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浅析PHS 网络时钟同步

菜鸟
2004-11-10 02:48:00    评分
浅析PHS 网络时钟同步

朗讯 (中国) PHS网络优化中心 总监 王洪雍

摘要:采用时分多址的无线市话网络空中接口必须保证高精度的同步,以避免无线时隙的干扰并保证无线资源的高效利用。本文由无线市话空中接口结构开始,探讨了基站完成空中接口同步的原理、流程,以及可能受到的干扰 , 并介绍了解决同步异常的常用方法。

PHS 空中接口采用 TDMA/TDD (时分多址/时分双工) 的工作方式 , TDMA 系统必须有精确的定时和同步,才能保证各手机终端发送的信号不会在基站发生重叠或错位。

PHS网络时钟同步问题直接影响网络运行质量,同时同步问题也是PHS 网络优化的一项重要内容,所以好的网络运行质量必然有一个良好的时钟同步系统提供保障。以下就网络时钟同步的概念,同步对系统的影响以及采取的措施作一分析探讨:

同步的目的是为了避免空中接口无线时隙的相互干扰及无线时隙的有效利用,从而进一步压缩手机信道切换时间。

基站通过控制信道 ( CCH ) 来同其它的基站 ( CS ) 进行时间校正,该动作称为同步。PHS系统无线端扫描周期为100ms,每100ms分为20个帧,每个帧有4个发和4个收时隙(TDMA/TDD),每个时隙625us。

下面以京瓷基站为例介绍基站的同步原理:

京瓷基站GPS同步原理

· RBS 监视

基站将自己的收发时隙全部变为接收状态,搜寻周围基站的CSID(基站标识),监视周围基站的CCH信号,记录周围基站发射时间,存入基站列表。并且调整同步误差(利用插入5.2us修改系统时间)。

· 同步目标选择

根据CSID的同步级别和RSSI,基站从RBS监视所得的基站列表中选择要同步到其上的目标基站。

· RBS时隙获得

从同步目标发送的BCCH数据中得到基站的绝对时隙号。

· 同步获得

基站调整自己的帧时间与同步目标一致。

· 同步确认

基站间隔30秒,总共6次确认同步目标基站的可靠性。首先寻找上次同步基站,若失败,再寻找其它CS。

· CCH监视

基站按照干扰最小的原则(即比较基站列表基站发射时隙强弱),决定自己发送CCH的时隙。

CS在每次重新启动或凌晨作同步。

当一个基站取同步时,若区间太大,有部分基站同步时导致同步时间的错位。在网络中安装部分GPS后,CS会在自己附近寻找GPS基站或高级同步的基站,时间错位会大大消除. CS每次同步, 会尽量找同步等级高的其它基站同步。

考虑到ISDN线路状况导致基站不定期重新启动,这将扰乱定期检查基站同步的等级次序,导致整网基站的同步不稳定。例如CS通过每天晚上定期检查同步级别为2级,因为CS在白天由于ISDN线路或电源等原因重新启动,这将打破等级次序,有可能CS变为同步等级为3级的基站,但此地理位置的基站本应为2级。2级与3级基站的同步延时不同,有可能CS对其余基站产生干扰。

以下为基站在GPS同步模式下的图解:

在下图中,有GPS基站(GPS installed CS),一级同步基站(sync-primary cell station),二级同步基站(sync-secondary cell station),三级同步基站(sync-tertiary cell station),四级同步基站(sync-quartic cell station)。

同步优先级:

优先级

GPS 同步次序

遇到多目标时优先级选择

备注

1

GPS CS

Select high RSSI CS

2

一级 CS

Select high RSSI CS

3

二级 CS

Select high RSSI CS

4

三级 CS

Select high RSSI CS

无优先级

四级CS

Select high RSSI CS

Setup CS as sync order is 3 and GPS status bit is 0(asynchronous).

GPS asynchronous CS

-----

Start as asynchronous CS.

