智能雙星授時(shí)系統(tǒng)的研究及分析

施舒

摘 要：目前信息通信是發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。各運(yùn)營(yíng)商建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程加快，2020年前需要建成5G商用網(wǎng)絡(luò)。5G時(shí)代比4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于授時(shí)的精度要求更高，要保證衛(wèi)星信號(hào)的高精度授時(shí)，使用傳統(tǒng)的窄帶單頻點(diǎn)GPS天線已經(jīng)不能滿足要求，必須要使用高帶寬多頻點(diǎn)的新型衛(wèi)星接收天線。且基站間的時(shí)鐘同步能夠?yàn)楦骰鞠到y(tǒng)提供高精度的時(shí)間和頻率同步信號(hào)，但是傳統(tǒng)GPS授時(shí)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)直接影響KPI指標(biāo)，導(dǎo)致通話質(zhì)量差，導(dǎo)致誤碼率、丟包率增大，影響終端的計(jì)費(fèi)簽權(quán)。

關(guān)鍵詞：GPS授時(shí)；北斗授時(shí)；智能雙星授時(shí)

中圖分類號(hào)：TN961 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）21-0075-03

Abstract： At present， information communication is one of the fastest developing fields. The construction of 5G network by operators is speeding up， and 5G commercial network needs to be built before 2020. In the era of 5G， the precision of time service is higher than that of 4G network. In order to ensure the high precision of satellite signal timing， the traditional narrowband single-frequency point GPS antenna can not meet the requirements， so it is necessary to use a new type of satellite receiving antenna with high bandwidth and multi-frequency points. The clock synchronization between base stations can provide high precision time and frequency synchronization signals for each base station system， but the problems of traditional GPS timing system will directly affect the KPI index and lead to poor call quality. It leads to the increase of bit error rate and packet loss rate， and affects the charging right of the terminal.

Keywords： GPS time service； Beidou time service； intelligent double star time service

1 GPS授時(shí)系統(tǒng)概述

GPS時(shí)鐘是基于GPS高精度定位授時(shí)模塊開發(fā)的基礎(chǔ)型授時(shí)應(yīng)用產(chǎn)品。能夠按照用戶需求輸出符合規(guī)約的時(shí)間信息格式，從而完成同步授時(shí)服務(wù)。

目前，我國(guó)正在運(yùn)行的數(shù)十萬(wàn)臺(tái)基站均采用GPS授時(shí)來(lái)解決該問(wèn)題，但現(xiàn)有GPS天線存在如下問(wèn)題：

1.1 GPS天線布放困難

在城市基站建設(shè)中，會(huì)遇到大量的核心機(jī)房的BBU池，每一個(gè)BBU池都需要GPS天線，導(dǎo)致樓宇頂部布放的GPS天線過(guò)多，天線之間干擾增大，也會(huì)需要布放多條射頻饋線，面臨管道資源緊張，物業(yè)協(xié)調(diào)困難，工程實(shí)施困難等問(wèn)題。

1.2 GPS饋線路由長(zhǎng)度受限制

GPS天線和基站間的距離往往超過(guò)50米，甚至100米以上。在地鐵、隧道、大型場(chǎng)館的機(jī)房，GPS天線的路由通常超過(guò)300米遠(yuǎn)。如此長(zhǎng)的路由給設(shè)備和施工都帶來(lái)挑戰(zhàn)，超長(zhǎng)路由帶來(lái)的信號(hào)衰減難題，普通GPS天線難以解決。

1.3 通信系統(tǒng)安全隱患

目前我們的通信系統(tǒng)時(shí)鐘同步均采用GSP授時(shí)，GPS由美國(guó)控制，如果關(guān)閉中國(guó)上空GPS信號(hào)，或在信號(hào)中加入干擾，通信網(wǎng)絡(luò)就會(huì)受到嚴(yán)重影響，甚至癱瘓。

2 北斗授時(shí)系統(tǒng)概述

北斗衛(wèi)星是我國(guó)自主研制和建立的一種區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，已在2012年底順利實(shí)現(xiàn)亞太覆蓋并正式提供服務(wù)，北斗授時(shí)提供了全網(wǎng)通信的安全性，保障了各種業(yè)務(wù)網(wǎng)的可靠運(yùn)行，為我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事戰(zhàn)略等均帶來(lái)重大和深遠(yuǎn)的影響。

北斗衛(wèi)星投入使用，結(jié)束了長(zhǎng)期單一依賴國(guó)外衛(wèi)星系統(tǒng)的歷史。北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)，抗干擾能力提高約20dB，時(shí)間同步精度優(yōu)于10ns。

