无线基站的同步技术

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无线基站（BTS）处于网络的末端，由基站同步引发的问题一般都比较难以定位，不易重现。很长时间以来，许多人都存在着一种错误的认识，认为基站对时钟质量的要求不高，没有引起足够的重视。事实上，基站同步的问题直接影响到无线通信业务的同步质量。随着无线基站覆盖和网络的完善，为了提高用户满意度，优化网络的掉话率、接通率、寻呼成功率、串话等指标，就必须在无线网络组建传输和骨干同步网的同时，兼顾基站的同步，使良好的同步性能延伸到网络末端，改善网络的整体运行指标。

    一、基站时钟同步

    1、基站对同步的要求

    ■  CDMA基站对同步的要求

    IS-95规定，CDMA空中序列的绝对准确度必须在3微秒以内，为了满足这一要求，目前的CDMA基站都配置了GPS系统。GPS定时信号可使基站的长期频率准确度达到1E-11的精度，在GPS系统正常的情况下，基站的同步问题能够得到正常处理。即使在GPS系统短期不可用时，本地振荡器也可保证1天左右的时间，不会造成同步性能的严重下降。

    由于GPS系统受到美国军方控制，为了避免政治、战争等方面的风险，有些地方采用了双卫星系统接收机，既可接收GPS信号，也可接收俄罗斯的GLONASS卫星信号。

    对于MSC与BSC侧的同步，则必须依赖完善的同步网规划，BITS设备是目前最理想的，也是最通用的解决方案。

    ■  GSM/TDMA基站对同步的要求

    GSM/TDMA系统的基站对绝对时间精度没有要求。但是，由于移动速度和基站间切换的需求，它们对频率的准确度有相关要求。GSM规范定义了对天线测量的频率准确度的限制，最差的情况是在移动台以250 km/h的速度移动时，精度必须达到0.05ppm。表1描述了移动台速度与频率准确度的关系。

表1  移动台速度与频率准确度之间的关系



    按照ETSI的GSMO5.10建议中提出的GSM无线子系统时钟和同步的建议和要求，BTS的时钟绝对精度应优于0.05ppm。

    对于MSC与BSC侧的同步，则必须依赖完善的同步网规划，BITS设备是目前最理想的，也是最通用的解决方案。

    2、无线基站的同步方式

    对于CDMA基站，在基站侧接收卫星同步信号，即使在卫星信号短期不可用时，也可利用基站本地时钟的保持性能，保证业务不产生大的降质。

    对于GSM/TDMA基站的同步，具有以下几种解决方案：

    ■  基站提供外部时钟输入端口

    若SDH传输系统能够到达基站，则可通过SDH网元设备外同步输出接口连至基站设备外同步输入接口；若需要同步接口的设备较多，则可通过增加时钟分配器或微型BITS设备来解决；对于SDH系统不能到达基站设备的情况，可通过带卫星接收性能的微型BITS设备，提供良好的同步时钟源。

    ■  码流中携带稳定的时钟

    ※  采用PDH传送时钟

    目前，许多BSC到BTS间都采用PDH传送同步时钟的方式，基站本身没有外接同步时钟端口，基于PDH传输体制从信息码流中提取同步时钟。随着SDH传输设备的大量使用，PDH电路将越来越少，这种直接采用PDH的组网方式将越来越少。

    ※  采用SDH传送时钟

    由于SDH设备具有指针调整功能，因此SDH支路信息码流不具备透明传输上游时钟的能力。采用SDH传递时钟时，则需要采用再定时方式，使用一个足够大的缓冲器将SDH的支路信号写入，再用SDH线路码传送过来的标准BITS时钟去读出，使SDH通过线路码传送的BITS时钟映射到SDH的支路信息码流中。

    ※  采用PDH/SDH混合传输传送时钟

    若基站与BSC之间采用PDH/SDH混合传输方式，则可在SDH侧利用再定时方式对PDH的2M业务进行再定时，基站设备从再定时的PDH业务码流中获得定时。

    与方式二采用缓存器改善SDH支路抖动的原理类似，不同的只是它不需要增加专门的缓存器，而是采用PDH设备与SDH的支路端口相连接，同时将PDH传输设备通过外接同步时钟端口与SDH传送过来的BITS接驳，使SDH设备利用STM-N线路码流传来的时钟BITS信号，通过外部时钟端口嵌入PDH的信息码流中。

    ※  采用同轴电缆传输时钟

    当BTS与BSC之间采用实线传输时，基站设备可以直接从2Mbps业务中获得定时。实线传输对距离有限制，最长不超过2km。

    ■  GPS＋GLONASS定时基准源

    如果SDH传输设备不能到达基站，且不能利用再定时方式时，可考虑在基站使用GPS+GLONASS做再定时参考源，使业务码流中携带同步定时信号。目前，对于使用微波中继传输的基站，选择卫星信号做再定时参考源较好。

    ■  基站自由振荡

    基站采用高稳定振荡源如铷原子钟或高稳晶体钟的自由振荡方式产生时钟，并通过人工定期调整保证频率的准确度，满足基站切换要求。这种方式的缺点是信号码流经由MSC-BSC-BTS，由于基站频率与MSC、BTS存在差异，从而导致较多的滑码。

    二、无线同步现状

    目前，MSC-BSC部分普遍采用PRS或BITS时钟，保证有线部分同步于基准时钟，满足相关国际、国内时钟的标准要求。对于还没有建设BITS设备的机房，短期内可采用从SDH外同步接口提取时钟，通过业务信号逐级传递，由于这种传递时钟的方式存在着较大的缺陷，因此需要尽快建设BITS设备。

