施舒

摘 要：目前信息通信是发展最快的领域之一。各运营商建设5G网络的进程加快，2020年前需要建成5G商用网络。5G时代比4G网络对于授时的精度要求更高，要保证卫星信号的高精度授时，使用传统的窄带单频点GPS天线已经不能满足要求，必须要使用高带宽多频点的新型卫星接收天线。且基站间的时钟同步能够为各基站系统提供高精度的时间和频率同步信号，但是传统GPS授时系统一旦出现问题就会直接影响KPI指标，导致通话质量差，导致误码率、丢包率增大，影响终端的计费签权。

关键词：GPS授时；北斗授时；智能双星授时

中图分类号：TN961 文献标志码：A 文章编号：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授時系统概述

GPS时钟是基于GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。

目前，我国正在运行的数十万台基站均采用GPS授时来解决该问题，但现有GPS天线存在如下问题：

1.1 GPS天线布放困难

在城市基站建设中，会遇到大量的核心机房的BBU池，每一个BBU池都需要GPS天线，导致楼宇顶部布放的GPS天线过多，天线之间干扰增大，也会需要布放多条射频馈线，面临管道资源紧张，物业协调困难，工程实施困难等问题。

1.2 GPS馈线路由长度受限制

GPS天线和基站间的距离往往超过50米，甚至100米以上。在地铁、隧道、大型场馆的机房，GPS天线的路由通常超过300米远。如此长的路由给设备和施工都带来挑战，超长路由带来的信号衰减难题，普通GPS天线难以解决。

1.3 通信系统安全隐患

目前我们的通信系统时钟同步均采用GSP授时，GPS由美国控制，如果关闭中国上空GPS信号，或在信号中加入干扰，通信网络就会受到严重影响，甚至瘫痪。

2 北斗授时系统概述

北斗卫星是我国自主研制和建立的一种区域卫星导航定位系统，已在2012年底顺利实现亚太覆盖并正式提供服务，北斗授时提供了全网通信的安全性，保障了各种业务网的可靠运行，为我国政治、经济、军事战略等均带来重大和深远的影响。

北斗卫星投入使用，结束了长期单一依赖国外卫星系统的历史。北斗卫星授时系统，抗干扰能力提高约20dB，时间同步精度优于10ns。

3 智能双星授时系统

3.1 智能双星授时系统概述

智能双星授时系统是一套单天线支持多设备的时钟同步系统，通过北斗和GPS双时钟授时，解决GPS天线布放困难、馈线架设困扰、路由长度限制、通信系统安全隐患等难题，充分实现授时系统单天线实现多支路、高稳定、强增益、保安全！

3.2 智能双星授时系统工作原理

智能双星授时系统支持北斗和GPS的双模高增益＼多频点的卫星天线授时系统。该系统由能够同时接收北斗B1/B2和GPS L1/L2信号的高增益卫星接收天线和室内分配单元构成。

卫星天线频点覆盖北斗和GPS的4个频点，在天线处采用低通道放大电路，把天线接收的卫星信号放大，通过馈线系统下传到室内BBU机房。在机房内通过多种分配单元最多能为64台BBU提供卫星授时信号（将信号分成8路，连接多基站；也可下挂一路从机再分8路输出，最多支持8*8=64个信号输出口）。

使用该授时系统能够给我国移动通信网络的授时安全加一道保险。相较单独的GPS授时系统，双星授时系统以北斗信号为主，兼容GPS信号，这样有无GPS信号，移动通信网络都能正常运行。并可与环境监控设备连接，实现无人值守、远程监控。

智能双星授时系统包括授时天线、1+1备份主机（可选）、分配单元三类产品，以满足多个运营商基站同步授时需求。如图2、图3。

3.3 智能双星授时系统配置原则

（1）授时天线配置原则

授时天线只有一个N型输出接口，可支持GPS或北斗双星授时。

授时天线的配置主要根据目标设备到授时天线的拉远距离进行选择，且与所带BBU设备数量有关。

（2）备份主机配置原则

1+1备份主机可选，当一个授时天线发生故障，另一个备份天线能继续正常使用，保障BBU设备的正常工作。两个授时天线放置的物理距离越远越好，建议至少>2米，这样能存在更好的备份功能，避免相互干扰，增大搜星概率。

