(huán)境因素引起的，應(yīng)加強(qiáng)電磁干擾和動力環(huán)境系統(tǒng)的性能檢測和日常維護(hù)。

信號在傳輸過程中，信道噪音和衰變能夠改變信號的電壓，致使代表信息的電壓紊亂，產(chǎn)生誤碼。傳輸設(shè)備是由精密電子器件構(gòu)成的，應(yīng)該做好設(shè)備的屏蔽和接地，以減少由噪音、交流電、輻射以及閃電等因素產(chǎn)生的脈沖耦合電壓的影響。在樓頂簡易機(jī)房和室內(nèi)分布等不便于低電阻大載流量接地的環(huán)境中，用導(dǎo)線橋接設(shè)備之間的屏蔽體，讓各個設(shè)備的屏蔽體之間具有相同的電位，使不同設(shè)備的感應(yīng)電壓相同，信號判別門限電壓隨著感應(yīng)電壓的變化而變化，能夠提高設(shè)備之間傳輸?shù)男盘柵袆e準(zhǔn)確率，優(yōu)化中繼電路的傳輸質(zhì)量。