移動通信基站局點引入衛(wèi)星同步信號的方案分析

［馮薇薇］

移動通信基站局點引入衛(wèi)星同步信號的方案分析

［馮薇薇］

分析了移動通信基站局點引入衛(wèi)星同步信號的方案，具體包括引入衛(wèi)星同步信號的必要性、可行性、技術方案等，并擴展分析了基站局點引入衛(wèi)星信號的創(chuàng)新思路和意義。

TDD LTE CDMA 衛(wèi)星導航系統(tǒng) 室內分布 授時天線 發(fā)射天線 合路器

馮薇薇

中國電信股份有限公司廣東研究院工程師，長期從事移動通信領域技術研究，重點研究移動核心網(wǎng)相關技術。

1 移動通信基站局點引入衛(wèi)星同步信號的必要性

移動通信技術的發(fā)展離不開同步技術的支持，移動通信系統(tǒng)正常工作的前提是同步系統(tǒng)正常，同步質量的好壞對移動通信系統(tǒng)的性能指標起作至關重要的作用。3GPP25.402定義了同步要求，其中對采用時分雙工（TDD）的系統(tǒng)特別要求嚴格基站間時間同步，采用頻分雙工（FDD）的系統(tǒng)需要頻率同步?！?】TD-SCDMA，WiMAX，TDD LTE三種制式都采用TDD方式，為了避免收發(fā)干擾，基站必須嚴格時間同步；CDMA制式雖然采用FDD方式，但CDMA的長碼短碼都是m序列，不同的m序列通過不同的相位來區(qū)別，所以各基站必須嚴格實現(xiàn)時間同步。【5】

目前，有高精度時間同步需求的移動通信系統(tǒng)主要利用衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)的授時功能實現(xiàn)同步。目前全球主要有6大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，分別為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)、Galileo衛(wèi)星導航系統(tǒng)、日本準天頂衛(wèi)星導航系統(tǒng)、印度區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)等。在移動通信相關工作開展過程中，有可能只需要GPS系統(tǒng)提供的授時信號，也有可能同時需要GPS系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、GLONASS等系統(tǒng)提供的信號?！?】

移動通信基站局點需要引入衛(wèi)星同步信號，只有在基站局點能夠接收到良好的衛(wèi)星信號時，相關工作才能正常開展。但是，傳統(tǒng)衛(wèi)星天線對安裝環(huán)境要求嚴格，需要安裝在較開闊的位置，需要保證周圍無較大的遮擋物，對天線的遮擋不應超過30 度，為避免反射波的影響，天線需盡可能遠離周圍尺寸大于20 cm 的金屬物2 m 以上，這些原因導致處于室內的基站局點難以接收衛(wèi)星信號；同時，傳統(tǒng)衛(wèi)星同步系統(tǒng)采用射頻電纜線進行信號傳輸，射頻電纜線徑較粗且韌性很差、不易彎曲，如果為每個基站布設線纜，將導致施工成本高、資源耗費大，同時導致工作開展不靈活、工作環(huán)境不美觀?！?】

為了解決上述問題，實現(xiàn)處于室內的移動通信基站局點能夠接收到良好的衛(wèi)星同步信號，需要尋求可行的方法，為移動通信基站局點科學、合理地引入衛(wèi)星信號，以滿足工作開展過程中能夠隨時、隨地、隨意使用衛(wèi)星信號的需求。

2 移動通信基站局點引入衛(wèi)星同步信號的方案分析

2.1 可行性分析及方法描述

為了實現(xiàn)處于室內的移動通信基站局點能夠接收到良好的衛(wèi)星信號，需要尋求可行的方法，為局點科學、合理地引入衛(wèi)星信號，以滿足工作開展過程中能夠隨時、隨地、隨意使用衛(wèi)星信號的需求。

為了實現(xiàn)該目標，需要從以下3個方面進行思考和準備：首先，需要構建一個統(tǒng)一的衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)，使移動通信局點能夠通過該系統(tǒng)被衛(wèi)星信號全面覆蓋；其次，需要合理選取衛(wèi)星信號引入點、合理規(guī)劃機房內衛(wèi)星信號接入點布局、合理規(guī)劃施工線路；第三、需要考慮如何解決安全和信號衰減等問題。

