Обзор архитектуры аппаратной части базовой станции CDMA

 

Базовая станция обеспечивает:

– интерфейсы с сервером радиокластера – через линию Т1/Е1;

– поддержку 20 или 40 канальных элементов CDMA (два из которых используются как служебные каналы, а остальные – для передачи трафика);

– обеспечение РЧ покрытия одного сектора.

 

Внешнее устройство

 

Базовая станция имеет складывающуюся конструкцию.

 

Рисунок 2 – Внешний вид базовой станции

 

Конструктивные особенности

Базовая станция имеет следующие особенности:

– все входы и выходы расположены на верхней или нижней части базовой станции;

– передняя часть защищает базовую станцию от воздействия солнечных лучей;

– на задней части базовой станции нет никаких соединений;

– защелки обеспечивают надежную защиту оборудования от погодных условий. Два болта, требующих специального инструмента для отворачивания, предотвращают несанкционированный доступ.

 

Компоненты базовой станции CDMA, их структура и функции

 

Компоненты базовой станции CDMA показаны на рис. 3.

 

Рисунок 3 – Компоненты базовой станции

 

Контроллер радиоканала (CRC, CDMA Radio Complex). Это плата, расположенная внутри, в нижней части базовой станции. Отвечает за управление базовой станцией и взаимодействие с линиями Т1 и Е1. CRC также поддерживает следующие компоненты и функции:

Модуль обслуживания канала (CSU, Channel Service Unit). Контроллер радиоканала поддерживает до двух CSU, обеспечивающих соединение с линиями Т1/Е1 и разрешающих самотестирование. Каждый CSU поддерживает одну линию Т1/Е1.

Служебный Ethernet-порт. CRC поддерживает служебный Ethernet-порт, который используется обслуживающим персоналом для соединения с базовой станцией с целью диагностики. Соединение осуществляется с помощью интерфейса 10BaseT (10 Мбит/с, витая пара), заканчивающегося разъемом RJ45.

Поддержка голосового интерфейса. CRC отвечает за детектирование состояния занятости или не занятости голосового интерфейса базовой станции (обычная аналоговая телефонная линия). Обнаружив изменение состояния линии, программное обеспечение контроллера радиоканала дает команду процессору добавлять голосовую информацию к данным, передаваемым по линии T1/E1 DS0, для передачи ее на ЦК.

Управление обходным реле Т1/Е1. CRC управляет обходным реле, которое используется для разрешения последовательного соединения на линии DS1 для отключения нерабочей базовой станции. Когда базовая станция инициализирована и ее процессор готов к работе в последовательном соединении, CRC формирует сигнал, который активирует (открывает) обходное реле и включает базовую станцию в последовательное соединение.

Базовая станция не поддерживает резервирования линий Т1/Е1, поскольку это требует отключения обходного реле для предотвращения петлевого соединения этих линий.

Определение тактовой частоты CDMA. CRC служит для наблюдения за тактовой частотой CDMA, которая генерируется в частотно-временном блоке (TFU), и посылает сигнал тревоги на сервер радиокластера, если обнаруживается отклонение его от нормы. Производится мониторинг двух сигналов: один – частотой 19,6608 MHz, и второй, представляющий собой ежесекундные отсчеты.

Светодиодные индикаторы. CRC содержит одиннадцать светодиодных индикаторов, сгруппированных по следующим категориям:

– три индикатора состояния платы;

– два набора по 4 красных индикатора (один набор для каждой линии Т1/Е1) для отображения состояния принимаемого сигнала.

 

Модуль управления CDMA (CCU, CDMA Control Unit). Базовая станция поддерживает до двух CCU. Эти модули поддерживают последовательное соединение передающих трактов. Они позволяют передавать данные от многих CCU, скомбинированные в один передаваемый сигнал. CCU настраиваются так, чтобы иметь возможность направлять сигнал в обход, если они не используются или обслуживаются. Если два смежных CCU выходят из строя, все остальные CCU в последовательном соединении отключаются от формирователя CDMA сигнала в основной полосе частот (CBR).

CCU бывают двух видов.

CCU-20. Базовая станция поддерживает до двух модулей управления CDMA (CCU-20), каждый из которых содержит 20 канальных элементов (КЭ). КЭ-20 обеспечивает канальное кодирование и декодирование в общей сложности до 40 каналов. Эти каналы представляют собой совокупность 38 каналов трафика (18 – если установлен только один модуль CCU), и два служебных канала (пилотный/синхронизации/доступа и вызова). Канальное кодирование осуществляется в специализированных сигнальных процессорах (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), где каждый сигнальный процессор обрабатывает один канал (в прямом и обратном направлении). КЭ обмениваются информацией с CRC для передачи ее на коммутатор 5ESS через интерфейс Т1/Е1. КЭ обмениваются информацией, относящейся к эксплуатации, администрированию и обслуживанию, такой как инициализация и состояние, во время обслуживающих процедур со стороны CRC.

