［馮薇薇］

移動(dòng)通信基站局點(diǎn)引入衛(wèi)星同步信號(hào)的方案分析

［馮薇薇］

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

TDD LTE CDMA 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 室內(nèi)分布 授時(shí)天線 發(fā)射天線 合路器

馮薇薇

中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院工程師，長(zhǎng)期從事移動(dòng)通信領(lǐng)域技術(shù)研究，重點(diǎn)研究移動(dòng)核心網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

1 移動(dòng)通信基站局點(diǎn)引入衛(wèi)星同步信號(hào)的必要性

移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)同步技術(shù)的支持，移動(dòng)通信系統(tǒng)正常工作的前提是同步系統(tǒng)正常，同步質(zhì)量的好壞對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)起作至關(guān)重要的作用。3GPP25.402定義了同步要求，其中對(duì)采用時(shí)分雙工（TDD）的系統(tǒng)特別要求嚴(yán)格基站間時(shí)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(yán)格時(shí)間同步；CDMA制式雖然采用FDD方式，但CDMA的長(zhǎng)碼短碼都是m序列，不同的m序列通過(guò)不同的相位來(lái)區(qū)別，所以各基站必須嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。【5】

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

移動(dòng)通信基站局點(diǎn)需要引入衛(wèi)星同步信號(hào)，只有在基站局點(diǎn)能夠接收到良好的衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，相關(guān)工作才能正常開(kāi)展。但是，傳統(tǒng)衛(wèi)星天線對(duì)安裝環(huán)境要求嚴(yán)格，需要安裝在較開(kāi)闊的位置，需要保證周圍無(wú)較大的遮擋物，對(duì)天線的遮擋不應(yīng)超過(guò)30 度，為避免反射波的影響，天線需盡可能遠(yuǎn)離周圍尺寸大于20 cm 的金屬物2 m 以上，這些原因?qū)е绿幱谑覂?nèi)的基站局點(diǎn)難以接收衛(wèi)星信號(hào)；同時(shí)，傳統(tǒng)衛(wèi)星同步系統(tǒng)采用射頻電纜線進(jìn)行信號(hào)傳輸，射頻電纜線徑較粗且韌性很差、不易彎曲，如果為每個(gè)基站布設(shè)線纜，將導(dǎo)致施工成本高、資源耗費(fèi)大，同時(shí)導(dǎo)致工作開(kāi)展不靈活、工作環(huán)境不美觀?！?】

為了解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)處于室內(nèi)的移動(dòng)通信基站局點(diǎn)能夠接收到良好的衛(wèi)星同步信號(hào)，需要尋求可行的方法，為移動(dòng)通信基站局點(diǎn)科學(xué)、合理地引入衛(wèi)星信號(hào)，以滿足工作開(kāi)展過(guò)程中能夠隨時(shí)、隨地、隨意使用衛(wèi)星信號(hào)的需求。

2 移動(dòng)通信基站局點(diǎn)引入衛(wèi)星同步信號(hào)的方案分析

2.1 可行性分析及方法描述

為了實(shí)現(xiàn)處于室內(nèi)的移動(dòng)通信基站局點(diǎn)能夠接收到良好的衛(wèi)星信號(hào)，需要尋求可行的方法，為局點(diǎn)科學(xué)、合理地引入衛(wèi)星信號(hào)，以滿足工作開(kāi)展過(guò)程中能夠隨時(shí)、隨地、隨意使用衛(wèi)星信號(hào)的需求。

為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，需要從以下3個(gè)方面進(jìn)行思考和準(zhǔn)備：首先，需要構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)，使移動(dòng)通信局點(diǎn)能夠通過(guò)該系統(tǒng)被衛(wèi)星信號(hào)全面覆蓋；其次，需要合理選取衛(wèi)星信號(hào)引入點(diǎn)、合理規(guī)劃?rùn)C(jī)房?jī)?nèi)衛(wèi)星信號(hào)接入點(diǎn)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(hào)衰減等問(wèn)題。

在明確了實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)的構(gòu)建思路之后，接下來(lái)，需要明確構(gòu)建該系統(tǒng)需要使用的器件，因?yàn)樾枰邮?、轉(zhuǎn)發(fā)、放大、發(fā)射衛(wèi)星信號(hào)，需要考慮安全措施，所以，搭建衛(wèi)星信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器、信號(hào)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(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工了。

