漫话5G与5G基站（2）
二、基站基础知识
㈠、基站定义
基站（BaseStation，BS）即公用移动通信基站，是无线电台站的一种形式。它是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是中国移动通信运营商投资的重要部分。移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化的方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设和IP化。
1、广义基站
广义基站是基站子系统（BaseStationSubsystem，BSS）的简称。以GSM网络为例，包括基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）。一个基站控制器可以控制十几个以至数十个基站收发信机。而在WCDMA等系统中，类似的概念称为NodeB和RNC。
2、狭义基站
狭义基站即公用移动通信基站，是无线电台站的一种形式。它是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站由移动通信经营者申请设置。
㈡、基站组成构成
一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各个方面综合考虑。其中，要特别注意的是，基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套。这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括两类设备：基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）。
1、基站收发台
⑴、完整基站收发台组成
大家常常看到房顶上高高的天线就是基站收发台的一部分。一个完整的基站收发台包括：无线发射/接收设备、天线以及所有无线接口特有的信号处理部分。
⑵、基站收发台功能
基站收发台可以看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收来达到移动通信信号的传送；这个范围内的地区就是我们常说的网络覆盖面。如果没有了收发台，那就不可能完成手机信号的发送和接收。基站收发台不能覆盖的地区就是手机信号的盲区。所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏以及手机是否能在这个区域内正常使用。
基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能。收发台可对每个用户的无线信号进行解码和发送。
⑶、基站使用的天线
基站使用的天线分为发射天线和接收天线；而且有全向和定向之分，一般可有下列三种配置方式：发全向、收全向方式；发全向、收定向方式；发定向、收定向方式。从字面上我们就可以理解每种配置方式的不同，发全向主要负责全方位的信号发送；收全向自然就是全方位的接收信号了；定向的意思就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。一般情况下，频道数较少的基站（如位于郊区）常采用发全向、收全向方式；而频道数较多的基站则采用发全向、收定向的方式，而且基站的建立也比郊区更为密集。
由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，因而要经预选器。
⑷、基站模块滤波和放大
基站模块滤波和放大，进行双重变频、放大和鉴频处理。输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号频率为766.9125～791.8875MHz，下变频后，产生123.1MHz的第一中频信号。第一中频信号经放大、滤波、混频后，产生第二中频信号（21.3875MHz）；它经过放大、滤波后送到中频集成块。由中频集成块（包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器）产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号（RSSI）被送到音频信号控制板；在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并且选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心去。
⑸、基站发射机工作原理
基站发射机工作原理是：把由频率合成器提供的频率为766.9125～791.8875MHz的载频信号与168.1MHz的已调信号，分别经滤波进入双平衡变频器，并且获得频率为935.0125～959.9875MHz的射频信号。此射频信号再经滤波和放大后进入驱动级；驱动级的输出功率约为2.4W。然后，加到功率放大器模块。功率控制电路采用负反馈技术，自动调整前置驱动级或推动级的输出功率，以使驱动级的输出功率保持在额定值上。也就是把接收到的信号加以稳定再发送出去。这样，可有效地减少或避免通信信号在无线传输中的损失，保证用户的通信质量。功率放大器模块的作用，是把信号放大到10W。不过，这也要依据实际情况而定。如果小区发射信号半径较大，那么也可采用25W或40W的功放模块，以增强信号的发送半径。
2、基站控制器
⑴、基站控制器组成
基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。它主要包括四个部件：小区控制器（CSC）、话音信道控制器（VCC）、信令信道控制器（SCC）和用于扩充的多路端接口（EMPI）。
⑵、基站控制器功能
一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。若当你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围，则控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并且保持始终与移动交换中心的连接。
