圖1 現(xiàn)網(wǎng)TD-SCDMA系統(tǒng)中GPS/北斗授時示意圖
衛(wèi)星天線接收GPS/北斗衛(wèi)星信號,，通過射頻饋線將射頻信號傳輸?shù)絅ode B內的GPS/北斗接收機,，GPS/北斗接收機恢復時鐘，輸出PPS和TOD到Node B內的鎖相環(huán),，鎖相環(huán)將鎖定的時間信號下發(fā)到Node B內需要時間同步的各主要板卡,。
但傳統(tǒng)衛(wèi)星授時系統(tǒng)存在一些需要考慮的問題：
（1）工程施工問題
傳統(tǒng)GPS/北斗天線安裝環(huán)境較為嚴格，需要安裝在較開闊的位置上,，且需要保證周圍無較大的遮擋物（如樹木,、鐵塔、樓房等）,，對天線的遮擋不應超過30 度,，為避免反射波的影響，GPS 天線盡可能遠離周圍尺寸大于20cm 的金屬物2m 以上,；另外，傳統(tǒng)GPS/北斗同步系統(tǒng)采用射頻電纜線進行傳輸,，射頻電纜線徑較粗而且韌性很差不易彎曲,，非常不利于施工建設美觀以及靈活性。
（2）射頻饋線拉遠受限問題
傳統(tǒng)衛(wèi)星授時系統(tǒng)采用射頻饋線傳送時鐘信號，射頻饋線對于信號的衰減較大,，導致射頻饋線拉遠非常有限,。以北斗授時系統(tǒng)為例，北斗天線口信號功率一般為-127dbm,，天線增益43db,，北斗接收機靈敏度-100dbm，射頻線上只允許有16db（= -127+43+100）的衰減,，如果采用LMR-40的信號線（22dB/[email protected]）,，射頻線只能拉遠72米（=16÷22×100）的距離。如果超過72米,，就需要添置線放器,，為施工帶來了麻煩，較難實現(xiàn)GPS/北斗共天饋線,。而目前密集城區(qū)高層覆蓋系統(tǒng)以及機場地鐵隧道覆蓋中授時天線和基站距離較遠的場景大量存在,，給傳統(tǒng)衛(wèi)星授時系統(tǒng)安裝帶來很大限制。
（3）干擾問題突出
衛(wèi)星天線安裝環(huán)境一般比較復雜,，共站址建設比較普遍,，電磁干擾比較嚴重，這就給施工安裝提出了很高的隔離度要求,。其中,，以北斗授時系統(tǒng)干擾尤為突出，北斗工作頻點為2.5GHz,，與一些在用的無線系統(tǒng)頻段非?？拷虼似浣邮招阅茌^易受到干擾,。在實際工程應用中,，為了北斗信號的正常接收，北斗接收機會考慮采用窄帶濾波,、屏蔽和選擇合適的天線安裝位置等抗干擾措施,，這也給施工帶來了困難，同時為北斗作為GPS替代方案增加了難度,。
三,、一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)解決方案
1． 總體方案介紹
針對傳統(tǒng)衛(wèi)星授時系統(tǒng)存在的問題，為適應更廣泛的布站場景,，中國移動聯(lián)合大唐移動創(chuàng)造性的提出了一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)解決方案,。一體化主要是指GPS/北斗光纖拉遠設計，天面部分將GPS/北斗天線與接收機一體化設計,，接收機輸出的PPS與TOD通過光纖拉遠的方法傳輸給基站Node B,。Node B時鐘恢復模塊恢復PPS和TOD,，并且傳送到Node B需要同步的模塊?；驹O計不再需要考慮接收機的類型（GPS/北斗）,、型號、廠家,、尺寸等一系列問題,，只需要Node B和拉遠接收機有相同的接口標準和時間傳輸機制。

                                       圖2 GPS/北斗接收機拉遠授時示意圖
