傳輸系統時鐘同步不良對GSM-R無線基站同步性能的影響分析

■ 程華

傳輸系統時鐘同步不良對GSM-R無線基站同步性能的影響分析

■ 程華

1 概述

鐵路GSM-R移動通信網承載了大量語音和數據業務，其中有些業務與列車運行有關，因此保證GSM-R穩定運行非常重要。

GSM-R基站子系統一般通過傳輸網2 Mb/s鏈路承載業務，多個基站通過2 Mb/s鏈路串聯后與BSC形成環網，BTS從連接到BSC的2 Mb/s鏈路中提取同步定時信號。因此，傳輸系統2 Mb/s鏈路的質量好壞，不僅影響GSM-R的業務質量，也會影響GSM-R的時鐘質量。在此通過實際案例，分析傳輸網元時鐘劣化（體現在TU-12指針調整）對基站時鐘同步性能影響。

2 故障現象

檢查GSM-R無線網管，發現基站122網元（對應傳輸網元16）處于時鐘同步故障狀態，基站時鐘進入保持模式（正常應為“跟蹤鎖定”狀態），基站上游BSC當時無時鐘告警，其與BSC的組網結構見圖1。查詢基站傳輸系統的所有傳輸網元性能參數，發現基站環對應多個傳輸網元24 h TU-12指針調整數較大（見表1）。

3 原因分析

以24 h TU-12指針調整7470次為例，經分析計算，對應網元時鐘與信號速率的相對偏差已超過基站時鐘牽引范圍，導致基站時鐘無法跟蹤鎖定，出現同步告警并轉入“保持”或“自由振蕩”狀態。

圖1 基站與BSC組網結構

表1 TU-12指針調整情況

進一步查詢傳輸系統時鐘跟蹤狀態，發現基站環對應的傳輸網元16處于自由振蕩狀態，并影響其下游網元的時鐘同步性能，其時鐘跟蹤狀態見圖2。表1中指針調整較大的傳輸網元全部與自由振蕩網元（網元16）有關，并與網元16在同一個基站環上。GSM-R處于保持模式的基站正是圖2中自由振蕩網元所對應的基站。從圖2中可以看出，指針調整的傳輸網元處于一個基站環上，由于網元16不能跟蹤鎖定基準時鐘，其非正常、長期處于“內時鐘”狀態，導致設備時鐘精度逐漸劣化。當傳輸網元時鐘之間存在頻差時，產生TU-12指針調整。當指針調整數較大，產生較多相位偏差，且超出基站時鐘能夠容忍的范圍時，基站時鐘無法跟蹤鎖定，進入保持狀態。

4 故障處理

從傳輸網管查詢自由振蕩網元時鐘配置，發現網元時鐘配置存在問題。正常情況下網元時鐘應該設為跟蹤外部線路，西向是主用時鐘，東向是備用時鐘，但網元時鐘配置卻錯誤設置為“內時鐘”，導致網元時鐘頻偏較大，逐漸超過基站時鐘要求。由于故障相對比較隱蔽，持續時間約2個月。將網元時鐘重新設為跟蹤外部線路時鐘，西向為主用時鐘，東向為備用時鐘后，對應網管記錄的指針調整消失，基站時鐘恢復正常。

5 有關標準問題

通過實際案例分析及處理結果證明，光傳輸系統的網元指針調整及傳輸系統時鐘同步不良問題與無線接入網同步性能直接關聯。通過深入研究發現，現有經過SDH的 2 Mb/s業務碼流傳送時鐘精度指標難以保證GSM-R 基站同步要求。

圖2 網元16時鐘跟蹤狀態

在基站收發子系統方面，3GPP（TS45.010-5.1）規定，必須“使用單一的絕對精度優于0.05 ppm的頻率源，對于射頻產生和時鐘基準都適用”。對傳輸系統PDH的2 Mb/s支路，ITU的時鐘精度指標滿足50 ppm即可。無線基站和傳輸系統標準明顯不一致。