（3）分配单元配置原则

分配单元分为有源主机8口、无源从机8口、有源主机4口和无源从机4口四种型号，型号选择依据支持BBU设备数量进行选择。最多支持64台BBU。

4 智能双星授时系统解决GPS授时难题

主/从分配单元：用于基站定位、授时系统信号分配。即一个天线可以接多路BBU，一套系统最大可支持64台BBU，代替了多个单一天线，避免天线间的干扰，减少天线数量、GPS馈线，减少施工量。

天线高增益、支持远距离拉远。避免距离过长导致信号接收不稳，解决传统方案路由长度难题，可支持360m拉远。

支持北斗，兼容GPS，双时钟授时。符合国家通信安全考虑，满足后续“北斗”转移演进要求。特别适合地铁、隧道、核心机房及BBU池等站點的建设，解决这些特殊场景时钟同步困难。

5 传统GPS授时系统的缺陷与解决方案

5.1 传统GPS授时系统的缺陷

行业内最常见需要解决的就是卫星天线到室内BBU机房路由长，同一站点BBU数量多的问题。

现在移动、电信、联通在建设4G网络时，往往采用BBU池技术，在同一机房站址安装多台BBU，RRU采用光纤与BBU连接。在三大运营商普遍选址困难的情况下，同一机房站址的BBU数量往往超过8台以上。在中心枢纽机房，BBU数量甚至达到60台。在此工程实践场景，如采用传统的GPS天线授时方案会面临困难。

要在工程上解决60台BBU的时钟同步，至少需要安装30个卫星天线时，如此多的天线数量，不可能安装在楼的侧面，只能把卫星天线安装到楼顶。楼顶到机房垂直距离加上路由迂回，馈线长度超过100米，在使用1/2馈线情况下，30多根馈线的路由布放就是很难完成的工程难题。超长路由还带来高的线路损耗，造成卫星信号载噪比减小，影响BBU卫星接收机搜星。

5.2 解决方案

此时，如果采用双星授时系统，仅需要2副高增益双模卫星天线，使用2条馈线链接到室内BBU机房，使用1/2馈线从卫星天线到室内机房的距离可以达到250米以上。同时采用主机与分配单元的级联配合，可以轻松链接64台BBU，很容易就解决了传统的GPS天馈线系统的工程问题。对于BBU新建、扩容工程都具有减少施工难度，加快施工进度的积极意义。

另外，在地铁建设的场景，移动机房往往在地下，卫星天线到机房的距离会超过500米，此时，使用7/8馈线链接双星授时天线就可以解决地铁机房内的超长路由建设难题。

6 智能双星授时系统链路保护和故障告警能力

智能双星授时系统的室内分配单元主机还具备卫星天线链路1+1热备份保护能力，在重要及BBU数量过多的站点提供实时卫星信号链路保护，在检测到电源故障，卫星信号故障时能够自动切换卫星通道以保证卫星授时系统稳定工作。同时发送故结点实时告警，通知维护部门及时排除卫星信号系统链路故障。

智能双星授时系统一次建设，一次投入，能够一劳永逸的解决移动通信网络对于高精度授时的卫星信号需求。

7 结束语

相较于传统GPS天馈单元，智能双星系统更强调系统体系化，不仅仅是天线设备，而是天线+分配单元组合，把授时系统的建设体系化，能够快速、灵活地解决移动网络授时、导航、定位系统建设中遇到的问题。一个站点安装智能双星授时系统，该站点就可以为所有需要精确授时、导航、定位等位置服务提供支持。

参考文献

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[4]陈爱军.深入浅出通信原理[M].清华大学出版社，2017.

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