地鐵LTE-M1588V2時鐘同步方案風(fēng)險分析

李瀛生

（南京熊貓信息產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇 南京 210000）

1 1588V2在地鐵行業(yè)應(yīng)用概述

隨著TD-LTE技術(shù)在公共通信領(lǐng)域的快速應(yīng)用，基于LTE技術(shù)面向軌道交通的無線通信解決方案LTE-M技術(shù)逐漸成為地鐵行業(yè)的無線通信主流解決方案。地鐵LTE-M車地?zé)o線通信系統(tǒng)承載信號CBTC、PIS、CCTV、TCMS、語音集群等多種業(yè)務(wù)。LTE-M技術(shù)在安全、快速、準(zhǔn)確、高效地傳輸信號命令方面有極為重要的應(yīng)用價值，對提高地鐵運營的服務(wù)水平作用顯著。其基本組網(wǎng)方式是：控制中心部署核心網(wǎng)、網(wǎng)管、時鐘服務(wù)器、中心交換機等核心設(shè)備；一般建設(shè)兩張完全獨立的A網(wǎng)和B網(wǎng)來增強可靠性，A網(wǎng)和B網(wǎng)做頻率隔離，設(shè)備級做物理隔離。LTE在車站的設(shè)備集中站部署車站交換機、BBU，每個BBU帶多個RRU來覆蓋非設(shè)備集中站的軌行區(qū)域。LTE-M整體組網(wǎng)架構(gòu)見圖1。

圖1 LTE-M整體組網(wǎng)架構(gòu)圖

2016年5月，中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布《關(guān)于推薦城軌交通項目新建CBTC系統(tǒng)使用1.8G專用頻段和LTE綜合無線通信系統(tǒng)的通知》，標(biāo)志著LTE大規(guī)模應(yīng)用于城軌信號系統(tǒng)的時代已經(jīng)到來[1]。然而，LTE技術(shù)本身對時鐘精度要求比較高，LTE系統(tǒng)的時鐘頻率精度要求在0.05 ppm，時鐘相位同步精度在1.5 μs，針對LTE TDD系統(tǒng)的時間同步方案主要有GPS、1588V2。

1.1 當(dāng)前LTE-M時鐘部署面臨的現(xiàn)狀

因地鐵的線路特點，需要將BBU的GPS天線從地下通信或信號機房引出至地面出入口，才能保證衛(wèi)星信號的可靠接收。限于走線距離、施工難度、外部條件等諸多客觀因素，采用單獨1588V2時鐘授時的方式，這樣的授時方案是否可行，又會有哪些問題呢？

首先，TDD為時分雙工系統(tǒng)，上下行共用相同的頻帶資源，系統(tǒng)內(nèi)部通過不同的上下行時隙配比控制資源的傳輸，LTE TDD對時間同步極為敏感；在移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，不同基站之間必須同步在一定精度之內(nèi)，否則，基站切換時會出現(xiàn)掉線或者話音單通等異常情況，在地鐵項目A/B雙網(wǎng)同覆蓋的情況下，A/B網(wǎng)之間目前系統(tǒng)內(nèi)的干擾主要分為以下三種情況。

（1）基站之間收發(fā)干擾：同步狀態(tài)下不存在此干擾，非同步狀態(tài)下為主要干擾，必須規(guī)避。

（2）終端之間收發(fā)干擾（隨機干擾）：同步狀態(tài)下不存在此干擾，且隨終端位置變化為隨機干擾。

（3）基站終端之間交叉干擾：隨終端位置變化為隨機干擾。

所以，TDD系統(tǒng)基站之間必須配置相同的子幀配比并且結(jié)合時鐘方案實現(xiàn)時間同步，規(guī)避同系統(tǒng)內(nèi)的干擾。

1.2 1588V2在傳輸網(wǎng)絡(luò)中的傳播方式及存在問題

1588V2時鐘是通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞時鐘信號，時鐘信號傳輸過程如圖2所示。

圖2 1588V2的傳輸過程圖

時鐘服務(wù)器可采用雙套設(shè)備為下游設(shè)備提供1588V2時鐘源；采用雙套設(shè)備時要求兩條時鐘鏈路的協(xié)議類型和傳輸方式必須相同，時鐘服務(wù)器仍需要從GPS/北斗獲取時鐘源信號；由于只需要在時鐘服務(wù)器側(cè)部署GPS/北斗信號，降低了施工難度。

