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一、高速鐵路通信系統(tǒng)的同步需求與現(xiàn)狀

1.1光傳輸子系統(tǒng)高鐵通信系統(tǒng)光傳輸子系統(tǒng)主要采用了基于SDH的MSTP設(shè)備。SDH網(wǎng)元的內(nèi)部晶振時(shí)鐘精度為4.6ppm，為三級(jí)時(shí)鐘精度。作為基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，如果僅工作在這個(gè)時(shí)鐘精度，將明顯影響電話交換、gsm-R等業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的工作質(zhì)量，必須跟蹤外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源，提高承載網(wǎng)的頻率同步精度。工程實(shí)施中典型的光傳輸系統(tǒng)時(shí)鐘同步。目前高鐵通信工程的時(shí)鐘源主要采用了原鐵通建設(shè)的數(shù)字同步網(wǎng)LPR，為傳輸系統(tǒng)提供主備2個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)。因?yàn)長PR的時(shí)鐘精度達(dá)到一級(jí)鐘精度，所以跟蹤外部基準(zhǔn)后傳輸系統(tǒng)的時(shí)鐘精度可以達(dá)到一級(jí)時(shí)鐘級(jí)別。

1.2GSM-R子系統(tǒng)GSM-R系統(tǒng)是基于TDM的通信系統(tǒng)，其時(shí)鐘同步問題直接影響到無線通信業(yè)務(wù)掉話率、接通率等服務(wù)質(zhì)量。特別是GSM-R系統(tǒng)需要承載列控系統(tǒng)，這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。由于移動(dòng)速度和基站間切換的需求，GSM-R系統(tǒng)的基站對(duì)頻率的準(zhǔn)確度有明確的要求。GSM規(guī)范定義了對(duì)天線測(cè)量的頻率準(zhǔn)確度的限制，最差的情況是在移動(dòng)臺(tái)以250km/h的速度移動(dòng)時(shí)，精度必須達(dá)到0.05ppm。按照ETSI的GSM05.10建議中提出的GSM無線子系統(tǒng)時(shí)鐘和同步的建議和要求，BTS的時(shí)鐘絕對(duì)精度應(yīng)優(yōu)于0.05ppm。GSM-R系統(tǒng)主要由MSC、BSC和BTS組成。對(duì)于MSC與BSC側(cè)的同步，主要依賴完善的同步網(wǎng)規(guī)劃。LPR的BITS設(shè)備是最通用的解決方案，具備實(shí)線直連條件的直接互連。不具備直連條件的通過SDH系統(tǒng)互連，但SDH系統(tǒng)與MSC必須外接相同的時(shí)鐘基準(zhǔn)，才能保證同步效果。而對(duì)于GSM-R基站BTS與BSC的同步，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)給出了幾種主要解決方案:

1.基站提供外部時(shí)鐘輸入端口。若SDH傳輸系統(tǒng)能夠到達(dá)基站，則可通過SDH網(wǎng)元設(shè)備外同步輸出接口連至基站設(shè)備外同步輸入接口;若SDH系統(tǒng)不能到達(dá)基站設(shè)備，可利用帶衛(wèi)星接收性能的微型BITS設(shè)備的同步時(shí)鐘源。

2．采用SDH業(yè)務(wù)通道傳送時(shí)鐘。由于SDH設(shè)備具有指針調(diào)整功能，且SDH支路信息碼流不具備透明傳輸上游時(shí)鐘的能力，若采用SDH傳遞時(shí)鐘，則需要采用再定時(shí)方式。即用一個(gè)足夠大的緩沖器，將SDH的支路信號(hào)寫入，再用SDH線路碼傳來的標(biāo)準(zhǔn)BITS時(shí)鐘去讀出，使線路碼傳送的BITS時(shí)鐘映射到SDH的支路信息碼流中。

3．BSC與BTS經(jīng)PDH設(shè)備或?qū)嵕€傳輸時(shí)，基站設(shè)備從2Mb/s業(yè)務(wù)中直接取得時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)。

