GSM-Ｒ高速铁路论文
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一、高速铁路通信系统的同步需求与现状
1.1光传输子系统高铁通信系统光传输子系统主要采用了基于SDH的MSTP设备。SDH网元的内部晶振时钟精度为4.6ppm，为三级时钟精度。作为基础承载网络，如果仅工作在这个时钟精度，将明显影响电话交换、gsm-R等业务网络的工作质量，必须跟踪外部时钟基准源，提高承载网的频率同步精度。工程实施中典型的光传输系统时钟同步。目前高铁通信工程的时钟源主要采用了原铁通建设的数字同步网LPR，为传输系统提供主备2个时钟基准。因为LPR的时钟精度达到一级钟精度，所以跟踪外部基准后传输系统的时钟精度可以达到一级时钟级别。
1.2GSM-R子系统GSM-R系统是基于TDM的通信系统，其时钟同步问题直接影响到无线通信业务掉话率、接通率等服务质量。特别是GSM-R系统需要承载列控系统，这就对网络服务质量提出了更高的要求。由于移动速度和基站间切换的需求，GSM-R系统的基站对频率的准确度有明确的要求。GSM规范定义了对天线测量的频率准确度的限制，最差的情况是在移动台以250km/h的速度移动时，精度必须达到0.05ppm。按照ETSI的GSM05.10建议中提出的GSM无线子系统时钟和同步的建议和要求，BTS的时钟绝对精度应优于0.05ppm。GSM-R系统主要由MSC、BSC和BTS组成。对于MSC与BSC侧的同步，主要依赖完善的同步网规划。LPR的BITS设备是最通用的解决方案，具备实线直连条件的直接互连。不具备直连条件的通过SDH系统互连，但SDH系统与MSC必须外接相同的时钟基准，才能保证同步效果。而对于GSM-R基站BTS与BSC的同步，相关技术标准给出了几种主要解决方案:
1.基站提供外部时钟输入端口。若SDH传输系统能够到达基站，则可通过SDH网元设备外同步输出接口连至基站设备外同步输入接口;若SDH系统不能到达基站设备，可利用带卫星接收性能的微型BITS设备的同步时钟源。
2．采用SDH业务通道传送时钟。由于SDH设备具有指针调整功能，且SDH支路信息码流不具备透明传输上游时钟的能力，若采用SDH传递时钟，则需要采用再定时方式。即用一个足够大的缓冲器，将SDH的支路信号写入，再用SDH线路码传来的标准BITS时钟去读出，使线路码传送的BITS时钟映射到SDH的支路信息码流中。
3．BSC与BTS经PDH设备或实线传输时，基站设备从2Mb/s业务中直接取得时钟基准信号。
4．基站自由振荡方式。基站采用高稳定振荡源，如铷原子钟或高稳晶体钟的自由振荡方式产生时钟，并通过人工定期调整保证频率的准确度，满足基站切换要求。这种方式的缺点是信号码流经由MSC-BSC-BTS，由于基站频率与MSC、BTS存在差异，从而导致较多的滑码。目前，高铁通信系统主要采用第2种方案，但略有差异。现网实际应用中大多没有使用SDH业务支路再定时功能。设备提供商指出再定时功能的目的是将本地设备系统时钟的信息，通过2Mb/s通路传递给下游设备作为时钟基准，这是针对全网时钟不同步时的应用，当全网时钟同步时不必使用再定时功能。再定时功能采用一个比较长的FIFO，并运用一定的算法来平滑时钟，对于数据会产生125μs以上的延时。如果各网元时钟不同步，由于原理方案的限制，打开再定时功能反而会导致滑码的产生，可能影响业务。实践证明，在全网时钟同步的情况下，目前的工作方式能够满足GSM-R网络的正常运行。
1.3调度通信子系统、电话交换系统这2个子系统因核心设备均为程控交换设备，故同步需求类似。同步良好的网络可以避免滑码的产生，保证通话质量。因其对频率同步的性能指标要求低于GSM-R网络，故不在此赘述。
二、高铁通信系统的频率同步验证测试
2.1光传输子系统的同步验证项目及方法
2.1.1时钟同步的设计核查核查内容包括:①是否为传输系统设计主备外时钟基准源，即LPRBITS设备输出时钟信号;②传输设备与时钟基准不在同一机房时，是否设计通过STM-N接口跟踪至LPR基准信号;③时钟传递链路中的SDH网元数量是否超过20个节点设置等设计原则。
2.1.2时钟同步数据配置核查核查内容包括:①各网元设备时钟数据是否按照设计图纸正确配置;②是否形成时钟环路;③时钟提取的优先级设置是否正确。
2.1.3传输系统同步性能测试
1．频率准确度测试验证。本测试目的是通过对系统频率准确度的测试，验证是否达到同步状态。选取经过传输设备网元较多的时钟链路，测试末端SDH网元设备的时钟输出口信号的频率准确度。严格的频率准确度测试需要较长的测试时间和精度较高的时钟基准，如铯原子钟，但测试目的是验证网络是否处于同步跟踪状态，因此可以进行短期测试，达到验证目的就可以了，为频率计数器提供的基准时钟源也可以由铷钟代替。如果频率准确度测试结果能够达到铷钟基准的精度，则可以认为网络已经处于同步状态。
2．SDH系统2Mb/s业务通道的漂移测试。本测试目的是通过测试SDH业务通道的漂移指标，验证业务通道对时钟信号传递的影响。在对系统时钟信号频率准确度测试的基础上，通过对业务通道漂移的测试，进一步确定网络的同步质量。通过测试取0.05s～1000sMRTIE曲线，结果应处于相应漂移指标模板的下方。
2.1.4主备时钟源倒换测试本测试目的是验证传输系统时钟同步的可靠性。用时间间隔分析仪或者频率计数器测试某SDH网元时钟输出口信号。模拟主用时钟信号故障，系统倒换为跟踪备用时钟信号过程，监视时间间隔分析仪的信号相位变化或者频率计的频率精度变化，存贮测试结果。测试系统是否成功实现主备时钟源的倒换，进而验证系统时钟同步的可靠性。
2.2GSM-R子系统的同步状态验证
1．时钟频率准确度测试。本测试目的是在系统同步状态下测试BTS时钟输出精度，验证是否满足BTS对频率精度的需求。该测试方法与SDH网元测试方法相同。
2．BTS射频信号频率误差测试。部分设备供应商的BTS产品不具备时钟输出口，无法对其时钟信号进行频率准确度测试，这种情况可以直接对射频信号的频率误差进行验证。其指标要求为0.05ppm。用外加基准信号的基站综合测试仪或者频谱仪测试BTS发信机的射频信号，得到信号频率误差。
三、结束语
传输系统是高速铁路通信系统的基础承载网，GSM-R子系统对频率同步要求相对较高，对这2个子系统同步状态的测试，可以对目前高铁通信网的同步状态得出准确的评价，这对高铁通信工程建设和通信系统维护是十分必要的。
作者：王玉强单位：中铁电化集团北京电信研究试验中心