3 智能雙星授時(shí)系統(tǒng)

3.1 智能雙星授時(shí)系統(tǒng)概述

智能雙星授時(shí)系統(tǒng)是一套單天線支持多設(shè)備的時(shí)鐘同步系統(tǒng)，通過(guò)北斗和GPS雙時(shí)鐘授時(shí)，解決GPS天線布放困難、饋線架設(shè)困擾、路由長(zhǎng)度限制、通信系統(tǒng)安全隱患等難題，充分實(shí)現(xiàn)授時(shí)系統(tǒng)單天線實(shí)現(xiàn)多支路、高穩(wěn)定、強(qiáng)增益、保安全！

3.2 智能雙星授時(shí)系統(tǒng)工作原理

智能雙星授時(shí)系統(tǒng)支持北斗和GPS的雙模高增益＼多頻點(diǎn)的衛(wèi)星天線授時(shí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由能夠同時(shí)接收北斗B1/B2和GPS L1/L2信號(hào)的高增益衛(wèi)星接收天線和室內(nèi)分配單元構(gòu)成。

衛(wèi)星天線頻點(diǎn)覆蓋北斗和GPS的4個(gè)頻點(diǎn)，在天線處采用低通道放大電路，把天線接收的衛(wèi)星信號(hào)放大，通過(guò)饋線系統(tǒng)下傳到室內(nèi)BBU機(jī)房。在機(jī)房?jī)?nèi)通過(guò)多種分配單元最多能為64臺(tái)BBU提供衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)（將信號(hào)分成8路，連接多基站；也可下掛一路從機(jī)再分8路輸出，最多支持8*8=64個(gè)信號(hào)輸出口）。

使用該授時(shí)系統(tǒng)能夠給我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的授時(shí)安全加一道保險(xiǎn)。相較單獨(dú)的GPS授時(shí)系統(tǒng)，雙星授時(shí)系統(tǒng)以北斗信號(hào)為主，兼容GPS信號(hào)，這樣有無(wú)GPS信號(hào)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都能正常運(yùn)行。并可與環(huán)境監(jiān)控設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控。

智能雙星授時(shí)系統(tǒng)包括授時(shí)天線、1+1備份主機(jī)（可選）、分配單元三類產(chǎn)品，以滿足多個(gè)運(yùn)營(yíng)商基站同步授時(shí)需求。如圖2、圖3。

3.3 智能雙星授時(shí)系統(tǒng)配置原則

（1）授時(shí)天線配置原則

授時(shí)天線只有一個(gè)N型輸出接口，可支持GPS或北斗雙星授時(shí)。

授時(shí)天線的配置主要根據(jù)目標(biāo)設(shè)備到授時(shí)天線的拉遠(yuǎn)距離進(jìn)行選擇，且與所帶BBU設(shè)備數(shù)量有關(guān)。

（2）備份主機(jī)配置原則

1+1備份主機(jī)可選，當(dāng)一個(gè)授時(shí)天線發(fā)生故障，另一個(gè)備份天線能繼續(xù)正常使用，保障BBU設(shè)備的正常工作。兩個(gè)授時(shí)天線放置的物理距離越遠(yuǎn)越好，建議至少>2米，這樣能存在更好的備份功能，避免相互干擾，增大搜星概率。

（3）分配單元配置原則

分配單元分為有源主機(jī)8口、無(wú)源從機(jī)8口、有源主機(jī)4口和無(wú)源從機(jī)4口四種型號(hào)，型號(hào)選擇依據(jù)支持BBU設(shè)備數(shù)量進(jìn)行選擇。最多支持64臺(tái)BBU。

4 智能雙星授時(shí)系統(tǒng)解決GPS授時(shí)難題

主/從分配單元：用于基站定位、授時(shí)系統(tǒng)信號(hào)分配。即一個(gè)天線可以接多路BBU，一套系統(tǒng)最大可支持64臺(tái)BBU，代替了多個(gè)單一天線，避免天線間的干擾，減少天線數(shù)量、GPS饋線，減少施工量。

天線高增益、支持遠(yuǎn)距離拉遠(yuǎn)。避免距離過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致信號(hào)接收不穩(wěn)，解決傳統(tǒng)方案路由長(zhǎng)度難題，可支持360m拉遠(yuǎn)。

支持北斗，兼容GPS，雙時(shí)鐘授時(shí)。符合國(guó)家通信安全考慮，滿足后續(xù)“北斗”轉(zhuǎn)移演進(jìn)要求。特別適合地鐵、隧道、核心機(jī)房及BBU池等站點(diǎn)的建設(shè)，解決這些特殊場(chǎng)景時(shí)鐘同步困難。

