GPS智能分路系統(tǒng)在4G建設(shè)中的應(yīng)用探討

劉文斌

【摘 要】為了優(yōu)化4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，從傳統(tǒng)BBU集中放置存在的問題入手，對GPS智能分路系統(tǒng)的原理和實際應(yīng)用進行了分析，從技術(shù)特點、投資成本和社會效益維度對傳統(tǒng)方式與GPS智能分路系統(tǒng)進行對比，探討了在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時期GPS智能分路系統(tǒng)的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】BBU集中放置 GPS智能分路系統(tǒng) 時鐘同步

中圖分類號：TN929.5 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2017）19-0041-05

Discussion on Application of GPS Intelligent Splitting System in 4G Construction

LIU Wenbin

[Abstract] In order to optimize 4G network construction， according to the problem of conventional BBU centralized deployment， the principle and application of GPS intelligent splitting system were analyzed. The splitting systems based on the conventional method and the intelligent GPS were compared from aspects of technical features， investment cost and social benefits. The advantages of GPS intelligent splitting system in 4G network construction were elaborated.

[Key words]BBU centralized deployment GPS intelligent splitting system clock synchronization

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)逐步成熟與業(yè)務(wù)加速發(fā)展，4G對于電信運營商的重要性日益提升，并成為創(chuàng)新發(fā)展的重心。運營商對4G網(wǎng)絡(luò)普遍采用“BBU+RRU”的方式進行建設(shè)，需要共址集中放置多套BBU和GPS天饋線。基于此，本文從傳統(tǒng)BBU集中放置存在的問題入手，分析GPS智能分路系統(tǒng)的原理，研究GPS智能分路系統(tǒng)在BBU集中放置方式下相比傳統(tǒng)GPS解決方案的優(yōu)勢，結(jié)合優(yōu)勢給出建設(shè)建議。

2 BBU集中放置

分布式宏基站由BBU和RRU組成，其中BBU為基帶處理單元，負責(zé)基帶、GPS處理及與核心網(wǎng)之間的接口處理；RRU為射頻拉遠單元，負責(zé)完成射頻無線信號收發(fā)和功率放大。BBU和RRU之間一般通過光纖進行數(shù)據(jù)傳輸和信令信息交換，BBU集中放置就是將BBU和RRU分開放置，RRU放置在靠近天線的遠端站址，BBU放置在市電和后備電源有保障、機房可擴容條件好、光纜資源豐富、光纜局向多、傳輸資源易獲得、維護便捷且租約穩(wěn)定的模塊局站址。BBU集中放置點要求BBU數(shù)量至少超過3個，以便后續(xù)BBU池的應(yīng)用。

3 傳統(tǒng)BBU集中放置存在的問題

4G網(wǎng)絡(luò)的搭建使用了1.8 GHz、2.1 GHz、2.3 GHz及2.6 GHz等高頻段，為克服高頻段帶來的饋線損耗和空間傳播損耗，基站拉遠技術(shù)、微基站、室分系統(tǒng)被大面積推廣，導(dǎo)致同一局點BBU設(shè)備數(shù)量和GPS天饋線急劇增多，現(xiàn)有的GPS天饋系統(tǒng)存在以下問題：

（1）射頻饋線拉遠受限：射頻饋線上的信號衰減較大，導(dǎo)致射頻饋線拉遠距離受限（RG-8線材不超過50 m），特別是對于BBU機房位于高層小區(qū)的地下室的情況，需換用1/2或7/8饋線，成本大幅上升。

（2）站點物業(yè)難協(xié)調(diào)：由于GPS天線及饋線眾多，易引起業(yè)主或居民的抵觸及阻撓，給基站建設(shè)帶來不確定性因素。

（3）工程施工耗時、費力：建設(shè)過程中GPS天饋線材使用量巨大，材料成本高，且施工耗時、費力，施工費用高。

（4）同站址BBU擴容受限：傳統(tǒng)一對一GPS天饋配套方案易受樓面面積、弱電井或外墻美觀等的限制，導(dǎo)致同站址BBU擴容數(shù)量受限。

（5）干擾問題突出：為了保證在北半球GPS接收信號的質(zhì)量，避免遮擋和反射波的影響，GPS天線應(yīng)盡可能遠離周圍尺寸大于20 cm的金屬物2 m以上并朝南安裝，否則GPS信號容易受到干擾。

針對傳統(tǒng)GPS同步系統(tǒng)存在的問題，為適應(yīng)更廣泛的布站場景，更好地完善BBU集中設(shè)置及BBU池的建設(shè)，提出了BBU機房時鐘同步改造系統(tǒng)的解決方案，即GPS智能分路系統(tǒng)解決方案。

