浅谈GPS+北斗双时钟系统在5G基站上的应用

汪琰

（中国移动通信集团湖北有限公司武汉分公司，湖北武汉，430023）

1 GPS应用背景与原理

1.1 时间同步

时间信号是带有年月日时分秒时间信息的时钟信号。目前业界使用的时间信息是UTC（Universal Time Coordinated）时间信息，UTC时间是世界标准时间。时间同步又称时刻同步，是指绝对时间的同步。全网时间同步是指全网设备时间息和UTC时间同步，即时间信号和UTC时间的起始时刻保持一致。如图1所示，信号A和B是时间同步，信号C、D与A不是时间同步。

图1 全网时间同步示意图

1.2 GPS同步

GPS（Global Positioning System）是美国提供的全球定位卫星系统，该系统可以在全球范围内全天候为地面目标提供精确定位、导航和授时服务。GPS作为一个高精度时钟源，精度可以达到微秒级，可以支持基站实现频率同步和时间同步。当同步源为GPS时，基站通过带卫星星卡的单板与外接的GPS天馈系统相连，从卫星同步系统中获取同步信号。GPS天馈系统在1575.42MHz接收GPS信号，并将信号发送到GPS星卡。gNodeB正常情况下要求至少同时追踪到3-4个卫星。GPS星卡对信号进行处理后，将其发送到主时钟模块。GPS时钟可提供时间同步和频率同步。GPS同步组网方案如图2所示。

图2 GPS同步组网方案图

1.3 北斗同步

北 斗（BeiDou Navigation Satellite System，BDS），是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统，实现原理和功能与GPS类似。当同步源为北斗时，gNodeB通过支持北斗功能的单板与北斗天馈系统相连，从同步卫星系统中获取同步信号实现gNodeB同步功能。北斗天馈系统接收北斗信号，并将信号发送到北斗星卡进行处理，最终发送到主控板的主时钟模块应用。gNodeB正常情况下可同时追踪3到4颗卫星。北斗时钟可提供时间同步和频率同步。北斗同步组网方案如图3所示。

图3 北斗同步组网方案图

2 基于5G基站的GPS+北斗双时钟方案

2.1 技术描述

基站支持双时钟用于防止当出现一个时钟异常时（如收到干扰），系统能够很快地倒换实现另外一个时钟同步功能，并且不影响小区间的切换且时钟倒换期间业务不中断，保持良好的移动用户的业务体验。本方案的目的主要是验证基站在北斗与GPS卫星同步双时钟系统下，触发时钟异常时（如触发GPS异常）基站是否成功地倒换为另一个时钟（如北斗时钟），在时钟倒换期间查看基站S1链路，小区状态，用户上下行数传业务及用户移动性等功能是否正常。

2.2 双时钟配置

GPS与北斗系统时钟原理完全相同，主要差别在于支持的频段及硬件模式不同。因此，如果系统配置GPS+北斗双时钟时，如果存在其中一个系统受到影响无法工作时，将自动选用另外一个系统作为主用系统并生效时钟，保证业务正常无损。

北斗时钟与GPS时钟的差异仅体现在配置和硬件方面：在配置方面，北斗时钟源需要把参数工作模式配置为北斗模式；在硬件方面，北斗同步特性的开通需要支持北斗功能的单板。

2.3 硬件说明

基于5G基站的GPS+北斗双时钟方案，主要应用的硬件如下：（1）星卡：现网gnodeb使用UMPTe3和UMPTg3主控板，支持GPS&北斗双模星卡。（2）GPS天线:GPS天线同时支持GPS和北斗频段。

2.4 验证场景

双模星卡工作模式有：北斗卫星导航系统主用、全球定位系统主用，处于北斗卫星导航系统主用时，处理北斗卫星导航系统卫星信号；处于全球定位系统主用时，处理全球定位系统卫星信号。联合搜星：均衡判断两种系统模式，且以一种系统为主。

表1 双模星卡工作模式验证

3 双时钟部署实施

在5G基站上部署GPS和北斗双时钟，GPS与北斗均生效场景，查询北斗与GPS分别的搜星数量，均满足要求。当其中一个系统异常时，搜星个数为0，另外系统正常，GPS工作状态依然正常。

图4 双时钟部署效果检查截图

4 结束语

GPS与北斗系统时钟原理完全相同，主要差别在于支持的频段及硬件模式不同。因此，如果系统配置GPS+北斗双时钟时，如果存在其中一个系统受到影响无法工作时，将自动选用另外一个系统作为主用系统并生效时钟，保证业务正常无损。后期，将从两个方面开展工作。一方面，对当前的方案做进一步的深入研究与方案论证，从功能、性能、实用性等多个维度进行优化与完善。另一方面，选择一定的应用场景，在某的企业或某个地区进行试点应用，力争促进现有成果的价值最大化。