CCU-32 используется для передачи служебной информации, речи, и канала данных 2G как высокоскоростные данные 3G-1X. Базовая станция поддерживает два модуля CCU-32. Каждый такой модуль содержит 64 канальных элемента. Для полноценной беспроводной системы фиксированной связи, способной передавать речь, служебную информацию и поддерживать эстафетную передачу, необходимо 62 канала на сектор. CCU-32 обеспечивает канальное кодирование и декодирование в общей сложности до 186 каналов для 3-секторной ячейки. Среди этих каналов – два служебных (пилотный/синхронизации/доступа и вызова) на каждую несущую. Остальные канальные элементы используются для организации каналов трафика.

Расширенный CCU может улучшить работу соты путем расширения зоны радиопокрытия или путем увеличения емкости соты без необходимости использовать специальные мобильные станции. В дальнейшем будут выпускаться только расширенные CCU, но сочетание в базовых станциях обеих типов CCU допускается.

Канальные элементы (КЭ). КЭ содержит схемы, необходимые для поддержки полнодуплексного канала CDMA, то есть поддержку прямого и обратного канала. Каждый КЭ поддерживает один канал CDMA. КЭ может выполнять модуляцию и демодуляцию для одного канала CDMA, или (в некоторых случаях) для нескольких каналов.

 

Формирователь CDMA сигнала в основной полосе частот (CBR, CDMA Baseband Radio) выполняет следующие функции: уплотнение CDMA сигналов в основной полосе частот для последующей передачи, модуляцию и преобразование частоты в передающем тракте, а также преобразование частоты, демодуляцию для двух (разнесенных) каналов приема.

Модуль CBR расположен в верхней части дверцы базовой станции.

Модуль CBR обладает следующими характеристиками:

– возможность настройки (под управлением программного обеспечения) на любой разрешенный канал;

– регулировка выходной мощности на 30 дБ с шагом 0,5 дБ;

– точная настройка мощности радиосигнала во время настройки базовой станции;

– обеспечение возможности тестирования радиоканала для облегчения поиска и локализации неисправностей в тракте радиочастоты.

CBR принимает два цифровых потока со скоростью 19,6608 МГц от блоков CCU следующим образом:

– если оба CCU работают, принимается уплотненные цифровым способом данные от всех КЭ в обеих CCU;

– если первый CCU (соседний с CBR) отключен, принимается уплотненный цифровым способом данные от всех КЭ второго CCU.

Механизм управления отключением. Механизм управления отключением, находящийся в CBR, определяет состояние первого CCU. Если он неисправен, CBR использует этот механизм для отключения неисправного CCU. Этот механизм предохраняет первый CCU от ситуации, когда он окажется единственным неисправным среди других CCU.

Передающий тракт. Находясь внутри CBR, передающийся поток данных фильтруется цифровым фильтром и превращается в аналоговый сигнал. Этот аналоговый сигнал затем модулирует несущую промежуточной частоты для дальнейшей фильтрации, усиления и преобразования частоты.

Приемный тракт. В обратном направлении имеется два идентичных разнесенных приемных модуля в составе CBR. Эти модули осуществляют преобразование частоты, фильтрацию и автоматическую регулировку усиления для двух принимаемых сигналов. Эти сигналы затем подаются на ССГ для декодирования.

Усилители CDMA. Базовая станция поддерживает два усилителя:

– усилитель мощности, работающий на радиочастоте, усиливает радиосигнал, поступающий из CBR до необходимого уровня;

– малошумящий усилитель (LNA, Low Noise Amplifier) в тракте приема усиливает принятый от мобильной станции ВЧ-сигнал.

Передающий тракт базовой станции CDMA содержит усилитель мощности. Этот усилитель усиливает выходную мощность ВЧ-сигнала, поступающего с выхода CBR до выходной мощности, заданной в настройках сайта ячейки. Усилитель мощности расположен позади дуплексного фильтра.

 

Сборка полосовых фильтров. Базовая станция поддерживает симплексную сборку полосовых фильтров для трехантенной симплексной конфигурации (одна передающая – Tx0, и две приемные – Rx0 и Rx1), либо двухантенной дуплексной конфигурации (одна приемопередающая – Tx/Rx0 и одна приемная – Rx1). Сборка полосовых фильтров – единый модуль, содержащий три фильтра, дуплексер (для дуплексной сборки) и разветвители. Сборка расположена в центре базовой станции. Блоки фильтров состоят из полосовых фильтров и двунаправленного измерительного разветвителя. Измерительный разветвитель в дуплексной сборке фильтров имеет переходное затухание 30 дБ в обоих направлениях – прямом (к антенне) и обратном (от антенны). Он гарантирует, что ВЧ-сигнал будет иметь полосу частот, указанную в соответствующих стандартах, и позволяет выполнять измерения в ВЧ-тракте.

