无线通信设备接地和屏蔽方案

巩汉春，王炳华，张 新

（1.中国联合网络通信有限公司 青岛市分公司，山东 胶州 266300；2.北京中电飞华通信有限公司，北京 100071）

0 引 言

移动通信系统主要由基站子系统、移动台以及网络子系统组成。其中，基站子系统包含基站控制器和基站收发信机，基站控制器通过控制基站收发信机与移动台之间的信号传送，来达到移动通信的目的，基站收发信机可以看作是一个无线调制解调器，负责移动信号的接收和发送。基站收发信机的性能和运行状态直接影响着无线通信的质量，由于所处环境多种多样，导致障碍频发，在日常维护中难度较大。

基站收发信机的接地系统性能恶化容易引起基站E1/T1误码超限和时钟参考源异常等障碍，这些疑难障碍的原因不易被发现，处理困难。由于季节更替所带来的气温变化，引起了接地系统热胀冷缩，连接点出现螺丝松动，伴随春季天气干燥导致接地电阻增大，基站射频单元产生过量的辐射，这些因素影响了2M中继电路的信号质量，引起基站中继电路所传输的信号在调制和解调过程中误码率越限，致使信号裂化。这些基站BBU障碍导致基站无法正常运行。为避免隐患发生，在日常维护过程中应认真检查基站接地系统的各项指标，在工程建设过程中应放入足量的降阻剂。

在楼顶简易机房和室内分布等不便于低电阻大载流量接地的环境中，创新性地提出了使用导线桥接通信设备之间的屏蔽体，让它们的机框具有相同的电位，使各种精密电子器件的耦合干扰电压相同，提高设备之间传输信号判别的准确率，优化中继信号的调制解调质量。

1 案例显示屏蔽接地的重要性

1.1 传输设备核查处理

2018年春天，基站监控系统出现马家庄基站E1/T1误码超限告警，并伴随着信号裂化，通信质量下降。接到障碍后，首先查看基站内传输设备的数据和告警情况，发现传输系统的155M环路业务全部发生通道保护倒换，传输环路上有一处中继端口有告警，提示信号丢失。光缆修复后传输设备倒换恢复正常，环路业务进入正常传输模式。

在传输设备的告警完全消除后，此基站的2M中继电路也进入正常传输模式。但是基站设备的E1/T1误码超限告警仍然没有恢复，并伴随出现时钟参考源异常告警。强制2M中继电路通过保护路径传输发现障碍仍未消除，在接入侧传输设备的2M端口上对基站控制器进行环回测试（如图1所示），发现对应的基站控制器端口告警消除，初步判断不是由传输中继电路引起的基站障碍。

图1 马家庄基站示意图

1.2 基站设备核查处理

远程查看网管告警并排除中继电路障碍后，现场测量基站设备电源电压正常，接线端子正常，2M同轴电缆正常，更换基站收发信机主控板和机框后，障碍消除。但是1 h后，经过一段时间的误码积累，E1/T1误码超限告警再次出现，并伴随帧丢失和信令链路中断，基站断站。基站设备全部更换后障碍仍未消除，依此判断基站收发信机正常。

经过以上检测，再次核查开关电源、机架电源以及设备接电发现，电压正常，接头和端子没有松动，传输设备的接地线至南墙汇聚接地铜排之间电阻正常（如图1所示），但是南墙接地铜排至总接地铜排之间电阻过大。由于冬夏交替热胀冷缩，引起螺丝松动，导致接地电阻增大。而且春季天气干燥，总接地铜排和大地之间的电阻也增大，导致接地不良。因此需加固原有接地电缆，并在接地铜排之间加放一条接地线后障碍恢复。

1.3 案例处理小结

经过以上实验发现，设备周围存在过多的电磁干扰，设备接地不良，导致设备内部精密电子器件的电磁屏蔽不良，电磁辐射产生的感应电压干扰了设备内部精密电子器件的正常运行。为降低交变电场对精密电子器件的耦合干扰电压，需要在干扰源和精密电子器件之间布放导电良好的屏蔽体，并将屏蔽体接地。交变电场和磁场作用在精密电子设备上的耦合电压取决于电磁场的强度、耦合电感以及屏蔽体接地性能。接地良好的屏蔽体能够降低交变电磁场耦合在精密电子器件上的感应电压。屏蔽体反射、吸收电磁场的辐射能量，因而导电性能和良好接地决定了屏蔽体的屏蔽效果。此外，屏蔽体与大地之间做良好的电气连接能够有效地保护精密电子设备免受电磁辐射的干扰。

在信号的传输过程中，干扰和衰变改变了信号的电压,致使代表信息的电压紊乱，信号在解调过程中产生误码（如图2）。由噪音、交流电、辐射以及闪电等环境因素产生的脉冲电压影响2M中继信号的传输质量，导致信号在接收端错误的解调。SDH传输设备的误码率要求在10-9以内。在数据通信中，如果发送的信号是“1”，如图2、图3以及图4所示，在传输过程中由于干扰和衰变的存在，接收端解调的信号却是“0”,这就是误码。虽然只是发生了一个差错，但基站设备无法正确地从高误码率的中继信号中提取外部时钟，或者提取的外部时钟抖动过大，会产生E1/T1误码超限和时钟参考源异常告警。