当基站GSM（GlobalSystemforMobileCommunication，全球移动通信系统）越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系；当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线现象。因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。
链接：GSM
GSM（GlobalSystemforMobileCommunication，全球移动通信系统）是由欧洲电信标准组织（ETSI）制订的一个数字移动通信标准。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，已经被全球超过100个国家所采用。GSM标准的设备已占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。
GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区、超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了“漫游协定”移动电话运营商之间自由漫游。GSM较之它以前的标准最大的不同，在于它的信令和语音信道都是数字式的。因此，GSM被看作是第二代（2G）移动电话系统。这说明，数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。
从用户观点出发，GSM的主要优势在于：用户可以从更高的数字语音质量和低费用的短信之间作出选择。网络运营商的优势是：他们可以根据不同的客户定制他们的设备配置，因为GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性。这样，该标准就允许网络运营商提供漫游服务，用户就可以在全球使用他们的移动电话了。
⑶、基站控制器的核心
基站控制器的核心是交换网络和公共处理器（CPR）。公共处理器对控制器内部各模块进行控制管理，并且通过X.25通信协议与操作维护中心（OMC）相连接。交换网络将完成接口和接口之间的64kbit/s数据/话音业务信道的内部交换。控制器通过接口设备数字中继器（DTC）与移动交换中心相连；通过接口设备终端控制器（TCU）与收发台相连，构成一个简单的通信网络。
⑷、基站子系统的重要地位
在整个蜂窝移动通信系统之中，基站子系统是移动台与移动中心连接的桥梁，其地位极其重要。在整个覆盖区中，基站的数量、基站在蜂窝小区中的位置，基站子系统中相关组件的工作性能等因素，决定了整个蜂窝系统的通信质量。基站的选型与建设，已成为组建现代移动通信网络的重要一环。
㈢、基站工作原理
1、基站在通信网络中的位置
基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。所以基站在通信网络中的位置如图所示（图源：网络）。
2、信号传输流程
⑴、前向信号传输流程
前向信号传输流程如下：
①、核心网侧的控制信令、语音呼叫或数据业务信息通过传输网络发送到基站（在2G、3G网络中，信号先传送到基站控制器，再传送到基站）。
②、信号在基站侧经过基带和射频处理，然后通过射频馈线送到天线上进行发射。
③、终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波，然后解调出属于自己的信号。
⑵、反向信号传输流程
反向信号传输流程与前向流程方向相反，但是原理相似。
3、基站扇区
每个基站根据所连接的天线情况，可以包含有一个或多个扇区。基站扇区的覆盖范围可以达到几百到几十千米。不过，在用户密集的地区，通常会对覆盖范围进行控制，避免对相邻的基站造成干扰。
4、基站的物理结构
基站的基带和射频处理能力，决定了基站的物理结构由基带模块和射频模块两大部分组成。
基带模块主要是完成基带的调制与解调、无线资源的分配、呼叫处理、功率控制与软切换等功能。
射频模块主要是完成空中射频信道和基带数字信道之间的转换，以及射频信道的放大、收发等功能。
㈣、基站类型
基站按规模大小依次有：宏基站、微基站、微微基站。
由基带单元（BBU）与射频单元（RRU）组成的分布式基站。
从2米高的宏基站到巴掌大的微微基站，基站的体积越来越小。再加上分布式基站，基带单元和射频单元可以部署在不同的地方。这都使得基站的安装和布放更加灵活，便于实现复杂网络环境的无线覆盖。
㈤、基站建立
1、工作程序
⑴、已获权运营的移动通信经营者在设置或增设移动通信基站时，要先填写《公用移动通信基站站址认定审批表》。
⑵、市无委办在15日内对递交的《公用移动通信基站站址认定审批表》予以答复；当同意设置时，核发《公用移动通信基站选址认定书》。
⑶、在运营单位建站后，即应报环保局申请《电磁辐射环境合格证》。环保局应在3个月试运期内测试；经验收后，核发《电磁辐射环境合格证》。
⑷、设台单位凭《公用移动通信基站选址认定书》、《电磁辐射环境合格证》、《台站技术资料表》申办电台执照。
2、法律依据
《中华人民共和国无线电管理条例》、《中华人民共和国电信条例》分别从无线电管理、电信设施的角度对基站设置、保护等问题作出了比较原则的规定。例如：《电信条例》中第四十七条规定：“基础电信业务经营者可以在民用建筑物上附挂电信线路或者设置小型天线、移动通信基站等公用电信设施，但是应当事先通知建筑物产权人或者使用人。”这为电信业务经营者在民用建筑物上设置基站提供了法律依据。
按照《中华人民共和国无线电管理条例》、《中华人民共和国电信条例》和《上海市公用移动通信基站设置管理办法》的规定，任何组织和个人不得阻挠经营者依法从事基站的设置和维护，违反规定损害基站设施或者妨害移动通信畅通的，应当恢复原状或者予以修复，并赔偿由此造成的经济损失。
2021年10月12日编写于重庆
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