GPS滿天星系統(tǒng)在大型室分場(chǎng)景中的應(yīng)用

王思宇

GPS滿天星系統(tǒng)在大型室分場(chǎng)景中的應(yīng)用

王思宇

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司黑龍江分公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

在鐵塔公司承建的大型室分場(chǎng)景中，由于運(yùn)營(yíng)商BBU數(shù)量大且需集中放置，導(dǎo)致GPS天饋線數(shù)量較多，造成施工、協(xié)調(diào)困難，甚至存在受天面資源制約而無(wú)法實(shí)施的情況。為了解決這一問(wèn)題，從工程實(shí)際出發(fā)，以紅星國(guó)際廣場(chǎng)5號(hào)地塊站點(diǎn)為例，創(chuàng)新地采用GPS滿天星解決方案，并與傳統(tǒng)功分器方案進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從而解決后續(xù)大型室分場(chǎng)景GPS天饋線受資源限制而無(wú)法施工的問(wèn)題。

GPS滿天星系統(tǒng) 室內(nèi)分布 BBU

1 研究背景

隨著中國(guó)鐵塔股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱鐵塔公司）室分業(yè)務(wù)的推廣，一些重要場(chǎng)景的室內(nèi)分布系統(tǒng)轉(zhuǎn)由鐵塔公司建設(shè)、三家運(yùn)營(yíng)商共享的模式。鐵塔公司承接的站點(diǎn)中，不乏面積巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的站點(diǎn)，這些站點(diǎn)以組團(tuán)、地塊的形式出現(xiàn)，業(yè)主往往只提供一處位置作為主機(jī)房。此種情況會(huì)導(dǎo)致各運(yùn)營(yíng)商BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）設(shè)備數(shù)量增大，GPS天線、饋線數(shù)量增多，從而帶來(lái)了施工難度加大、施工費(fèi)用增加、受天面面積限制無(wú)法安裝GPS天線等問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，需要一種穩(wěn)定、支持多BBU、占用天面資源少的新型GPS解決方案——GPS滿天星系統(tǒng)解決方案。本文詳細(xì)闡述了GPS滿天星系統(tǒng)工作方式及設(shè)計(jì)思路，在實(shí)際工程中創(chuàng)新地應(yīng)用該系統(tǒng)，成功解決了GPS天饋線系統(tǒng)增多帶來(lái)的一系列問(wèn)題。并與傳統(tǒng)功分器GPS解決方案進(jìn)行對(duì)比，明確其適用場(chǎng)景，為后續(xù)大量BBU集中放置、天饋資源不足站點(diǎn)GPS解決方案提供了新的思路。

2 GPS滿天星系統(tǒng)工作方式及性能指標(biāo)

GPS滿天星系統(tǒng)又稱GPS智能放大分配系統(tǒng)，由GPS天線、饋線、GPS滿天星系統(tǒng)主機(jī)、GPS滿天星系統(tǒng)從機(jī)等組成。設(shè)備單級(jí)可支持8套BBU，級(jí)聯(lián)拓展后最高可支持36套BBU。

2.1 GPS滿天星系統(tǒng)工作方式

GPS滿天星系統(tǒng)將天面GPS天線接收到的兩路信號(hào)（一主一備）通過(guò)有源放大設(shè)備放大，轉(zhuǎn)發(fā)至同一機(jī)房?jī)?nèi)的多臺(tái)BBU，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)BBU之間GPS同步信號(hào)的共享。GPS滿天星系統(tǒng)連接示意圖如圖1所示。1.023 MHz、北斗系統(tǒng)B1頻段1 561.098±2.046 MHz。

（2）GPS輸入、放大模塊采用1+1熱備份，以提高可靠性。

（3）設(shè)備采用雙備份電路冗余設(shè)計(jì)，即兩路GPS信號(hào)鏈路（分為一主一備），兩路信號(hào)可同時(shí)工作，當(dāng)一路主設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一路備用鏈路。

3 GPS滿天星系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.2 GPS滿天星系統(tǒng)性能指標(biāo)

GPS滿天星系統(tǒng)采用雙路冗余備份機(jī)制，主備通路可獨(dú)立工作，保證定位信息正常解析。設(shè)備自身不會(huì)對(duì)原有系統(tǒng)頻率進(jìn)行改變，通過(guò)高精度濾波器對(duì)GPS（兼容北斗）信道頻帶內(nèi)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，僅對(duì)頻帶內(nèi)信號(hào)進(jìn)行放大和功率再分配，并未對(duì)GPS所傳時(shí)鐘進(jìn)行解析，故無(wú)法對(duì)因GPS衛(wèi)星故障所導(dǎo)致的時(shí)鐘偏差進(jìn)行告警。