我國通信行業標準YDN 073—1997《900/1 800 MHz TDMA數字蜂窩移動通信系統第二階段基站子系統設備技術規范書》中規定，GSM基站的發射頻率誤差應優于±0.05 ppm。通信行業標準YD/T 1267—2003《基于SDH傳送網的同步網技術要求》有相對詳細的規定。GSM基站可采用以下幾種同步方式。

（1）通過155 Mb/s或622 Mb/s SDH環網將GSM基站接入網絡，并且GSM基站同步SDH傳輸系統。當基站設備只能從SDH傳輸系統的PDH支路2 Mb/s業務中取得定時基準信號時，必須在SDH側對PDH支路2 Mb/s信號進行再定時，即啟用SDH網元設備的再定時功能或加裝2 Mb/s再定時設備。

（2）在SDH傳輸系統到達基站情況下，原則上通過SDH網元外同步輸出接口向基站提供定時基準信號，如果基站設備無外同步輸入接口，可利用再定時方式從2 Mb/s業務中取得定時基準信號。當基站與MSC之間為PDH/SDH混合傳輸時，只有PDH 2 Mb/s業務在SDH側采用再定時方式，基站設備才可以從2 Mb/s業務中取得定時基準信號。

（3）現行的原鐵道部GSM-R標準中的“同步要求”及相關標準過于簡單，而通信行業標準的類似規定也不一致。在當前組網環境下，既有技術標準不能滿足實際運用需要，應盡快補充完善，以滿足鐵路通信的發展需要。關于這個問題，可見參考文獻[2]。

以往的工程實踐中，對同步的重要性認識不足。GSM-R及基于SDH的同步定時鏈路規劃、建設及運用維護存在不同程度問題，有的影響很大。在上述案例中的基站無外時鐘輸入接口，傳輸設備也不具備再定時功能，暫時無法按現有標準進行組網調整，只能從2 Mb/s業務碼流中提取時鐘，這是目前最常用的方法。由于鐵路線長，有的基站環網跨度很大，經常達幾百公里，有的甚至近千公里，穿越的SDH網元多達幾十或上百個，如果平時對傳輸網元的指針調整、同步狀態關注不多，不掌握同步質量現狀，難以滿足GSM-R的同步要求，導致出現切換超時、信道中斷、掉話、雜音和單通等問題，特別是對GSM-R承載的數據通信等新業務的損傷較大，而相當多的環節沒有采取必要的技術措施（因標準無具體要求）。因此，改進當前維護方法，加強傳輸網指針和同步狀態巡視非常重要，有利于保證傳輸網、GSM-R運用質量。

6 結束語

按目前鐵路通信傳輸和無線系統的組網運用方式，傳輸系統的時鐘狀態將影響其承載業務系統的時鐘質量，特別是采用2 Mb/s業務鏈路傳輸時鐘的方式影響較大。當傳輸網元的時鐘同步性能降低或故障時，導致2 Mb/s鏈路上的時鐘質量劣化，影響GSM-R無線接入網的時鐘質量，使業務質量超過規定標準。此類問題可能導致通信業務中斷，例如無線基站小區退出服務。通常情況下，即使業務不中斷，也會引起時鐘同步性能劣化，出現性能告警或無告警，直接影響無線基站和終端的技術指標，例如射頻頻偏、切換時間及切換成功率、單通、干擾恢復時間等，嚴重影響業務質量。因此，為保證GSM-R的穩定運行，應注意觀察傳輸網管的性能，及時掌握指針調整情況及傳輸系統同步狀態，間接了解基站的同步狀態，及時發現和處理同步不良問題，保證GSM-R的運用質量。

[1] 于佳亮，程華，于天澤. 通信同步網與網同步[M]. 北京：人民郵電出版社，2011.

[2] 于佳亮，程華，于天澤. GSM時鐘同步標準及其影響[J].電信工程技術與標準化， 2010(6)：61-64.

程華：北京鐵路通信技術中心，高級工程師，北京，100038

責任編輯 葛化一