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利用铷原子钟的同步保持能力来确保移动业务可用性

Ramki Ramakrishnan?? 美高森美时钟业务Frequency & Time部门产品管理总监?? 2014年12月12日 ?? 收藏0

最常用的具有保持性能的是恒温晶体振荡器 (oven controlled crystal oscillator, OCXO),以往它一直能够满足GMS/UMTS和CDMA网络需求。展望未来,铷原子钟是一个更好的解决方案,提供更高等级的性能和精度,并具有更长的保持时间。这是一个典型的实施基准:在目标基站温度环境中,铷原子钟可以保持1.5微秒精度长达24小时,而在相同条件下,晶体振荡器仅能确保在24小时下达到8微秒。(图2)

图2: 24小时保持性能
图2: 24小时保持性能

即使对于精度要求并不严格的2G/3G环境,铷原子钟也提供了明显优势,因为更长的保持时间可省去周末或夜间的上门服务 (truck roll)。

我们必须指出的是,不同等级的振荡器提供不同的保持性能,当然在成本上也是不同的。此外,设计实现也可以产生重大影响;例如软件算法可以弥补由于振荡器老化而产生的精度变化。图3展示了恒温晶体振荡器与铷原子钟的时间漂移比较。重点是,对于基站来说,在类似的环境情况和价格/性能范围内,铷提供的保持性能明显胜过晶体振荡器。

图3:随时间的漂移
图3:随时间的漂移

支持铷原子钟保持技术的其它重要因素有:

● 最新的小型铷原子钟与用于保持性能的OCXO器件的大小和外形相同,易于嵌入到设备设计中。

● 创新实现了更低的功耗,而动力性能将继续改进

● 最重要的是,铷原子钟的成本锐减:五年前的价格是两年前的两倍,今天技术创新延续了价格下降的趋势。

未来的同步和保持性能技术

运营商服务可用性一直依赖于冗余和备份解决方案来满足他们客户的期望。用于分组网络的可靠端对端同步解决方案要求在基站使用主同步源 (无论是IEEE-1588 PTP还是GPS) 和嵌入式铷原子钟。复杂算法可自适应管理 (adaptively manage) GPS和其它同步信号源,从而提供更佳的同步输出精度和稳定性。在这个解决方案中,不同的技术彼此辅助以延长铷原子钟的保持时间,而且基站也可以安装在过去无法安装的位置上。这个方法已经进行了部署测试,并已针对运营商做好加入4G/LTE增建计划的准备(图4)。

图4:用于4G/LTE增建的多种同步技术
图4:用于4G/LTE增建的多种同步技术

结论

随着移动网络向4G/LTE方向发展,以及更严格相位要求的增加,同步要求变得更加严格。为满足1.5 μs的相位要求并确保网络持续运行,需要采用铷原子钟来提供网络保持性能,并在同步信号丢失时保护网络。铷原子钟结合了性能、成本和易于实现的特性优势,其价值对于基站台接收站(base transceiver station)越来越具吸引力。

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铷原子钟? 同步技术? 基站? 移动通讯网络?

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