（1）寬頻段設(shè)計(jì)，兼容GPS系統(tǒng)L1頻段1 545.42±

從GPS滿天星系統(tǒng)的特點(diǎn)可以看出，其特別適用于BBU數(shù)量龐大且集中放置、天面資源受限的站點(diǎn)。

（1）GPS滿天星系統(tǒng)主從機(jī)級(jí)聯(lián)設(shè)置：適合多BBU集中放置，特別是居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、大學(xué)城等以組團(tuán)、地塊形式出現(xiàn)的大型室分場(chǎng)景。

（2）GPS滿天星系統(tǒng)雙天線設(shè)置：適合天面面積受限場(chǎng)景。根據(jù)主設(shè)備廠家提供的技術(shù)規(guī)范，GPS天線必須滿足隔離度要求才能達(dá)到良好的同步效果。在BBU數(shù)量較大、天面空間狹小的地方，傳統(tǒng)GPS方案由于天線數(shù)量較大，很難滿足安裝要求。

（3）GPS滿天星系統(tǒng)雙饋線設(shè)置：降低了施工難度。相較于傳統(tǒng)一副GPS天線、一根饋線的解決方案，GPS滿天星系統(tǒng)雙饋線降低了饋線敷設(shè)難度，同時(shí)也將業(yè)主諸如美觀、防水等顧慮降到最低，極大地提高了建站速度和成功率。

圖1 GPS滿天星系統(tǒng)連接示意圖

4 典型案例分析

4.1 站點(diǎn)概況

紅星國(guó)際廣場(chǎng)5號(hào)地塊共3棟樓宇，總建筑面積約為26.6萬(wàn)平方米，業(yè)主對(duì)施工工藝要求嚴(yán)格。

本工程為該樓宇內(nèi)提供移動(dòng)通信深度覆蓋，同時(shí)滿足中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信2G/3G/4G等多套移動(dòng)通信系統(tǒng)需求。新增POI 47套，功分器/耦合器3 162個(gè)，天線3 348副，1/2饋線28 000 m，7/8饋線28 000 m，48芯光纜15 000 m。

4.2 設(shè)計(jì)方案

此站點(diǎn)中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信都需要GPS信號(hào)作為授時(shí)時(shí)鐘。由于商業(yè)場(chǎng)景寸土寸金，業(yè)主只提供一處位置作為主機(jī)房，位于地下一層，到頂樓共21層，單根GPS饋線長(zhǎng)度為187 m。

本站安裝GPS滿天星系統(tǒng)主機(jī)一臺(tái)，從機(jī)兩臺(tái)。其中，主機(jī)與從機(jī)1安裝在中國(guó)聯(lián)通綜合機(jī)柜內(nèi)，從機(jī)2安裝在中國(guó)移動(dòng)綜合機(jī)柜內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝情況詳見(jiàn)圖2所示：

圖2 主機(jī)、從機(jī)1正視圖

經(jīng)與運(yùn)營(yíng)商會(huì)審商定，紅星國(guó)際廣場(chǎng)5號(hào)地塊站點(diǎn)中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通GPS系統(tǒng)交由鐵塔公司建設(shè)，共同使用GPS滿天星系統(tǒng)；而中國(guó)電信不使用GPS滿天星系統(tǒng)，其獨(dú)立建設(shè)自己的GPS系統(tǒng)。即中國(guó)移動(dòng)3臺(tái)BBU、中國(guó)聯(lián)通8臺(tái)BBU使用GPS滿天星系統(tǒng)，中國(guó)電信8臺(tái)BBU獨(dú)立建設(shè)GPS系統(tǒng)。

由此可知，共有11臺(tái)BBU使用滿天星系統(tǒng)，通過(guò)級(jí)聯(lián)可支持更多BBU，只需用饋線將BBU與滿天星設(shè)備直接連接即可，工程量小、施工便利；使用傳統(tǒng)GPS解決方案的8臺(tái)BBU獨(dú)立建設(shè)GPS系統(tǒng)，為了減少拉遠(yuǎn)饋線條數(shù)，需使用功分器，增加了故障點(diǎn)和插入損耗，若后期擴(kuò)容需增加BBU則要重新穿線，不利于BBU擴(kuò)展。

單根饋線長(zhǎng)度為187 m，拉遠(yuǎn)距離較長(zhǎng)，滿天星系統(tǒng)自帶功率補(bǔ)償功能，滿足GPS信號(hào)強(qiáng)度；傳統(tǒng)方案只能通過(guò)更換較粗的饋線來(lái)增加干放，對(duì)抗傳輸損耗，增加施工難度。

