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0 引言

5G屬于TDD雙工的基站同步系統(tǒng)，對時(shí)間同步有更嚴(yán)格要求。一是要求時(shí)延小，5G為滿足uRLLC應(yīng)用場景對超低時(shí)延的需求，提出業(yè)務(wù)端到端時(shí)延小于10ms，3GPP規(guī)范要求5G基站空口時(shí)延小于1ms。二是同步精度更高，受限于無線空口幀長度，5G的空口幀長度1ms比4G空口幀10ms小10倍，單節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘精度要滿足ns級精度要求。5G在采用核心網(wǎng)UPF下沉、CU/DU分離、MEC邊緣計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，同樣需要基站側(cè)采用GPS/北斗進(jìn)行授時(shí)同步，以滿足無線幀同步、小區(qū)切換、多點(diǎn)協(xié)同、異網(wǎng)漫游、網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)正常運(yùn)營。

5G無線網(wǎng)將采用C-RAN云化架構(gòu)，以BBU集中設(shè)置、AAU/RRU拉遠(yuǎn)為主要建站模式，將大規(guī)模進(jìn)行BBU集中設(shè)置。根據(jù)某省5G規(guī)劃分析，平均每BBU機(jī)房需設(shè)置20多臺BBU，有的機(jī)房將多達(dá)80臺BBU；帶來單個(gè)綜合機(jī)房的GPS/北斗授時(shí)天線數(shù)量激增。然而，現(xiàn)有3G/4G基站已安裝眾多GPS天線，易出現(xiàn)天面空間受限、天線無處安裝、饋線布放困難、物業(yè)協(xié)調(diào)難的問題。另外，BBU綜合機(jī)房一般設(shè)置在樓底，而GPS/北斗天線安裝在樓頂，易出現(xiàn)饋線路由長、信號衰減大等問題。本文將針對天面受限無法安裝、拉遠(yuǎn)受限信號太弱兩大問題，全面深入研究5G BBU機(jī)房GPS/北斗工程建設(shè)解決方案。

1 天面受限時(shí)GPS/北斗解決方案

1.1 單路無源功分器解決方案

對于接入網(wǎng)、基站機(jī)房等BBU集中數(shù)量較少的場景，當(dāng)規(guī)劃BBU數(shù)量不超過8個(gè)、且天面空間不足或饋線難布放時(shí)，可采用傳統(tǒng)的1∶2、1∶4或1∶8的單路GPS/北斗無源功分器方案，低成本快速地實(shí)現(xiàn)將1路GPS/北斗信號平均功分成多路給4/5G BBU用；若天面空間足夠且饋線易布放，也可以每個(gè)BBU獨(dú)立安裝GPS/北斗天線，以提高安全性。

圖1 GPS/北斗單路無源功分器組網(wǎng)方案示意圖

在實(shí)際工程應(yīng)用中，要注意在選用不同類型饋線和功分器時(shí)的GPS/北斗天線的拉遠(yuǎn)距離，確保信號強(qiáng)度能有效滿足BBU主控板的GPS接收機(jī)對接收靈敏度的要求。下面通過鏈路預(yù)算進(jìn)行具體分析，先計(jì)算不考慮功分，為滿足BBU接收機(jī)對GPS/北斗信號強(qiáng)度（≥-110dBm）要求時(shí)饋線最大允許的損耗值為11.90dB，詳見下表：

表1 饋線最大允許的損耗值計(jì)算（無源功分器方案）

再根據(jù)不同類型饋線在GPS/北斗工作頻段1.5GHz上的每百米損耗測量值，可以估算出在采用不同無源功分器時(shí)，饋線（即BBU至GPS天線）的最大布放距離，詳見表2。

在工程應(yīng)用中，GPS/北斗天線一般采用1/2"饋線，不功分時(shí)饋線長度一般不超過100米，二功分時(shí)不超過70米，四功分時(shí)不超過50米，八功分時(shí)不超過20米。當(dāng)BBU至GPS天線的布放距離很近時(shí)，可采用1/4"饋線，節(jié)省成本；當(dāng)BBU至GPS天線的布放距離很遠(yuǎn)時(shí)，可采用7/8"饋線，彌補(bǔ)損耗、延長距離。

表2 采用不同功分時(shí)各類饋線最大布放距離計(jì)算

1.2 雙路有源共享器解決方案

GPS/北斗單路無源功分器方案是BBU集中數(shù)量較少場景下的一種省時(shí)省力省錢的工程方案，但該方案可共享接入BBU較少，同時(shí)還需要考慮GPS天線供電、端口開路等，且因只有1路GPS/北斗信號輸入，一旦天饋系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將出現(xiàn)所帶BBU基站失去同步問題，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

