传输系统时钟同步不良对GSM-R无线基站同步性能的影响分析

■ 程华

传输系统时钟同步不良对GSM-R无线基站同步性能的影响分析

■ 程华

1 概述

铁路GSM-R移动通信网承载了大量语音和数据业务，其中有些业务与列车运行有关，因此保证GSM-R稳定运行非常重要。

GSM-R基站子系统一般通过传输网2 Mb/s链路承载业务，多个基站通过2 Mb/s链路串联后与BSC形成环网，BTS从连接到BSC的2 Mb/s链路中提取同步定时信号。因此，传输系统2 Mb/s链路的质量好坏，不仅影响GSM-R的业务质量，也会影响GSM-R的时钟质量。在此通过实际案例，分析传输网元时钟劣化（体现在TU-12指针调整）对基站时钟同步性能影响。

2 故障现象

检查GSM-R无线网管，发现基站122网元（对应传输网元16）处于时钟同步故障状态，基站时钟进入保持模式（正常应为“跟踪锁定”状态），基站上游BSC当时无时钟告警，其与BSC的组网结构见图1。查询基站传输系统的所有传输网元性能参数，发现基站环对应多个传输网元24 h TU-12指针调整数较大（见表1）。

3 原因分析

以24 h TU-12指针调整7470次为例，经分析计算，对应网元时钟与信号速率的相对偏差已超过基站时钟牵引范围，导致基站时钟无法跟踪锁定，出现同步告警并转入“保持”或“自由振荡”状态。

图1 基站与BSC组网结构

表1 TU-12指针调整情况

进一步查询传输系统时钟跟踪状态，发现基站环对应的传输网元16处于自由振荡状态，并影响其下游网元的时钟同步性能，其时钟跟踪状态见图2。表1中指针调整较大的传输网元全部与自由振荡网元（网元16）有关，并与网元16在同一个基站环上。GSM-R处于保持模式的基站正是图2中自由振荡网元所对应的基站。从图2中可以看出，指针调整的传输网元处于一个基站环上，由于网元16不能跟踪锁定基准时钟，其非正常、长期处于“内时钟”状态，导致设备时钟精度逐渐劣化。当传输网元时钟之间存在频差时，产生TU-12指针调整。当指针调整数较大，产生较多相位偏差，且超出基站时钟能够容忍的范围时，基站时钟无法跟踪锁定，进入保持状态。

4 故障处理

从传输网管查询自由振荡网元时钟配置，发现网元时钟配置存在问题。正常情况下网元时钟应该设为跟踪外部线路，西向是主用时钟，东向是备用时钟，但网元时钟配置却错误设置为“内时钟”，导致网元时钟频偏较大，逐渐超过基站时钟要求。由于故障相对比较隐蔽，持续时间约2个月。将网元时钟重新设为跟踪外部线路时钟，西向为主用时钟，东向为备用时钟后，对应网管记录的指针调整消失，基站时钟恢复正常。

5 有关标准问题

通过实际案例分析及处理结果证明，光传输系统的网元指针调整及传输系统时钟同步不良问题与无线接入网同步性能直接关联。通过深入研究发现，现有经过SDH的 2 Mb/s业务码流传送时钟精度指标难以保证GSM-R 基站同步要求。

图2 网元16时钟跟踪状态

在基站收发子系统方面，3GPP（TS45.010-5.1）规定，必须“使用单一的绝对精度优于0.05 ppm的频率源，对于射频产生和时钟基准都适用”。对传输系统PDH的2 Mb/s支路，ITU的时钟精度指标满足50 ppm即可。无线基站和传输系统标准明显不一致。

我国通信行业标准YDN 073—1997《900/1 800 MHz TDMA数字蜂窝移动通信系统第二阶段基站子系统设备技术规范书》中规定，GSM基站的发射频率误差应优于±0.05 ppm。通信行业标准YD/T 1267—2003《基于SDH传送网的同步网技术要求》有相对详细的规定。GSM基站可采用以下几种同步方式。

（1）通过155 Mb/s或622 Mb/s SDH环网将GSM基站接入网络，并且GSM基站同步SDH传输系统。当基站设备只能从SDH传输系统的PDH支路2 Mb/s业务中取得定时基准信号时，必须在SDH侧对PDH支路2 Mb/s信号进行再定时，即启用SDH网元设备的再定时功能或加装2 Mb/s再定时设备。

（2）在SDH传输系统到达基站情况下，原则上通过SDH网元外同步输出接口向基站提供定时基准信号，如果基站设备无外同步输入接口，可利用再定时方式从2 Mb/s业务中取得定时基准信号。当基站与MSC之间为PDH/SDH混合传输时，只有PDH 2 Mb/s业务在SDH侧采用再定时方式，基站设备才可以从2 Mb/s业务中取得定时基准信号。

（3）现行的原铁道部GSM-R标准中的“同步要求”及相关标准过于简单，而通信行业标准的类似规定也不一致。在当前组网环境下，既有技术标准不能满足实际运用需要，应尽快补充完善，以满足铁路通信的发展需要。关于这个问题，可见参考文献[2]。

以往的工程实践中，对同步的重要性认识不足。GSM-R及基于SDH的同步定时链路规划、建设及运用维护存在不同程度问题，有的影响很大。在上述案例中的基站无外时钟输入接口，传输设备也不具备再定时功能，暂时无法按现有标准进行组网调整，只能从2 Mb/s业务码流中提取时钟，这是目前最常用的方法。由于铁路线长，有的基站环网跨度很大，经常达几百公里，有的甚至近千公里，穿越的SDH网元多达几十或上百个，如果平时对传输网元的指针调整、同步状态关注不多，不掌握同步质量现状，难以满足GSM-R的同步要求，导致出现切换超时、信道中断、掉话、杂音和单通等问题，特别是对GSM-R承载的数据通信等新业务的损伤较大，而相当多的环节没有采取必要的技术措施（因标准无具体要求）。因此，改进当前维护方法，加强传输网指针和同步状态巡视非常重要，有利于保证传输网、GSM-R运用质量。

6 结束语

按目前铁路通信传输和无线系统的组网运用方式，传输系统的时钟状态将影响其承载业务系统的时钟质量，特别是采用2 Mb/s业务链路传输时钟的方式影响较大。当传输网元的时钟同步性能降低或故障时，导致2 Mb/s链路上的时钟质量劣化，影响GSM-R无线接入网的时钟质量，使业务质量超过规定标准。此类问题可能导致通信业务中断，例如无线基站小区退出服务。通常情况下，即使业务不中断，也会引起时钟同步性能劣化，出现性能告警或无告警，直接影响无线基站和终端的技术指标，例如射频频偏、切换时间及切换成功率、单通、干扰恢复时间等，严重影响业务质量。因此，为保证GSM-R的稳定运行，应注意观察传输网管的性能，及时掌握指针调整情况及传输系统同步状态，间接了解基站的同步状态，及时发现和处理同步不良问题，保证GSM-R的运用质量。

[1] 于佳亮，程华，于天泽. 通信同步网与网同步[M]. 北京：人民邮电出版社，2011.

[2] 于佳亮，程华，于天泽. GSM时钟同步标准及其影响[J].电信工程技术与标准化， 2010(6)：61-64.

程华：北京铁路通信技术中心，高级工程师，北京，100038

责任编辑 葛化一