一体化卫星授时优化系统解决方案优势分析

一、引言

TD-SCDMA是要求严格同步的TDD系统，目前TD系统采用美国全球定位系统GPS进行授时同步，但GPS授时系统存在一些需要考虑的问题，如施工不灵活、拉远受限以及安全性等问题。针对这些问题，中国移动提出了基于时间同步的GPS替代方案，目前主流性的方案是基于有线网络时钟的1588v2以及我国自主研发的北斗卫星授时系统。但由于1588v2还未大规模组网测试，以及北斗干扰问题突出等一些原因，GPS替代的两种主流方案还未大规模实施。一体化卫星授时优化系统是中国移动联手大唐移动，针对TD-SCDMA传统卫星授时系统存在的问题，创新性的提出了目前切实可行的可以与其他GPS替代技术互为补充的授时方案，也给其他使用卫星授时系统行业发展起到了巨大的推动作用。

二、传统卫星授时系统

在移动通信领域的3G三大标准中，CDMA2000和TD-SCDMA均为基站同步系统，基站工作的切换、漫游等均需要精确的时间控制，否则将会带来严重的系统干扰。目前TD基站同步主要采用GPS系统实现，基于GPS安全问题等考虑后续将在卫星授时系统上采用中国自主研发的北斗卫星授时系统。传统卫星授时系统组成结构如下图所示：

图1 现网TD-SCDMA系统中GPS/北斗授时示意图

卫星天线接收GPS/北斗卫星信号，通过射频馈线将射频信号传输到Node B内的GPS/北斗接收机，GPS/北斗接收机恢复时钟，输出PPS和TOD到Node B内的锁相环，锁相环将锁定的时间信号下发到Node B内需要时间同步的各主要板卡。

但传统卫星授时系统存在一些需要考虑的问题：

（1）工程施工问题

传统GPS/北斗天线安装环境较为严格，需要安装在较开阔的位置上，且需要保证周围无较大的遮挡物（如树木、铁塔、楼房等），对天线的遮挡不应超过30 度，为避免反射波的影响，GPS 天线尽可能远离周围尺寸大于20cm 的金属物2m 以上；

另外，传统GPS/北斗同步系统采用射频电缆线进行传输，射频电缆线径较粗而且韧性很差不易弯曲，非常不利于施工建设美观以及灵活性。

（2）射频馈线拉远受限问题

传统卫星授时系统采用射频馈线传送时钟信号，射频馈线对于信号的衰减较大，导致射频馈线拉远非常有限。以北斗授时系统为例，北斗天线口信号功率一般 为-127dbm，天线增益43db，北斗接收机灵敏度-100dbm，射频线上只允许有16db（= -127+43+100）的衰减，如果采用LMR-40的信号线（22dB/100m@2.5Ghz）， 射频线只能拉远72米（=16÷22×100）的距离。如果超过72米，就需要添置线放器，为施工带来了麻烦，较难实现GPS/北斗共天馈线。而目前密集 城区高层覆盖系统以及机场地铁隧道覆盖中授时天线和基站距离较远的场景大量存在，给传统卫星授时系统安装带来很大限制。

（3）干扰问题突出

卫星天线安装环境一般比较复杂，共站址建设比较普遍，电磁干扰比 较严重，这就给施工安装提出了很高的隔离度要求。其中，以北斗授时系统干扰尤为突出，北斗工作频点为2.5GHz，与一些在用的无线系统频段非常靠近，因 此其接收性能较易受到干扰。在实际工程应用中，为了北斗信号的正常接收，北斗接收机会考虑采用窄带滤波、屏蔽和选择合适的天线安装位置等抗干扰措施，这也 给施工带来了困难，同时为北斗作为GPS替代方案增加了难度。

三、一体化卫星授时优化系统解决方案

1． 总体方案介绍

针对传统卫星授时系统存在的问题，为适应更广泛的布站场景，中国移动联合大唐移动创造性的提出了一体化卫星授时优化系统解决方案。一体化主要是指GPS/北斗光纤拉 远设计，天面部分将GPS/北斗天线与接收机一体化设计，接收机输出的PPS与TOD通过光纤拉远的方法传输给基站Node B。Node B时钟恢复模块恢复PPS和TOD，并且传送到Node B需要同步的模块。基站设计不再需要考虑接收机的类型（GPS/北斗）、型号、厂家、尺寸等一系列问题，只需要Node B和拉远接收机有相同的接口标准和时间传输机制。

图2 GPS/北斗接收机拉远授时示意图

授时优化主要是指针对共址建设中干扰的问题，对卫星授时天线的改造方案。从目前干扰测试分析可以看到，干扰基本由基站附近地面设备引起，其到达接收天线的角度与卫星信号到达接收天线的角度不同，可以综合采取频域和空域抗干扰措施。一体化卫星授时优化系统综合使用频域滤波和空域滤波的方案，频域滤波采用在天线低噪放内部加装高选择性滤波器抑制带外干扰，而空域滤波则使用改造过的卫星天线方案，一体化卫星授时优化系统采用螺旋天线为基本技术的天线。螺旋天线特点是方向性好，增益高，频带宽，尤其是频带宽这点对将来北斗和GPS共用一组天线提供了条件，各种参数容易控制（如：波束宽度、增益、阻抗、轴比），器件的一致性好，便于生产调试等。图3 为普通GPS天线与使用螺旋GPS天线的波瓣图对比，螺旋天线对带内干扰有很强的抑制作用。

图3 普通GPS天线和圈数为4螺旋天线波瓣对比图

2． 产品可靠性设计