智能雙星授時系統的研究及分析

施舒

摘 要：目前信息通信是發展最快的領域之一。各運營商建設5G網絡的進程加快，2020年前需要建成5G商用網絡。5G時代比4G網絡對于授時的精度要求更高，要保證衛星信號的高精度授時，使用傳統的窄帶單頻點GPS天線已經不能滿足要求，必須要使用高帶寬多頻點的新型衛星接收天線。且基站間的時鐘同步能夠為各基站系統提供高精度的時間和頻率同步信號，但是傳統GPS授時系統一旦出現問題就會直接影響KPI指標，導致通話質量差，導致誤碼率、丟包率增大，影響終端的計費簽權。

關鍵詞：GPS授時；北斗授時；智能雙星授時

中圖分類號：TN961 文獻標志碼：A 文章編號：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授時系統概述

GPS時鐘是基于GPS高精度定位授時模塊開發的基礎型授時應用產品。能夠按照用戶需求輸出符合規約的時間信息格式，從而完成同步授時服務。

目前，我國正在運行的數十萬臺基站均采用GPS授時來解決該問題，但現有GPS天線存在如下問題：

1.1 GPS天線布放困難

在城市基站建設中，會遇到大量的核心機房的BBU池，每一個BBU池都需要GPS天線，導致樓宇頂部布放的GPS天線過多，天線之間干擾增大，也會需要布放多條射頻饋線，面臨管道資源緊張，物業協調困難，工程實施困難等問題。

1.2 GPS饋線路由長度受限制

GPS天線和基站間的距離往往超過50米，甚至100米以上。在地鐵、隧道、大型場館的機房，GPS天線的路由通常超過300米遠。如此長的路由給設備和施工都帶來挑戰，超長路由帶來的信號衰減難題，普通GPS天線難以解決。

1.3 通信系統安全隱患

目前我們的通信系統時鐘同步均采用GSP授時，GPS由美國控制，如果關閉中國上空GPS信號，或在信號中加入干擾，通信網絡就會受到嚴重影響，甚至癱瘓。

2 北斗授時系統概述

北斗衛星是我國自主研制和建立的一種區域衛星導航定位系統，已在2012年底順利實現亞太覆蓋并正式提供服務，北斗授時提供了全網通信的安全性，保障了各種業務網的可靠運行，為我國政治、經濟、軍事戰略等均帶來重大和深遠的影響。

北斗衛星投入使用，結束了長期單一依賴國外衛星系統的歷史。北斗衛星授時系統，抗干擾能力提高約20dB，時間同步精度優于10ns。

3 智能雙星授時系統

3.1 智能雙星授時系統概述

智能雙星授時系統是一套單天線支持多設備的時鐘同步系統，通過北斗和GPS雙時鐘授時，解決GPS天線布放困難、饋線架設困擾、路由長度限制、通信系統安全隱患等難題，充分實現授時系統單天線實現多支路、高穩定、強增益、保安全！

3.2 智能雙星授時系統工作原理

智能雙星授時系統支持北斗和GPS的雙模高增益＼多頻點的衛星天線授時系統。該系統由能夠同時接收北斗B1/B2和GPS L1/L2信號的高增益衛星接收天線和室內分配單元構成。

衛星天線頻點覆蓋北斗和GPS的4個頻點，在天線處采用低通道放大電路，把天線接收的衛星信號放大，通過饋線系統下傳到室內BBU機房。在機房內通過多種分配單元最多能為64臺BBU提供衛星授時信號（將信號分成8路，連接多基站；也可下掛一路從機再分8路輸出，最多支持8*8=64個信號輸出口）。

使用該授時系統能夠給我國移動通信網絡的授時安全加一道保險。相較單獨的GPS授時系統，雙星授時系統以北斗信號為主，兼容GPS信號，這樣有無GPS信號，移動通信網絡都能正常運行。并可與環境監控設備連接，實現無人值守、遠程監控。