授時優(yōu)化主要是指針對共址建設中干擾的問題,，對衛(wèi)星授時天線的改造方案,。從目前干擾測試分析可以看到，干擾基本由基站附近地面設備引起,，其到達接收天線的角度與衛(wèi)星信號到達接收天線的角度不同,，可以綜合采取頻域和空域抗干擾措施。一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)綜合使用頻域濾波和空域濾波的方案,，頻域濾波采用在天線低噪放內部加裝高選擇性濾波器抑制帶外干擾,，而空域濾波則使用改造過的衛(wèi)星天線方案，一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)采用螺旋天線為基本技術的天線,。螺旋天線特點是方向性好,，增益高，頻帶寬,，尤其是頻帶寬這點對將來北斗和GPS共用一組天線提供了條件,，各種參數(shù)容易控制（如：波束寬度、增益,、阻抗,、軸比），器件的一致性好,，便于生產調試等,。圖3為普通GPS天線與使用螺旋GPS天線的波瓣圖對比，螺旋天線對帶內干擾有很強的抑制作用,。

                                           圖3 普通GPS天線和圈數(shù)為4螺旋天線波瓣對比圖
2． 產品可靠性設計
由于一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)拉遠時鐘單元RCU長期安置在室外,，并且器件結構又比普通衛(wèi)星天線復雜，所以其可靠性設計直接影響工作穩(wěn)定性,，在方案設計中提出了特有的有針對性的拉遠時鐘單元RCU可靠性方案,，設計方案包括耐熱抗高溫設計、抗太陽輻射設計,、防水密封設計以及防雷設計,。
抗高溫設計主要采用雙層殼體結構，整個拉遠時鐘單元RCU外殼由兩層殼體構成,，里外兩層殼體形成“煙囪效應”,，加速空氣流動,，另外殼體采用抗紫外線輻射、耐高低溫的增強尼龍材料制作,；防水密封設計方面，殼體使用強度高,、重量輕,、耐腐蝕及高低溫交替作用下形變小的鋁合金制作；連接處則使用耐高低溫,、耐腐蝕的橡膠密封圈,。防雷設計主要考慮在拉遠時鐘單元RCU內部電源入口處加裝TVS二極管（瞬變電壓抑制二極管），吸收進入機內的差模感應電壓能量,，另外在1公里內的饋電長度內,，采用接地防雷措施。
四,、方案優(yōu)勢分析
1． 對工程實施有具有的影響意義
傳統(tǒng)GPS授時系統(tǒng)拉遠距離非常有限,，在工程設計中往往由于需要考慮天線與基站的距離，給機房選址以及GPS天線布放提出了很大的限制條件,。一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)采用光電混合纜進行拉遠,，至少可以拉遠1公里，1公里以上采用就近取電的方式可以使光纖拉遠到10公里,，這就從根本上解決了傳統(tǒng)GPS拉遠受限影響選址的問題,，給工程施工提供了極大的便利性。而且如果RRU和RCU架設在一起時,，RRU的拉遠光纖和GPS 的拉遠光纖可以同時鋪設,，節(jié)約施工成本和時間。尤其適合于高層建筑,、地鐵隧道以及大型場館等機房與衛(wèi)星天線距離較遠的覆蓋場景,。
2． 抗干擾能力增強，增加了共址建設的可操作性
一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)綜合采用頻域濾波和空域濾波的方案,，可以極大地提高授時系統(tǒng)的授時精度以及抗干擾特性,。試驗表明，在1575.42MHz附近頻點處,，一體化接收機比傳統(tǒng)GPS天線的抗干擾能力最大能提高28dB以上,。使用特殊設計的抗干擾螺旋天線后，一體化接收機比傳統(tǒng)GPS天線對來自低仰角方向的地面干擾信號的抑制能力能提高約20dB,。
 
對于我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星授時系統(tǒng),，抗干擾能力也有很大的提升，以下是在現(xiàn)網(wǎng)測試下的噪聲頻譜圖,，可以看出北斗頻段2.5GHz附件帶外干擾以及帶內干擾已經(jīng)被消除,。這給北斗同步系統(tǒng)作為GPS替代起到了極大的推動作用,。

