CC BY
278
Необходимость модернизации ГЛОНАСС для обеспечения синхронизации сетей мобильной связи 4-го и последующих поколений
В сетях мобильной связи нового поколения предъявляются повышенные требования к обеспечению частотной и временной синхронизации. Для обеспечения работоспособности базовых станций (БС), использующих при передаче синапов модуляцию OFDMA/64 QAM с разнесенным приемо^пере-дачей — MIMO, не достаточно свддартного сигнала стхронизации 1 PPS (1 импульс в сек.). При работе БС используют пилот-сигнал, который в неферывном режиме транслфуется с борта тобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) GPS. Действующая ГНСС ГЛОНАСС не имеет возможности передачи непрерывного пилот-сигнала, а передает лишь поправки раз в 1 сек. Поэтому для использования ГНСС ГЛОНАСС в качестве основной системы сжхронизации средств связи мобильных (сотовых радиотелефонных) сетей нового поколения требуется не просто приемник а специализированное устройство с высокостабильным генератором на борту. Для применения ГЛОНАСС приемников в качестве источников синхронизации средств связи необходимо внести конструктивные изменения в ГЛОНАСС и использовать одт из имеющихся резервных каналов для трансляцж непрерывноКлючевые слова: ГЛОНАСС, го пилот-сигнала. Иначе не бртет экономически целесообразной альтернативы применяемым сегодня
GPS, 3G, LTE, синхронизация. повсеместно GPS-приемниоам для синхронизацж средств связи.
Мельник С.В., Петрова Е.Н., Смирнов Н.И., МТУСИ
Сеть мобильной связи 4-го поколения стандарта LTE спроектирована для обеспечения мобильности и высокой пропускной способности по результатам успешного внедрения технологий 3G.
Принятая в LTE система модуляции радиотракта OFDMA позволяет более эффективно, чем в мобильных радио системах предыдущих поколений использовать ширину полосы пропускания радио канала.
Благодаря управлению ресурсами радио тракта на основе заголовков небольшой дины в LTE оптимизируется использование модуляции OFDMA и достигается высокая спектральная эффективность и повышение пропускной способности для передачи данных.
Кроме того, сеть стандарта LTE с реализацией механизма плавного перехода от зоны обслуживания одной базовой станции к зоне обслуживания другой базовой станции имеет превосходство по сравнению с другими решениями, которые используют для работы модуляцию OFDMA.
В сети стандарта LTE используются передовые антенные технологии MIMO,
SDMA, которые позволяют формировать и обрабатывать многолучевые сигналы либо для повышения пропускной способности либо для повышения помехоустойчивости.
В LTE также применена технология одноуровневой опорной сети, которая позволяет легко интегрировать приложения, основанные на Протоколе Интернет.
На первом этапе внедрения сетей LTE с частотным разделением прямого и обратного каналов действуют требования к обеспечению расхождения шкал времени, регламентированные стандартом 3GPP TR 25.878 V5.1.0 (2002-06).
В данном документе предусмотрено, что источником сигнала частотной синхронизации сети является GPS (рис. 1) и точ-
ность определения времени установлена +/-256 элементарных импульсов ПСП. Предусмотрена положительная и отрицательная юстировка сигнала. Точность, требуемая для частотной синхронизации тракта LTE составляет 32 нс.
Рекомендация ITU-T Y1541 устанавливает требование к обеспечению точности времени (временной синхронизации) +/- 50 мс, при чем источником также должен быть сигнал GPS.
При внедрении LTE с временным разделением прямого и обратного каналов, а также при внедрении технологий MIMO и SDMA возникает необходимость в более точном механизме частотной и временной синхронизации.
На рис. 2 показана структура кадра радиотракта LTE.
Кадр (frame) LTE имеет длительность 10 мс, а подкадр (subframe) LTE имеет длительность 0,5 мс. Соответсвенно, к временной синхронизации предъявляются более жесткие требования.
Коррекция делается с точностью до подкадра +/- 0,5 мс. При чем длительность элементарного импульса составляет 32,55 нс. Источником синхронизации, используемым базовыми станциями сети мобильной связи стандарта LTE также является GPS.
У,1МЗ(07(_^2
Рйс. 1. Использование GPS для синхронизации сетей связи
70
T-Comm, #10-2013
Рис. 2. Cтрyктyра кадра радиотракта LTE
Правила применения оборудования систем базовых станций и ретрансляторов сетей подвижной радиотелефонной связи стандарта LTE устанавливают требования к возможности использования в качестве источника синхронизации Глобальной навигационной спутникоовй системы ГЛОНACC.
