GPS智能分路系统在4G建设中的应用探讨

刘文斌

【摘 要】为了优化4G网络建设，从传统BBU集中放置存在的问题入手，对GPS智能分路系统的原理和实际应用进行了分析，从技术特点、投资成本和社会效益维度对传统方式与GPS智能分路系统进行对比，探讨了在4G网络建设时期GPS智能分路系统的优势。

【关键词】BBU集中放置 GPS智能分路系统 时钟同步

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2017）19-0041-05

Discussion on Application of GPS Intelligent Splitting System in 4G Construction

LIU Wenbin

[Abstract] In order to optimize 4G network construction， according to the problem of conventional BBU centralized deployment， the principle and application of GPS intelligent splitting system were analyzed. The splitting systems based on the conventional method and the intelligent GPS were compared from aspects of technical features， investment cost and social benefits. The advantages of GPS intelligent splitting system in 4G network construction were elaborated.

[Key words]BBU centralized deployment GPS intelligent splitting system clock synchronization

1 引言

随着网络逐步成熟与业务加速发展，4G对于电信运营商的重要性日益提升，并成为创新发展的重心。运营商对4G网络普遍采用“BBU+RRU”的方式进行建设，需要共址集中放置多套BBU和GPS天馈线。基于此，本文从传统BBU集中放置存在的问题入手，分析GPS智能分路系统的原理，研究GPS智能分路系统在BBU集中放置方式下相比传统GPS解决方案的优势，结合优势给出建设建议。

2 BBU集中放置

分布式宏基站由BBU和RRU组成，其中BBU为基带处理单元，负责基带、GPS处理及与核心网之间的接口处理；RRU为射频拉远单元，负责完成射频无线信号收发和功率放大。BBU和RRU之间一般通过光纤进行数据传输和信令信息交换，BBU集中放置就是将BBU和RRU分开放置，RRU放置在靠近天线的远端站址，BBU放置在市电和后备电源有保障、机房可扩容条件好、光缆资源丰富、光缆局向多、传输资源易获得、维护便捷且租约稳定的模块局站址。BBU集中放置点要求BBU数量至少超过3个，以便后续BBU池的应用。

3 传统BBU集中放置存在的问题

4G网络的搭建使用了1.8 GHz、2.1 GHz、2.3 GHz及2.6 GHz等高频段，为克服高频段带来的馈线损耗和空间传播损耗，基站拉远技术、微基站、室分系统被大面积推广，导致同一局点BBU设备数量和GPS天馈线急剧增多，现有的GPS天馈系统存在以下问题：

（1）射频馈线拉远受限：射频馈线上的信号衰减较大，导致射频馈线拉远距离受限（RG-8线材不超过50 m），特别是对于BBU机房位于高层小区的地下室的情况，需换用1/2或7/8馈线，成本大幅上升。

（2）站点物业难协调：由于GPS天线及馈线众多，易引起业主或居民的抵触及阻挠，给基站建设带来不确定性因素。

（3）工程施工耗时、费力：建设过程中GPS天馈线材使用量巨大，材料成本高，且施工耗时、费力，施工费用高。

（4）同站址BBU扩容受限：传统一对一GPS天馈配套方案易受楼面面积、弱电井或外墙美观等的限制，导致同站址BBU扩容数量受限。

（5）干扰问题突出：为了保证在北半球GPS接收信号的质量，避免遮挡和反射波的影響，GPS天线应尽可能远离周围尺寸大于20 cm的金属物2 m以上并朝南安装，否则GPS信号容易受到干扰。

针对传统GPS同步系统存在的问题，为适应更广泛的布站场景，更好地完善BBU集中设置及BBU池的建设，提出了BBU机房时钟同步改造系统的解决方案，即GPS智能分路系统解决方案。

4 GPS智能分路系统解决方案

4.1 GPS时钟同步的原理

为得到精密的GPS时间，使它的精确度小于100 ns，至少要求每个GPS卫星上都装有铯子钟作星载钟。全部GPS卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统并采用UTC USNO/MC为参考基准。

通过在用户端精确测定和扣除GPS时间信号的传输时延（Δt），以达到对本地钟的定时与校准。GPS定时准确度取决于在信号发射端、信号传输过程中和接收端所引入的误差，主要误差有：

（1）信号发射端：卫星钟误差、卫星星历（位置）误差；

（2）信号传输过程：电离层误差、对流层误差、地面反射多路径误差；

（3）接收端：接收机时延误差、接收机坐标误差、接收机噪声误差。

4.2 GPS智能分路系统原理

GPS智能分路系统模块主要包括收发信双工、发射信号合路/滤波、接收信号的滤波、低噪声放大及分路。GPS智能分路系统采用电桥合路器智能地将接收的两路信号共用一个天线处理单元，通过有源系统对传输时延进行智能补充，然后经分路系统提供多路输出。由于有源系统对接收信号进行放大以及引入两路GPS信号，降低了GPS智能分路系统对接收场强及信号纯度的要求，在同等条件下GPS信号的信噪比得到提升。GPS智能分路系统就是通过有源放大设备将两路GPS信号（1主1备）智能合路放大后转发至同站址的多套BBU，实现几十台BBU共享一套GPS信号。传统模式组网和GPS智能分路系统的组网分别如图1、图2所示：endprint

