移动通信基站局点引入卫星同步信号的方案分析

［冯薇薇］

移动通信基站局点引入卫星同步信号的方案分析

［冯薇薇］

分析了移动通信基站局点引入卫星同步信号的方案，具体包括引入卫星同步信号的必要性、可行性、技术方案等，并扩展分析了基站局点引入卫星信号的创新思路和意义。

TDD LTE CDMA 卫星导航系统 室内分布 授时天线 发射天线 合路器

冯薇薇

中国电信股份有限公司广东研究院工程师，长期从事移动通信领域技术研究，重点研究移动核心网相关技术。

1 移动通信基站局点引入卫星同步信号的必要性

移动通信技术的发展离不开同步技术的支持，移动通信系统正常工作的前提是同步系统正常，同步质量的好坏对移动通信系统的性能指标起作至关重要的作用。3GPP25.402定义了同步要求，其中对采用时分双工（TDD）的系统特别要求严格基站间时间同步，采用频分双工（FDD）的系统需要频率同步。【2】TD-SCDMA，WiMAX，TDD LTE三种制式都采用TDD方式，为了避免收发干扰，基站必须严格时间同步；CDMA制式虽然采用FDD方式，但CDMA的长码短码都是m序列，不同的m序列通过不同的相位来区别，所以各基站必须严格实现时间同步。【5】

目前，有高精度时间同步需求的移动通信系统主要利用卫星导航与定位系统的授时功能实现同步。目前全球主要有6大卫星导航定位系统，分别为北斗卫星导航系统、GPS系统、GLONASS系统、Galileo卫星导航系统、日本准天顶卫星导航系统、印度区域卫星导航系统等。在移动通信相关工作开展过程中，有可能只需要GPS系统提供的授时信号，也有可能同时需要GPS系统、北斗卫星导航系统、GLONASS等系统提供的信号。【4】

移动通信基站局点需要引入卫星同步信号，只有在基站局点能够接收到良好的卫星信号时，相关工作才能正常开展。但是，传统卫星天线对安装环境要求严格，需要安装在较开阔的位置，需要保证周围无较大的遮挡物，对天线的遮挡不应超过30 度，为避免反射波的影响，天线需尽可能远离周围尺寸大于20 cm 的金属物2 m 以上，这些原因导致处于室内的基站局点难以接收卫星信号；同时，传统卫星同步系统采用射频电缆线进行信号传输，射频电缆线径较粗且韧性很差、不易弯曲，如果为每个基站布设线缆，将导致施工成本高、资源耗费大，同时导致工作开展不灵活、工作环境不美观。【3】

为了解决上述问题，实现处于室内的移动通信基站局点能够接收到良好的卫星同步信号，需要寻求可行的方法，为移动通信基站局点科学、合理地引入卫星信号，以满足工作开展过程中能够随时、随地、随意使用卫星信号的需求。

2 移动通信基站局点引入卫星同步信号的方案分析

2.1 可行性分析及方法描述

为了实现处于室内的移动通信基站局点能够接收到良好的卫星信号，需要寻求可行的方法，为局点科学、合理地引入卫星信号，以满足工作开展过程中能够随时、随地、随意使用卫星信号的需求。

为了实现该目标，需要从以下3个方面进行思考和准备：首先，需要构建一个统一的卫星信号覆盖系统，使移动通信局点能够通过该系统被卫星信号全面覆盖；其次，需要合理选取卫星信号引入点、合理规划机房内卫星信号接入点布局、合理规划施工线路；第三、需要考虑如何解决安全和信号衰减等问题。

在明确了实验室卫星信号覆盖系统的构建思路之后，接下来，需要明确构建该系统需要使用的器件，因为需要接收、转发、放大、发射卫星信号，需要考虑安全措施，所以，搭建卫星信号覆盖系统需要使用的主要器件有：接收天线、发射天线、信号转发器、信号放大器、功分器、避雷器等，它们的功能分别如表1所示。

在需求、思路、方案明确之后，就可以以此为依据进行系统设计、施工了。

表1 卫星信号覆盖系统常用主要器件

2.2 实例分析说明

以某集团移动通信基站局点的GPS系统建设为例，说明如何为一个室内大型基站局点构建卫星信号覆盖系统，引入卫星同步信号。【1】

首先，由于该局点分布在A层、B层两个不同楼层，且楼层位置较低，受到高楼遮挡影响，把基站天线置于窗边、或引到阳台都难以接收到良好的卫星信号，所以，需要合理选取卫星信号引入点，通过卫星信号覆盖系统将卫星信号引入室内区域。经勘测环境，依据前面所述卫星天线安装环境要求，最终将卫星信号引入点选址在大楼楼顶，将GPS接收天线选址、安装在高楼楼顶，从楼顶将卫星信号引入A层机房的信号转发器，再从信号转发器将卫星信号引入A层、B层各机房。系统连接示意图如下图1所示。

图1 从选定站址将卫星信号引入局点

其次，根据项目开展、设备配置需求，合理规划机房内信号传送方式和连接点布局。在该基站局点，从信号转发器输出端将信号连接、传送到每一个机房之后，采用了如下方式进行信号分配：