线路时钟

因各个局使用不同的传输设备如 PDH 、SDH 等, 使用不同类型的 BITS 时钟源,以及各CS的位置不同,CS对应的线路上的时钟也不同。因此在基站每天的例行同步后,CS要通过线路时钟,来维持本身的时钟。若线路时钟的偏差太大,会导致基站退出服务。CS的软件设计,在每天要进行一次全网络的CS的时间进行校正。经过每天的例行校正,时间有偏移的CS都统一到同一基准。

GPS基站只在2:00 AM(可设置)与GPS同步一次,在未来的24小时内,若因任何原因(时钟不稳,线路质量差)引起的基站复位,均会导致GPS基站不再与GPS同步 ,直到次日2:00AM(可设置)。

目前,PHS系统要求的线路频率精度:

相对频率精度:1.6X 10^-10

绝对频率精度:1.6X 10^-10

漂移:0.1ppm

抖动:0.6ppm

由于PHS系统要求的时钟精度较高,所以要特别注意传输设备的时钟合。否则会引起下列现象:基站不能导入,进入SHT状态 , 发生帧同步错误,反复INS/OUS状态。帧不同步并引起干扰。

同步问题的分类及解决方案:

1) GPS 基站安装位置不理想及 GPS 基站的选点

GPS 基站安装位置不理想会导致基站失步, 所以 GPS 基站的选点非常重要, 一般采用如下选点原则:

· GPS覆盖半径

PHS系统最大延时偏移为5.2us,5.2us内无线电波在空间传播1.56km(往返)。所以半径为0.78km的圆面积(1.9km2)设置一个主基站(Master CS)。

· 高密区,约50个基站设置1个GPS

· 中密区,约35个基站设置1个GPS

· 低密区,约20个基站设置1个GPS

· 所有装有GPS的Master CS均要安装UPS,并且可靠接地。

· 单独的一个县或镇等独立的区域,当大于20个基站时,都应设置自己的GPS设备。

GPS选点流程:

· 将服务区域最重要位置为起点首先决定第一个Master CS位置。

· 根据基站密集程度,将服务区域划分为同步组,每一组包括50,35,21个基站不等。

· 以第一个Master CS为辐射源,将整个服务区域划分,并在地图上标明物理区域。

· 在地图标明的物理区域内选中心基站安装GPS,尽量选电源有保障,ISDN线工作稳定,并且良好接地的基站安装。

2) BITS 时钟精度不良

BITS 时钟源工作不稳定或精度不良会导致基站的同步时延整体漂移,从而使基站复位,退出服务。如果在实际当中存在类似问题,需要更换 BITS 时钟源。

3) 外界强信号干扰

外界强信号的干扰(如部队基地的雷达,加油站的干扰机等 )会导致基站无法有效同步,表现为基站处于服务状态但是手机很难做主叫或被叫。对此种情况可利用 PHS35C 场强测试仪加以分析判断, 确定干扰信号的来源,并加以解决。

4) 室内基站的同步问题

为了解决室内信号覆盖问题,电信局在室内安装许多基站(500MW,300MW),由于室内基站的相对封闭,所接收到的室外基站信号很弱,所以检测不到满足条件的室外基站信号作为同步源。对于这种情况通过调整基站空中同步扫描门限值,将该参数调整到最低值加以解决。实事上室内基站的同步问题也是网络优化要重点解决问题之一 。

5) GPS主基站硬件故障

GPS 主基站对其周围基站的同步起到至关重要的作用 , 所以要尽可能提高GPS 可用率 ,同时保证GPS基站可用率满足如下条件:

GPS可用率 = GPS同步基站/总开通GPS数 > 95%

在实践应用当中,同步对网络的服务质量的影响也是非常明显的。

例如,在北方某局开始建设无线市话局时,未能重视同步,GPS基站安装较少,其他大量基站处于二级以下的同步状态。一周内,空中接口的同步偏差累积到非常严重的水平,此时主被叫均出现障碍,往往一个呼叫要重试数次才能完成,而切换时则直接掉话。由空中接口的信令可见有如下情况:手机在控制信道发送的上行LCH建链申请信号基站无法正常接受( 监测信令见下), 基站在控制信道发送的下行LCH 链路分配信号无法被手机正常接收, 以及双方在话务TCH 信道建链时握手失败 。随后该状况在增补部分GPS 基站后得到明显改善 ,并基本排除。