    CDMA基站采用卫星信号进行同步，GSM/TDMA基站则主要采用跟踪外基准和自由振荡方式进行同步。

    跟踪的外基准包括卫星信号或业务码流信号。对于跟踪卫星信号的情况，要求基站本身具有加强三级的时钟标准，以保证卫星信号不可用时系统仍可在一定的时间内输出满足业务需求的时钟；对于跟踪业务码流的情况，则要求业务码流能够很好地携带同步信息，同时还要求系统能有效滤除线路信号带来的漂移，具体的时钟质量与硬件设计和软件算法关系较大。

    三、BITS设备再定时的原理

    再定时功能是一种把良好的定时参考信号与业务码流信号合成在一起，使业务码流能很好地传递定时参考信号的方法。再定时功能可以是SDH网元的一个功能，也可以是一个独立的实体。当再定时功能是一个独立的实体时，它可由BITS设备完成，再定时参考源既可来自BITS设备，也可由外部直接接入。



图1  同步供给单元2Mbps业务再定时原理图

    四、无线基站同步解决方案

    1、核心网解决方案

    从目前的情况来看，核心网要求所有的MSC、BSC局点都必须设置BITS设备，保证核心网部分的时钟满足相关标准的要求。

    2、基站同步解决方案

    ■  基站无外同步接口

    对于基站无外同步接口但有多余业务接口的情况，可通过软件配置业务接口使之作为时钟接口，同步解决方案与基站有外同步接口的情况相同。

    对于基站无外同步接口也无多余业务接口的情况，则可采用再定时方式。

    传输到基站的E1信号经过再定时设备，再传送到基站，从而可保证传送到基站的E1信号携带很好的时钟信息，保证基站具有良好的频率同步，频率的准确度达到1E-11以上。

    再定时的参考源最好由BITS设备输出，对于没有BITS设备的局点，也可使用SDH设备的时钟输出口。若需要使用的时钟端口较多，则可考虑使用时钟分配器。

    如果在传输到基站的线路中包含微波线路，则由于微波接口和传输会带来较大的抖动和漂移，原则上再定时设备必须放置在基站侧，建议参考源选择卫星信号。图2为具体的解决方案。



图2  基站无外同步接口的同步解决方案

    ■  基站有外同步接口

    对于基站有外同步接口的情况，也可使用再定时方式，但建议最好采用BITS设备。若基站安装在通信楼内，则可在同步接口上直接接入BITS输出的标准时钟信号。

    实际上，大多数基站的安装点都不在通信楼内，此时可在基站放置微型BITS设备，它既可以接收来自GPS/GLONASS的卫星信号（主参考源），也可接收地面参考输入（备参考源）。微型BITS输出时钟信号接到基站的时钟输入口，保证基站的频率和相位同步，也可保证基站具有很高的频率准确度。



图3  基站有外同步接口的同步解决方案

    ■  无线网络整体同步平台

    随着无线技术的发展和网络的完善，无线同步的重要性越来越重要。目前，在核心网部分，要求所有的局点都要配置BITS设备。在基站部分，可采用微型BITS/时钟分配器或再定时方案，共同构成末端同步解决方案，如图4所示。



图4  无线同步平台解决方案

    随着业务和技术的发展，无线网络需要提供一些新型业务，如时间、位置服务等。这些业务对基站的同步提出了更高的要求。因此，我们在建设同步网的时候，必须充分考虑业务和设备的可发展性，保证对投资的长期保护。

    五、华为SYNLOCK V5产品

    1、概述

    SYNLOCK V5是华为公司专为解决末端同步而开发出的一款高性能同步设备，它集微型BITS、再定时、时钟分配器、时间服务器等功能于一体，可根据需求灵活选择。该设备在可靠性、配置、结构、成本等方面都具有优势，其独特的输入/输出/时钟/管理功能合一模块，成为末端同步解决方案的理想选择。

    2、解决方案

    ※  可经济、长期地保护投资；

    ※  可管理，可监测；

    ※  具有再定时功能；

    ※  具有频率分配器；

    ※  频率同步、时间同步和同步监测，全面提供同步解决方案。

    3、结构

    ※  单配置/备份配置可选；

    ※  软硬件多重保护，即使电源掉电也不会对业务信号有较大的影响；

    ※  在所有参考源故障的情况下，具有良好的保持性能；

    ※  具有参考源直通功能；

    ※  具有软件在线升级功能；

    ※  功能可扩展性好，可满足未来更高的同步需求。

    4、输入和输出

    ※  2路卫星信号；

    ※  4路参考输入，任何一路可为E1/T1、1/2.048/5/10MHz；

    ※  可对任一参考输入进行全面的测试、监测和优选；

    ※  T1/E1、1/2.048/5/10MHz输出；

    ※  单机最多输出16路频率信号，可配扩展机盒扩展输出信号；

    ※  再定时设备具有8路输入/8路输出，4路+2路卫星信号再定时参考输入源可选；

    ※  同步状态信息；

    ※  时间同步输出（NTP、DCLS等）。

    5、管理

    ※  具有本地/远程管理方式；

    ※  可实现集中监控；

    ※  具有RS-232串口、RJ45网口维护接口；

    ※  采用TL1/ASCII协议接口；

    ※  可与基站维护平台融合；

    ※  北向接口。

    6、标准

    ※  符号全面的电磁兼容性能；

    ※  全面满足国标、ITU-T、ETSI、ANSI、BellCore、CE/AS等相关标准；

    ※  符合防反接、防误操作等工程要求