在明確了實驗室衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)的構建思路之后，接下來，需要明確構建該系統(tǒng)需要使用的器件，因為需要接收、轉發(fā)、放大、發(fā)射衛(wèi)星信號，需要考慮安全措施，所以，搭建衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)需要使用的主要器件有：接收天線、發(fā)射天線、信號轉發(fā)器、信號放大器、功分器、避雷器等，它們的功能分別如表1所示。

在需求、思路、方案明確之后，就可以以此為依據(jù)進行系統(tǒng)設計、施工了。

表1 衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)常用主要器件

2.2 實例分析說明

以某集團移動通信基站局點的GPS系統(tǒng)建設為例，說明如何為一個室內大型基站局點構建衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)，引入衛(wèi)星同步信號?！?】

首先，由于該局點分布在A層、B層兩個不同樓層，且樓層位置較低，受到高樓遮擋影響，把基站天線置于窗邊、或引到陽臺都難以接收到良好的衛(wèi)星信號，所以，需要合理選取衛(wèi)星信號引入點，通過衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)將衛(wèi)星信號引入室內區(qū)域。經(jīng)勘測環(huán)境，依據(jù)前面所述衛(wèi)星天線安裝環(huán)境要求，最終將衛(wèi)星信號引入點選址在大樓樓頂，將GPS接收天線選址、安裝在高樓樓頂，從樓頂將衛(wèi)星信號引入A層機房的信號轉發(fā)器，再從信號轉發(fā)器將衛(wèi)星信號引入A層、B層各機房。系統(tǒng)連接示意圖如下圖1所示。

圖1 從選定站址將衛(wèi)星信號引入局點

其次，根據(jù)項目開展、設備配置需求，合理規(guī)劃機房內信號傳送方式和連接點布局。在該基站局點，從信號轉發(fā)器輸出端將信號連接、傳送到每一個機房之后，采用了如下方式進行信號分配：

接入一分四功分器、然后從一分四功分器接入一分八功分器，再從一分八功分器將信號接入發(fā)射天線或室內基站，基站既可以通過有線線纜連接方式獲取衛(wèi)星信號，也可以利用安裝在室內的發(fā)射天線通過無線方式獲取衛(wèi)星信號，信號連接及分配方式如圖2所示。

也可以采用先接入一分二功分器、然后從一分二功分器接入一分四功分器、再從一分四功分器接入一分八功分器，再從一分八功分器將信號接入室內發(fā)射天線或基站等連接、分配方式。

圖2 通過一分四、一分八功分器分配信號

第三、處理信號衰減問題、安全問題，解決系統(tǒng)功能升級等需求。從大樓樓頂?shù)紸層機房經(jīng)過了10余層樓，加上橫向的線纜鋪設，信號損耗較大，所以，需要在信號轉發(fā)器的輸入端、輸出端設置信號放大器，以確保機房引入的信號強度能夠滿足項目需求；同時，必須合理考慮系統(tǒng)的安全問題，該局點的GPS系統(tǒng)專門安裝了避雷器以確保系統(tǒng)安全（參見圖1）；該局點第一階段的衛(wèi)星信號引入系統(tǒng)只考慮了對GPS信號的引入，后續(xù)工作提出了北斗信號需求，所以，在該局點衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)二期擴容項目中，從設備和組網(wǎng)等方面進行了改造，使該系統(tǒng)能夠同時為局點引入GPS信號和北斗信號。如果工作開展還同時需要GLONASS、Galileo衛(wèi)星導航系統(tǒng)等信號，也可以在系統(tǒng)建設或擴容時統(tǒng)一考慮。

表2為該局點衛(wèi)星信號引入系統(tǒng)建設的基本設備明細表（設備參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)設計需求不同存在差異）：

因為經(jīng)過了充分的需求分析、細致的環(huán)境勘測、詳細的方案探討、認真且高水平的設計和施工，該移動通信基站局點的衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)建設非常成功，在該局點工作最繁忙的階段以及后期工作中，衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)都順利支撐了相關工作開展。

