淺談GPS+北斗雙時鐘系統在5G基站上的應用

汪琰

（中國移動通信集團湖北有限公司武漢分公司，湖北武漢，430023）

1 GPS應用背景與原理

1.1 時間同步

時間信號是帶有年月日時分秒時間信息的時鐘信號。目前業界使用的時間信息是UTC（Universal Time Coordinated）時間信息，UTC時間是世界標準時間。時間同步又稱時刻同步，是指絕對時間的同步。全網時間同步是指全網設備時間息和UTC時間同步，即時間信號和UTC時間的起始時刻保持一致。如圖1所示，信號A和B是時間同步，信號C、D與A不是時間同步。

圖1 全網時間同步示意圖

1.2 GPS同步

GPS（Global Positioning System）是美國提供的全球定位衛星系統，該系統可以在全球范圍內全天候為地面目標提供精確定位、導航和授時服務。GPS作為一個高精度時鐘源，精度可以達到微秒級，可以支持基站實現頻率同步和時間同步。當同步源為GPS時，基站通過帶衛星星卡的單板與外接的GPS天饋系統相連，從衛星同步系統中獲取同步信號。GPS天饋系統在1575.42MHz接收GPS信號，并將信號發送到GPS星卡。gNodeB正常情況下要求至少同時追蹤到3-4個衛星。GPS星卡對信號進行處理后，將其發送到主時鐘模塊。GPS時鐘可提供時間同步和頻率同步。GPS同步組網方案如圖2所示。

圖2 GPS同步組網方案圖

1.3 北斗同步

北 斗（BeiDou Navigation Satellite System，BDS），是中國自行研制的全球衛星導航系統。是繼美國全球定位系統（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統（GLONASS）之后第三個成熟的衛星導航系統，實現原理和功能與GPS類似。當同步源為北斗時，gNodeB通過支持北斗功能的單板與北斗天饋系統相連，從同步衛星系統中獲取同步信號實現gNodeB同步功能。北斗天饋系統接收北斗信號，并將信號發送到北斗星卡進行處理，最終發送到主控板的主時鐘模塊應用。gNodeB正常情況下可同時追蹤3到4顆衛星。北斗時鐘可提供時間同步和頻率同步。北斗同步組網方案如圖3所示。

圖3 北斗同步組網方案圖

2 基于5G基站的GPS+北斗雙時鐘方案

2.1 技術描述

基站支持雙時鐘用于防止當出現一個時鐘異常時（如收到干擾），系統能夠很快地倒換實現另外一個時鐘同步功能，并且不影響小區間的切換且時鐘倒換期間業務不中斷，保持良好的移動用戶的業務體驗。本方案的目的主要是驗證基站在北斗與GPS衛星同步雙時鐘系統下，觸發時鐘異常時（如觸發GPS異常）基站是否成功地倒換為另一個時鐘（如北斗時鐘），在時鐘倒換期間查看基站S1鏈路，小區狀態，用戶上下行數傳業務及用戶移動性等功能是否正常。

2.2 雙時鐘配置

GPS與北斗系統時鐘原理完全相同，主要差別在于支持的頻段及硬件模式不同。因此，如果系統配置GPS+北斗雙時鐘時，如果存在其中一個系統受到影響無法工作時，將自動選用另外一個系統作為主用系統并生效時鐘，保證業務正常無損。

北斗時鐘與GPS時鐘的差異僅體現在配置和硬件方面：在配置方面，北斗時鐘源需要把參數工作模式配置為北斗模式；在硬件方面，北斗同步特性的開通需要支持北斗功能的單板。

2.3 硬件說明

基于5G基站的GPS+北斗雙時鐘方案，主要應用的硬件如下：（1）星卡：現網gnodeb使用UMPTe3和UMPTg3主控板，支持GPS&北斗雙模星卡。（2）GPS天線:GPS天線同時支持GPS和北斗頻段。

2.4 驗證場景

雙模星卡工作模式有：北斗衛星導航系統主用、全球定位系統主用，處于北斗衛星導航系統主用時，處理北斗衛星導航系統衛星信號；處于全球定位系統主用時，處理全球定位系統衛星信號。聯合搜星：均衡判斷兩種系統模式，且以一種系統為主。

表1 雙模星卡工作模式驗證

3 雙時鐘部署實施

在5G基站上部署GPS和北斗雙時鐘，GPS與北斗均生效場景，查詢北斗與GPS分別的搜星數量，均滿足要求。當其中一個系統異常時，搜星個數為0，另外系統正常，GPS工作狀態依然正常。

圖4 雙時鐘部署效果檢查截圖

4 結束語

GPS與北斗系統時鐘原理完全相同，主要差別在于支持的頻段及硬件模式不同。因此，如果系統配置GPS+北斗雙時鐘時，如果存在其中一個系統受到影響無法工作時，將自動選用另外一個系統作為主用系統并生效時鐘，保證業務正常無損。后期，將從兩個方面開展工作。一方面，對當前的方案做進一步的深入研究與方案論證，從功能、性能、實用性等多個維度進行優化與完善。另一方面，選擇一定的應用場景，在某的企業或某個地區進行試點應用，力爭促進現有成果的價值最大化。