 

Частотно-временной блок (TFU, Time Frequency Unit). Обеспечивает генерирование опорной частоты и тактовые сигналы CDMA, используемые в CBR и CCU, а также содержит модуль GPS для обеспечения синхронизации CDMA сети. TFU – это генератор опорной частоты и меток времени, синхронизирующих базовую станцию с другими базовыми станциями в сети CDMA. Синхронизация сети CDMA позволяет мобильным станциям отслеживать несколько базовых станций одновременно, и выполнять мягкую эстафетную передачу между базовыми станциями. Синхронизация осуществляется с помощью сигналов – меток времени, принимаемых со спутников Navstar (GPS). Эти сигналы используются для синхронизации меток времени, подаваемых на КЭ для канального кодирования.

TFU управляет задающим генератором (OM, Oscillator Module) и воздействует на него для поддержания частоты 15 МГц.

TFU расположен в верхней части дверцы базовой станции.

TFU использует два опорных сигнала:

– временные метки от спутниковой сети GPS, принимаемые модулем GPS, входящим в состав TFU;

– задающий генератор (OM), обеспечивающий стабильный источник синусоидального колебания частотой 15 МГц.

TFU генерирует следующие сигналы.

– Сигнал «четных секунд» (EvenSecTic), повторяющийся каждые две секунды, и синхронизированный с системным временем (CST, CDMA System Time). Опорный сигнал 19,6608 МГц синхронизирован по фазе с этим сигналом.

– Сигнал системного времени (CST) – ASCII-строка, содержащая количество секунд, не считая пропущенных, прошедших с 00:00:00 UTC 6 января 1980 г. Эта строка соответствует следующему значению EvenSecTic.

– Синусоида частотой 10 МГц, синхронизированная по фазе с опорным сигналом 15 МГц, для фазовой синхронизации измерительного оборудования с базовой станцией.

 

Задающий генератор (OM, Oscillator Module). Обеспечивает температурно стабилизированный генератор для TFU. Задающий генератор генерирует для базовой станции опорный сигнал 15 МГц. Задающий генератор находится внутри базовой станции, на задней ее стенке.

ЗГ – температурно стабилизированный кварцевый генератор, созданный для обеспечения высокостабильных опорных колебаний.

ЗГ может работать при следующих условиях:

– ЗГ должен иметь время прогрева не менее 25 минут после включения;

– ЗГ требует до 7 дней непрерывной работы до того, как он будет способен обеспечивать стабильность, необходимую для работы по инерции. (Работа по инерции – способность ЗГ поддерживать опорный сигнал со стабильностью, соответствующей сигналам спутников GPS.)

Со временем частота ЗГ может изменяться. Это обнаруживается и корректируется с помощью TFU. Возможность корректировки ограничена, и когда лимит исчерпан, ЗГ следует заменить.

 

Модуль тестирования радиоканала CDMA (CTRM, CDMA Test Radio Module). Дополнительное устройство, позволяющее пользователю выполнять онлайн-тестирование функциональности каналов трафика и управления. Модуль тестирования радиоканала CDMA выступает в роли мобильной станции, управляемой базовой станцией для тестирования и проверки работоспособности базовой станции. Тестирование с помощью CTRM завершается посылкой контрольных вызовов на базовую станцию. Радиочастота переключается внутри элемента управления CTRM, к которому подключен ВЧ-тракт базовой станции.

 

Блок питания (PCU, Power Converter Unit). Блок питания преобразует переменное напряжение в несколько уровней постоянного. БП расположен на задней стенке внутри базовой станции. Система питания базовой станции постоянным током также включает в себя батарею для резервного питания при отсутствии переменного тока. Эта батарея обеспечивает минимальную мощность для питания базовой станции на время до 1 мин, чтобы закрыть кратковременные пропадания питания переменного тока или падения напряжения. Батарея подзаряжается и управляется блоком питания.

 

Дополнительная сборка охлаждающих вентиляторов. Базовая станция может быть укомплектована дополнительным охлаждающим вентилятором, если предполагается ее работа в условиях повышенной температуры. Дополнительная сборка вентиляторов без фильтров обеспечивает практически не требующее текущего обслуживания охлаждение путем обдувки задней стенки базовой станции.