表2 某集團移動通信局點衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)基本設備明細表

2.3 拓展思路分析

在前面，我們探討了如何為移動通信基站局點建設獨立的衛(wèi)星信號引入系統(tǒng)，通過建設獨立的衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)，可成功解決處于室內的移動通信基站局點難以接收衛(wèi)星信號的問題。但是，單獨建設衛(wèi)星信號室內覆蓋系統(tǒng)需要一定的成本、資源、時間。所以，可以尋求更省時、省力、省錢的方法，更有創(chuàng)造性地為移動通信基站局點引入衛(wèi)星信號。

現(xiàn)有的移動通信室內分布系統(tǒng)是可以利用的良好資源：采用TDD LTE、TD-SCDMA、CDMA等移動通信技術標準的室內分布系統(tǒng)需要使用衛(wèi)星同步信號，已有布設好的、性能優(yōu)良的衛(wèi)星信號接收天線，已有成熟的室內分布網(wǎng)絡，但是，移動通信室內分布系統(tǒng)引入的衛(wèi)星信號目前只用于輔助移動信號同步，可以利用現(xiàn)有條件，采用創(chuàng)新方案，將衛(wèi)星信號和移動信號同時覆蓋到處于室內的移動通信基站局點。

可以采用如下創(chuàng)新方案，使衛(wèi)星信號與移動信號同時覆蓋室內：首先，將原有移動通信室內分布系統(tǒng)的衛(wèi)星接收天線接收的衛(wèi)星信號分為兩路，一路衛(wèi)星信號仍然用作原有室分系統(tǒng)信源的同步信號，另一路衛(wèi)星信號用于傳送到合路器進行衛(wèi)星信號合路；第二，將用于傳統(tǒng)室內分布系統(tǒng)的合路器改造為有衛(wèi)星信號合路輸入端口、可合路衛(wèi)星頻段的合路器；第三，在室分系統(tǒng)的發(fā)射天線端，采用支持所需衛(wèi)星頻段的室內多頻發(fā)射天線，使衛(wèi)星信號和移動信號可以同時覆蓋室內。

為實現(xiàn)該創(chuàng)新方案，需對傳統(tǒng)移動通信室內分布系統(tǒng)的合路器進行改造，采用新型合路器，新型合路器在支持原有移動信號合路的基礎上，增設衛(wèi)星信號合路輸入端口，支持所需衛(wèi)星頻段合路，使衛(wèi)星信號能夠合路到室分系統(tǒng)中；同時，需采用多頻發(fā)射天線，多頻發(fā)射天線在支持移動信號覆蓋的同時，可支持所需衛(wèi)星頻段，支持在室內同時覆蓋衛(wèi)星信號、移動信號。

圖3 移動通信室內分布系統(tǒng)信號引入原有方案

圖4 移動通信室內分布系統(tǒng)信號引入改造方案

改造方案可利用原有移動通信室內分布系統(tǒng)的網(wǎng)絡和資源，為移動通信基站局點引入移動信號的同時也引入衛(wèi)星信號，采用該方案，不但省時、省力、省成本，而且可借助室分系統(tǒng)的廣泛部署得到廣泛應用。

3 結語

通過建設移動通信基站局點衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)，可成功解決位于室內的移動通信局點難以接收衛(wèi)星信號的問題，使工作人員在室內即可完成以前需在室外完成的工作，為項目開展提供良好的工作環(huán)境。該系統(tǒng)建設方法可以被推廣到科研教育、業(yè)務演示、生產制造、交通運輸?shù)仁覂葓鏊?，為我們的工作、生活提供更多的便捷和更高的效率。同時，可以對移動通信基站局點衛(wèi)星信號覆蓋系統(tǒng)的建設思路、建設方法進行拓展提升，為我們的工作、生活帶來更多、更好的創(chuàng)新和改變。

1中國電信移動通信實驗室GPS分配系統(tǒng)實驗方案

2張陽.TD-SCDMA網(wǎng)絡同步問題淺析.信息通信技術，2011，4:67-72

3移動通信一體化衛(wèi)星授時系統(tǒng)解決方案.http://www.afzhan.com/tech_news/detail/34113.html

4全球六大GNSS介紹.http://www.wendangdaquan.com/Wdshow.asp?id=72d498fbf90f76c661371a0c

5無線網(wǎng)絡對頻率同步和相位同步的要求及原因.http://www.docin.com/p-643951325.html

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.10.019

（2016-10-08）