表1 衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)常用主要器件

2.2 實(shí)例分析說(shuō)明

以某集團(tuán)移動(dòng)通信基站局點(diǎn)的GPS系統(tǒng)建設(shè)為例，說(shuō)明如何為一個(gè)室內(nèi)大型基站局點(diǎn)構(gòu)建衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)，引入衛(wèi)星同步信號(hào)。【1】

首先，由于該局點(diǎn)分布在A層、B層兩個(gè)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(yáng)臺(tái)都難以接收到良好的衛(wèi)星信號(hào)，所以，需要合理選取衛(wèi)星信號(hào)引入點(diǎn)，通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)將衛(wèi)星信號(hào)引入室內(nèi)區(qū)域。經(jīng)勘測(cè)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(hào)引入點(diǎn)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(hào)引入A層機(jī)房的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，再?gòu)男盘?hào)轉(zhuǎn)發(fā)器將衛(wèi)星信號(hào)引入A層、B層各機(jī)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(hào)引入局點(diǎn)

其次，根據(jù)項(xiàng)目開(kāi)展、設(shè)備配置需求，合理規(guī)劃?rùn)C(jī)房?jī)?nèi)信號(hào)傳送方式和連接點(diǎn)布局。在該基站局點(diǎn)，從信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器輸出端將信號(hào)連接、傳送到每一個(gè)機(jī)房之后，采用了如下方式進(jìn)行信號(hào)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?gòu)囊环职斯Ψ制鲗⑿盘?hào)接入發(fā)射天線或室內(nèi)基站，基站既可以通過(guò)有線線纜連接方式獲取衛(wèi)星信號(hào)，也可以利用安裝在室內(nèi)的發(fā)射天線通過(guò)無(wú)線方式獲取衛(wèi)星信號(hào)，信號(hào)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?gòu)囊环炙墓Ψ制鹘尤胍环职斯Ψ制?，再?gòu)囊环职斯Ψ制鲗⑿盘?hào)接入室內(nèi)發(fā)射天線或基站等連接、分配方式。

圖2 通過(guò)一分四、一分八功分器分配信號(hào)

第三、處理信號(hào)衰減問(wèn)題、安全問(wèn)題，解決系統(tǒng)功能升級(jí)等需求。從大樓樓頂?shù)紸層機(jī)房經(jīng)過(guò)了10余層樓，加上橫向的線纜鋪設(shè)，信號(hào)損耗較大，所以，需要在信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入端、輸出端設(shè)置信號(hào)放大器，以確保機(jī)房引入的信號(hào)強(qiáng)度能夠滿足項(xiàng)目需求；同時(shí)，必須合理考慮系統(tǒng)的安全問(wèn)題，該局點(diǎn)的GPS系統(tǒng)專門安裝了避雷器以確保系統(tǒng)安全（參見(jiàn)圖1）；該局點(diǎn)第一階段的衛(wèi)星信號(hào)引入系統(tǒng)只考慮了對(duì)GPS信號(hào)的引入，后續(xù)工作提出了北斗信號(hào)需求，所以，在該局點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)二期擴(kuò)容項(xiàng)目中，從設(shè)備和組網(wǎng)等方面進(jìn)行了改造，使該系統(tǒng)能夠同時(shí)為局點(diǎn)引入GPS信號(hào)和北斗信號(hào)。如果工作開(kāi)展還同時(shí)需要GLONASS、Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等信號(hào)，也可以在系統(tǒng)建設(shè)或擴(kuò)容時(shí)統(tǒng)一考慮。

表2為該局點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)引入系統(tǒng)建設(shè)的基本設(shè)備明細(xì)表（設(shè)備參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求不同存在差異）：

因?yàn)榻?jīng)過(guò)了充分的需求分析、細(xì)致的環(huán)境勘測(cè)、詳細(xì)的方案探討、認(rèn)真且高水平的設(shè)計(jì)和施工，該移動(dòng)通信基站局點(diǎn)的衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)非常成功，在該局點(diǎn)工作最繁忙的階段以及后期工作中，衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)都順利支撐了相關(guān)工作開(kāi)展。

表2 某集團(tuán)移動(dòng)通信局點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)基本設(shè)備明細(xì)表