图2 信号与干扰叠加

图3 干扰耦合电压

图4 以正弦波信号为例

2 创新性屏蔽方案

2.1 设备核查处理

春季降雨量少、天气干燥，网管监控系统出现林家庄基站BBU设备E1/T1误码超限告警，查看基站传输设备的数据正常、无告警，核查接入环网的中继端口均正常，现场测量传输中继端口光路衰耗正常，环网中其余基站电路均正常。从基站传输设备的2M端口给基站控制器BSC打环，网管能够看到BSC所对应的2M端口环回，初步判断传输设备正常。测量机房内各项电气指标正常，更换基站BBU主控板和机框后，障碍仍未消除，并伴随帧丢失和信令链路中断。基站设备全部更换后障碍仍未消除，故判断障碍点不在基站收发信机处。

鉴于基站设备已经全部更换，因而对传输设备进行替换验证。接入层SDH传输设备替换用户板、主控板以及机框后，告警仍然存在。在传输设备上，对基站的2M中继电路强制倒换到保护路径传输，告警仍然没有恢复。

在排除SDH传输环路问题后，采用分段测试法对障碍进行排查。将基站2M电路修改到SDH传输核心汇聚设备落地，并接上林家庄基站收发信机（如图5），E1/T1误码超限告警消除，障碍恢复，由此判断基站收发信机正常。基站2M电路至SDH核心汇聚节点业务正常，将基站2M电路修改到SDH传输二次汇聚设备落地，并接上林家庄基站收发信机，E1/T1误码超限告警消除，障碍恢复，至此判断基站2M电路全程正常，障碍点应该在基站机房内。

图5 林家庄基站网络拓扑图

林家庄基站障碍发生后，基站内更换电源线、空气开关以及接电端子，告警仍未消除，在进行各种尝试的过程中，意外发现将基站BBU从收发信机内拆下放到机房外，并将各类线缆延伸到机房外，基站E1/T1误码超限告警消除，障碍恢复。针对此次障碍进行了大量的相似案例研究，积极开展传输与接入知识的研习，认为在障碍修复过程中只有环境因素发生了变化，温度、湿度、电磁以及接地是其中比较重要的方面。温度和湿度都在合理的范围之内，而且其余的基站没有发生过这种现象，因而温度和湿度应该不是障碍的诱因。

初步判断电磁和接地造成了这次基站障碍，周围环境应该存在干扰辐射源。然而，观察基站周边环境未见异常，周围亦没有建设变电站和高压线路，至此判断基站的射频单元可能存在过量的电磁辐射。射频单元的监控项目少，即使存在某些性能问题，在不影响整体使用的情况下也很难发现。由于现场没有可替换的射频单元，无法消除电磁干扰，尝试性用导线将各个设备的机框连接在一起，使干扰电磁场耦合在精密电子器件上的电压相同。在信号的解调过程中，判别门限跟随耦合电压的变化而变化（如图6），提高了信号识别的准确率，基站E1/T1误码超限告警消除，障碍恢复。

图6 屏蔽体桥接后信号判别

2.2 桥接屏蔽体方案

在这个障碍处理过程中发现，将基站BBU和SDH传输设备的机框用载流量大的导线桥接起来，干扰电磁场耦合在不同设备上的感应电压会驱动电荷沿着桥接导线移动，使各种电子通信设备机框的电位相同。各种设备屏蔽体之间相同的电位能够提供相同的信号判别门限，提高同步时钟信号的识别和提取，降低干扰信号在各种精密电子器件上的感应电位差，提高信号“0”和“1”的判别能力，提高基站中继信号的调制解调质量。

从实践中总结提炼出理论知识，并运用理论指导实践活动。在利群商场基站搬迁到金融广场楼顶的过程中，由于高层楼顶无法有效接地，也不能和防雷接地共用接地端子，基站设备的中继电路频繁出现误码告警和时钟信号丢失。利用以上经验理论，在BBU和SDH接入设备的机框之间桥接一条载流量大的导线如图7所示，使各个设备的屏蔽体之间具有相同的电位，提高了信号判别的准确率，解决了电子通信设备由于无法良好接地，而引起的中继电路误码和时钟信号丢失的问题。此方案可以应对楼顶简易机房和室内分布等不便于低电阻大载流量接地的特殊环境。

图7 利群搬迁基站示意图

3 结 论

接地系统松动，春季天气干燥导致接地电阻增大，降低了通信设备的屏蔽保护效果。精密电子设备周围存在强磁和强电等射频干扰，将会产生感应电压，干扰设备内部精密电子器件的正常运行。为降低精密电子器件的耦合干扰电压，需要在精密电子器件周围布放导电良好的屏蔽体，在屏蔽体与大地之间做良好的电气连接。许多疑难障碍是有动力环境因素引起的，应加强电磁干扰和动力环境系统的性能检测和日常维护。

信号在传输过程中，信道噪音和衰变能够改变信号的电压，致使代表信息的电压紊乱，产生误码。传输设备是由精密电子器件构成的，应该做好设备的屏蔽和接地，以减少由噪音、交流电、辐射以及闪电等因素产生的脉冲耦合电压的影响。在楼顶简易机房和室内分布等不便于低电阻大载流量接地的环境中，用导线桥接设备之间的屏蔽体，让各个设备的屏蔽体之间具有相同的电位，使不同设备的感应电压相同，信号判别门限电压随着感应电压的变化而变化，能够提高设备之间传输的信号判别准确率，优化中继电路的传输质量。