一種微波時間同步系統設計方法

張建軍

（天津光電集團有限公司 天津 300000）

一種微波時間同步系統設計方法

張建軍

（天津光電集團有限公司 天津 300000）

本文針對分布式天線系統，提出了一種微波時間同步設計方法。該方法可無需在各分布式從站與主站之間鋪設有線連接，即可實現分布式從站與主站之間的時間同步。

多天線技術；微波時間；基站

1 引言

隨著無線通信寬帶化的快速發展，無線頻譜資源變得越來越寶貴，如何提高無線資源的利用效率，成為當前無線通信研究領域中的一個重要研究課題。其中多天線技術是一種非常重要的提高頻譜利用率的手段，目前多天線技術已經應用于4G體制，同時大規模多天線技術也是5G的一種重要體制。

多天線技術一般是指在一個小區內設立多根天線，通過空間分集來提高系統容量，增加了通信系統的自由度。根據多天線的間隔可將多天線技術分為：（1）智能天線（間隔小于半個波長）；（2）多入多出MIMO天線（間隔一般為幾個波長）；（3）分布式天線（間隔至少為幾十個波長）。

其中在分布式天線系統中，一般采用有線連接進行時間同步。但在一些特殊的場景下，架設有線連接的成本過高，例如機場和戰場。為此需要采用無線方式對分布式天線的時間進行同步，以發揮分布式天線的空間分集效果。本文提出一種利用微波信號對多個天線/基站的信號進行同步的方案。

2 微波時間同步設計，見圖1。

圖1 時間同步原理示意圖

本文討論分布式天線場景中的最簡情形，即只有2個分布式基站和天線，分別為天線1和天線2，如圖1所示。為了保證分布式天線1和天線2發射信號時的嚴格同步，兩個基站的時間同步誤差應小于100ns。本文采用專用的微波同步鏈路進行時間同步，選擇5.8GHz的ISM頻段作為微波時間同步的頻段，該頻段是免費的公用頻段，同時與現有的移動通信系統使用頻段沒有重疊，無相互干擾。同時采用定向天線，增加其抗干擾能力和提升鏈路增益。

在基站1的T1時刻，基站1將時間信息T1發送出去，并在基站2的時刻T2到達基站2，則

其中τ為基站1到基站2的信號傳輸和處理時延，Δt為基站2與基站1的時間差。

則基站2測量得到時間差Δt1為：

同時，在基站2的T’2時刻，基站2將時間信息T’2發送出去，并在基站1的時刻T’1到達基站1，則

則基站1測量得到時間差Δt2為：

為了保證基站2與基站1時間同步，則基站2需要求得Δt，基站2調整自己的時間(加上Δt)。在微波時間同步系統設計時，可以先假設τ=τ’，則可得：

通過以上通信可知，基站2已經獲取Δt1，而Δt2是基站1獲取的，因此在下次通信過程中，基站1還需將Δt2傳輸給基站2。因此可得同步數據的幀格式，如下圖2所示。

圖2 同步數據幀格式

基站1和基站2發送的數據幀格式一樣，都包含導頻序列和發射時刻，及其計算得到的時間差。根據以上數據幀格式即可獲取基站2和基站1的時間差，并一直保持同步。

基站1和基站2采用TDD方式進行工作，這樣可保證收發微波頻率是一致的，可以消除不同頻率在空間中傳輸的時間不一致性[1]，保證τ=τ’。

系統使用的本地時鐘其頻率不確定度約為1ppm，不同基站的時鐘完全獨立，則時鐘頻率的相對不確定度為ppm，為了保證系統的可靠性，我們在頻率不確定度為2ppm的條件下進行設計。本地時鐘頻率設計為10MHz，在2ppm頻差（每秒偏移累計量為20Hz）的條件下，為了保證該因素導致的同步時差不大于50ns。

當系統中的主站和從站連接GPS/BD等衛星授時系統時，其時間采用GPS/BD UTC時間。當衛星授時系統受到干擾或破壞時，當前的UTC時間作為初始化時間。當系統中的各基站從未連接衛星授時系統時，各基站采用其自身的系統時間作為基準，并在后續的無線時間同步過程中，消除處理延時和傳播延時，得到其他基站完全同步的時間。

3 結論

本文研究了時間同步原理和時間同步的流程，為分布式天線系統的設計和時間同步提供了一種方法，該方法適合于不便于架設有線連接的場合。在這些特殊場合可隨意布置各基站，利用該方法可保證這些基站的時間同步。

[1]趙建強，分布式系統高精度時間同步技術研究，《四川大學碩士論文》，2005.

[2]張立新，王偉，王崗，雙向比對遠距離時間同步技術，《空間電子技術》，2002年第2期，第7-9頁.

[3]惠衛華，盧曉春，華宇，吳海濤，衛星星座時間同步方法研究和仿真，《2005年全國時間頻率學術交流會》，2005，第508-513頁.

[4]何芳，網絡控制系統同步控制性能研究，《哈爾濱工業大學博士論文》，2010.

TN92 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）01-0028-02