2.3 拓展思路分析

在前面，我們探討了如何為移動(dòng)通信基站局點(diǎn)建設(shè)獨(dú)立的衛(wèi)星信號(hào)引入系統(tǒng)，通過(guò)建設(shè)獨(dú)立的衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)，可成功解決處于室內(nèi)的移動(dòng)通信基站局點(diǎn)難以接收衛(wèi)星信號(hào)的問(wèn)題。但是，單獨(dú)建設(shè)衛(wèi)星信號(hào)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)需要一定的成本、資源、時(shí)間。所以，可以尋求更省時(shí)、省力、省錢的方法，更有創(chuàng)造性地為移動(dòng)通信基站局點(diǎn)引入衛(wèi)星信號(hào)。

現(xiàn)有的移動(dòng)通信室內(nèi)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(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)分布系統(tǒng)需要使用衛(wèi)星同步信號(hào)，已有布設(shè)好的、性能優(yōu)良的衛(wèi)星信號(hào)接收天線，已有成熟的室內(nèi)分布網(wǎng)絡(luò)，但是，移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)引入的衛(wèi)星信號(hào)目前只用于輔助移動(dòng)信號(hào)同步，可以利用現(xiàn)有條件，采用創(chuàng)新方案，將衛(wèi)星信號(hào)和移動(dòng)信號(hào)同時(shí)覆蓋到處于室內(nèi)的移動(dòng)通信基站局點(diǎn)。

可以采用如下創(chuàng)新方案，使衛(wèi)星信號(hào)與移動(dòng)信號(hào)同時(shí)覆蓋室內(nèi)：首先，將原有移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)的衛(wèi)星接收天線接收的衛(wèi)星信號(hào)分為兩路，一路衛(wèi)星信號(hào)仍然用作原有室分系統(tǒng)信源的同步信號(hào)，另一路衛(wèi)星信號(hào)用于傳送到合路器進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)合路；第二，將用于傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)的合路器改造為有衛(wèi)星信號(hào)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(nèi)多頻發(fā)射天線，使衛(wèi)星信號(hào)和移動(dòng)信號(hào)可以同時(shí)覆蓋室內(nèi)。

為實(shí)現(xiàn)該創(chuàng)新方案，需對(duì)傳統(tǒng)移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)的合路器進(jìn)行改造，采用新型合路器，新型合路器在支持原有移動(dòng)信號(hào)合路的基礎(chǔ)上，增設(shè)衛(wèi)星信號(hào)合路輸入端口，支持所需衛(wèi)星頻段合路，使衛(wèi)星信號(hào)能夠合路到室分系統(tǒng)中；同時(shí)，需采用多頻發(fā)射天線，多頻發(fā)射天線在支持移動(dòng)信號(hào)覆蓋的同時(shí)，可支持所需衛(wèi)星頻段，支持在室內(nèi)同時(shí)覆蓋衛(wèi)星信號(hào)、移動(dòng)信號(hào)。

圖3 移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)信號(hào)引入原有方案

圖4 移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)信號(hào)引入改造方案

改造方案可利用原有移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和資源，為移動(dòng)通信基站局點(diǎn)引入移動(dòng)信號(hào)的同時(shí)也引入衛(wèi)星信號(hào)，采用該方案，不但省時(shí)、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(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建設(shè)移動(dòng)通信基站局點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)，可成功解決位于室內(nèi)的移動(dòng)通信局點(diǎn)難以接收衛(wèi)星信號(hào)的問(wèn)題，使工作人員在室內(nèi)即可完成以前需在室外完成的工作，為項(xiàng)目開(kāi)展提供良好的工作環(huán)境。該系統(tǒng)建設(shè)方法可以被推廣到科研教育、業(yè)務(wù)演示、生產(chǎn)制造、交通運(yùn)輸?shù)仁覂?nèi)場(chǎng)所，為我們的工作、生活提供更多的便捷和更高的效率。同時(shí)，可以對(duì)移動(dòng)通信基站局點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)思路、建設(shè)方法進(jìn)行拓展提升，為我們的工作、生活帶來(lái)更多、更好的創(chuàng)新和改變。

1中國(guó)電信移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)室GPS分配系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案

2張陽(yáng).TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)同步問(wèn)題淺析.信息通信技術(shù)，2011，4:67-72

3移動(dòng)通信一體化衛(wèi)星授時(shí)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)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）