GPS满天星系统在大型室分场景中的应用

2017-09-15王思宇

移动通信 2017年16期

王思宇

GPS满天星系统在大型室分场景中的应用

王思宇

（中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司，黑龙江哈尔滨 150000）

在铁塔公司承建的大型室分场景中，由于运营商BBU数量大且需集中放置，导致GPS天馈线数量较多，造成施工、协调困难，甚至存在受天面资源制约而无法实施的情况。为了解决这一问题，从工程实际出发，以红星国际广场5号地块站点为例，创新地采用GPS满天星解决方案，并与传统功分器方案进行对比，总结出各自的优缺点，从而解决后续大型室分场景GPS天馈线受资源限制而无法施工的问题。

GPS满天星系统室内分布 BBU

1 研究背景

随着中国铁塔股份有限公司（以下简称铁塔公司）室分业务的推广，一些重要场景的室内分布系统转由铁塔公司建设、三家运营商共享的模式。铁塔公司承接的站点中，不乏面积巨大、结构复杂的站点，这些站点以组团、地块的形式出现，业主往往只提供一处位置作为主机房。此种情况会导致各运营商BBU（Building Base band Unit，基带处理单元）设备数量增大，GPS天线、馈线数量增多，从而带来了施工难度加大、施工费用增加、受天面面积限制无法安装GPS天线等问题。

为了解决上述问题，需要一种稳定、支持多BBU、占用天面资源少的新型GPS解决方案——GPS满天星系统解决方案。本文详细阐述了GPS满天星系统工作方式及设计思路，在实际工程中创新地应用该系统，成功解决了GPS天馈线系统增多带来的一系列问题。并与传统功分器GPS解决方案进行对比，明确其适用场景，为后续大量BBU集中放置、天馈资源不足站点GPS解决方案提供了新的思路。

2 GPS满天星系统工作方式及性能指标

GPS满天星系统又称GPS智能放大分配系统，由GPS天线、馈线、GPS满天星系统主机、GPS满天星系统从机等组成。设备单级可支持8套BBU，级联拓展后最高可支持36套BBU。

2.1 GPS满天星系统工作方式

GPS满天星系统将天面GPS天线接收到的两路信号（一主一备）通过有源放大设备放大，转发至同一机房内的多台BBU，从而实现多台BBU之间GPS同步信号的共享。GPS满天星系统连接示意图如图1所示。1.023 MHz、北斗系统B1频段1 561.098±2.046 MHz。

（2）GPS输入、放大模块采用1+1热备份，以提高可靠性。

（3）设备采用双备份电路冗余设计，即两路GPS信号链路（分为一主一备），两路信号可同时工作，当一路主设备出现故障时，系统自动切换到另一路备用链路。

3 GPS满天星系统设计思路

2.2 GPS满天星系统性能指标

GPS满天星系统采用双路冗余备份机制，主备通路可独立工作，保证定位信息正常解析。设备自身不会对原有系统频率进行改变，通过高精度滤波器对GPS（兼容北斗）信道频带内信号进行过滤，仅对频带内信号进行放大和功率再分配，并未对GPS所传时钟进行解析，故无法对因GPS卫星故障所导致的时钟偏差进行告警。

（1）宽频段设计，兼容GPS系统L1频段1 545.42±

从GPS满天星系统的特点可以看出，其特别适用于BBU数量庞大且集中放置、天面资源受限的站点。

（1）GPS满天星系统主从机级联设置：适合多BBU集中放置，特别是居民区、商业区、大学城等以组团、地块形式出现的大型室分场景。

（2）GPS满天星系统双天线设置：适合天面面积受限场景。根据主设备厂家提供的技术规范，GPS天线必须满足隔离度要求才能达到良好的同步效果。在BBU数量较大、天面空间狭小的地方，传统GPS方案由于天线数量较大，很难满足安装要求。

（3）GPS满天星系统双馈线设置：降低了施工难度。相较于传统一副GPS天线、一根馈线的解决方案，GPS满天星系统双馈线降低了馈线敷设难度，同时也将业主诸如美观、防水等顾虑降到最低，极大地提高了建站速度和成功率。