Однако для синхронизации сетей LTE от ГЛОНACC необходимо решить несколько проблем. Во-первых, проверка работы в режиме синхронизации от ГЛОНACC делается лишь в рамках сертификационных испытаний, а не во время эксплуатации сетей LTE. Во-вторых, при вводе в эксплуатацию LTE, как и в случае с оборудованием WiMAX, UMTS и IMT MC 45G (CDMA 2GGG), в ходе коммерческой эксплуатации используется синхронизация от GPS, а не от ГЛОНACC.
Причиной этому является отсутствие требований к обеспечению, необходимых для эксплуатации, параметров синхронизации времени и частоты в сетях мобильной связи посредством ГЛОНACC. При использовании в качестве синхронизации сигнала GPS, оборудование принимает псевдо случайную последовательность, т.е. непрерывный сигнал с возможностью юстировки по элементарным импульсам ПОТ. ГЛОНACC в отличии от GPS не передает непрерывный сигнал, который можно было бы использовать непосредственно для синхронизации частоты и времени в сетях мобильной связи.
При синхронизации оборудования с ГЛОНACC передаются поправки для подстройки местного генератора, установленного в приемном устройстве.
Приемное устройство подает синхросигнал на оборудование по порту 1 PPS или 5 МГц. В случае длительного отсутствия сигнала от ГЛОНACC, стабильности местного генератора приемного устройства не хватает для обеспечения требуемого уровня качества синхросигнала. Поэтому обыкновенный приемник ГЛОНACC не может обеспечить требуемый уровень качества синхронизации частоты и времени сети связи.
Проведенные в НТЦ "КОМСЕТ" исследования показали, что если в качестве источника сигнала синхронизации использовать производимый НТЦ "КОМСЕТ сервер времени ССВ-1 Г, имеющий высокостабильный внутренний генератор совместно с приемником ГЛОНАСС, — то даже в случае отсутствия сигнала ГЛОНАСС в течение суток, — удается обеспечить требуемые показатели стабильности синхронизации сети связи стандарта LTE. При этом не обязательно ставить сервер времени рядом с каждой БС.
Если пользоваться для раздачи меток времени протоколом NTP то на распределенной IP сети мы получим точность 100 мс, которой недостаточно для стабильной работы оборудования LTE. При раздаче меток времени по IP-сети, используя протокол PTP получим удовлетворительные для LTE характеристики (0,1 мс), но для этого все транзитные устройства должны поддерживать протокол PTR Кроме того, перспективные сети связи LTE Advanced предъявляют еще более жесткие требования к синхронизации по времени и частоте.
Таким образом, важной и актуальной является задача модернизации ГЛОНАСС для достижения большей точности синхронизации, а также обеспечения передачи непрерывного сигнала, который можно было бы использовать в качестве опорного для оборудования сетей мобильной связи 4-ого и последующих поколений без "посредничества" местного генератора приемного устройства.
Литература
1. Урличич Ю.М. Перспективы развития системы ГЛОНАСС // T^omm — Телекоммуникации и транспорт. Спец. Выпуск "Навигационные технологии и услуги", июнь 2010.
2. Варакин Л.Е., Зубарев Ю.Б., Иванчук НА., Смирнов Н.И., Кусков В.Д. и др. Многофункциональность — магистральный путь интеграции наземных и космических систем в единую глобальную наземно-космическую систему // Доклады' Международного семинара: Европейское общество сотрудничества в области развития мобильной, персональной связи. — Москва, май, 2002.
3. Аджемов АС., Мишенков СЛ., Смирнов Н.И., Караваев ЮА. Комплексная единая интегрированная телекоммуникационная система информатизации социального развития России // T^omm - Телекоммуникации и транспорт. Спец. Выпуск по итогам 3-й отраслевой научной конференции "Технологии информационного общества", часть 2, июль 2009.
4. Мишенков СЛ., Смирнов Н.И., Караваев ЮА. Перспективные требования к сетевой синхронизации и распределению сигналов точного времени в системе связи РФ. Доклады четвёртой отраслевой научной конференции-форума "Технологии информационного общества". — Москва, 2010.
5. Рыжков АВ. Частота и время в инфокоммуникациях XXI века. — М.: MAC, 2006. — 320 с.
6. Мельник С.В., Петрова Е.Н, Смирнов Н.И. Повышениние эффективности построения сетей мобильной связи нового поколения посредством использования перспективной орбитальной сети синхронизации ГЛОНАСС. Сборник докладов Всероссийского НТ семинара "Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания". Нижний Новгород, июнь 2010.
7. Мельник С.В., Петрова Е.Н, Смирнов Н.И. Синхронизация сети связи LTE посредством ГЛОНАСС Сборник докладов Всероссийского НТ семинара "Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания". — Йошкар Ола, 2012.
T-Comm, #1G-2G13
71
