GPS网络时钟在电信网络中的常见故障及解决办法

一、时间同步技术概述

时间同步，是指信号之间的时间、时刻保持一致，系统中的时钟都以某个时钟为基准，各个时钟与基准时钟进行同步，该同步达到一定的同步精度以符合应用的需求，最后获得系统意义上的时钟同步，以保证通信网络中所有的设备以相同的频率运行，而目前所有的同步工作主要依靠GPS网络时钟实现。目前时间同步技术已经应用于通信、电力等众多领域．

二、电信4G网络授时模式

国内对电信4G网络有多重时钟授时方案，但是实现试商用的只有两种，GPS授时和1588时钟授时。

GPS授时是一种空间无线同步技术。采用无线基站本地时钟通过同步到GPS卫星提供的定时信号保证通信基站时钟频率和时间准确性，保证通信基站基准频率准确的优于50ppb，通过GPS授时保证无线通信网络中所有基站间的时钟同步，保证了通信系统中任意两个基站之间的最大误差不超过3s，这种授时方式精度比较高，是目前最常用的基站授时方式之一，但同时存在容易受到外环境干扰，同时GPS网络时钟依靠美国GPS系统，实际授时网络的安全性存在风险。

1588v2授时是一种利用地面现有的通信网络进行时钟同步的网络时间同步技术。以IEEE1588-2008v2标准为基础实现的时间频率同步技术。对于需要几百ns级别的同步精度的应用领域，之前的同步协议，如NTP，并不能满足要求，用GPS卫星授时的方案虽能满足同步要求但需较高成本，且应用环境也受限制，因此需要研究更好的同步方案．IEEE1588协议采用时戳机制和主从时钟方案，利用网络链路的对称性和时延测量技术，使用现有的以太网网络传递时间信号，通过一系列机制配合少量硬件支持，可达到亚微秒级别的高精度时间同步精度。1588v2同步技术能够实现主从时钟频率和时间的同步。1588v2同步技术抗干扰能力强，但是精度要低于GPS授时，目前实际应用使用较少，但是未来能够满足大部分的应用需求，非常适用于控制良好的局域网环境，具有扩展性良好，实现成本低，占用网络资源少等优点，有广阔的应用前景．

三、电信4G基站GPS故障分析

3.1 基于多BBU场景下GPS故障分析

目前电信4G移动基站网络设备采用的是BBU加RRU分布式组网方案，多个BBU通过功分器连接GPS天线，在这种情况下，由于单个GPS链接BBU主设备过多，常出现链路故障和收星故障问题，通过试验发现，极限情况下，最多只能4个BBU共用一个GPS，功分器不能级联使用。为了在确保不同的安装环境下GPS的正常工作，对线缆的长度，线路放大器的数量，功分器的数量有一个量化的要求，以1/2馈线为例，经过多次试验测试，得到试验结果如表1所示。

表1不同规格馈线使用长度和功分器匹配情况据测试的结果，对于目前使用的38dB增益的GPS天线和GPS子卡，为了保证系统能够跟踪到卫星，使用不同的功分器，馈线长度要满足不同的要求，不然在因天气原因、干扰情况下容易出现丢星的现象。

3.2 GPS授时天馈链路故障分析

当前国内的电信4G基站主要采用GPS接收机内置，通过馈线拉远的方式，将馈线延伸到建筑物外连接GPS天线。当GPS天线链路出现短路或开路时。基站上报“GNSS天馈链路故障”告警，需要从GPS天线蘑菇头到主控板连接处的物理连接点逐点进行排查。排查过程如下：排查各节点连线情况；排查放大器是否接反，并确保放大器是否处于从主控板到GPS天线之间连线的7:3位置处；检查功分器是否损坏，接反；检查避雷器连接，是否有进水，损坏等现象；检查主控板连接短跳线是否有问题，有无进水等现象。通过上述步骤未发现明显问题时，建议采用电压法进行排查。GPS天线是由BBU上的GPS子卡提供电源的。

按前面介绍的的排查节点，分段检测gps天线、设备主控板的电压是否正常。电压测量值如果不正常，则先重新检查GPS授时馈线连接，若仍不正常，更换故障元器件。

一般情况下在gps网络时钟的GPS避雷器、功分放大器、GPS授时接收机等位置的GPS天馈线各接线头处，GPS授时天线的同轴电缆的芯和屏蔽套间的电压一般在3v或者5v左右，主要是看gps接收机反馈的电压是多少，这个一般说明书里面会写清楚的，我们可以通过分别测量各个点的电压来定位故障。比如首先在GPS时钟天馈接线柱上量得电压值，然后加上避雷器后，在避雷器接GPS天馈的接头处量得电压，如果两者之间的电压不同，那么我们就可以确认是避雷器存在有问题，反之则都工作正常。

