GPS智能分路系統在4G建設中的應用探討

劉文斌

【摘 要】為了優化4G網絡建設，從傳統BBU集中放置存在的問題入手，對GPS智能分路系統的原理和實際應用進行了分析，從技術特點、投資成本和社會效益維度對傳統方式與GPS智能分路系統進行對比，探討了在4G網絡建設時期GPS智能分路系統的優勢。

【關鍵詞】BBU集中放置 GPS智能分路系統 時鐘同步

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010（2017）19-0041-05

Discussion on Application of GPS Intelligent Splitting System in 4G Construction

LIU Wenbin

[Abstract] In order to optimize 4G network construction， according to the problem of conventional BBU centralized deployment， the principle and application of GPS intelligent splitting system were analyzed. The splitting systems based on the conventional method and the intelligent GPS were compared from aspects of technical features， investment cost and social benefits. The advantages of GPS intelligent splitting system in 4G network construction were elaborated.

[Key words]BBU centralized deployment GPS intelligent splitting system clock synchronization

1 引言

隨著網絡逐步成熟與業務加速發展，4G對于電信運營商的重要性日益提升，并成為創新發展的重心。運營商對4G網絡普遍采用“BBU+RRU”的方式進行建設，需要共址集中放置多套BBU和GPS天饋線。基于此，本文從傳統BBU集中放置存在的問題入手，分析GPS智能分路系統的原理，研究GPS智能分路系統在BBU集中放置方式下相比傳統GPS解決方案的優勢，結合優勢給出建設建議。

2 BBU集中放置

分布式宏基站由BBU和RRU組成，其中BBU為基帶處理單元，負責基帶、GPS處理及與核心網之間的接口處理；RRU為射頻拉遠單元，負責完成射頻無線信號收發和功率放大。BBU和RRU之間一般通過光纖進行數據傳輸和信令信息交換，BBU集中放置就是將BBU和RRU分開放置，RRU放置在靠近天線的遠端站址，BBU放置在市電和后備電源有保障、機房可擴容條件好、光纜資源豐富、光纜局向多、傳輸資源易獲得、維護便捷且租約穩定的模塊局站址。BBU集中放置點要求BBU數量至少超過3個，以便后續BBU池的應用。

3 傳統BBU集中放置存在的問題

4G網絡的搭建使用了1.8 GHz、2.1 GHz、2.3 GHz及2.6 GHz等高頻段，為克服高頻段帶來的饋線損耗和空間傳播損耗，基站拉遠技術、微基站、室分系統被大面積推廣，導致同一局點BBU設備數量和GPS天饋線急劇增多，現有的GPS天饋系統存在以下問題：

（1）射頻饋線拉遠受限：射頻饋線上的信號衰減較大，導致射頻饋線拉遠距離受限（RG-8線材不超過50 m），特別是對于BBU機房位于高層小區的地下室的情況，需換用1/2或7/8饋線，成本大幅上升。

（2）站點物業難協調：由于GPS天線及饋線眾多，易引起業主或居民的抵觸及阻撓，給基站建設帶來不確定性因素。

（3）工程施工耗時、費力：建設過程中GPS天饋線材使用量巨大，材料成本高，且施工耗時、費力，施工費用高。

（4）同站址BBU擴容受限：傳統一對一GPS天饋配套方案易受樓面面積、弱電井或外墻美觀等的限制，導致同站址BBU擴容數量受限。

（5）干擾問題突出：為了保證在北半球GPS接收信號的質量，避免遮擋和反射波的影響，GPS天線應盡可能遠離周圍尺寸大于20 cm的金屬物2 m以上并朝南安裝，否則GPS信號容易受到干擾。

針對傳統GPS同步系統存在的問題，為適應更廣泛的布站場景，更好地完善BBU集中設置及BBU池的建設，提出了BBU機房時鐘同步改造系統的解決方案，即GPS智能分路系統解決方案。

4 GPS智能分路系統解決方案

4.1 GPS時鐘同步的原理

為得到精密的GPS時間，使它的精確度小于100 ns，至少要求每個GPS衛星上都裝有銫子鐘作星載鐘。全部GPS衛星與地面測控站構成一個閉環的自動修正系統并采用UTC USNO/MC為參考基準。

通過在用戶端精確測定和扣除GPS時間信號的傳輸時延（Δt），以達到對本地鐘的定時與校準。GPS定時準確度取決于在信號發射端、信號傳輸過程中和接收端所引入的誤差，主要誤差有：

（1）信號發射端：衛星鐘誤差、衛星星歷（位置）誤差；

（2）信號傳輸過程：電離層誤差、對流層誤差、地面反射多路徑誤差；

（3）接收端：接收機時延誤差、接收機坐標誤差、接收機噪聲誤差。

4.2 GPS智能分路系統原理

GPS智能分路系統模塊主要包括收發信雙工、發射信號合路/濾波、接收信號的濾波、低噪聲放大及分路。GPS智能分路系統采用電橋合路器智能地將接收的兩路信號共用一個天線處理單元，通過有源系統對傳輸時延進行智能補充，然后經分路系統提供多路輸出。由于有源系統對接收信號進行放大以及引入兩路GPS信號，降低了GPS智能分路系統對接收場強及信號純度的要求，在同等條件下GPS信號的信噪比得到提升。GPS智能分路系統就是通過有源放大設備將兩路GPS信號（1主1備）智能合路放大后轉發至同站址的多套BBU，實現幾十臺BBU共享一套GPS信號。傳統模式組網和GPS智能分路系統的組網分別如圖1、圖2所示：endprint

