解讀TD基站時間同步

TD-SCDMA基站的時間同步解決方案采用了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的“北斗衛(wèi)星”和分組網(wǎng)時間傳遞的方案來替代基站加裝GPS，取得了較大進(jìn)展。

在TD-SCDMA(以下簡稱“TD”)網(wǎng)絡(luò)中，由于基站的空口需要高精度的時間同步，因此面對這種需求可以有兩種時鐘傳遞方式來解決，其主要差異在于來自GPS/北斗等衛(wèi)星同步系統(tǒng)的時鐘源在地面網(wǎng)絡(luò)中的注入位置。一是衛(wèi)星時鐘源直接注入基站，現(xiàn)網(wǎng)主要這種應(yīng)用方式；另一種是衛(wèi)星時鐘源先注入到一種可提供同步分配的網(wǎng)元中，這種設(shè)備可以直接是傳送網(wǎng)網(wǎng)元，也可以是具備時間接口的BITS設(shè)備或其他時間服務(wù)器設(shè)備，首先由該設(shè)備進(jìn)行接收和分配處理，然后由分組網(wǎng)將時間分發(fā)到各基站。

通過衛(wèi)星授時的時間同步

目前在通信領(lǐng)域中，對于高精度時間同步需求主要來自CDMA基站和TD基站，現(xiàn)有的解決方法就是配置GPS，即在每個基站設(shè)備上都配置了GPS。但是通過在每個基站加裝GPS模塊來解決基站時間同步問題，存在安全性問題。GPS系統(tǒng)由美國軍方開發(fā)和控制，可進(jìn)行局部性能劣化設(shè)置和限制使用，因此在戰(zhàn)爭等特殊情況下對TD整網(wǎng)運(yùn)行帶來安全隱患。針對GPS的安全性問題，目前有兩種替代GPS提供高精度時間同步的方式：采用我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星授時系統(tǒng)，或者通過地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)提供高精度時間傳遞，以保障CDMA網(wǎng)絡(luò)和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。

我國自行開發(fā)的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)具有三大功能：快速定位、雙向數(shù)據(jù)通信、精密授時，而授時功能是定位、通信功能的技術(shù)基礎(chǔ)，是北斗系統(tǒng)的基礎(chǔ)。北斗授時功能具有安全、準(zhǔn)確、全天候和通用性的特點(diǎn)，適用于我國具有授時需求的各個方面。

北斗完全可作為TD系統(tǒng)的一種授時方式，從時間穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定度都滿足TD系統(tǒng)的授時指標(biāo)要求；TD組網(wǎng)中，使用北斗授時的基站和使用GPS授時的基站可以共存，并可以保證業(yè)務(wù)的正常開展。

當(dāng)前限制北斗應(yīng)用的主要原因是相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈還不是很成熟，未來可以批量提供符合TD系統(tǒng)要求的模塊。目前，中興通訊、大唐移動、鼎橋、普天的TD-SCDMA設(shè)備都已經(jīng)具備采用北斗系統(tǒng)授時的能力。

針對已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)的CDMA基站和TD-SCDMA基站中使用的GPS接收機(jī)的情況，如何來實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星對GPS的替代也是目前的一個研究熱點(diǎn)。目前北斗接收機(jī)和基站可采用以下兩種對接方式：一種是直接在基站內(nèi)部將GPS接收模塊用北斗衛(wèi)星接收模塊替代，這就需要推動設(shè)備提供商直接在其新提供的設(shè)備中支持北斗授時功能及模塊，當(dāng)需要替換時只需要更換GPS子卡同步模塊即可。也可以將GPS接收和北斗接收在同一塊單板上實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)GPS和北斗雙模接收模式。例如可以設(shè)置在正常情況下工作于GPS，當(dāng)GPS異常后自動切換到北斗，以達(dá)到在非常時期的備份目的，同時擺脫了GPS的制約。

對于已經(jīng)使用的只支持GPS授時的老基站，還有一種相對較簡單的射頻模塊替代方法，就是通過模擬GPS系統(tǒng)的射頻接口，只將天線和射頻線纜進(jìn)行替換，對于這種射頻模擬替換方式，對接不存在問題，但基站內(nèi)的GPS芯片及算法仍在運(yùn)作，因此這種北斗系統(tǒng)定時性能+GPS算法的模式很有可能還存在安全隱患。對于這種射頻模塊替代需要規(guī)范射頻部分的規(guī)格、尺寸、接口、協(xié)議、天線、饋線等各方面。

另外一種北斗替代GPS的方案就是首先要推動基站支持1PPS+TOD的標(biāo)準(zhǔn)外時間同步接口，然后可以通過外置的北斗接收機(jī)的1PPS+TOD時間輸出接口來給基站設(shè)備提供授時功能。

通過分組網(wǎng)傳遞時間

如果有線網(wǎng)絡(luò)特別是肩負(fù)2G、3G無線通信系統(tǒng)的承載職能的傳輸網(wǎng)絡(luò)可以提供時間同步傳遞功能，則可以從根本上解決在基站中配置衛(wèi)星接收機(jī)、在機(jī)房架設(shè)衛(wèi)星接收天線在工程安裝方面的難度，具體解決思路是在有線網(wǎng)絡(luò)如分組網(wǎng)或SDH網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)時間同步傳遞功能，同時在網(wǎng)絡(luò)的某個節(jié)點(diǎn)處注入時間同步信息，其他站點(diǎn)跟蹤該同步源，基站從相鄰的傳輸網(wǎng)元提取同步信息，從而達(dá)到所有基站之間的時間同步。

首先在分組網(wǎng)絡(luò)上游某節(jié)點(diǎn)注入時間源，然后通過PTP協(xié)議在分組網(wǎng)絡(luò)上傳遞時間信息到所有分組網(wǎng)絡(luò)的邊緣站點(diǎn)，基站從與之相連的分組網(wǎng)設(shè)備上接收時間同步信息，達(dá)到空口之間的同步目的。這時分組網(wǎng)絡(luò)提供的時間同步接口主要有帶外接口和帶內(nèi)接口兩種模式。

帶內(nèi)接口：支持PTP同步的以太網(wǎng)接口，包括百兆和千兆以太網(wǎng)，這種模式可傳較遠(yuǎn)的距離，但基站需要運(yùn)行PTP協(xié)議，需要對基站接口進(jìn)行改造。

帶外接口：支持TOD+1PPS的RJ45接口，這種接口對基站設(shè)備沒要求，不需基站運(yùn)行PTP協(xié)議，但只適合近距離傳輸，需人工補(bǔ)償固定延時。

這時就要在分組網(wǎng)絡(luò)中使用IEEE1588v2技術(shù)，通過IEEE1588V2協(xié)議報(bào)文實(shí)現(xiàn)時間同步。1588v2的核心思想是采用主從時鐘方式，對時間信息進(jìn)行編碼，利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性和延時測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主從時鐘的同步，PTP的關(guān)鍵在于延時測量。IEEE1588V2的優(yōu)點(diǎn)主要有支持時間和頻率同步；同步精度高，可達(dá)亞微秒級；網(wǎng)絡(luò)PDV影響可通過逐級的恢復(fù)方式解決；是統(tǒng)一的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。其缺點(diǎn)有不支持非對稱網(wǎng)絡(luò)，且需要硬件支持IEEE1588V2協(xié)議和工作原理。