4．基站自由振蕩方式?；静捎酶叻€(wěn)定振蕩源，如銣原子鐘或高穩(wěn)晶體鐘的自由振蕩方式產(chǎn)生時(shí)鐘，并通過人工定期調(diào)整保證頻率的準(zhǔn)確度，滿足基站切換要求。這種方式的缺點(diǎn)是信號(hào)碼流經(jīng)由MSC-BSC-BTS，由于基站頻率與MSC、BTS存在差異，從而導(dǎo)致較多的滑碼。目前，高鐵通信系統(tǒng)主要采用第2種方案，但略有差異。現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中大多沒有使用SDH業(yè)務(wù)支路再定時(shí)功能。設(shè)備提供商指出再定時(shí)功能的目的是將本地設(shè)備系統(tǒng)時(shí)鐘的信息，通過2Mb/s通路傳遞給下游設(shè)備作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，這是針對(duì)全網(wǎng)時(shí)鐘不同步時(shí)的應(yīng)用，當(dāng)全網(wǎng)時(shí)鐘同步時(shí)不必使用再定時(shí)功能。再定時(shí)功能采用一個(gè)比較長的FIFO，并運(yùn)用一定的算法來平滑時(shí)鐘，對(duì)于數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生125μs以上的延時(shí)。如果各網(wǎng)元時(shí)鐘不同步，由于原理方案的限制，打開再定時(shí)功能反而會(huì)導(dǎo)致滑碼的產(chǎn)生，可能影響業(yè)務(wù)。實(shí)踐證明，在全網(wǎng)時(shí)鐘同步的情況下，目前的工作方式能夠滿足GSM-R網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

1.3調(diào)度通信子系統(tǒng)、電話交換系統(tǒng)這2個(gè)子系統(tǒng)因核心設(shè)備均為程控交換設(shè)備，故同步需求類似。同步良好的網(wǎng)絡(luò)可以避免滑碼的產(chǎn)生，保證通話質(zhì)量。因其對(duì)頻率同步的性能指標(biāo)要求低于GSM-R網(wǎng)絡(luò)，故不在此贅述。

二、高鐵通信系統(tǒng)的頻率同步驗(yàn)證測(cè)試

2.1光傳輸子系統(tǒng)的同步驗(yàn)證項(xiàng)目及方法

2.1.1時(shí)鐘同步的設(shè)計(jì)核查核查內(nèi)容包括:①是否為傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)主備外時(shí)鐘基準(zhǔn)源，即LPRBITS設(shè)備輸出時(shí)鐘信號(hào);②傳輸設(shè)備與時(shí)鐘基準(zhǔn)不在同一機(jī)房時(shí)，是否設(shè)計(jì)通過STM-N接口跟蹤至LPR基準(zhǔn)信號(hào);③時(shí)鐘傳遞鏈路中的SDH網(wǎng)元數(shù)量是否超過20個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置等設(shè)計(jì)原則。

2.1.2時(shí)鐘同步數(shù)據(jù)配置核查核查內(nèi)容包括:①各網(wǎng)元設(shè)備時(shí)鐘數(shù)據(jù)是否按照設(shè)計(jì)圖紙正確配置;②是否形成時(shí)鐘環(huán)路;③時(shí)鐘提取的優(yōu)先級(jí)設(shè)置是否正確。

