GS M网络硬件故障问题研究

内蒙古移动公司呼市分公司 | 赵鑫

GS M网络硬件故障问题研究

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本文从GSM网络的结构入手，通过对GSM网络故障的成因、故障的表现及故障的处理等三个方面展开分析，总结出GSM网络设备的故障处理方法 ，并结合网络优化中采取的指标分析方法对硬件故障做进一步的阐述和分析，为从事移动网络维护、优化工作的人员提供参考和借鉴。

1 GSM网络结构

整个GSM系统可以按功能划分为三大部分：

NSS（网络交换子系统），BSS（基站子系统），NMS（网络管理子系统）

网络各子系统的作用：

NSS：网络交换子系统。负责执行呼叫控制功能。比如管理一个呼叫的建立、保持、释放，以及这个呼叫的计费信息。

BSS：基站子系统。充当手机用户和NSS之间的一个接口。同时，它还对无线接口和基站子系统中的各网络元素之间的传输链路进行控制。

NMS：网络管理子系统。管理整个GSM网络。它包括告警管理以及反映网络性能的一些测量和统计报告。

BSS基站子系统各部分的作用：

TCSM：码型变换器。它能够将话音从一种数码格式变换成另一种格式，反之亦然。它负责将64Kbit/s的PCM编码转换成13Kbit/s的RPE-LTP编码和3Kbit/s的带内信令。此外，它还负责将3或4条2M电路复用为1条2M电路。

BSC：基站控制器是BSS的核心网络单元，控制无线网络。管理基站和TCSM。

BTS：基站是维持空中接口的网络单元。

2 故障类型

依据2012年呼和浩特隐性故障排查处理的实际情况可以看出，基站硬件设备故障占34%，天馈故障占24%，射频拉远故障占21%，这三类占到了总数的79%，所以解决这三部分的故障是处理好硬件故障的关键。

2.1 GSM网内设备故障

2.1.1 基站主设备故障

基站主设备（BTS）的基本功能：

● 实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）

● 实现Abis接口数据链路层（LAPD）

● 实现BTS管理功能

● 实现部分无线资源管理功能（RR）

● 实现Um接口数据链路层功能（LAPDm）

● 实现Um接口物理层规定（TDMA）

图1

● C/I提升；

● BLER提升，干扰质差；拨打、接通电话困难；

● 掉话增多；

● GPRS附着困难；

● 数据速率降低；

话务统计分析方面：

● 上下行链路不平衡；

● 切换次数增多；

● 切换失败率升高；

● 出现干扰带；

● 指配失败；

● 掉话次数增多；

● TBF建立成功率降低；

● 数据吞吐量下降；

基站天线连接现象分类：

基站小区天线正确连接；

● 基站小区天线接反；

● 基站小区天线交叉；

● 基站小区天线“鸳鸯线”；

基站小区天线正确连接：见图1

基站小区天线接反：

● 小区主集天线是否接反，现象是：接反的2个小区覆盖方向的频点与BSC系统中配置的频点颠倒。

● 这样系统中规划的小区1的邻区及小区配置信息都将在物理安装位置错误的2小区方向发射；同样的系统中规划的小区2的邻区及小区配置信息都将在物理安装

● 位置错误的1小区方向发射。这样物理上小区1和小区2所发射信息在地理覆盖方向上是非常明显的相反；即物理小区1方向发射的是系统配置中的小区2的信息，

● 物理小区2方向发射的是系统配置中的小区1的信息，包括邻区关系。

● 实现信道编译码、交织与反交织

● 实现调制与解调功能

● 提供空中接口

● 执行功率控制

● 负责空中接口信令

2.1.2 天馈系统故障

天馈系统是由天线和馈线构成，其组成主要包括以下几部分：

(1)天线，用于接收和发送无线信号，常见的有单极化天线、双极化天线和全向天线。

(2)室外跳线，用于天线与7/8主馈线之间的连接，常用的跳线采用1/2″馈线，长度一般为3m。

(3)主馈线，目前用于移动基站的馈线主要有7/8″馈线、5/4″馈线、15/8″馈线。

(4)接头密封件，用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。

(5)室内超柔跳线，用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2超柔馈线，长度一般为2～3m。

(6)其他配件，主要有接地装置（7/8馈线接地件）、7/8馈线卡子、走线架、馈线过窗器、防雷保护器（避雷器）、各种尼龙扎带等。

基站天线连接错误现象分析：

DT、CQT测试方面：

● 接收信号出现偏差；

● 手机发射功率抬高；

● 切换频繁，切换失败较多；通话质量差；

图2

● 基站小区天线接反最直接的表现就是切换失败较多，甚者导致邻区漏加，强信号造成的解码失败，从而形成干扰，造成通话质量较差。

● 在一小区位置上出现二小区的信号，一小区也同理。

基站小区天线“鸳鸯线”：

一和二小区的主分集接反，俗称“鸳鸯线”，特殊的天线交叉：

路测时的现象：

路测中发现一个基站的二小区无信号覆盖，或者覆盖非常弱，天线正对250米处覆盖都很弱；而一小区信号覆盖良好，在路测却天线正对250米处能发现频繁的小区切换，切换发生在两个小区之间。有可能会发现源小区的主BCCH和TCH相差较大，一般在15DB以上，（在没有开功率控制的情况下）。在天线正打250米处，手机一直满功率发射。

