小基站同步解決方案研究

韓柳燕　中國移動通信有限公司研究院高級工程師王　磊　中國移動通信有限公司研究院高級工程師王世光　中國移動通信有限公司研究院工程師劉未華　中國移動通信有限公司研究院工程師

小基站同步解決方案研究

韓柳燕中國移動通信有限公司研究院高級工程師
王磊中國移動通信有限公司研究院高級工程師
王世光中國移動通信有限公司研究院工程師
劉未華中國移動通信有限公司研究院工程師

為了解決LTE等移動通信網絡深度覆蓋的問題，小基站逐步引入現網。本文介紹了小基站的同步解決方案，并對其部署需求和特點進行了分析。

小基站；同步；PTP；空口

1　引言

近年來，移動通信網絡一直都在保持快速增長。隨著移動互聯網的不斷發展，智能終端的用戶體驗不斷改進，移動互聯網的應用不斷推陳出新，進一步推動了移動互聯網的快速發展，從網絡的角度來看，移動互聯網流量的不斷增加使得LTE系統已經快速部署應用，隨著LTE宏蜂窩網絡的部署，用戶對移動互聯網的業務繼續增加，而空口資源有限，需要提高頻譜的復用度，同時需要解決高頻段深度覆蓋的不足，這時候就需要引入小基站來解決這個問題。

以皮站和飛站為代表的小基站技術，采用低成本、小型化、低功率、低功耗的接入設備，通過有線寬帶回傳鏈路接入運營商核心網，能較好地解決上述問題，成為傳統宏站和室內分布系統的有益補充。

TD-LTE小基站同步需求與宏基站基本一致，基站間時間同步誤差不能超過3μs，否則會產生干擾。但是，小基站部署條件以及回傳網絡與宏基站有所不同，如何滿足小基站時間同步需求，是小基站部署必須解決的一個問題。

2　小基站部署場景及回傳網絡方案

小基站主要用于網絡覆蓋不足，接入容量不足，或者建設難度相對較大的場景。可能部署場景包括：家庭、小型企業等室內非公共場景，以解決室內深度覆蓋不足，從而改善用戶體驗；咖啡館、校園、營業廳等室內公共熱點區域，以分流宏基站業務，提升基站流量，保證熱點區域接入能力；室外區域場景，如鄉村/旅游景點孤島場景等，用于覆蓋小范圍陰影區域，降低覆蓋成本，部署方便靈活。

小基站回傳網絡承載方案有幾種部署方式：可使用移動回傳網絡（如PTN回傳）、寬帶網絡（如PON網絡）或通過第三方網絡回傳，如圖1所示。小基站通過移動回傳網絡或寬帶網絡回傳，并通過防火墻、IP承載網CE將流量轉發至安全網關。小基站通過第三方網絡回傳時，對小基站用戶的服務質量保證可通過兩種方式：運營商之間協商QoS，要求用戶額外付費；或者小基站用戶自己保證通過第三方網絡的接入帶寬，運營商保證和第三方網絡之間的互通帶寬。

圖1　小基站回傳網絡承載方案

3　小基站同步方案

目前，小基站可利用的同步方案有3種，一是通過GPS同步，二是通過空口同步，三是通過回傳網絡PTP協議同步（見圖2）。

圖2　小基站同步方案

GPS同步是利用GPS接收機通過GPS衛星授時，獲得高精度的頻率和時間同步參考信號，該方案已在宏站規模應用，同步精度高、成熟穩定。要求小基站內置或外接GPS接收機及天線，部署環境能夠接收到GPS信號，關鍵挑戰是Femto通常部署于室內，室內環境下GPS信號較弱且信號不穩定，對GPS接收機靈敏度要求較高。

空口同步基本原理是小基站周期性監聽參考基站的同步信號并通過隨機接入請求測量傳播延遲，實現與參考基站的頻率和時間同步。要求小基站和參考基站同頻組網，且小基站支持空口同步算法。關鍵挑戰是空口同步跳數越多，同步誤差累積，每跳同步精度要求越高，通常不能超過3跳；小基站開關行為相對隨機，多跳空口同步存在沖突場景，需要復雜算法減少跳數，解決同步沖突；此外，小基站需要偵聽到宏基站信號，在部分覆蓋不好的場景無法滿足。