2.1.3傳輸系統(tǒng)同步性能測(cè)試

1．頻率準(zhǔn)確度測(cè)試驗(yàn)證。本測(cè)試目的是通過對(duì)系統(tǒng)頻率準(zhǔn)確度的測(cè)試，驗(yàn)證是否達(dá)到同步狀態(tài)。選取經(jīng)過傳輸設(shè)備網(wǎng)元較多的時(shí)鐘鏈路，測(cè)試末端SDH網(wǎng)元設(shè)備的時(shí)鐘輸出口信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度。嚴(yán)格的頻率準(zhǔn)確度測(cè)試需要較長的測(cè)試時(shí)間和精度較高的時(shí)鐘基準(zhǔn)，如銫原子鐘，但測(cè)試目的是驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)是否處于同步跟蹤狀態(tài)，因此可以進(jìn)行短期測(cè)試，達(dá)到驗(yàn)證目的就可以了，為頻率計(jì)數(shù)器提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘源也可以由銣鐘代替。如果頻率準(zhǔn)確度測(cè)試結(jié)果能夠達(dá)到銣鐘基準(zhǔn)的精度，則可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)處于同步狀態(tài)。

2．SDH系統(tǒng)2Mb/s業(yè)務(wù)通道的漂移測(cè)試。本測(cè)試目的是通過測(cè)試SDH業(yè)務(wù)通道的漂移指標(biāo)，驗(yàn)證業(yè)務(wù)通道對(duì)時(shí)鐘信號(hào)傳遞的影響。在對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)頻率準(zhǔn)確度測(cè)試的基礎(chǔ)上，通過對(duì)業(yè)務(wù)通道漂移的測(cè)試，進(jìn)一步確定網(wǎng)絡(luò)的同步質(zhì)量。通過測(cè)試取0.05s～1000sMRTIE曲線，結(jié)果應(yīng)處于相應(yīng)漂移指標(biāo)模板的下方。

2.1.4主備時(shí)鐘源倒換測(cè)試本測(cè)試目的是驗(yàn)證傳輸系統(tǒng)時(shí)鐘同步的可靠性。用時(shí)間間隔分析儀或者頻率計(jì)數(shù)器測(cè)試某SDH網(wǎng)元時(shí)鐘輸出口信號(hào)。模擬主用時(shí)鐘信號(hào)故障，系統(tǒng)倒換為跟蹤備用時(shí)鐘信號(hào)過程，監(jiān)視時(shí)間間隔分析儀的信號(hào)相位變化或者頻率計(jì)的頻率精度變化，存貯測(cè)試結(jié)果。測(cè)試系統(tǒng)是否成功實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘源的倒換，進(jìn)而驗(yàn)證系統(tǒng)時(shí)鐘同步的可靠性。

2.2GSM-R子系統(tǒng)的同步狀態(tài)驗(yàn)證

1．時(shí)鐘頻率準(zhǔn)確度測(cè)試。本測(cè)試目的是在系統(tǒng)同步狀態(tài)下測(cè)試BTS時(shí)鐘輸出精度，驗(yàn)證是否滿足BTS對(duì)頻率精度的需求。該測(cè)試方法與SDH網(wǎng)元測(cè)試方法相同。

2．BTS射頻信號(hào)頻率誤差測(cè)試。部分設(shè)備供應(yīng)商的BTS產(chǎn)品不具備時(shí)鐘輸出口，無法對(duì)其時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行頻率準(zhǔn)確度測(cè)試，這種情況可以直接對(duì)射頻信號(hào)的頻率誤差進(jìn)行驗(yàn)證。其指標(biāo)要求為0.05ppm。用外加基準(zhǔn)信號(hào)的基站綜合測(cè)試儀或者頻譜儀測(cè)試BTS發(fā)信機(jī)的射頻信號(hào)，得到信號(hào)頻率誤差。

三、結(jié)束語

傳輸系統(tǒng)是高速鐵路通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)，GSM-R子系統(tǒng)對(duì)頻率同步要求相對(duì)較高，對(duì)這2個(gè)子系統(tǒng)同步狀態(tài)的測(cè)試，可以對(duì)目前高鐵通信網(wǎng)的同步狀態(tài)得出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，這對(duì)高鐵通信工程建設(shè)和通信系統(tǒng)維護(hù)是十分必要的。

作者：王玉強(qiáng)單位：中鐵電化集團(tuán)北京電信研究試驗(yàn)中心