4.3 GPS智能分路應用場景分析

GPS智能分路系統只需在樓頂新建或利舊兩套GPS天饋線即可實現GPS信號的多路共享，同時還能滿足不同運營商多制式BBU對GPS信號的要求。GPS智能分路系統能提高GPS天饋系統的可靠性和穩定性，減輕物業協調難度，降低施工量，避免產生物業矛盾和糾紛。

GPS智能分路系統既適用于新建機房的GPS天饋系統建設，也適用于搬遷機房重建或老機房改造，達到室外天饋線一次建設，分期按需使用的效果。

（1）新建、搬遷BBU集中放置機房，各運營商（各制式）共享站址資源

新建站址或因場地及其他原因搬遷到新站址后，若采用常規方案，則需為每個BBU進行GPS天饋系統建設，這種方式費料、費工、費時，此時可采用GPS智能分路系統作為BBU的GPS授時信號接入信源。GPS智能分路系統只需要新建兩路GPS天饋作為GPS智能分路系統輸入，通過靈活配置主機和從機的數量即可實現GPS信號資源的共享，從而達到比傳統GPS天饋系統建設方案節省物料及簡化施工，加快站點開通，節省天面及孔洞資源，降低物業協調難度的目標。

（2）原站址BBU改造、擴容，各運營商（各制式）利舊共享資源

原站址BBU升級改造或因容量不足需要擴容時，可使用智能GPS分路系統作為新裝及原有的BBU的GPS授時信號接入信源。可選擇GPS天饋線中信號質量較好的兩路作為智能GPS分路系統的輸入，無需新建GPS天饋，從而避免新建GPS天饋線因天面面積及孔洞資源不足導致物業協調難度大而無法擴容。

（3）BBU與天面距離過遠，GPS天饋線拉遠受限

在某些場景下（如機房位于小區地下室，GPS位于高層建筑樓頂）GPS饋線過長，必須使用更粗的線纜（如7/8饋線）來減少線路插損，而智能GPS分路系統可通過有源功率放大來補償GPS信號線路插損，該系統的饋線只需采用RG-8或1/2饋線，節約了線纜成本，降低了施工難度，提高了系統授時的穩定性。

5 方案對比分析

5.1 技術特點對比分析

（1）傳統方案功能特點

傳統的BBU與GPS天饋系統一對一建設；

GPS無備份，機架上方線纜布放多，GPS避雷器占用走線架；

避雷器接地線纜多，占用室內地排接線孔。

（2）GPS智能分路系統功能特點

采用寬頻設計，可兼容GPS/北斗系統；

GPS輸入及放大模塊采用“1+1”熱備份，可靠性較高；

設備異常、GPS信號輸入及放大通道異常會產生本地告警，同時還可接入基站監控接口實現后臺網管告警；

設備配備LCD液晶面板及LED指示燈，如圖3和圖4所示，能及時在本地掌握設備工況；

輸出口設置有BBU連接正常指示燈。

5.2 投資成本對比分析

（1）傳統方案成本分析

傳統方案的建設成本由GPS天線、饋線、避雷器、GPS支架、走線架、豎井、管孔占用、天面占用、物業協調等構成，具體如表1所示：

（2）GPS智能分路系統成本分析

GPS智能分路系統建設成本由有源放大單元、無源分配單元、GPS天線、饋線、避雷器、GPS抱桿、施工費、天面占用、協調費等構成，具體如表2所示。

（3）成本對比分析

綜上，兩種方案下的成本分析對比如表3所示，GPS智能分路系統這一創新模式在多路GPS需求的BBU機房較傳統模式有顯著優勢。隨著GPS智能分路系統在工程中的廣泛應用，該系統設備價格將進一步下降，成本優勢將更加明顯。

5.3 社會效益對比分析

GPS智能分路系統相比于傳統GPS模式，在提高勞動效率，節約勞動資源，降低有限空間的占用及促進行業健康發展方面有明顯優勢，具體如下：

（1）簡化了BBU設備擴容的安裝步驟，降低了工程施工難度，提高了工程效率。

（2）減少了室外天線的架設，改善建筑物外觀結構，在一定程度上有效避免了周邊居民阻撓工程施工的現象發生，改善了市容市貌。

（3）大幅降低系統及天饋線對局點樓頂位置、井道、下線孔洞等難以再生資源的占用。

（4）有效解決了樓頂天線布放困難、在井道阻塞的模塊局內新建、擴容無法實施的問題，一定程度上降低了BBU集中站址對機房建設條件的要求。

（5）充分利用運營商現有BBU局所存量資源，整合建設需求，實施存量資源共享改造，有效節約了行業投資，使運營商能夠集中資源和精力投入到業務創新及企業轉型中，為行業長遠健康發展和“資源節約型、環境友好型”社會建設做出積極貢獻。

6 結束語

本文通過對傳統方式下BBU集中設置存在的問題進行剖析，引入GPS智能分路系統，并對GPS智能分路系統在不同場景下的應用進行了分析和研究。繼而對比分析了兩種模式的技術特點、投資成本和社會效益。GPS智能分路系統通過有源放大設備將兩路GPS信號（1主1備）智能放大后轉發至同站址下的多套BBU，實現幾十臺BBU共享GPS信號。GPS智能分路系統的引入可簡化BBU安裝，降低工程施工難度、降低樓內可再生資源的占用率。

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