                                      圖4 使用一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)北斗模式下輸出噪聲頻譜
兩圖分別為北斗頻點100MHz帶寬內和20MHz帶寬內輸出噪聲頻譜。右圖是左圖在北斗中心頻點2.5GHz頻點附近的頻譜放大,，可以看出對帶外干擾的消除作用尤為突出,。
3． 可以作為重要的GPS替代方案之一
GPS替代一直以來都是TD系統(tǒng)改進的重點方向之一，其中北斗同步授時系統(tǒng)與1588v2有線網(wǎng)絡同步方案是比較主流的兩項替代方案,。兩項GPS替代方案可以解決GPS授時系統(tǒng)存在的施工問題以及安全問題,，但由于北斗同步授時系統(tǒng)干擾嚴重，以及1588v2現(xiàn)網(wǎng)測試還未進行,，所以兩項GPS替代方案還未大規(guī)模實施,。而一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)是目前可以有效解決GPS授時同步問題的切實可行的方案，可以選擇作為GPS替代方案之一,。
一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)可以助力于其他GPS替代方案,。首先一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)可以選擇性的加入北斗模塊，或者選擇GPS/北斗雙模系統(tǒng),，加之系統(tǒng)采用高效的抗干擾方案,，對北斗作為GPS替代方案就有很大的推進力度。另外,，對于1588v2有線同步方案,，一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)也可以作為有利的補充。1588v2協(xié)議通過傳輸網(wǎng)傳送時鐘信號,，可以大大減少基站系統(tǒng)對衛(wèi)星天線的需求,，但對于1588v2系統(tǒng)中基站支持都需要接收衛(wèi)星信號作為時鐘源，或者比較重要的基站系統(tǒng)也需要接收衛(wèi)星信號作為備份,，一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)同樣可以發(fā)揮重要作用,，提高衛(wèi)星授時系統(tǒng)拉遠以及抗干擾優(yōu)勢，可以作為有線時鐘同步的有力補充,。
． 其他優(yōu)勢
基站時鐘接口標準化,，基站硬件改版不再需要考慮接收機問題；
可以實現(xiàn)簡單組網(wǎng),，從而達到衛(wèi)星時鐘共享效果,；
由于接收機離天線很近，對天線增益的需求降低,，天線容易設計,，成本降低。
結束語
為進一步驗證產品的穩(wěn)定性及可靠性,，大唐移動在原理樣機開發(fā)驗證的基礎上,，率先設計開發(fā)了GPS/北斗雙模授時優(yōu)化試商用產品，并在江蘇等省份的TD二期現(xiàn)網(wǎng)中進行了小規(guī)模組網(wǎng)測試及驗證，測試及外場驗證顯示,，一體化天線具備較好的可靠性和穩(wěn)定性,，并且在減小饋纜接頭損耗、抗干擾能力,、美化天面外觀,、提高安裝維護便捷性等方面相比傳統(tǒng)GPS天線具有明顯的優(yōu)勢，完全滿足運營商大規(guī)模商用的要求,。
一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)是大唐移動針對現(xiàn)有TD-SCDMA衛(wèi)星授時系統(tǒng)的創(chuàng)新性優(yōu)化方案,，對衛(wèi)星授時系統(tǒng)工程施工以及抗干擾方面都有極大的改進作用。同時,，在其他需要授時同步的行業(yè)系統(tǒng)中，同樣的問題依舊存在,，因此一體化衛(wèi)星授時優(yōu)化系統(tǒng)會隨著它在TD-SCDMA授時同步中的日益成熟被更多的行業(yè)所廣泛應用,。