滿天星解決方案只需2根饋線，敷設(shè)相對(duì)容易；傳統(tǒng)解決方案共需敷設(shè)5根饋線，工程量大，容易受到業(yè)主阻撓。

天面受建筑造型影響，可利用的空間很小。由于GPS滿天星系統(tǒng)只需2副天線、2根饋線，相對(duì)比較隱蔽，故得以安裝在搜星效果好、較高的區(qū)域。而中國(guó)電信傳統(tǒng)GPS系統(tǒng)由于天饋線數(shù)量較多，嚴(yán)重影響外觀，因此安裝在低處。GPS滿天星系統(tǒng)天饋部分（紅色圈內(nèi)）和中國(guó)電信獨(dú)立建設(shè)GPS天饋部分如圖3所示：

圖3 天饋系統(tǒng)圖

目前，紅星國(guó)際廣場(chǎng)5號(hào)地塊三家運(yùn)營(yíng)商主設(shè)備均已開(kāi)通，整體運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

5 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證GPS時(shí)鐘源基站和滿天星GPS時(shí)鐘源基站之間的切換功能，下面從現(xiàn)網(wǎng)中選取存在切換關(guān)系的基站進(jìn)行測(cè)試對(duì)比分析。

5.1 室分基站間切換測(cè)試

室分基站間切換測(cè)試圖（友誼新天地切換測(cè)試PCI分布）如圖4所示。

經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DD LTE室分現(xiàn)網(wǎng)時(shí)鐘同步模式下，共進(jìn)行切換測(cè)試24次，成功率達(dá)100%。

5.2 宏站與室分基站間切換測(cè)試

為了驗(yàn)證GPS時(shí)鐘源基站和滿天星GPS時(shí)鐘源基站之間的切換功能，下面從現(xiàn)網(wǎng)中選取室分基站和宏基站存在切換關(guān)系的基站進(jìn)行測(cè)試對(duì)比分析，以驗(yàn)證對(duì)切換有無(wú)影響。

共選擇1個(gè)宏基站東麗貫莊局F（GPS）、1個(gè)室分基站東麗空港局BBU4F空港融合廣場(chǎng)12（GPS滿天星），對(duì)這兩個(gè)基站間進(jìn)行數(shù)據(jù)長(zhǎng)呼切換測(cè)試。

對(duì)宏站東麗貫莊局F13（PCI：197）與室分東麗空港局BBU4F空港融合廣場(chǎng)RRU211（PCI：433）之間進(jìn)行切換測(cè)試，具體如圖5所示。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同時(shí)鐘源基站進(jìn)行切換測(cè)試，得出如下結(jié)論：

（1）基站間采用兩種不同的時(shí)鐘同步方式（GPS滿天星時(shí)鐘和GPS時(shí)鐘同步），基站間切換成功率100%，網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)成功率100%。

（2）通過(guò)GPS滿天星與現(xiàn)網(wǎng)GPS時(shí)鐘源站點(diǎn)間切換指標(biāo)對(duì)比，相關(guān)性能指標(biāo)均接近。

5.3 宏站間切換測(cè)試

選擇和平河北路局（GPS滿天星）與和平金街賓館（GPS）兩個(gè)宏基站，對(duì)這兩個(gè)基站間進(jìn)行數(shù)據(jù)長(zhǎng)呼切換測(cè)試。

對(duì)和平河北路局T91（PCI：93）與和平金街賓館T93（PCI：83）之間進(jìn)行切換測(cè)試，具體如圖6所示。

統(tǒng)計(jì)網(wǎng)管全天切換類指標(biāo)中兩個(gè)基站間切入切出情況如下：

對(duì)和平河北路局站GPS滿天星設(shè)備安裝前后，與周邊宏站進(jìn)行切換測(cè)試，其KPI切換指標(biāo)統(tǒng)計(jì)對(duì)比顯示，整體切換指標(biāo)差別不大。

6 GPS滿天星系統(tǒng)與傳統(tǒng)GPS解決方案對(duì)比

針對(duì)紅星國(guó)際廣場(chǎng)5號(hào)地塊試點(diǎn)及聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試實(shí)際情況，下面將對(duì)兩種建設(shè)方案進(jìn)行對(duì)比。

6.1 設(shè)計(jì)方案對(duì)比

采用傳統(tǒng)GPS授時(shí)系統(tǒng)的站點(diǎn)，當(dāng)BBU數(shù)量較多時(shí)，存在利用功分器將1路GPS信號(hào)分配給2至4臺(tái)BBU使用的變通方案，現(xiàn)采用GPS滿天星系統(tǒng)將更加便利，方案對(duì)比情況如下：