4 GPS智能分路系統(tǒng)解決方案

4.1 GPS時鐘同步的原理

為得到精密的GPS時間，使它的精確度小于100 ns，至少要求每個GPS衛(wèi)星上都裝有銫子鐘作星載鐘。全部GPS衛(wèi)星與地面測控站構(gòu)成一個閉環(huán)的自動修正系統(tǒng)并采用UTC USNO/MC為參考基準(zhǔn)。

通過在用戶端精確測定和扣除GPS時間信號的傳輸時延（Δt），以達到對本地鐘的定時與校準(zhǔn)。GPS定時準(zhǔn)確度取決于在信號發(fā)射端、信號傳輸過程中和接收端所引入的誤差，主要誤差有：

（1）信號發(fā)射端：衛(wèi)星鐘誤差、衛(wèi)星星歷（位置）誤差；

（2）信號傳輸過程：電離層誤差、對流層誤差、地面反射多路徑誤差；

（3）接收端：接收機時延誤差、接收機坐標(biāo)誤差、接收機噪聲誤差。

4.2 GPS智能分路系統(tǒng)原理

GPS智能分路系統(tǒng)模塊主要包括收發(fā)信雙工、發(fā)射信號合路/濾波、接收信號的濾波、低噪聲放大及分路。GPS智能分路系統(tǒng)采用電橋合路器智能地將接收的兩路信號共用一個天線處理單元，通過有源系統(tǒng)對傳輸時延進行智能補充，然后經(jīng)分路系統(tǒng)提供多路輸出。由于有源系統(tǒng)對接收信號進行放大以及引入兩路GPS信號，降低了GPS智能分路系統(tǒng)對接收場強及信號純度的要求，在同等條件下GPS信號的信噪比得到提升。GPS智能分路系統(tǒng)就是通過有源放大設(shè)備將兩路GPS信號（1主1備）智能合路放大后轉(zhuǎn)發(fā)至同站址的多套BBU，實現(xiàn)幾十臺BBU共享一套GPS信號。傳統(tǒng)模式組網(wǎng)和GPS智能分路系統(tǒng)的組網(wǎng)分別如圖1、圖2所示：endprint

4.3 GPS智能分路應(yīng)用場景分析

GPS智能分路系統(tǒng)只需在樓頂新建或利舊兩套GPS天饋線即可實現(xiàn)GPS信號的多路共享，同時還能滿足不同運營商多制式BBU對GPS信號的要求。GPS智能分路系統(tǒng)能提高GPS天饋系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，減輕物業(yè)協(xié)調(diào)難度，降低施工量，避免產(chǎn)生物業(yè)矛盾和糾紛。

GPS智能分路系統(tǒng)既適用于新建機房的GPS天饋系統(tǒng)建設(shè)，也適用于搬遷機房重建或老機房改造，達到室外天饋線一次建設(shè)，分期按需使用的效果。

（1）新建、搬遷BBU集中放置機房，各運營商（各制式）共享站址資源

新建站址或因場地及其他原因搬遷到新站址后，若采用常規(guī)方案，則需為每個BBU進行GPS天饋系統(tǒng)建設(shè)，這種方式費料、費工、費時，此時可采用GPS智能分路系統(tǒng)作為BBU的GPS授時信號接入信源。GPS智能分路系統(tǒng)只需要新建兩路GPS天饋作為GPS智能分路系統(tǒng)輸入，通過靈活配置主機和從機的數(shù)量即可實現(xiàn)GPS信號資源的共享，從而達到比傳統(tǒng)GPS天饋系統(tǒng)建設(shè)方案節(jié)省物料及簡化施工，加快站點開通，節(jié)省天面及孔洞資源，降低物業(yè)協(xié)調(diào)難度的目標(biāo)。

（2）原站址BBU改造、擴容，各運營商（各制式）利舊共享資源

原站址BBU升級改造或因容量不足需要擴容時，可使用智能GPS分路系統(tǒng)作為新裝及原有的BBU的GPS授時信號接入信源?？蛇x擇GPS天饋線中信號質(zhì)量較好的兩路作為智能GPS分路系統(tǒng)的輸入，無需新建GPS天饋，從而避免新建GPS天饋線因天面面積及孔洞資源不足導(dǎo)致物業(yè)協(xié)調(diào)難度大而無法擴容。