但是，由于1588V2時鐘信號傳遞需要中間傳輸網(wǎng)絡(luò)逐跳支持，對中間傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性要求極高；傳輸網(wǎng)絡(luò)的時延抖動、丟包均會對1588V2信號造成影響，對傳輸網(wǎng)絡(luò)QoS有較高要求，如果時鐘源出現(xiàn)問題，受影響的范圍較廣，對下游設(shè)備的影響可能是多點的；同時，因時鐘的中間傳送節(jié)點多，出現(xiàn)時鐘問題時定位困難，無線基站作為最末級的接收設(shè)備不易察覺發(fā)生故障，有導(dǎo)致大面積干擾的風(fēng)險。

2 1588V2故障案例分析

2.1 1588V2規(guī)模商用中的故障影響分析

1588V2時鐘源故障率高，影響范圍大，持續(xù)時間長。TD-LTE基站使用相位有偏差的1588V2時鐘源，可能會干擾周圍一大片鄰站，造成大量站點業(yè)務(wù)指標(biāo)惡化（見圖3）。

圖3 1588V2與GPS故障對比

所以，單1588V2網(wǎng)絡(luò)問題恢復(fù)時間長，故障影響范圍大，存在事故級風(fēng)險。

2.2 地鐵行業(yè)單1588V2時鐘源引發(fā)的問題案例

針對近期地鐵行業(yè)單1588V2時鐘源引發(fā)的問題，列表分析如表1所示。

表1 單1588V2時鐘源引發(fā)的問題表

地鐵EB案例：單1588v2時鐘失步導(dǎo)致列車EB。

問題描述：寧波三號線2019年5月7日早上7點20分左右，體育館、高塘橋、兒童公園控區(qū)列控業(yè)務(wù)集群業(yè)務(wù)同時中斷，10分鐘左右自動恢復(fù)。5月7日晚9點20分左右，兒童公園控區(qū)列控業(yè)務(wù)和集群業(yè)務(wù)同時中斷，7分鐘左右自動恢復(fù)。

問題根源：全網(wǎng)NE設(shè)備（早上是A網(wǎng)全網(wǎng)，晚上是B網(wǎng)全網(wǎng)）在相同時間均出現(xiàn)時鐘異常。基站也出現(xiàn)全網(wǎng)（早上是A網(wǎng)全網(wǎng)，晚上是B網(wǎng)全網(wǎng)）時鐘狀態(tài)變化（鎖定-保持）。

解決措施：①承載網(wǎng)1588V2時鐘修改配置參數(shù)，解決相偏故障；②NE設(shè)備加強軟件保護(hù)措施。

2.3 公網(wǎng)案例：單1588v2時鐘失步導(dǎo)致大面積干擾

問題描述：從8月14日起，北京移動華為區(qū)域的NR高干擾小區(qū)數(shù)增加。

問題根源：因承載網(wǎng)參數(shù)配置錯誤引起1588V2時鐘相位異常，導(dǎo)致NR站點時鐘跑偏，干擾周邊站點。

臨時解決措施：關(guān)閉時鐘失步站點，干擾可恢復(fù)至8月初水平。

最終解決措施：①承載網(wǎng)1588V2時鐘修改配置參數(shù)，解決相偏故障；②北京存在4700+NR站點使用單1588V2站點，建議這些站點部署GPS/北斗，并設(shè)置GPS/北斗作為主用時鐘，1588V2備用。

3 結(jié)束語

綜合以上風(fēng)險的分析，推薦地鐵行業(yè)LTE的時鐘同步方案主推GPS（主時鐘）+1588V2（備時鐘）的多時鐘源授時的方式，要求中間所有傳輸設(shè)備節(jié)點支持1588V2協(xié)議。GPS天線部署在每個設(shè)備集中站，從車站地下引到地面；A網(wǎng)、B網(wǎng)各配置兩個時鐘服務(wù)器增強可靠性，主備時鐘服務(wù)器分別部署在控制中心和車輛段；GPS和北斗可以混用，將1588v2時鐘作為備用時鐘與GPS配合。