GSM無線網絡基站時鐘問題解決方案

孫健時鍇秦康

(1.中國聯通青島市分公司網絡優化中心，山東 青島 266071；2.中國聯通青島市分公司網絡維護中心，山東 青島 266071)

1 概述

隨著GSM網絡的不斷發展，基站時鐘故障，出現的頻次越來越多。在實際運行中，因傳輸時鐘狀態改變引發的時鐘參考源異常故障一直是影響用戶感受的重要原因之一。基于現有的組網模式，對GSM網絡進行了大量理論分析與數據測試，特制定出GSM網絡華為BTS設備時鐘參考源異常的解決方案，針對不同情況制定不同的解決方案，最終實現了時鐘故障的成功解決。

2 工作原理

2.1 E1線路時鐘的傳輸原理

E1線路中傳輸的數據碼流有如下幾種制式：HDB3、AMI、B8ZS與AMI ZCS，華為設備使用的是業界通用的HDB3。

HDB3制式的數據碼流包含了2MHz時鐘信息，當設備從E1線上接收數據時，可以提取出2M時鐘，在向外發送信息時，設備也可將自身的2M時鐘信號按照HDB3的格式編輯到碼流中。

具體過程如下圖所示。

圖中的RCLK就是從E1線路中恢復出來的2M時鐘，SCLK就是發送E1數據時需要編碼的2M時鐘。

如果SCLK和RCLK相等或偏差很小，就可以認為此設備對時鐘傳輸沒有影響，下級收到的時鐘就是從源頭提供的時鐘。否則發送到下級的時鐘就不是從源頭傳過來的時鐘，而是這個E1設備使用的SCLK。

2.2 基站時鐘狀態的含義

1、自由振蕩：不對基站的晶振進行調節，主要應用于上電復位后晶振的預熱，或開局時鐘調節。

2、快捕：在外同步時鐘源正常的情況下，基站會根據參考時鐘對本地晶振進行較大步長的調節，以使基站盡快進入慢捕范圍。在快捕模式下，對頻率差值采用差多少補償多少的方式進行一步補償。

3、慢捕：外同步時鐘源正常的前提下，且參考時鐘與基站晶振的中心頻率差值在± 0.4Hz以內，基站以較小調節步長對本地晶振進行調節，以便穩定地進入鎖定狀態。經過快捕的差多少調多少調節后，實際頻差已很小，仍然采用差多少調多少的方式進行。

4、鎖定：外同步時鐘源正常的前提下，且參考時鐘與基站晶振的中心頻率差值在± 0.2Hz以內，系統進入鎖定模式。在此狀態下，基站基本不對晶振進行調節，可保證本地晶振與上級時鐘參考源的同步誤差小于±0.02ppm，遠高于3GPP中要求的±0.05ppm。

5、保持：若在鎖定時參考時鐘發生故障，如丟失或偏差過大等情況，基站進入保持模式。該模式下，基站以保持前的頻率繼續工作，直到參考時鐘恢復正常再次進入捕捉狀態。在此模式下，如果參考源在幾天內恢復正常，則基站進入快捕狀態進行微調，盡量避免出現頻率突變。

2.3 GSM基站時鐘的鎖定時長

基站時鐘的失鎖是有一定時間的，基站時鐘從鎖定到失鎖的時間要根據傳輸線路情況而定。

基站時鐘進入鎖定后，如果從E1線路中提取的時鐘與基站自身產生的13MHz時鐘之間的偏差大于0.3Hz，則被基站判定為一個異常值，進行累積計數。計數采用加一減二的方式進行：當出現一個異常值時，計數器加一，當出現一個偏差小于0.3Hz的正常值時，計數器減二。當累積計數器的值達到100時，時鐘狀態會由鎖定立刻轉入捕捉。

以下幾種情況將導致基站時鐘狀態變為自由震蕩：

1、基站主控板的的MCK單元每260秒采集一次線路時鐘，采集8次取一次平均數據，若8次的中的最大最小值相差大于5Hz，則記為無效數據。鎖定狀態下，產生10次無效數據后，進入自由振蕩狀態。