图1 GPS满天星系统连接示意图

4 典型案例分析

4.1 站点概况

红星国际广场5号地块共3栋楼宇，总建筑面积约为26.6万平方米，业主对施工工艺要求严格。

本工程为该楼宇内提供移动通信深度覆盖，同时满足中国移动、中国联通、中国电信2G/3G/4G等多套移动通信系统需求。新增POI 47套，功分器/耦合器3 162个，天线3 348副，1/2馈线28 000 m，7/8馈线28 000 m，48芯光缆15 000 m。

4.2 设计方案

此站点中国移动、中国联通、中国电信都需要GPS信号作为授时时钟。由于商业场景寸土寸金，业主只提供一处位置作为主机房，位于地下一层，到顶楼共21层，单根GPS馈线长度为187 m。

本站安装GPS满天星系统主机一台，从机两台。其中，主机与从机1安装在中国联通综合机柜内，从机2安装在中国移动综合机柜内。现场安装情况详见图2所示：

图2 主机、从机1正视图

经与运营商会审商定，红星国际广场5号地块站点中国移动、中国联通GPS系统交由铁塔公司建设，共同使用GPS满天星系统；而中国电信不使用GPS满天星系统，其独立建设自己的GPS系统。即中国移动3台BBU、中国联通8台BBU使用GPS满天星系统，中国电信8台BBU独立建设GPS系统。

由此可知，共有11台BBU使用满天星系统，通过级联可支持更多BBU，只需用馈线将BBU与满天星设备直接连接即可，工程量小、施工便利；使用传统GPS解决方案的8台BBU独立建设GPS系统，为了减少拉远馈线条数，需使用功分器，增加了故障点和插入损耗，若后期扩容需增加BBU则要重新穿线，不利于BBU扩展。

单根馈线长度为187 m，拉远距离较长，满天星系统自带功率补偿功能，满足GPS信号强度；传统方案只能通过更换较粗的馈线来增加干放，对抗传输损耗，增加施工难度。

满天星解决方案只需2根馈线，敷设相对容易；传统解决方案共需敷设5根馈线，工程量大，容易受到业主阻挠。

天面受建筑造型影响，可利用的空间很小。由于GPS满天星系统只需2副天线、2根馈线，相对比较隐蔽，故得以安装在搜星效果好、较高的区域。而中国电信传统GPS系统由于天馈线数量较多，严重影响外观，因此安装在低处。GPS满天星系统天馈部分（红色圈内）和中国电信独立建设GPS天馈部分如图3所示：