圖4 室分基站間切換測(cè)試圖

圖5 宏站與室分基站間切換測(cè)試圖

圖6 宏站間切換測(cè)試圖

（1）功分器方案的優(yōu)勢(shì)在于其為無(wú)源器件，無(wú)需外加電源。

（2）功分器方案的劣勢(shì)主要有以下三個(gè)方面：

◆受到器件、饋線插損影響，接入BBU數(shù)量有限，一般不超過(guò)4臺(tái)；

◆由于GPS天饋線數(shù)量較多，受天面資源制約嚴(yán)重；

◆系統(tǒng)無(wú)源，無(wú)法知道準(zhǔn)確故障點(diǎn)。

滿天星方案的優(yōu)勢(shì)主要如下：

◆具備網(wǎng)管監(jiān)控功能；

◆具備線路插損補(bǔ)償，最多支持36路GPS信號(hào)；

◆支持1+1備份，具有可靠性、維護(hù)便利性；

◆具有安裝便利性。

滿天星方案的劣勢(shì)主要如下：

◆有源設(shè)備，需要外加電源；

◆需接入網(wǎng)管監(jiān)控，占用節(jié)點(diǎn)資源。

（2）滿天星方案：需要安裝的設(shè)備費(fèi)為24 137元，建筑安裝工程費(fèi)為0元，共計(jì)24 137元。

根據(jù)以上兩種方案的投資對(duì)比，可以看出：

（1）傳統(tǒng)功分器方案比滿天星方案節(jié)省了近一半投資。

（2）由于滿天星方案是交鑰匙工程，主要投資是設(shè)備費(fèi)用，因此沒(méi)有施工費(fèi)。

7 結(jié)束語(yǔ)

6.2 工程造價(jià)對(duì)比

針對(duì)紅星國(guó)際廣場(chǎng)5號(hào)地塊站點(diǎn)，傳統(tǒng)功分器方案共使用6套GPS天線、6套GPS饋線及安裝材料包、4個(gè)功分器；滿天星方案共使用1套GPS滿天星設(shè)備，并且為交鑰匙工程。工程造價(jià)對(duì)比具體如下：

（1）功分器方案：需要安裝的設(shè)備費(fèi)為6 323元，建筑安裝工程費(fèi)為5 767元，共計(jì)12 090元。

本文從BBU集中放置導(dǎo)致GPS天饋線安裝困難這一困擾運(yùn)營(yíng)商及鐵塔公司的難題入手，提出了GPS滿天星系統(tǒng)解決方案，進(jìn)而介紹滿天星系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)思路，通過(guò)實(shí)際工程案例和測(cè)試，驗(yàn)證了滿天星系統(tǒng)的可行性，并與傳統(tǒng)功分器解決方案進(jìn)行了對(duì)比。

采用GPS滿天星系統(tǒng)來(lái)解決BBU集中放置問(wèn)題，與傳統(tǒng)方案相比，雖然整體工程投資有所增加，但是在保證主設(shè)備運(yùn)行的可靠性的前提下，極大地降低了施工難度，并加快了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。在各運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)激烈、天面資源日趨緊張、物業(yè)協(xié)調(diào)愈發(fā)困難的今天，GPS滿天星系統(tǒng)方案以其便利的施工條件、優(yōu)秀的擴(kuò)展能力、易于維護(hù)等特點(diǎn)，為探索解決大規(guī)模站點(diǎn)BBU集中放置提供了新的思路。

[1] GB/T 18314-2001. 全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范[S]. 2001.

[2] 劉大杰,施一民,過(guò)靜. 全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理[M]. 上海： 同濟(jì)大學(xué)出版社, 1996.

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[10] 劉偉. 全球定位系統(tǒng)（GPS）數(shù)據(jù)處理[M]. 湖南：大象出版社, 2008.★

Application of GPS Baby’s Breath System in Scenario of Large-Scale Indoor Distribution

WANG Siyu
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Heilongjiang Branch, Harbin 150000, China)

In the scenario of large-scale indoor distribution built by China Tower company, the large amounts of BBU for operators and the centralized deployment make large amounts of GPS antennas and feeders resulting in difficult construction and coordination, as well as the impossible implementation due to restricted antenna resources. In view of this situation, taking the Red Star International Plaza No. 5 block site as the example according to the actual engineering, the GPS baby’s breath was innovatively used as the solution. After comparison with the conventional power divider solution, their advantages and disadvantages were summarized. It is useful to solve the impossible construction due to the restricted antenna and feeder resources in the scenario of large-scale indoor distribution.

GPS baby’s breath system indoor distribution BBU

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.16.006

TN929.5

A

1006-1010(2017)16-0027-05

王思宇. GPS滿天星系統(tǒng)在大型室分場(chǎng)景中的應(yīng)用[J]. 移動(dòng)通信, 2017,41(16): 27-31.

2017-05-19

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn

王思宇：高級(jí)工程師，工學(xué)碩士畢業(yè)于吉林大學(xué)，現(xiàn)任職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司黑龍江分公司，從事室分規(guī)劃設(shè)計(jì)研究工作。