基站(Base Station,缩写为BS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。他们典型的被用于低功率信道双向无线通讯,如移动电话手提电话无线路由器。用手机打电话时,信号就会同时由附近的一个基站发送和接受。通过基站,电话被接入到移动电话网的有线网络中。而移动电话如小灵通则是被直接接入到本地电话网。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展,移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP化。

山顶上中国移动的基站山顶上中国移动的基站

基站最初是指广播电台用来传送节目讯号的天线和一般家庭在屋顶上自行架设的卫星电视讯号接收天线(俗称“小耳朵”)。此外,因为移动电话的普及和无线网络的兴起,基站开始包括了移动电话和无线网络业者为了接收和传送讯号而架设的天线。

一个基站的选择,需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑,其中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)。

基础结构

基站收发台

大家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、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可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,这个范围内的地区也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也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。

基站也玩无间道基站也玩无间道

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。

圆明园西墙边伪装成大树的基站圆明园西墙边伪装成大树的基站

基站使用的天线分为发射天线和接收天线,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;收全向自然就是个方位的接收信号了;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采用发全向、收定向的方式,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,所以要经预选器 。

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)送到音频/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。

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,不过这也依据实际情况而定,如果小区发射信号半径较大,也可采用25W或40W的功放模块,以增强信号的发送半径。

基站控制器

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。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)。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的移动通信接口管理,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。如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时,控制器又负责在另一个基站之间相互切换,并保持始终与移动交换中心的连接。

GSM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。

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。

在整个蜂窝移动通信系统中,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。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。

工作原理

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右图所示。

基站在网络通信中的位置基站在网络通信中的位置

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2G3G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。

反向信号传输流程与前向流程方向相反,但原理相似。

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。

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。

发射问题

由于移动电话和基站是双向发送信号, 所以他们产生无线频率辐射(射频辐射)(这是他们的通讯方式),在它们附近的人们就会暴露在射频辐射中,这就涉及移动电话辐射和健康的问题了。然而,因为手机和基站(家用子母机,小灵通)都是低功率(小范围),因此无线电辐射水平一般来说相当低。

建设在居民楼顶的移动通信基站建设在居民楼顶的移动通信基站

自2000年代以来,因为电磁波对人体是否有危害之问题,移动电话基站的设置在世界各地之科学家引起了很多的讨论。到目前为止,世界卫生组织等机构尚无研究报告证实电磁波确实对人体有害。

美国和其他各国的科学研究表明,如果人们不是在天线旁边使用移动电话,那么人们从基站接收的功率远远达不到伤害健康的程度。还有被批评的是天线和产生射频辐射的物体的区别;安放天线的塔或者柱子。人们要远离发射天线而不是安装天线的塔。还要注意的是,不同的基站在设计上存在很大不同,他们的发射功率,指数和对人体现在的射频辐射存在巨大差异。

当前国际衡量辐射标准(INCIRP)很大程度上基于基站发射产生的热效应。

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  • 更新时间: 2015-02-27
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