(0)[CS-ID:80914207020] / [PS-ID:6A5AC3B]

|| 0.00000||0 CS<-PS Link cha. request:SCCH[0102010100][ 77]dBuV

(0)[CS-ID:80914207020] / [PS-ID:6A5AC3B]

|| 1304.99417||0 CS<-PS Link cha. request:SCCH[0102010100][ 77]dBuV

(0)[CS-ID:80914207020] / [PS-ID:6A5AC3B]

|| 2599.99292||0 CS<-PS Link cha. request:SCCH[0102010100][ 77]dBuV

(0)[CS-ID:80914207020] / [PS-ID:6A5AC3B]

|| 3864.99333||0 CS<-PS Link cha. request:SCCH[0102010100][ 77]dBuV

|| 5261.16375||0 --[>Link Assignment Time's up]--

|| 5261.16375||0 --[Wait for a Link Channel Req.]—

此外,外界干扰也是造成网络同步故障的常见问题。下图是在南方某地采集的空中接口的频谱图,该处出现的故障也是主被叫困难、切换易掉话。无线市话是TDMA/TDD的空中结构 。正常情况下,基站的发或手机的发送信号只能占用4个时隙中一个。但上图中的手机四个发时隙都出现了同样的由18至37频点的波型。同时该波型还叠加在了基站的四个发时隙中。因此,可以判断的是该信号是一个不分时隙的由18频点至37频点连续发送的信号。即该信号不属于无线市话的有效信号,它即不按照时隙分配原则也不按照频点分配原则,但却落在无线市话的专用频段范围之内。因此,这个干扰信号导致了基站间的同步异常,以及手机和基站间的同步异常。在排除此干扰信号 ,并重作系统空中接口同步后 ,网络服务恢复正常。

综上所述,同步对网络性能影响巨大,同步不良可导致基站信道不能有效工作,在话务流中得到LCH建链,TCH建立失败,所以系统会出现会得到寻呼无响应,基站小区渗透率下降,切换易掉话等一系列的问题。而随着同步的改善,上述问题或指标都将得到明显的排除或提升,同时也能让终端用户感受到优质的服务。

附:英文缩写对照表

PHS

Personal Handyphone System

GPS

Global Positioning System

RBS

Radio Base Station

RSSI

Radio Signal Strength Indicator

CS

Cell Station

CCH

Control Channel

ISDN

Integrated Service Digital Number

INS

In Service

OUS

Out of Service

LCH

Link Channel

TCH

Traffic Channel

PS

Personal Station

TDMA

Time Division Multiplex Access

TDD

Time Division Duplex

BCCH

Broadcast Control Channel

INS

In Service

OUS

Out of Service




关键词: 浅析     网络     时钟     同步     无线     空中     时隙     干扰         

菜鸟
2008-02-28 15:51:56    评分
2楼
太复杂了,不明白

菜鸟
2008-03-27 21:00:36    评分
3楼
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吴昌江(Jesse Wu)
MT:13032180675
MSN:jesse-wu@hotmail.com

菜鸟
2008-04-27 10:51:07    评分
4楼
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典型项目方案:

PCMCIA CDMA/GPRS无线上网卡解决方案---OXCF950B, OXCFU950B

该方案方案是采用高通通讯芯片与OXCF950芯片一起实现,是目前市面上应用最为广泛的无线上网卡实现方案。OXCF950B芯片在该方案中实现Notebook端到高通芯片组的桥接。相比于竞争产品,该芯片为TQFP超小封装,性能稳定可靠,价格上也有很大的优势。

金融终端、工控、嵌入式等领域多串口设备方案---OX16PCI952/954/958,OX16C954,OXmPCI954

该系列芯片实现PCI/mPCI转接16c950高速UART的桥接控制,可用于金融终端、工控、嵌入式等领域串口设备领域,可以完整替代PLX公司型号为9052/9054的高速UART芯片。目前可以提供单芯片PCI2/4/8UARTs的解决方案,还可以配合使用OX16C954实现扩展UARTs的方案,最多可以提供拓展20UARTs的参考设计方案。目前perle,moxa,sunix,研华等一线的多串口工控设备厂商都在使用此系列高性能芯片实现其相关产品设计与生产。

产品目录:

SERIAl BRIDGEOXCF950,OXCB950,OXUSB954/950,OX16PCI954/952

OXmPCI954/952OX16C954/950.实现从CF/PCMCIA/Card Bus/USB/PCI/mPCI等接口到串口UART/并口/Local Bus的转换。OX12PCI840,OX9160/9162实现PCI转并口/Local Bus接口。FIREWIREOXFW911OXFW911+OXFW912OXFW922ieee 1394A/B ATA/ATAPI接口转换桥接芯片。火线外部存储芯片业界领先。

SATAOXU921S,OXU921DSOXU921DSEOXUF924DSAOXUF924DSBOXUF924DSE 实现从USB2.0/1394A/1394BSATA的桥接,提供RAID方案。USB OTGOXU140CMOXU210HP,以及TDIUSB产品:TD1120TD6100TD243,

