GSM－R系统中传输时钟的测试研究

翟旺勋

郑西高铁在运营过程中，出现部分基站显示工作正常但业务中断，进行基站复位操作后故障消失的现象。为了查找原因，对基站的物理性能，特别是输出信号的调制精度和稳定度，以及接收部分进行测试，都满足指标要求。由于GSM－R采用的传输系统基本为SDH系统，而SDH系统传输的时钟性能是否满足GSM－R的需求，一直存在争议。为此结合现场情况，对SDH系统传输后的时钟性能进行了测试分析，以确定是否因时钟恶化导致GSM－R基站故障。

1 时钟性能

由于故障站点存在的不规律性和不确定性，因此，测试主要针对出现故障延时较长的几个站点。为了全面衡量传输时钟的影响，选择基站电路环的环头、环尾和环中3个典型站点进行了测试。

时钟性能测试分为设备测试和网络测试，本次测试针对故障进行，实际上是网络测试。网络测试一般在网络的同步输出口或者业务口上进行。为了准确判断故障原因，直接在业务口进行测试。

网络性能的测试指标主要包括抖动输入容限、漂动输入容限、网络抖动、网络漂移累积和滑动等。由于工程验收阶段已经进行比较全面的网络测试，时钟同步性能指标可以通过频率精准度和噪声来衡量，频率精准度一般体现为频偏；噪声分为漂移和抖动2种，以10Hz为边界，大于10Hz的噪声称为抖动，小于10Hz的噪声称为漂移。对于时钟同步，抖动影响不大，漂移的影响很大，所以只测试漂移。测试项目包括最大瞬时频偏、最大时间间隔误差 （MTIE）、时间偏差 （TDEV）3个指标。

GSM－R基站采用环状组网保护链路，当传输电路出现故障时，能够确保业务稳定，最简单的电路环构成如图1所示。

GSM－R基站电路环，采用的是SDH 的2Mb/s端口，其业务速率为2.048Mb/s。本次测试是在业务不中断时直接在业务端口上进行。

2 测试步骤

图1 GSM－R基站电路环构成图

由于GSM－R系统中，传输设备采用逐级传递时钟的方式，骨干层接入时钟系统，因此测试点主要关注传输系统时钟传递的最末端。测试采用标准GPS时钟与被测试时钟进行对比，测试2Mb/s通道中的时钟是否符合GSM时钟要求 （准确度满足16ppb），以及是否满足基站设备对同步时钟的要求 （详见G.823标准）。测试设备连接方式如图2所示。

图2 测试设备连接方式

测试主要采用时钟分析仪，对传输系统与基站设备之间的2Mb/s传输链路进行了时钟性能测试。测试步骤如下。

1.确定现场BTS设备的上、下行2Mb/s端口，并确定2Mb/s的收发，主要测试2Mb/s端口传输设备的发射端口。

2.连接测试仪表。时钟分析仪可以同时测试2路2Mb/s信号，上、下行端口可以同时进行。

3.启动时钟分析仪。由于测试重点是时钟精度，对于测试设备要求较高，故时钟分析仪采用内置铷钟和GPS方式，在开始测试前，应对仪表进行预热和GPS的锁定。

4.启动被测设备并预热。由于网络设备已经运营，采用监测方式不中断业务，因此可直接进行测试。

5.启动测试。受到现场条件的限制，本次测试时长24h。

3 测试结果

测试主要针对基站的上、下行2个方向的电路进行，由于环头、环尾和环中的测试基本一致，因此只比较典型的环头站点的测试结果。

1.基站传输链路的瞬时频偏测试结果如图3所示。

图3 基站链路瞬时频偏图

2.基站传输链路的MTIE测试结果如图4所示。

图4 基站链路MTIE图

3.基站传输链路的TDEV测试结果如图5所示。从测试结果来看，所测瞬时频偏不大于6ppb，MTIE和TDEV模板全部符合要求。

图5 基站上行链路TDEV图

由于测试时间的限制，本次测试数据虽然不能给出绝对确定的结论，但是可以根据测试数据对时钟同步性能做出初步的分析。可根据实际需要延长测试时间，对单一站点测试完整TDEV模板需要的时间335h，如果条件允许还可以进行长时间的挂表测试。

时钟同步是通信网的重要要求，时钟同步性能不达标，会影响基站之间的信号切换和业务通信，会出现掉话、超时等故障。频偏是指测量的频率与标准频率之间的偏差，其指标是ppb （part per billion），数值越小，说明频率精准度越好。GSM网络要求在空口的时钟同步性能优于50ppb；对线路口 （E1）一般要求满足16ppb。本测试瞬时频偏不大于6ppb，满足使用要求，也说明SDH网络时钟能够满足GSM基站同步要求。

MTIE和TDEV是衡量时钟漂移的重要指标。MTIE是针对时间的缓变或漂移而定义的，可衡量时钟信号长期稳定性。TDEV是一个统计参数，作为集成时间的函数，可对一个信号的预期时间变化进行测量，并提供有关信号相位 （时间）噪声频谱分量的信息。MTIE图中每点的标准偏差是根据一个观测时间间隔窗口计算的，观测时间间隔窗口滑过整个测量时间，每次滑动中计算窗口内最大的时间偏差，并在整个测量时间内进行平均，得到特定间隔的TDEV值。因此，TDEV是对短期稳定性的一种衡量，可用以评估时钟振荡器性能。G.823标准中，对MTIE和TDEV都有相关的模板，时钟信号测试结果都应该符合这2个模板的要求。

从测试结果看，测试时长虽然没有达到完整的TDEV模板需要的时间，但符合模板要求，而且时钟的瞬时频偏也不大于6ppb，远小于指标要求的16ppb，因此判断基站故障并非是传输系统的时钟造成的，而且时钟信号经SDH传输后仍能满足GSM－R的需求。为了更加准确的分析故障原因，在网络条件允许的情况下，建议进行长时间的监测，直至故障再次发生，以检查故障发生时网络的时钟性能，来确定故障是否是网络时钟性能恶化所致。

［1］ TU－T G.823.The control of jitter and wander within digital networks which are based on the 2048kbit/s hierarchy 03/2000

［2］ 程根兰.数字同步网［M］.北京：人民邮电出版社，2001.