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1 简介 TDD网络是一个时分网络，各基站之间需要严格同步，外场TDD基站采用了GPS作为同步时钟。基站同步到GPS的功能通过基站中的主控板上的时钟模块来实现，时钟模块接收并解析GPS天线信号，获取GPS卫星时间作为基站的同步时间，同时向基站提供作为基准信号。 在GPS系统中，GPS接收机的灵敏度是影响GPS应用范围的非常关键指标，是指GPS接收机可以正常工作所需的输入最小信号强度，GPS接收机冷启动灵敏度受信号捕获、比特同步、导航电文解调灵敏度限制，一般GPS接收机的冷启动灵敏度要求在-147dBm以上。 在实际的TDD基站GPS的工程应用条件下，对外接馈线的长度，中继放大器的数量，使用的功分器的数量等有一个量化的限制，使单站BBU或者多网元BBU共享GPS信号。 2 工作原理 在基站中与同步GPS相关的部分主要包括：GPS天线、避雷器、GPS馈线和时钟模块中的GPS接收机、功率放大器（选配）。时钟模块上的GPS接收机负责接收GPS天线传输的射频信号，然后进行变频解调等信号处理，向基站提供1pps信号，进行同步。 由于GPS天线安装在室外，容易遭受到雷击，所以安装时GPS天线安装抱杆和天线外面的金属圆筒和天线LNA的地分开，避免引雷上身，但同时考虑到还有一些感应雷，为了保护室内的设备，一般在馈线穿墙之后在室内增加一个避雷器，如图1所示。 为了保证卫星同步，进入GPS接收机的接收电平必须满足接收机灵敏度的要求。厂家提出了用接收机外部增益这个指标来量化链路中的衰减，指导安装，其定义就是从GPS天线到GPS接收机输入端的增益，即GPS天线增益减去链路中的衰减。目前使用的GPS接收机是U-BLOX LEA-6T，GPS接收机处于激活状态接收的最低增益按照15dB计算，用于补偿射频线缆、连接器、避雷器和功分器损耗。
图1 GPS系统框图 3 产品介绍
3.1 GPS天线 GPS天线有两种功能：接收、放大卫星信号；由它主要由无源微带天线、滤波器、低噪声放大器等组成。 内嵌的陶瓷介质天线接收空中传播来的卫星信号，这个信号非常微弱；低噪声放大器LNA将之放大到能适应电缆的传输；GPS天线的特殊之处在于输出口N型母座同时也是天线+5V/+3V电源的输入口，故为有源天线，GPS天线原理框图如图2所示。
图2.GPS天线结构示意图
图3 GPS天线示意图
主要电气性能指标： 频率:1575.42±5MHz ; 增益:38±2dBi; 极化方向：右旋圆极化; 方向图3db波束宽度:110+/-10度; 轴比:< 5 dB max;前后比:>10dB; 带外抑制f0=1575.42MHz±30MHz ; 12db min f0=1575.42MHz±50MHz 35db min f0=1575.42MHz±100MHz 70db min; 输出阻抗:50 欧; 供电电压 4~5.5v; 供电电流<45mA; 噪声系数:≤2.7dB 3.2 中继放大器 在外场安装GPS馈线长度很长时，GPS射频信号衰减到无法满足时钟模块解析GPS射频信号时需要在GPS馈线上加功率放大器来增强信号强度， 中继放大器关键指标如下： 频率范围1575.42±5MHz，增益20±1 dB，噪声系数 Noise Figure 2.0dB max（全温度范围），工作电压4－5.5V，DC工作电流15mA max。外形尺寸是98mm×58mm×30mm，重量小于260克。 图4 GPS线路中继放大器 3.3 GPS线缆选择 GPS+BD系统馈线可根据需求选择，目前常用HCAAY-50-12（1/2”馈线）和HCAHY-50-9（1/4”馈线）系列，其中HCAAY-50-12在性能方面优于后者，该馈线护套采用低烟无卤阻燃聚烯烃，外导体采用螺旋环形皱纹铜管方式。 常见通用线缆指标如下：
| 线缆种类 |
频率（1500MHZ） |
衰耗（dB/100m) |
| 1/4”馈线 |
1500 |
17.2 |
| 3/8”馈线 |
1500 |
14.6 |
| 1/2”馈线） |
1500 |
9.61 |
| 5/8” 馈线 |
1500 |
6.83 |
| 7/8” 馈线 |
1500 |
5.21 |
表一： 常用馈线衰减值对应表
4 GPS天线系统安装
图5 GPS安装示意图
4.1 天线的安装环境与位置 GPS天线安装环境与位置应符合以下要求： GPS天线应安装在南向，较开阔的位置上，并保证天线上方净空至少45°无遮挡； GPS天线宜远离微波天线、高压线等发射或接收设备，避免发射天线的辐射方向对准GPS天线。 在满足工程施工要求的情况下塔体安装时，GPS天线的安装位置与塔体的距离≥1m； GPS天线安装位置不在智能天线主瓣强辐射之下； GPS天线应尽量避开微波天线辐射方向； GPS天线不能安装在强电流设备周围； GPS天线不能安装在带有强磁场设备周围； GPS天线应该在避雷针的保护范围之内，如果无法达到要求，则应该单独安装避雷针； 如果安装两套GPS天馈系统，应保证两个GPS天线间距≥1m； 为了减少馈线损耗GPS馈线应尽量短； 安装位置保证GPS能够同时接收到4颗卫星。 4.2 GPS天线安装要求 GPS安装组件可支持抱杆安装，安装要求： 用于GPS天线固定用的抱杆推荐选用镀锌钢管，直径在30-60mm，壁厚＞3.5mm； 天线外罩表面清洁，不能有凹陷变形、磕碰开裂； 安装挂件规格、数量完整齐套，螺母、平垫和弹垫安装顺序和位置正确； 天线挂高与设计一致（相对高度误差≤10%）； 天线垂直角度误差≤1°。 4.3 GPS防雷器安装 GPS防雷器安装在馈线进入馈线窗后1m范围内，接地线连接至馈线窗处的室外地排，接地线线径为16mm2，两端配铜鼻子，现场压接； GPS防雷器不应与室内走线架直接接触。 4.4 GPS线路放大器使用 当GPS天馈系统线路损耗大于15dB时需要更换馈线或使用GPS线路放大器，目前选用的放大器增益为20dB。馈线最大长度的计算公式为： L=（15-0.2*S-0.2*C-3.5* Sp1-6.5*Sp2）/A L:馈线长度； S：防雷器个数； C：线路中N型和SMA连接器个数的和； Sp1： 1/2功分器个数； Sp2：1/4功分器个数； A：为馈线单位长度损耗，对于HCAAY-50-12(1/2”)馈线,损耗为0.0961dB/m,对于HCAAY-50-9(1/4”)馈线,损耗为0.172 dB/m。 对于时钟线过长区域，采用线放相结合的原则，一级线放＋GPS可以满足300米，二级级线放＋GPS可以满足500米，线放的数量不要超过2个。
| 馈线长度L（单位：米） |
馈线类型 |
GPS天线 |
GPS线放 |
| L≤60 |
1/4” |
1 |
0 |
| 60< L≤100 |
1/2” |
1 |
0 |
| 100<L≤300 |
1/2” |
1 |
1 |
| 300<L≤500 |
1/2” |
1 |
2 |
表二：线缆种类对应表
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