2、E1芯片從傳輸線路提取時鐘信號，若在0.2ms內未提取到時鐘信號，則認為參考源丟失，并在3.6秒后進入自由振蕩狀態。

3、若基站時鐘設置為存在跟蹤范圍限制，則當傳輸線提取的時鐘與基站自身產生的時鐘相差超過2Hz時，立即進入自由振蕩狀態。

3 解決方案

3.1 傳輸問題處理方法

根據GSM無線接入網的結構特點，BSC與BTS的傳輸一般經歷如下環節：

BSC接口板（GOIUB/GEIUB）-DDF（BSC機房）-傳輸網-DDF（基站機房）-基站設備主控板。

可以按照以下思路排查傳輸問題：

（1）在基站機房的DDF架上進行雙端環回，判斷BTS與BSC的狀態是否正常。

（2）在BSC機房的DDF架上進行雙端環回，判斷BSC與BTS狀態是否正常。

（3）在基站機房與BSC機房的DDF架上進行對向環回，并使用誤碼測試儀等工具判斷中間的傳輸網狀態是否正常。

（4）是否存在傳輸光端機故障。

3.2 BTS主控板故障處理方法

基站運行所需的時鐘由主控板的MCK模塊從E1線路中提取，MCK模塊中的分頻器將輸入的時鐘分頻為8KHz的信號，該信號作為參考時鐘基準信號，形成一個閉環時鐘系統，為基站提供高性能的13MHz基準時鐘。

由于BTS主控板提取時鐘的MCK模塊為主備配置，在主MCK模塊故障情況下能實現MCK模塊自動倒換。

當BTS主控板的MCK模塊發生故障時，會上報相應的硬件故障告警，此時可通過更換故障硬件解決。

3.3 設置時鐘校準值處理方法

由于傳輸時鐘狀態的輕微變化即可引起基站無法正確調整校準值，從而導致時鐘參考源異常，此時可通過調整校準值的方法進行處理，設置校準值時，可在原值基礎上增加400，觀察在1分鐘內時鐘是否進入捕捉狀態，如果時鐘進入捕捉狀態，那么等待20分鐘左右，基站時鐘就會進入鎖定狀態。否則，將校準值再增加400，繼續觀察1分鐘內時鐘是否進入捕捉狀態，如果時鐘進入捕捉狀態，那么等待20分鐘左右，基站時鐘就會進入鎖定狀態。如此反復設置調節，但校準值最大不能超過4095。

如果增加校準值的方法無效，可嘗試減少校準值。在原值基礎上減少400，觀察在1分鐘內時鐘是否進入捕捉狀態，如果時鐘進入捕捉狀態，那么等待20分鐘左右，基站時鐘就會進入鎖定狀態。否則，將校準值再減少400，繼續觀察1分鐘內時鐘是否進入捕捉狀態，如果時鐘進入捕捉狀態，那么等待20分鐘左右，基站時鐘就會進入鎖定狀態，如此反復設置調節。

當基站時鐘狀態鎖定后，為保證即使單板復位，使用的仍然是修改的校準值值，需要將校準值保存到主控板的flash中，在輸入正確的校準值后，點擊"設置"即可將其保存到flash中。需注意，調整校準值后，一般不會立即進入鎖定狀態，需要觀察2小時以上。

結論

通過對GSM網絡中存在時鐘參考源異常告警的基站，實施了以上的一系列處理方法，成功的消除了GSM網絡中的時鐘參考源異常故障，保證了業務切換質量，提升了用戶感受。

[1]劉洪.《實現基站間時間同步的方法和系統及通信終端》華為技術有限公司[Z].

[2]許炳.《實現基站時鐘同步的方法及裝置》華為技術有限公司[Z].

[3]張華清.通信網時鐘同步方案[J].北京廣播學院學報，1999(02).

[4]范偉.《Abis over IP基站互聯系統架構與時鐘同步算法研究》[Z].華中科技大學.

[5]韋澤訓，施剛，文英.移動通信基站SDH組網的同步問題分析 [J].通信與信息技術,2004 (04).