图3 天馈系统图

目前，红星国际广场5号地块三家运营商主设备均已开通，整体运转正常。

5 系统测试

为了验证GPS时钟源基站和满天星GPS时钟源基站之间的切换功能，下面从现网中选取存在切换关系的基站进行测试对比分析。

5.1 室分基站间切换测试

室分基站间切换测试图（友谊新天地切换测试PCI分布）如图4所示。

经过测试发现，FDD LTE室分现网时钟同步模式下，共进行切换测试24次，成功率达100%。

5.2 宏站与室分基站间切换测试

为了验证GPS时钟源基站和满天星GPS时钟源基站之间的切换功能，下面从现网中选取室分基站和宏基站存在切换关系的基站进行测试对比分析，以验证对切换有无影响。

共选择1个宏基站东丽贯庄局F（GPS）、1个室分基站东丽空港局BBU4F空港融合广场12（GPS满天星），对这两个基站间进行数据长呼切换测试。

对宏站东丽贯庄局F13（PCI：197）与室分东丽空港局BBU4F空港融合广场RRU211（PCI：433）之间进行切换测试，具体如图5所示。

通过现场对不同时钟源基站进行切换测试，得出如下结论：

（1）基站间采用两种不同的时钟同步方式（GPS满天星时钟和GPS时钟同步），基站间切换成功率100%，网管统计成功率100%。

（2）通过GPS满天星与现网GPS时钟源站点间切换指标对比，相关性能指标均接近。

5.3 宏站间切换测试

选择和平河北路局（GPS满天星）与和平金街宾馆（GPS）两个宏基站，对这两个基站间进行数据长呼切换测试。

对和平河北路局T91（PCI：93）与和平金街宾馆T93（PCI：83）之间进行切换测试，具体如图6所示。

统计网管全天切换类指标中两个基站间切入切出情况如下：

对和平河北路局站GPS满天星设备安装前后，与周边宏站进行切换测试，其KPI切换指标统计对比显示，整体切换指标差别不大。

6 GPS满天星系统与传统GPS解决方案对比

针对红星国际广场5号地块试点及联通现网测试实际情况，下面将对两种建设方案进行对比。

6.1 设计方案对比

采用传统GPS授时系统的站点，当BBU数量较多时，存在利用功分器将1路GPS信号分配给2至4台BBU使用的变通方案，现采用GPS满天星系统将更加便利，方案对比情况如下：

图4 室分基站间切换测试图

图5 宏站与室分基站间切换测试图

图6 宏站间切换测试图

（1）功分器方案的优势在于其为无源器件，无需外加电源。

（2）功分器方案的劣势主要有以下三个方面：

◆受到器件、馈线插损影响，接入BBU数量有限，一般不超过4台；

◆由于GPS天馈线数量较多，受天面资源制约严重；

◆系统无源，无法知道准确故障点。

满天星方案的优势主要如下：

◆具备网管监控功能；

◆具备线路插损补偿，最多支持36路GPS信号；

◆支持1+1备份，具有可靠性、维护便利性；

◆具有安装便利性。

满天星方案的劣势主要如下：

◆有源设备，需要外加电源；

◆需接入网管监控，占用节点资源。

（2）满天星方案：需要安装的设备费为24 137元，建筑安装工程费为0元，共计24 137元。

根据以上两种方案的投资对比，可以看出：

（1）传统功分器方案比满天星方案节省了近一半投资。

（2）由于满天星方案是交钥匙工程，主要投资是设备费用，因此没有施工费。

7 结束语

6.2 工程造价对比

针对红星国际广场5号地块站点，传统功分器方案共使用6套GPS天线、6套GPS馈线及安装材料包、4个功分器；满天星方案共使用1套GPS满天星设备，并且为交钥匙工程。工程造价对比具体如下：

（1）功分器方案：需要安装的设备费为6 323元，建筑安装工程费为5 767元，共计12 090元。

本文从BBU集中放置导致GPS天馈线安装困难这一困扰运营商及铁塔公司的难题入手，提出了GPS满天星系统解决方案，进而介绍满天星系统原理及设计思路，通过实际工程案例和测试，验证了满天星系统的可行性，并与传统功分器解决方案进行了对比。

采用GPS满天星系统来解决BBU集中放置问题，与传统方案相比，虽然整体工程投资有所增加，但是在保证主设备运行的可靠性的前提下，极大地降低了施工难度，并加快了网络建设速度。在各运营商竞争激烈、天面资源日趋紧张、物业协调愈发困难的今天，GPS满天星系统方案以其便利的施工条件、优秀的扩展能力、易于维护等特点，为探索解决大规模站点BBU集中放置提供了新的思路。

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[10] 刘伟. 全球定位系统（GPS）数据处理[M]. 湖南：大象出版社, 2008.★

Application of GPS Baby’s Breath System in Scenario of Large-Scale Indoor Distribution

WANG Siyu
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Heilongjiang Branch, Harbin 150000, China)

In the scenario of large-scale indoor distribution built by China Tower company, the large amounts of BBU for operators and the centralized deployment make large amounts of GPS antennas and feeders resulting in difficult construction and coordination, as well as the impossible implementation due to restricted antenna resources. In view of this situation, taking the Red Star International Plaza No. 5 block site as the example according to the actual engineering, the GPS baby’s breath was innovatively used as the solution. After comparison with the conventional power divider solution, their advantages and disadvantages were summarized. It is useful to solve the impossible construction due to the restricted antenna and feeder resources in the scenario of large-scale indoor distribution.

GPS baby’s breath system indoor distribution BBU