對于一般機(jī)樓、綜合業(yè)務(wù)機(jī)房等BBU集中數(shù)量較多的場景，當(dāng)規(guī)劃BBU數(shù)量超過8個(gè)、且天面空間不足或饋線難布放時(shí)，可采用雙路GPS/北斗有源共享器方案。該方案需引入兩路GPS/北斗授時(shí)天線（一主一備），可采用一級結(jié)構(gòu)，直接用主機(jī)單元給BBU分配信號；也可采用二級結(jié)構(gòu)，第一級為主機(jī)單元，第二級為從機(jī)單元，主/從機(jī)均可給BBU分配信號。

圖2 GPS/北斗雙路有源共享器組網(wǎng)方案示意圖

主機(jī)單元：用于時(shí)鐘同步授時(shí)系統(tǒng)的信號分配，并給授時(shí)天線提供DC 5V供電，具備雙天線同時(shí)輸入能力，當(dāng)一路天線鏈路出現(xiàn)故障，可自動快速切換到另一路，仍可提供準(zhǔn)確授時(shí)并告警提示后臺及時(shí)處理；同時(shí)具備8路以上端口輸出能力。

從機(jī)單元：當(dāng)BBU集中數(shù)量大于主機(jī)單元輸出端口數(shù)量時(shí)，主機(jī)單元可以級聯(lián)下掛從機(jī)單元，將一路主機(jī)單元輸出信號饋入從機(jī)單元，從機(jī)單元再次分配輸出，具備8路以上端口輸出能力。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，雙路有源共享器的主機(jī)單元具有信號再生放大能力，一般具有30dB信號增益，可彌補(bǔ)饋線損耗的影響，與無源功分器相比，其饋線的最大布放距離可以更遠(yuǎn)，可同時(shí)滿足GPS/北斗的共享和拉遠(yuǎn)需求。其鏈路預(yù)算過程及結(jié)果見下表：

表3 饋線最大允許的損耗值及布放距離計(jì)算（有源共享器方案）

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2 拉遠(yuǎn)受限時(shí)GPS/北斗解決方案

隨著5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)，BBU集中部署是大勢所趨。在實(shí)際工程中，BBU綜合接入機(jī)房往往選擇在較低的樓層（有的甚至在一樓車庫、地下室），而GPS/北斗授時(shí)天線為了方便搜星卻要求安裝于建筑物樓頂，這樣GPS饋線超長、損耗過大的情況將時(shí)有發(fā)生。解決拉遠(yuǎn)受限有以下兩個(gè)方案：

（1）采用GPS/北斗信號無源放大器：直接在饋線中串聯(lián)1個(gè)或多個(gè)無源信號放大器，一般有25dB左右的放大增益，從而可以不更換更粗饋線而延長GPS/北斗天線的拉遠(yuǎn)距離，具體數(shù)據(jù)見下表：

表4 采用無源信號放大器后各類饋線最大布放距離計(jì)算

（2）采用GPS/北斗信號有源放大器：實(shí)際上就是上述的雙路有源共享器方案，主機(jī)單元可對接收的信號進(jìn)行有源再生、整形、放大，從而可實(shí)現(xiàn)延長GPS/北斗天線的拉遠(yuǎn)距離，此處不再贅述。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)GPS/北斗天線與BBU間的拉遠(yuǎn)距離來選擇相應(yīng)的饋線類型及拉遠(yuǎn)方案。當(dāng)拉遠(yuǎn)距離≤30米時(shí)，可選用1/4“饋線；當(dāng)拉遠(yuǎn)距離≤70米時(shí)，可選用1/2”饋線；當(dāng)拉遠(yuǎn)距離≥100米且BBU集中較少時(shí)，可選用1/2“饋線+無源放大器；當(dāng)拉遠(yuǎn)距離≥100米且BBU集中較多時(shí)，可選用1/2”饋線+有源放大器；但一般要求饋線的拉遠(yuǎn)距離不超過300米。

3 結(jié)束語

GPS/北斗授時(shí)天線雖小，但對5G網(wǎng)絡(luò)影響卻很大。隨著5G無線網(wǎng)云化、BBU集中設(shè)置的大規(guī)模應(yīng)用，GPS/北斗共享解決方案將成為5G基站授時(shí)的最主要建設(shè)方式，工程建設(shè)和方案設(shè)計(jì)需要綜合考慮BBU機(jī)房的BBU集中度、天面安裝空間、饋線布放路由、天線拉遠(yuǎn)距離、投資成本等因素，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)解決方案。