接入一分四功分器、然后从一分四功分器接入一分八功分器，再从一分八功分器将信号接入发射天线或室内基站，基站既可以通过有线线缆连接方式获取卫星信号，也可以利用安装在室内的发射天线通过无线方式获取卫星信号，信号连接及分配方式如图2所示。

也可以采用先接入一分二功分器、然后从一分二功分器接入一分四功分器、再从一分四功分器接入一分八功分器，再从一分八功分器将信号接入室内发射天线或基站等连接、分配方式。

图2 通过一分四、一分八功分器分配信号

第三、处理信号衰减问题、安全问题，解决系统功能升级等需求。从大楼楼顶到A层机房经过了10余层楼，加上横向的线缆铺设，信号损耗较大，所以，需要在信号转发器的输入端、输出端设置信号放大器，以确保机房引入的信号强度能够满足项目需求；同时，必须合理考虑系统的安全问题，该局点的GPS系统专门安装了避雷器以确保系统安全（参见图1）；该局点第一阶段的卫星信号引入系统只考虑了对GPS信号的引入，后续工作提出了北斗信号需求，所以，在该局点卫星信号覆盖系统二期扩容项目中，从设备和组网等方面进行了改造，使该系统能够同时为局点引入GPS信号和北斗信号。如果工作开展还同时需要GLONASS、Galileo卫星导航系统等信号，也可以在系统建设或扩容时统一考虑。

表2为该局点卫星信号引入系统建设的基本设备明细表（设备参数根据系统设计需求不同存在差异）：

因为经过了充分的需求分析、细致的环境勘测、详细的方案探讨、认真且高水平的设计和施工，该移动通信基站局点的卫星信号覆盖系统建设非常成功，在该局点工作最繁忙的阶段以及后期工作中，卫星信号覆盖系统都顺利支撑了相关工作开展。

表2 某集团移动通信局点卫星信号覆盖系统基本设备明细表

2.3 拓展思路分析

在前面，我们探讨了如何为移动通信基站局点建设独立的卫星信号引入系统，通过建设独立的卫星信号覆盖系统，可成功解决处于室内的移动通信基站局点难以接收卫星信号的问题。但是，单独建设卫星信号室内覆盖系统需要一定的成本、资源、时间。所以，可以寻求更省时、省力、省钱的方法，更有创造性地为移动通信基站局点引入卫星信号。

现有的移动通信室内分布系统是可以利用的良好资源：采用TDD LTE、TD-SCDMA、CDMA等移动通信技术标准的室内分布系统需要使用卫星同步信号，已有布设好的、性能优良的卫星信号接收天线，已有成熟的室内分布网络，但是，移动通信室内分布系统引入的卫星信号目前只用于辅助移动信号同步，可以利用现有条件，采用创新方案，将卫星信号和移动信号同时覆盖到处于室内的移动通信基站局点。

可以采用如下创新方案，使卫星信号与移动信号同时覆盖室内：首先，将原有移动通信室内分布系统的卫星接收天线接收的卫星信号分为两路，一路卫星信号仍然用作原有室分系统信源的同步信号，另一路卫星信号用于传送到合路器进行卫星信号合路；第二，将用于传统室内分布系统的合路器改造为有卫星信号合路输入端口、可合路卫星频段的合路器；第三，在室分系统的发射天线端，采用支持所需卫星频段的室内多频发射天线，使卫星信号和移动信号可以同时覆盖室内。

为实现该创新方案，需对传统移动通信室内分布系统的合路器进行改造，采用新型合路器，新型合路器在支持原有移动信号合路的基础上，增设卫星信号合路输入端口，支持所需卫星频段合路，使卫星信号能够合路到室分系统中；同时，需采用多频发射天线，多频发射天线在支持移动信号覆盖的同时，可支持所需卫星频段，支持在室内同时覆盖卫星信号、移动信号。

图3 移动通信室内分布系统信号引入原有方案

图4 移动通信室内分布系统信号引入改造方案

改造方案可利用原有移动通信室内分布系统的网络和资源，为移动通信基站局点引入移动信号的同时也引入卫星信号，采用该方案，不但省时、省力、省成本，而且可借助室分系统的广泛部署得到广泛应用。

3 结语

通过建设移动通信基站局点卫星信号覆盖系统，可成功解决位于室内的移动通信局点难以接收卫星信号的问题，使工作人员在室内即可完成以前需在室外完成的工作，为项目开展提供良好的工作环境。该系统建设方法可以被推广到科研教育、业务演示、生产制造、交通运输等室内场所，为我们的工作、生活提供更多的便捷和更高的效率。同时，可以对移动通信基站局点卫星信号覆盖系统的建设思路、建设方法进行拓展提升，为我们的工作、生活带来更多、更好的创新和改变。

1中国电信移动通信实验室GPS分配系统实验方案

2张阳.TD-SCDMA网络同步问题浅析.信息通信技术，2011，4:67-72

3移动通信一体化卫星授时系统解决方案.http://www.afzhan.com/tech_news/detail/34113.html

4全球六大GNSS介绍.http://www.wendangdaquan.com/Wdshow.asp?id=72d498fbf90f76c661371a0c

5无线网络对频率同步和相位同步的要求及原因.http://www.docin.com/p-643951325.html

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.10.019

（2016-10-08）