3.3 GPS接收卫星故障分析

当出现接收机搜星失败，详细原因是搜星不足时，通常是由于GPS安装不符合规范、电磁干扰、天气等环境因素、星卡硬件故障引起，可通过如下步骤排查：

（1）GPS天线安装情况排查。到基站现场检查GPS天线安装情况，确保天线安装位置周围不存在遮挡物，安装位置的视野开阔，具有仰角120度视野，无高大建筑物阻挡，距离楼顶小型附属建筑尽量远；安装平面的可使用面积尽量大，天线竖直向上视角大于90°。

（2）电磁干扰排查。观察GPS授时天线周围，查看是否存在大功率的微波发射天线或者其他信号源，查看gps授时天线附近是否存在高压输电电缆或者电视发射塔的发射天线等电磁干扰源。可使用频谱分析仪测试GPS授时天线接收到的信号中，在1.57542GHz+/-20MHz频段是否存在电磁干扰。如将GPS天线接一分N的功分器中的一端接GPS馈线到gps天线蘑菇头，另一端的其中一个接头与BBU相连，接RG-8U馈线接口，另一个接头引馈线接入频谱分析仪，频谱分析仪的中心频率设置在1.57542GHz。如图1，在1.575GHz+/-20MHz频段范围内存在3个频点的干扰信号。图1正常GPS信号与干扰GPS信号频谱

四、基于IEEE1588V2和GPS授时组网方案

由于GPS授时和1588V2授时各有其优缺点，提出一种基于1588V2和GPS授时组网方案，组网方案见图，

电信网络授时方案

城域网在核心局房部署一对时间服务器实现主备保护，设计使用北斗/GPS双模，北斗主用，在异常情况下切换至GPS时钟，PTN/OTN设备推荐采用BC模式传送1588v2，时间服务器同步到现有的频率同步网，在北斗/GPS失效后，依靠系统本身时钟仍可以保持守时能力3小时，4G基站侧通过同步以太接口获取频率同步，通过以太网接口/1PPS+TOD接口获取时间同步，对基站侧来说，采用1588v2主用，并定期基站进行时钟校正，当出现1588v2偏差超过基站时钟误差时，切换至GPS网络时钟授时，保障时钟正常运行。

五、GPS网络时钟介绍（基于IEEE1588协议的网络时钟）

SYN2401型IEEE1588时钟是一款支持ptp协议的通用1588主时钟，接收GPS卫星或者北斗二代定时信号作为标准时间参考源，拥有纳秒级的时间频率传输精度，支持多台IEEE1588从时钟。是理想的ptp主时钟。

SYN4505A型时钟同步系统接收GPS和北斗二代卫星信号和远地传送来的IRIG-B码信号获得时间信息，可根据客户对同步时钟系统的不同需求，选择相应的功能的板卡，同步产生IRIG-B码信号、秒脉冲、分脉冲、时脉冲、串口时间信息信号、网络授时接口（PTP,NTP/SNTP等）及各种报警信息，系统对各种配置信息进行自动保存，是建立时间尺度、实现标准时钟系统的实用时间同步装置。

六、GPS网络时钟厂家介绍

西安同步电子科技有限公司位于陕西西安高新区，2012年成立，是专业生产研发gps网络时钟的厂家，公司拥有专业技术人员近20人，是国内少有的专业时钟生产厂家，公司具有多条时钟生产线，包括北斗时钟、gps网络时钟、时频测试仪器，子母钟、时间服务器等各种产品线，公司通过ISO9001质量体系认证，产品得到新老客户的一致认可，欢迎各界朋友来公司考察参观。

七、应用总结

对运营商来说，电信4G中的GPS网络时钟故障是影响网络质量的关键故障，经常性造成区域故障和干扰，同样也是故障处理难点，我们在此对电信4G网络授时模式进行分析，挖掘了在GPS授时模式下告警因素和处理方法，分析了在多BBU环境下链路故障原因，并提出了一种基于1588V2和GPS北斗授时组网方案，该方案对提升电信4G网络时钟授时的可行性、有效性，该方案在提升网络的安全性和时钟故障的压减有较好的效果。