智能雙星授時系統包括授時天線、1+1備份主機（可選）、分配單元三類產品，以滿足多個運營商基站同步授時需求。如圖2、圖3。

3.3 智能雙星授時系統配置原則

（1）授時天線配置原則

授時天線只有一個N型輸出接口，可支持GPS或北斗雙星授時。

授時天線的配置主要根據目標設備到授時天線的拉遠距離進行選擇，且與所帶BBU設備數量有關。

（2）備份主機配置原則

1+1備份主機可選，當一個授時天線發生故障，另一個備份天線能繼續正常使用，保障BBU設備的正常工作。兩個授時天線放置的物理距離越遠越好，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8口、無源從機8口、有源主機4口和無源從機4口四種型號，型號選擇依據支持BBU設備數量進行選擇。最多支持64臺BBU。

4 智能雙星授時系統解決GPS授時難題

主/從分配單元：用于基站定位、授時系統信號分配。即一個天線可以接多路BBU，一套系統最大可支持64臺BBU，代替了多個單一天線，避免天線間的干擾，減少天線數量、GPS饋線，減少施工量。

天線高增益、支持遠距離拉遠。避免距離過長導致信號接收不穩，解決傳統方案路由長度難題，可支持360m拉遠。

支持北斗，兼容GPS，雙時鐘授時。符合國家通信安全考慮，滿足后續“北斗”轉移演進要求。特別適合地鐵、隧道、核心機房及BBU池等站點的建設，解決這些特殊場景時鐘同步困難。

5 傳統GPS授時系統的缺陷與解決方案

5.1 傳統GPS授時系統的缺陷

行業內最常見需要解決的就是衛星天線到室內BBU機房路由長，同一站點BBU數量多的問題。

現在移動、電信、聯通在建設4G網絡時，往往采用BBU池技術，在同一機房站址安裝多臺BBU，RRU采用光纖與BBU連接。在三大運營商普遍選址困難的情況下，同一機房站址的BBU數量往往超過8臺以上。在中心樞紐機房，BBU數量甚至達到60臺。在此工程實踐場景，如采用傳統的GPS天線授時方案會面臨困難。

要在工程上解決60臺BBU的時鐘同步，至少需要安裝30個衛星天線時，如此多的天線數量，不可能安裝在樓的側面，只能把衛星天線安裝到樓頂。樓頂到機房垂直距離加上路由迂回，饋線長度超過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。超長路由還帶來高的線路損耗，造成衛星信號載噪比減小，影響BBU衛星接收機搜星。

5.2 解決方案

此時，如果采用雙星授時系統，僅需要2副高增益雙模衛星天線，使用2條饋線鏈接到室內BBU機房，使用1/2饋線從衛星天線到室內機房的距離可以達到250米以上。同時采用主機與分配單元的級聯配合，可以輕松鏈接64臺BBU，很容易就解決了傳統的GPS天饋線系統的工程問題。對于BBU新建、擴容工程都具有減少施工難度，加快施工進度的積極意義。

另外，在地鐵建設的場景，移動機房往往在地下，衛星天線到機房的距離會超過500米，此時，使用7/8饋線鏈接雙星授時天線就可以解決地鐵機房內的超長路由建設難題。

6 智能雙星授時系統鏈路保護和故障告警能力

智能雙星授時系統的室內分配單元主機還具備衛星天線鏈路1+1熱備份保護能力，在重要及BBU數量過多的站點提供實時衛星信號鏈路保護，在檢測到電源故障，衛星信號故障時能夠自動切換衛星通道以保證衛星授時系統穩定工作。同時發送故結點實時告警，通知維護部門及時排除衛星信號系統鏈路故障。

智能雙星授時系統一次建設，一次投入，能夠一勞永逸的解決移動通信網絡對于高精度授時的衛星信號需求。

7 結束語

相較于傳統GPS天饋單元，智能雙星系統更強調系統體系化，不僅僅是天線設備，而是天線+分配單元組合，把授時系統的建設體系化，能夠快速、靈活地解決移動網絡授時、導航、定位系統建設中遇到的問題。一個站點安裝智能雙星授時系統，該站點就可以為所有需要精確授時、導航、定位等位置服務提供支持。

參考文獻

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