4.3 GPS智能分路应用场景分析

GPS智能分路系统只需在楼顶新建或利旧两套GPS天馈线即可实现GPS信号的多路共享，同时还能满足不同运营商多制式BBU对GPS信号的要求。GPS智能分路系统能提高GPS天馈系统的可靠性和稳定性，减轻物业协调难度，降低施工量，避免产生物业矛盾和纠纷。

GPS智能分路系统既适用于新建机房的GPS天馈系统建设，也适用于搬迁机房重建或老机房改造，达到室外天馈线一次建设，分期按需使用的效果。

（1）新建、搬迁BBU集中放置机房，各运营商（各制式）共享站址资源

新建站址或因场地及其他原因搬迁到新站址后，若采用常规方案，则需为每个BBU进行GPS天馈系统建设，这种方式费料、费工、费时，此时可采用GPS智能分路系统作为BBU的GPS授时信号接入信源。GPS智能分路系统只需要新建两路GPS天馈作为GPS智能分路系统输入，通过灵活配置主机和从机的数量即可实现GPS信号资源的共享，从而达到比传统GPS天馈系统建设方案节省物料及简化施工，加快站点开通，节省天面及孔洞资源，降低物业协调难度的目标。

（2）原站址BBU改造、扩容，各运营商（各制式）利旧共享资源

原站址BBU升级改造或因容量不足需要扩容时，可使用智能GPS分路系统作为新装及原有的BBU的GPS授时信号接入信源。可选择GPS天馈线中信号质量较好的两路作为智能GPS分路系统的输入，无需新建GPS天馈，从而避免新建GPS天馈线因天面面积及孔洞资源不足导致物业协调难度大而无法扩容。

（3）BBU与天面距离过远，GPS天馈线拉远受限

在某些场景下（如机房位于小区地下室，GPS位于高层建筑楼顶）GPS馈线过长，必须使用更粗的线缆（如7/8馈线）来减少线路插损，而智能GPS分路系统可通过有源功率放大来补偿GPS信号线路插损，该系统的馈线只需采用RG-8或1/2馈线，节约了线缆成本，降低了施工难度，提高了系统授时的稳定性。

5 方案对比分析

5.1 技术特点对比分析

（1）传统方案功能特点

传统的BBU与GPS天馈系统一对一建设；

GPS无备份，机架上方线缆布放多，GPS避雷器占用走线架；

避雷器接地线缆多，占用室内地排接线孔。

（2）GPS智能分路系统功能特点

采用宽频设计，可兼容GPS/北斗系统；

GPS输入及放大模块采用“1+1”热备份，可靠性较高；

设备异常、GPS信号输入及放大通道异常会产生本地告警，同时还可接入基站监控接口实现后台网管告警；

设备配备LCD液晶面板及LED指示灯，如图3和图4所示，能及时在本地掌握设备工况；

输出口设置有BBU连接正常指示灯。

5.2 投资成本对比分析

（1）传统方案成本分析

传统方案的建设成本由GPS天线、馈线、避雷器、GPS支架、走线架、竖井、管孔占用、天面占用、物业协调等构成，具体如表1所示：

（2）GPS智能分路系统成本分析

GPS智能分路系统建设成本由有源放大单元、无源分配单元、GPS天线、馈线、避雷器、GPS抱杆、施工费、天面占用、协调费等构成，具体如表2所示。

（3）成本对比分析

综上，两种方案下的成本分析对比如表3所示，GPS智能分路系统这一创新模式在多路GPS需求的BBU机房较传统模式有显著优势。随着GPS智能分路系统在工程中的广泛应用，该系统设备价格将进一步下降，成本优势将更加明显。

5.3 社会效益对比分析

GPS智能分路系统相比于传统GPS模式，在提高劳动效率，节约劳动资源，降低有限空间的占用及促进行业健康发展方面有明显优势，具体如下：

（1）简化了BBU设备扩容的安装步骤，降低了工程施工难度，提高了工程效率。

（2）减少了室外天线的架设，改善建筑物外观结构，在一定程度上有效避免了周边居民阻挠工程施工的现象发生，改善了市容市貌。

（3）大幅降低系统及天馈线对局点楼顶位置、井道、下线孔洞等难以再生资源的占用。

（4）有效解决了楼顶天线布放困难、在井道阻塞的模块局内新建、扩容无法实施的问题，一定程度上降低了BBU集中站址对机房建设条件的要求。

（5）充分利用运营商现有BBU局所存量资源，整合建设需求，实施存量资源共享改造，有效节约了行业投资，使运营商能够集中资源和精力投入到业务创新及企业转型中，为行业长远健康发展和“资源节约型、环境友好型”社会建设做出积极貢献。

6 结束语

本文通过对传统方式下BBU集中设置存在的问题进行剖析，引入GPS智能分路系统，并对GPS智能分路系统在不同场景下的应用进行了分析和研究。继而对比分析了两种模式的技术特点、投资成本和社会效益。GPS智能分路系统通过有源放大设备将两路GPS信号（1主1备）智能放大后转发至同站址下的多套BBU，实现几十台BBU共享GPS信号。GPS智能分路系统的引入可简化BBU安装，降低工程施工难度、降低楼内可再生资源的占用率。

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