GSM－R系統中傳輸時鐘的測試研究

翟旺勛

鄭西高鐵在運營過程中，出現部分基站顯示工作正常但業務中斷，進行基站復位操作后故障消失的現象。為了查找原因，對基站的物理性能，特別是輸出信號的調制精度和穩定度，以及接收部分進行測試，都滿足指標要求。由于GSM－R采用的傳輸系統基本為SDH系統，而SDH系統傳輸的時鐘性能是否滿足GSM－R的需求，一直存在爭議。為此結合現場情況，對SDH系統傳輸后的時鐘性能進行了測試分析，以確定是否因時鐘惡化導致GSM－R基站故障。

1 時鐘性能

由于故障站點存在的不規律性和不確定性，因此，測試主要針對出現故障延時較長的幾個站點。為了全面衡量傳輸時鐘的影響，選擇基站電路環的環頭、環尾和環中3個典型站點進行了測試。

時鐘性能測試分為設備測試和網絡測試，本次測試針對故障進行，實際上是網絡測試。網絡測試一般在網絡的同步輸出口或者業務口上進行。為了準確判斷故障原因，直接在業務口進行測試。

網絡性能的測試指標主要包括抖動輸入容限、漂動輸入容限、網絡抖動、網絡漂移累積和滑動等。由于工程驗收階段已經進行比較全面的網絡測試，時鐘同步性能指標可以通過頻率精準度和噪聲來衡量，頻率精準度一般體現為頻偏；噪聲分為漂移和抖動2種，以10Hz為邊界，大于10Hz的噪聲稱為抖動，小于10Hz的噪聲稱為漂移。對于時鐘同步，抖動影響不大，漂移的影響很大，所以只測試漂移。測試項目包括最大瞬時頻偏、最大時間間隔誤差 （MTIE）、時間偏差 （TDEV）3個指標。

GSM－R基站采用環狀組網保護鏈路，當傳輸電路出現故障時，能夠確保業務穩定，最簡單的電路環構成如圖1所示。

GSM－R基站電路環，采用的是SDH 的2Mb/s端口，其業務速率為2.048Mb/s。本次測試是在業務不中斷時直接在業務端口上進行。

2 測試步驟

圖1 GSM－R基站電路環構成圖

由于GSM－R系統中，傳輸設備采用逐級傳遞時鐘的方式，骨干層接入時鐘系統，因此測試點主要關注傳輸系統時鐘傳遞的最末端。測試采用標準GPS時鐘與被測試時鐘進行對比，測試2Mb/s通道中的時鐘是否符合GSM時鐘要求 （準確度滿足16ppb），以及是否滿足基站設備對同步時鐘的要求 （詳見G.823標準）。測試設備連接方式如圖2所示。

圖2 測試設備連接方式

測試主要采用時鐘分析儀，對傳輸系統與基站設備之間的2Mb/s傳輸鏈路進行了時鐘性能測試。測試步驟如下。

1.確定現場BTS設備的上、下行2Mb/s端口，并確定2Mb/s的收發，主要測試2Mb/s端口傳輸設備的發射端口。

2.連接測試儀表。時鐘分析儀可以同時測試2路2Mb/s信號，上、下行端口可以同時進行。

3.啟動時鐘分析儀。由于測試重點是時鐘精度，對于測試設備要求較高，故時鐘分析儀采用內置銣鐘和GPS方式，在開始測試前，應對儀表進行預熱和GPS的鎖定。

4.啟動被測設備并預熱。由于網絡設備已經運營，采用監測方式不中斷業務，因此可直接進行測試。

5.啟動測試。受到現場條件的限制，本次測試時長24h。

3 測試結果

測試主要針對基站的上、下行2個方向的電路進行，由于環頭、環尾和環中的測試基本一致，因此只比較典型的環頭站點的測試結果。

1.基站傳輸鏈路的瞬時頻偏測試結果如圖3所示。

圖3 基站鏈路瞬時頻偏圖

2.基站傳輸鏈路的MTIE測試結果如圖4所示。

圖4 基站鏈路MTIE圖

3.基站傳輸鏈路的TDEV測試結果如圖5所示。從測試結果來看，所測瞬時頻偏不大于6ppb，MTIE和TDEV模板全部符合要求。

圖5 基站上行鏈路TDEV圖

由于測試時間的限制，本次測試數據雖然不能給出絕對確定的結論，但是可以根據測試數據對時鐘同步性能做出初步的分析。可根據實際需要延長測試時間，對單一站點測試完整TDEV模板需要的時間335h，如果條件允許還可以進行長時間的掛表測試。

時鐘同步是通信網的重要要求，時鐘同步性能不達標，會影響基站之間的信號切換和業務通信，會出現掉話、超時等故障。頻偏是指測量的頻率與標準頻率之間的偏差，其指標是ppb （part per billion），數值越小，說明頻率精準度越好。GSM網絡要求在空口的時鐘同步性能優于50ppb；對線路口 （E1）一般要求滿足16ppb。本測試瞬時頻偏不大于6ppb，滿足使用要求，也說明SDH網絡時鐘能夠滿足GSM基站同步要求。

MTIE和TDEV是衡量時鐘漂移的重要指標。MTIE是針對時間的緩變或漂移而定義的，可衡量時鐘信號長期穩定性。TDEV是一個統計參數，作為集成時間的函數，可對一個信號的預期時間變化進行測量，并提供有關信號相位 （時間）噪聲頻譜分量的信息。MTIE圖中每點的標準偏差是根據一個觀測時間間隔窗口計算的，觀測時間間隔窗口滑過整個測量時間，每次滑動中計算窗口內最大的時間偏差，并在整個測量時間內進行平均，得到特定間隔的TDEV值。因此，TDEV是對短期穩定性的一種衡量，可用以評估時鐘振蕩器性能。G.823標準中，對MTIE和TDEV都有相關的模板，時鐘信號測試結果都應該符合這2個模板的要求。

從測試結果看，測試時長雖然沒有達到完整的TDEV模板需要的時間，但符合模板要求，而且時鐘的瞬時頻偏也不大于6ppb，遠小于指標要求的16ppb，因此判斷基站故障并非是傳輸系統的時鐘造成的，而且時鐘信號經SDH傳輸后仍能滿足GSM－R的需求。為了更加準確的分析故障原因，在網絡條件允許的情況下，建議進行長時間的監測，直至故障再次發生，以檢查故障發生時網絡的時鐘性能，來確定故障是否是網絡時鐘性能惡化所致。

［1］ TU－T G.823.The control of jitter and wander within digital networks which are based on the 2048kbit/s hierarchy 03/2000

［2］ 程根蘭.數字同步網［M］.北京：人民郵電出版社，2001.