傳輸系統(tǒng)時鐘同步不良對GSM-R無線基站同步性能的影響分析

■ 程華

傳輸系統(tǒng)時鐘同步不良對GSM-R無線基站同步性能的影響分析

■ 程華

1 概述

鐵路GSM-R移動通信網(wǎng)承載了大量語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其中有些業(yè)務(wù)與列車運行有關(guān)，因此保證GSM-R穩(wěn)定運行非常重要。

GSM-R基站子系統(tǒng)一般通過傳輸網(wǎng)2 Mb/s鏈路承載業(yè)務(wù)，多個基站通過2 Mb/s鏈路串聯(lián)后與BSC形成環(huán)網(wǎng)，BTS從連接到BSC的2 Mb/s鏈路中提取同步定時信號。因此，傳輸系統(tǒng)2 Mb/s鏈路的質(zhì)量好壞，不僅影響GSM-R的業(yè)務(wù)質(zhì)量，也會影響GSM-R的時鐘質(zhì)量。在此通過實際案例，分析傳輸網(wǎng)元時鐘劣化（體現(xiàn)在TU-12指針調(diào)整）對基站時鐘同步性能影響。

2 故障現(xiàn)象

檢查GSM-R無線網(wǎng)管，發(fā)現(xiàn)基站122網(wǎng)元（對應(yīng)傳輸網(wǎng)元16）處于時鐘同步故障狀態(tài)，基站時鐘進入保持模式（正常應(yīng)為“跟蹤鎖定”狀態(tài)），基站上游BSC當(dāng)時無時鐘告警，其與BSC的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。查詢基站傳輸系統(tǒng)的所有傳輸網(wǎng)元性能參數(shù)，發(fā)現(xiàn)基站環(huán)對應(yīng)多個傳輸網(wǎng)元24 h TU-12指針調(diào)整數(shù)較大（見表1）。

3 原因分析

以24 h TU-12指針調(diào)整7470次為例，經(jīng)分析計算，對應(yīng)網(wǎng)元時鐘與信號速率的相對偏差已超過基站時鐘牽引范圍，導(dǎo)致基站時鐘無法跟蹤鎖定，出現(xiàn)同步告警并轉(zhuǎn)入“保持”或“自由振蕩”狀態(tài)。

圖1 基站與BSC組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

表1 TU-12指針調(diào)整情況

進一步查詢傳輸系統(tǒng)時鐘跟蹤狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)基站環(huán)對應(yīng)的傳輸網(wǎng)元16處于自由振蕩狀態(tài)，并影響其下游網(wǎng)元的時鐘同步性能，其時鐘跟蹤狀態(tài)見圖2。表1中指針調(diào)整較大的傳輸網(wǎng)元全部與自由振蕩網(wǎng)元（網(wǎng)元16）有關(guān)，并與網(wǎng)元16在同一個基站環(huán)上。GSM-R處于保持模式的基站正是圖2中自由振蕩網(wǎng)元所對應(yīng)的基站。從圖2中可以看出，指針調(diào)整的傳輸網(wǎng)元處于一個基站環(huán)上，由于網(wǎng)元16不能跟蹤鎖定基準時鐘，其非正常、長期處于“內(nèi)時鐘”狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備時鐘精度逐漸劣化。當(dāng)傳輸網(wǎng)元時鐘之間存在頻差時，產(chǎn)生TU-12指針調(diào)整。當(dāng)指針調(diào)整數(shù)較大，產(chǎn)生較多相位偏差，且超出基站時鐘能夠容忍的范圍時，基站時鐘無法跟蹤鎖定，進入保持狀態(tài)。

4 故障處理

從傳輸網(wǎng)管查詢自由振蕩網(wǎng)元時鐘配置，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)元時鐘配置存在問題。正常情況下網(wǎng)元時鐘應(yīng)該設(shè)為跟蹤外部線路，西向是主用時鐘，東向是備用時鐘，但網(wǎng)元時鐘配置卻錯誤設(shè)置為“內(nèi)時鐘”，導(dǎo)致網(wǎng)元時鐘頻偏較大，逐漸超過基站時鐘要求。由于故障相對比較隱蔽，持續(xù)時間約2個月。將網(wǎng)元時鐘重新設(shè)為跟蹤外部線路時鐘，西向為主用時鐘，東向為備用時鐘后，對應(yīng)網(wǎng)管記錄的指針調(diào)整消失，基站時鐘恢復(fù)正常。

5 有關(guān)標(biāo)準問題

通過實際案例分析及處理結(jié)果證明，光傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)元指針調(diào)整及傳輸系統(tǒng)時鐘同步不良問題與無線接入網(wǎng)同步性能直接關(guān)聯(lián)。通過深入研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有經(jīng)過SDH的 2 Mb/s業(yè)務(wù)碼流傳送時鐘精度指標(biāo)難以保證GSM-R 基站同步要求。

圖2 網(wǎng)元16時鐘跟蹤狀態(tài)

在基站收發(fā)子系統(tǒng)方面，3GPP（TS45.010-5.1）規(guī)定，必須“使用單一的絕對精度優(yōu)于0.05 ppm的頻率源，對于射頻產(chǎn)生和時鐘基準都適用”。對傳輸系統(tǒng)PDH的2 Mb/s支路，ITU的時鐘精度指標(biāo)滿足50 ppm即可。無線基站和傳輸系統(tǒng)標(biāo)準明顯不一致。