对网络质量的影响：

二小区无覆盖，或者是覆盖很弱，因为一发两收，没了发；一小区的情况是，其位置上是一、二两个小区信号在重叠覆盖，而且两个信号都很好很强。不过，在一小区位置上，会发生一、二小区信号间的来回频繁地切换，对通话会造成影响。基站小区天线接反，即物理小区1的天线覆盖位置连接到系统配置的小区2数据配置；物理小区2的天线覆盖位置连接到系统配置的小区1数据配置。

基站小区天线交叉：

1．小区主集天线是否接反，现象是：接反的2个小区覆盖方向的频点与BSC系统中配置的频点颠倒。

2．分集天线是否接反，现象是：接反的2个小区立即指配成功率低，周围有用户反映通话质量差。

处理天馈系统故障主要围绕着线、头、硬件、工艺质量、干扰等问题一一排查。天馈系统有关告警有十几种，只要遵循基本的分析方法和处理步骤，任何天馈系统有关的故障将不再是难题。

2.2 GSM延伸系统设备故障

2.2.1 室内分布故障

随着城市移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。这些建筑物规模大、质量好，对移动电话信号有很强的屏蔽作用。在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，手机上线困难。特别是移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。网络覆盖、网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平，是所有移动网络优化工作的主题。室内覆盖系统正是在这种背景之下产生的，室内覆盖系统的主要原因有：

● 覆盖方面，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区。

图3

图4

● 容量方面，建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象。

● 质量方面，建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现掉话现象。

室内分布故障排查流程图如下：

确认基站，有源设备等信号源的输出功率都正常后，可初步判断为天馈系统故障。分析天馈系统故障时，首先在覆盖区内用测试手机详细测试，确定故障区域的范围。断开信号源（基站或直放站设备），用驻波比测试仪测量天馈系统的驻波比，并确定故障点的位置。

恢复信号源设备与天馈系统的连接，在室内分布系统的主干线上，分别测量各点的功率，最终可确定损坏或连接错误的器件，设备故障的分析流程见图2：

2.2.2 射频拉远故障

工作原理及应用

射频拉远单元RRU（Remote Radio Unit）带来了一种新型的分布式网络覆盖模式，它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。

RRU的工作原理是：基带信号下行经变频、滤波，经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转换和数字中频处理等。

设备故障的分析流程见图3：

3 故障处理流程图

硬件处理流程和分析解决方案见图4：

4 总结

重要问题，直接影响设备性能、网络质量：

● 载频、合路器发送、接收线连接错误，导致上下行不平衡、指配成功率低等问题；

● 硬件故障主要为载频故障及钢跳线折损，载频、合路器异常；

● 物理连接与逻辑配置不一致、基站数据配置错误、大量冗余数据未清除；

● 延伸系统故障是一个比较棘手问题，处理时需要多厂家联系处理，分清楚基站设备和外围设备故障点，以准确处理，以防以聋治哑。

其它问题，对设备的性能、网络质量虽没有直接影响，但会间接影响到设备的长期稳定运行，重要的是此问题将会提高基站的维护成本：

● 设备运行环境较为恶劣（部分机房环境杂乱、灰尘较多、空调不工作，如：金旺角，同盛楼等），对设备长期、稳定运行存在较大隐患，恶劣的运行环境正是导致隐性故障的主要原因。

● 设备连线未贴标签或标签书写极不规范，其标签不能对查站及维护提供指导帮助。

建议加强工程施工、维护人员的技能考核，确保施工、维护质量：

● 代维、工程施工人员对设备构造及原理了解不足，导致对站点的施工、维护质量得不到保障（如：现网小区扩容、减容施工时，完全未按标准进行施工操作，甚至未与机房数据对应）。建议责成代维公司、工程施工单位，对工作人员组织集中培训、考核，并按设备厂家的设计原理制定严格的施工规范。

● 此措施的短期效应，可降低代维公司的运营成本，而长期效应是，在保障设备性能的同时，可相应降低移动公司的维护成本。