小基站同步解决方案研究

韩柳燕　中国移动通信有限公司研究院高级工程师王　磊　中国移动通信有限公司研究院高级工程师王世光　中国移动通信有限公司研究院工程师刘未华　中国移动通信有限公司研究院工程师

小基站同步解决方案研究

韩柳燕中国移动通信有限公司研究院高级工程师
王磊中国移动通信有限公司研究院高级工程师
王世光中国移动通信有限公司研究院工程师
刘未华中国移动通信有限公司研究院工程师

为了解决LTE等移动通信网络深度覆盖的问题，小基站逐步引入现网。本文介绍了小基站的同步解决方案，并对其部署需求和特点进行了分析。

小基站；同步；PTP；空口

1　引言

近年来，移动通信网络一直都在保持快速增长。随着移动互联网的不断发展，智能终端的用户体验不断改进，移动互联网的应用不断推陈出新，进一步推动了移动互联网的快速发展，从网络的角度来看，移动互联网流量的不断增加使得LTE系统已经快速部署应用，随着LTE宏蜂窝网络的部署，用户对移动互联网的业务继续增加，而空口资源有限，需要提高频谱的复用度，同时需要解决高频段深度覆盖的不足，这时候就需要引入小基站来解决这个问题。

以皮站和飞站为代表的小基站技术，采用低成本、小型化、低功率、低功耗的接入设备，通过有线宽带回传链路接入运营商核心网，能较好地解决上述问题，成为传统宏站和室内分布系统的有益补充。

TD-LTE小基站同步需求与宏基站基本一致，基站间时间同步误差不能超过3μs，否则会产生干扰。但是，小基站部署条件以及回传网络与宏基站有所不同，如何满足小基站时间同步需求，是小基站部署必须解决的一个问题。

2　小基站部署场景及回传网络方案

小基站主要用于网络覆盖不足，接入容量不足，或者建设难度相对较大的场景。可能部署场景包括：家庭、小型企业等室内非公共场景，以解决室内深度覆盖不足，从而改善用户体验；咖啡馆、校园、营业厅等室内公共热点区域，以分流宏基站业务，提升基站流量，保证热点区域接入能力；室外区域场景，如乡村/旅游景点孤岛场景等，用于覆盖小范围阴影区域，降低覆盖成本，部署方便灵活。

小基站回传网络承载方案有几种部署方式：可使用移动回传网络（如PTN回传）、宽带网络（如PON网络）或通过第三方网络回传，如图1所示。小基站通过移动回传网络或宽带网络回传，并通过防火墙、IP承载网CE将流量转发至安全网关。小基站通过第三方网络回传时，对小基站用户的服务质量保证可通过两种方式：运营商之间协商QoS，要求用户额外付费；或者小基站用户自己保证通过第三方网络的接入带宽，运营商保证和第三方网络之间的互通带宽。

图1　小基站回传网络承载方案

3　小基站同步方案

目前，小基站可利用的同步方案有3种，一是通过GPS同步，二是通过空口同步，三是通过回传网络PTP协议同步（见图2）。

图2　小基站同步方案

GPS同步是利用GPS接收机通过GPS卫星授时，获得高精度的频率和时间同步参考信号，该方案已在宏站规模应用，同步精度高、成熟稳定。要求小基站内置或外接GPS接收机及天线，部署环境能够接收到GPS信号，关键挑战是Femto通常部署于室内，室内环境下GPS信号较弱且信号不稳定，对GPS接收机灵敏度要求较高。

空口同步基本原理是小基站周期性监听参考基站的同步信号并通过随机接入请求测量传播延迟，实现与参考基站的频率和时间同步。要求小基站和参考基站同频组网，且小基站支持空口同步算法。关键挑战是空口同步跳数越多，同步误差累积，每跳同步精度要求越高，通常不能超过3跳；小基站开关行为相对随机，多跳空口同步存在冲突场景，需要复杂算法减少跳数，解决同步冲突；此外，小基站需要侦听到宏基站信号，在部分覆盖不好的场景无法满足。

PTP协议同步是通过回传有线网络进行时间同步信息的传送，在网络上游的时间服务器输出时间源信号，通过PTP精确时间协议将时间信息传送给下游的小基站使用。要求小基站具备PTP从端跟踪能力。关键挑战是回传网络要支持PTP协议的传送和处理。

4　回传网络传送同步研究

通过回传有线网络为小基站进行时间同步信息的传送对回传网络的同步能力提出了一定要求。

当使用移动回传网络（如PTN回传）进行同步传送时，PTN等传输设备支持逐点进行PTP边界时钟处理。因此，可以保证经过网络之后的时间同步性能，从而满足小基站的同步需求。

图3　PON系统传输同步网络结构

小基站利用宽带网络（如PON网络）进行回传，接入成本低且可管可控，是目前比较常用的回传方案，这时就会对PON系统传输同步的能力提出要求。图3是典型的PON系统传输同步网络结构，OLT从上游网络获取时间信息方式包括通过1PPS+TOD带外接口提取时间信息，或者OLT上联接口支持PTP协议，直接从上联以太接口获取PTP信息。OLT同步于上游网络之后，通过OLT和ONU之间的同步机制将时间从OLT传递到ONU。ONU LAN侧以太接口支持PTP功能，通过PTP协议将时间信息传递给小基站。GPON OLT与ONU之间用于传递时间的TOD信息传递方式在ITU-T G.988中予以了规定，OLT定期向ONU发送OLT-G的OMCI命令，OLT-G第四个属性为TOD（Time of Day In formation）属性，该属性提供了ONU本地时钟和OLT参考时钟之间的时间同步信息。该属性包含两部分字段。第一字段的4个字节为特定的GEM （G-GPONE ncapsu lation Mode）超帧序列号，第二字段的10个字节为时间戳信息（Tstamp N），采用了IEEE 1588-2008的时间戳生成规则。

除了时间信息TOD之外，为了管理维护的需要，建议OLT能够将上游传递的时间状态信息也发送给ONU，ONU将时间状态信息通过PTPA nnounce报文传递给小基站，小基站从而可以获知到上游同步网络的运行状态。OLT向ONU发送的时间状态建议包括图4所列的各项参数。

如果利用第三方网络进行小基站回传，第三方网络可能不支持PTP协议处理，则网络上游的时间服务器发出PTP报文，需要经过不支持同步的第三方网络透传，到达小基站。PTP透传场景的同步性能取决于网络条件，以及末端PTP从时钟的时间恢复能力。要求网络跳数不能太多，末端小基站均具备较高性能的内置晶振，且对其PTP恢复处理算法提出较高要求。这种场景传递PTP的性能以及应用需要进一步研究和验证。

图4　PONOLT向ONU发送的时间状态参数建议

5　结束语

本文介绍了小基站部署场景及回传网络方案，为满足小基站同步精度要求，可利用的同步方案有3种，一是通过GPS同步，二是通过空口同步，三是通过回传网络PTP协议同步。本文对这3种同步方案的部署需求和特点进行了分析，并进一步分析了PTP协议同步对小基站回传网络的技术需求。在未来小基站部署中，可通过具体的部署场景以及回传网络情况，选择合适的同步方案。

［1］韩柳燕，李晗，王磊，等.TD_SCDMA系统中1588v2时间同步技术探讨［J］.电信技术，2010（6）.

［2］中国移动.中国移动GSM/TD-SCDMA/TD-LTE Femto/Nanocell基站设备技术规范［S］.北京：中国移动集团公司，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）