（3）BBU與天面距離過遠，GPS天饋線拉遠受限

在某些場景下（如機房位于小區(qū)地下室，GPS位于高層建筑樓頂）GPS饋線過長，必須使用更粗的線纜（如7/8饋線）來減少線路插損，而智能GPS分路系統(tǒng)可通過有源功率放大來補償GPS信號線路插損，該系統(tǒng)的饋線只需采用RG-8或1/2饋線，節(jié)約了線纜成本，降低了施工難度，提高了系統(tǒng)授時的穩(wěn)定性。

5 方案對比分析

5.1 技術(shù)特點對比分析

（1）傳統(tǒng)方案功能特點

傳統(tǒng)的BBU與GPS天饋系統(tǒng)一對一建設(shè)；

GPS無備份，機架上方線纜布放多，GPS避雷器占用走線架；

避雷器接地線纜多，占用室內(nèi)地排接線孔。

（2）GPS智能分路系統(tǒng)功能特點

采用寬頻設(shè)計，可兼容GPS/北斗系統(tǒng)；

GPS輸入及放大模塊采用“1+1”熱備份，可靠性較高；

設(shè)備異常、GPS信號輸入及放大通道異常會產(chǎn)生本地告警，同時還可接入基站監(jiān)控接口實現(xiàn)后臺網(wǎng)管告警；

設(shè)備配備LCD液晶面板及LED指示燈，如圖3和圖4所示，能及時在本地掌握設(shè)備工況；

輸出口設(shè)置有BBU連接正常指示燈。

5.2 投資成本對比分析

（1）傳統(tǒng)方案成本分析

傳統(tǒng)方案的建設(shè)成本由GPS天線、饋線、避雷器、GPS支架、走線架、豎井、管孔占用、天面占用、物業(yè)協(xié)調(diào)等構(gòu)成，具體如表1所示：

（2）GPS智能分路系統(tǒng)成本分析

GPS智能分路系統(tǒng)建設(shè)成本由有源放大單元、無源分配單元、GPS天線、饋線、避雷器、GPS抱桿、施工費、天面占用、協(xié)調(diào)費等構(gòu)成，具體如表2所示。

（3）成本對比分析

綜上，兩種方案下的成本分析對比如表3所示，GPS智能分路系統(tǒng)這一創(chuàng)新模式在多路GPS需求的BBU機房較傳統(tǒng)模式有顯著優(yōu)勢。隨著GPS智能分路系統(tǒng)在工程中的廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)設(shè)備價格將進一步下降，成本優(yōu)勢將更加明顯。

5.3 社會效益對比分析

GPS智能分路系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)GPS模式，在提高勞動效率，節(jié)約勞動資源，降低有限空間的占用及促進行業(yè)健康發(fā)展方面有明顯優(yōu)勢，具體如下：

（1）簡化了BBU設(shè)備擴容的安裝步驟，降低了工程施工難度，提高了工程效率。

（2）減少了室外天線的架設(shè)，改善建筑物外觀結(jié)構(gòu)，在一定程度上有效避免了周邊居民阻撓工程施工的現(xiàn)象發(fā)生，改善了市容市貌。

（3）大幅降低系統(tǒng)及天饋線對局點樓頂位置、井道、下線孔洞等難以再生資源的占用。

（4）有效解決了樓頂天線布放困難、在井道阻塞的模塊局內(nèi)新建、擴容無法實施的問題，一定程度上降低了BBU集中站址對機房建設(shè)條件的要求。

（5）充分利用運營商現(xiàn)有BBU局所存量資源，整合建設(shè)需求，實施存量資源共享改造，有效節(jié)約了行業(yè)投資，使運營商能夠集中資源和精力投入到業(yè)務(wù)創(chuàng)新及企業(yè)轉(zhuǎn)型中，為行業(yè)長遠健康發(fā)展和“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會建設(shè)做出積極貢獻。

6 結(jié)束語

本文通過對傳統(tǒng)方式下BBU集中設(shè)置存在的問題進行剖析，引入GPS智能分路系統(tǒng)，并對GPS智能分路系統(tǒng)在不同場景下的應(yīng)用進行了分析和研究。繼而對比分析了兩種模式的技術(shù)特點、投資成本和社會效益。GPS智能分路系統(tǒng)通過有源放大設(shè)備將兩路GPS信號（1主1備）智能放大后轉(zhuǎn)發(fā)至同站址下的多套BBU，實現(xiàn)幾十臺BBU共享GPS信號。GPS智能分路系統(tǒng)的引入可簡化BBU安裝，降低工程施工難度、降低樓內(nèi)可再生資源的占用率。

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