5 傳統(tǒng)GPS授時(shí)系統(tǒng)的缺陷與解決方案

5.1 傳統(tǒng)GPS授時(shí)系統(tǒng)的缺陷

行業(yè)內(nèi)最常見需要解決的就是衛(wèi)星天線到室內(nèi)BBU機(jī)房路由長(zhǎng)，同一站點(diǎn)BBU數(shù)量多的問(wèn)題。

現(xiàn)在移動(dòng)、電信、聯(lián)通在建設(shè)4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，往往采用BBU池技術(shù)，在同一機(jī)房站址安裝多臺(tái)BBU，RRU采用光纖與BBU連接。在三大運(yùn)營(yíng)商普遍選址困難的情況下，同一機(jī)房站址的BBU數(shù)量往往超過(guò)8臺(tái)以上。在中心樞紐機(jī)房，BBU數(shù)量甚至達(dá)到60臺(tái)。在此工程實(shí)踐場(chǎng)景，如采用傳統(tǒng)的GPS天線授時(shí)方案會(huì)面臨困難。

要在工程上解決60臺(tái)BBU的時(shí)鐘同步，至少需要安裝30個(gè)衛(wèi)星天線時(shí)，如此多的天線數(shù)量，不可能安裝在樓的側(cè)面，只能把衛(wèi)星天線安裝到樓頂。樓頂?shù)綑C(jī)房垂直距離加上路由迂回，饋線長(zhǎng)度超過(guò)100米，在使用1/2饋線情況下，30多根饋線的路由布放就是很難完成的工程難題。超長(zhǎng)路由還帶來(lái)高的線路損耗，造成衛(wèi)星信號(hào)載噪比減小，影響B(tài)BU衛(wèi)星接收機(jī)搜星。

5.2 解決方案

此時(shí)，如果采用雙星授時(shí)系統(tǒng)，僅需要2副高增益雙模衛(wèi)星天線，使用2條饋線鏈接到室內(nèi)BBU機(jī)房，使用1/2饋線從衛(wèi)星天線到室內(nèi)機(jī)房的距離可以達(dá)到250米以上。同時(shí)采用主機(jī)與分配單元的級(jí)聯(lián)配合，可以輕松鏈接64臺(tái)BBU，很容易就解決了傳統(tǒng)的GPS天饋線系統(tǒng)的工程問(wèn)題。對(duì)于BBU新建、擴(kuò)容工程都具有減少施工難度，加快施工進(jìn)度的積極意義。

另外，在地鐵建設(shè)的場(chǎng)景，移動(dòng)機(jī)房往往在地下，衛(wèi)星天線到機(jī)房的距離會(huì)超過(guò)500米，此時(shí)，使用7/8饋線鏈接雙星授時(shí)天線就可以解決地鐵機(jī)房?jī)?nèi)的超長(zhǎng)路由建設(shè)難題。

6 智能雙星授時(shí)系統(tǒng)鏈路保護(hù)和故障告警能力

智能雙星授時(shí)系統(tǒng)的室內(nèi)分配單元主機(jī)還具備衛(wèi)星天線鏈路1+1熱備份保護(hù)能力，在重要及BBU數(shù)量過(guò)多的站點(diǎn)提供實(shí)時(shí)衛(wèi)星信號(hào)鏈路保護(hù)，在檢測(cè)到電源故障，衛(wèi)星信號(hào)故障時(shí)能夠自動(dòng)切換衛(wèi)星通道以保證衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。同時(shí)發(fā)送故結(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)告警，通知維護(hù)部門及時(shí)排除衛(wèi)星信號(hào)系統(tǒng)鏈路故障。

智能雙星授時(shí)系統(tǒng)一次建設(shè)，一次投入，能夠一勞永逸的解決移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于高精度授時(shí)的衛(wèi)星信號(hào)需求。

7 結(jié)束語(yǔ)

相較于傳統(tǒng)GPS天饋單元，智能雙星系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)體系化，不僅僅是天線設(shè)備，而是天線+分配單元組合，把授時(shí)系統(tǒng)的建設(shè)體系化，能夠快速、靈活地解決移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)授時(shí)、導(dǎo)航、定位系統(tǒng)建設(shè)中遇到的問(wèn)題。一個(gè)站點(diǎn)安裝智能雙星授時(shí)系統(tǒng)，該站點(diǎn)就可以為所有需要精確授時(shí)、導(dǎo)航、定位等位置服務(wù)提供支持。

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