我國通信行業(yè)標(biāo)準YDN 073—1997《900/1 800 MHz TDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)第二階段基站子系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)范書》中規(guī)定，GSM基站的發(fā)射頻率誤差應(yīng)優(yōu)于±0.05 ppm。通信行業(yè)標(biāo)準YD/T 1267—2003《基于SDH傳送網(wǎng)的同步網(wǎng)技術(shù)要求》有相對詳細的規(guī)定。GSM基站可采用以下幾種同步方式。

（1）通過155 Mb/s或622 Mb/s SDH環(huán)網(wǎng)將GSM基站接入網(wǎng)絡(luò)，并且GSM基站同步SDH傳輸系統(tǒng)。當(dāng)基站設(shè)備只能從SDH傳輸系統(tǒng)的PDH支路2 Mb/s業(yè)務(wù)中取得定時基準信號時，必須在SDH側(cè)對PDH支路2 Mb/s信號進行再定時，即啟用SDH網(wǎng)元設(shè)備的再定時功能或加裝2 Mb/s再定時設(shè)備。

（2）在SDH傳輸系統(tǒng)到達基站情況下，原則上通過SDH網(wǎng)元外同步輸出接口向基站提供定時基準信號，如果基站設(shè)備無外同步輸入接口，可利用再定時方式從2 Mb/s業(yè)務(wù)中取得定時基準信號。當(dāng)基站與MSC之間為PDH/SDH混合傳輸時，只有PDH 2 Mb/s業(yè)務(wù)在SDH側(cè)采用再定時方式，基站設(shè)備才可以從2 Mb/s業(yè)務(wù)中取得定時基準信號。

（3）現(xiàn)行的原鐵道部GSM-R標(biāo)準中的“同步要求”及相關(guān)標(biāo)準過于簡單，而通信行業(yè)標(biāo)準的類似規(guī)定也不一致。在當(dāng)前組網(wǎng)環(huán)境下，既有技術(shù)標(biāo)準不能滿足實際運用需要，應(yīng)盡快補充完善，以滿足鐵路通信的發(fā)展需要。關(guān)于這個問題，可見參考文獻[2]。

以往的工程實踐中，對同步的重要性認識不足。GSM-R及基于SDH的同步定時鏈路規(guī)劃、建設(shè)及運用維護存在不同程度問題，有的影響很大。在上述案例中的基站無外時鐘輸入接口，傳輸設(shè)備也不具備再定時功能，暫時無法按現(xiàn)有標(biāo)準進行組網(wǎng)調(diào)整，只能從2 Mb/s業(yè)務(wù)碼流中提取時鐘，這是目前最常用的方法。由于鐵路線長，有的基站環(huán)網(wǎng)跨度很大，經(jīng)常達幾百公里，有的甚至近千公里，穿越的SDH網(wǎng)元多達幾十或上百個，如果平時對傳輸網(wǎng)元的指針調(diào)整、同步狀態(tài)關(guān)注不多，不掌握同步質(zhì)量現(xiàn)狀，難以滿足GSM-R的同步要求，導(dǎo)致出現(xiàn)切換超時、信道中斷、掉話、雜音和單通等問題，特別是對GSM-R承載的數(shù)據(jù)通信等新業(yè)務(wù)的損傷較大，而相當(dāng)多的環(huán)節(jié)沒有采取必要的技術(shù)措施（因標(biāo)準無具體要求）。因此，改進當(dāng)前維護方法，加強傳輸網(wǎng)指針和同步狀態(tài)巡視非常重要，有利于保證傳輸網(wǎng)、GSM-R運用質(zhì)量。

6 結(jié)束語

按目前鐵路通信傳輸和無線系統(tǒng)的組網(wǎng)運用方式，傳輸系統(tǒng)的時鐘狀態(tài)將影響其承載業(yè)務(wù)系統(tǒng)的時鐘質(zhì)量，特別是采用2 Mb/s業(yè)務(wù)鏈路傳輸時鐘的方式影響較大。當(dāng)傳輸網(wǎng)元的時鐘同步性能降低或故障時，導(dǎo)致2 Mb/s鏈路上的時鐘質(zhì)量劣化，影響GSM-R無線接入網(wǎng)的時鐘質(zhì)量，使業(yè)務(wù)質(zhì)量超過規(guī)定標(biāo)準。此類問題可能導(dǎo)致通信業(yè)務(wù)中斷，例如無線基站小區(qū)退出服務(wù)。通常情況下，即使業(yè)務(wù)不中斷，也會引起時鐘同步性能劣化，出現(xiàn)性能告警或無告警，直接影響無線基站和終端的技術(shù)指標(biāo)，例如射頻頻偏、切換時間及切換成功率、單通、干擾恢復(fù)時間等，嚴重影響業(yè)務(wù)質(zhì)量。因此，為保證GSM-R的穩(wěn)定運行，應(yīng)注意觀察傳輸網(wǎng)管的性能，及時掌握指針調(diào)整情況及傳輸系統(tǒng)同步狀態(tài)，間接了解基站的同步狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和處理同步不良問題，保證GSM-R的運用質(zhì)量。

[1] 于佳亮，程華，于天澤. 通信同步網(wǎng)與網(wǎng)同步[M]. 北京：人民郵電出版社，2011.

[2] 于佳亮，程華，于天澤. GSM時鐘同步標(biāo)準及其影響[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準化， 2010(6)：61-64.

程華：北京鐵路通信技術(shù)中心，高級工程師，北京，100038

責(zé)任編輯 葛化一