PTP協議同步是通過回傳有線網絡進行時間同步信息的傳送，在網絡上游的時間服務器輸出時間源信號，通過PTP精確時間協議將時間信息傳送給下游的小基站使用。要求小基站具備PTP從端跟蹤能力。關鍵挑戰是回傳網絡要支持PTP協議的傳送和處理。

4　回傳網絡傳送同步研究

通過回傳有線網絡為小基站進行時間同步信息的傳送對回傳網絡的同步能力提出了一定要求。

當使用移動回傳網絡（如PTN回傳）進行同步傳送時，PTN等傳輸設備支持逐點進行PTP邊界時鐘處理。因此，可以保證經過網絡之后的時間同步性能，從而滿足小基站的同步需求。

圖3　PON系統傳輸同步網絡結構

小基站利用寬帶網絡（如PON網絡）進行回傳，接入成本低且可管可控，是目前比較常用的回傳方案，這時就會對PON系統傳輸同步的能力提出要求。圖3是典型的PON系統傳輸同步網絡結構，OLT從上游網絡獲取時間信息方式包括通過1PPS+TOD帶外接口提取時間信息，或者OLT上聯接口支持PTP協議，直接從上聯以太接口獲取PTP信息。OLT同步于上游網絡之后，通過OLT和ONU之間的同步機制將時間從OLT傳遞到ONU。ONU LAN側以太接口支持PTP功能，通過PTP協議將時間信息傳遞給小基站。GPON OLT與ONU之間用于傳遞時間的TOD信息傳遞方式在ITU-T G.988中予以了規定，OLT定期向ONU發送OLT-G的OMCI命令，OLT-G第四個屬性為TOD（Time of Day In formation）屬性，該屬性提供了ONU本地時鐘和OLT參考時鐘之間的時間同步信息。該屬性包含兩部分字段。第一字段的4個字節為特定的GEM （G-GPONE ncapsu lation Mode）超幀序列號，第二字段的10個字節為時間戳信息（Tstamp N），采用了IEEE 1588-2008的時間戳生成規則。

除了時間信息TOD之外，為了管理維護的需要，建議OLT能夠將上游傳遞的時間狀態信息也發送給ONU，ONU將時間狀態信息通過PTPA nnounce報文傳遞給小基站，小基站從而可以獲知到上游同步網絡的運行狀態。OLT向ONU發送的時間狀態建議包括圖4所列的各項參數。

如果利用第三方網絡進行小基站回傳，第三方網絡可能不支持PTP協議處理，則網絡上游的時間服務器發出PTP報文，需要經過不支持同步的第三方網絡透傳，到達小基站。PTP透傳場景的同步性能取決于網絡條件，以及末端PTP從時鐘的時間恢復能力。要求網絡跳數不能太多，末端小基站均具備較高性能的內置晶振，且對其PTP恢復處理算法提出較高要求。這種場景傳遞PTP的性能以及應用需要進一步研究和驗證。

圖4　PONOLT向ONU發送的時間狀態參數建議

5　結束語

本文介紹了小基站部署場景及回傳網絡方案，為滿足小基站同步精度要求，可利用的同步方案有3種，一是通過GPS同步，二是通過空口同步，三是通過回傳網絡PTP協議同步。本文對這3種同步方案的部署需求和特點進行了分析，并進一步分析了PTP協議同步對小基站回傳網絡的技術需求。在未來小基站部署中，可通過具體的部署場景以及回傳網絡情況，選擇合適的同步方案。

［1］韓柳燕，李晗，王磊，等.TD_SCDMA系統中1588v2時間同步技術探討［J］.電信技術，2010（6）.

［2］中國移動.中國移動GSM/TD-SCDMA/TD-LTE Femto/Nanocell基站設備技術規范［S］.北京：中國移動集團公司，2014.

Synchronization solution for nanocell bases tations

HAN Liuyan，WANG Lei，WANG Shiguang，LIU Weihua

Nanocell base stations are applied gradually as the supplement for the coverage of macro stations.This paper introduces several synchronization solutions for nanocell stations，and analyzes the application scenarios and characteristics of these synchronization solutions respectively.

nanocell base station；synchronization；PTP；air interface

（2016-06-27）