TD242LPUHC124等芯片.(注:TDIUSBIF主要参与者,USB业界领先,200510月该公司被并购到Oxford Semiconductor)

High Speet Storage

IEEE 1394 FireWire and USB 2.0 storage solutions

OXU921S               USB2.0 to SATA Bridge

OXU921DS               USB2.0 to Dual SATA Bridge

OXUF921DSE               USB2.0 to Dual SATA Bridge with encryption

OXUF924DSA               IEEE1394A and USB2.0 to Dual SATA Bridge

OXUF924DSB               IEEE1394B and USB2.0 to Dual SATA Bridge

OXUF924DSE               IEEE1394B and USB2.0 to Dual SATA Bridge with encryption

OXUF934DSA               IEEE1394A and USB2.0 to Dual SATA Bridge with encryption

OXUF934DSB              IEEE1394B and USB2.0 and ESATA to Dual SATA Bridge with encryption

OXU934SSA                IEEE1394A and USB2.0 to SATA Bridge with encryption

OXFW912*               IEEE1394B (Firewire800) to ATA7/ATAPI IDE Bridge + Integrated Flash and Hardware Striping

OXFW911plus*               IEEE1394 to ATA7/ATAPI IDE Bridge + Integrated Flash and Hardware Striping

Fire Wire Audio

IEEE 1394 FireWireAudio solutions

OXFW970               7.1 channel out - 2 In, streaming audio FireWire controller

OXFW971               16-Channel Streaming Audio FireWire I/O Controller with MIDI and S/PDIF

PCMCIA/CFUART(串口)PCI转并口、多串口、LOCAL BUS等;IEEE1394IDE;CARDBUS

转串口;USBLOCAL BUS转多串口UART;都是单芯片方案,方便开发,欢迎选用。

Serial Communications

UART/parallel port bridge solutions

OXCFU950 *               Low-cost, synchronous 16-bit PC Card (PCMCIA) or CompactFlash/CF+ to UART and USB host controller.           

OX16PCI958               Intelligent octal UART with PCI bus interface               

OXCF950 *               High performance single channel UART with integrated CompactFlash/PCMCIA Bus interface and local bus interface

OXmPCI954 *               Intelligent quad UART with 3.3v PCI/mPCI interface

OX16PCI954               High performance Quad UART with integrated PCI Bus interface, parallel port and local bus

OXmPCI952 *               Intelligent dual UART with 3.3v PCI/mPCI interface

OX16PCI952               High performance dual channel UART with PCI

OX12PCI840               Optimized single chip parallel port solution

OXCB950               High performance single channel UART with integrated CardBus/3v3 PCI Bus interface

OX16C950B               High performance single channel UART

OX16C954               High performance Quad UART

OXUSB950               USB to Single Serial Port Bridge

OXUSB954               USB to Quad Serial Port Bridge

OX9160               PCI to Local Bus with Parallel Port

OX9162               PCI to Local Bus with Parallel Port

OXAV940               Support MPEG4 for DVR application

OXAV940 DVR solution

MPEG4 recording and playback with QuickTime compatibility

704x576 resolution at up 30 frames/second

Analog terrestrial tuner

Infrared remote control

Program filing system with instant access playback

Timer record functionality

On-board hard disk

Integral FireWire and USB ports

 

 

USB Controllers

 

USB Host Controllers   

TD242LP               The smallest, lowest power IC to get USB into an embedded system"

TD243               The world’s only high performance 32-bit Host, Peripheral and OTG controller

UHC124               The leading embedded Host controller on the market… optimized for cost, performance and ease of software development

USB Peripheral Controllers   

TD242LP               The smallest, lowest power IC to get USB into an embedded system

TD243               The world’s only high performance 32-bit Host, Peripheral and OTG controller

USB On-the-Go Controllers   

OXU210HP               High-speed USB host, peripheral and On-The-Go (OTG) controller integrated with high-speed transceivers.

OXU140CM               The industry’s first single-chip combination USB and memory host controller

OXU121HP               USB On-the-Go Full-Speed Host and High-Speed Peripheral Controller

TD1120               The industry’s first single-chip USB OTG high-speed peripheral and full-speed host controller

TD242LP               The smallest, lowest power IC to get USB into an embedded system

TD243               The world’s only high performance 32-bit Host, Peripheral and OTG controller

联系方式:

牛津半导体中国区代理:

 

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