作者：劉春平，安鶴男，熊水金

1 引言

第三代移動(dòng)通信體制（3G），能夠提供從語(yǔ)音到數(shù)據(jù)的全方位業(yè)務(wù)［1，2］。CDMA2000的3G通信網(wǎng)絡(luò)主要由核心網(wǎng)（CN），CDMA2000基站控制器（BSC）和基站收發(fā)系統(tǒng)（BTS）構(gòu)成。一個(gè)BSC可以帶若干基站，每個(gè)BTS可以帶若干扇區(qū)載頻，BTS通過(guò)A bis接口與BSC相連，BSC通過(guò)A1，A2，A5接口與移動(dòng)交換中心（MSC）相連，而 BSC與BSC之間采用A3、A7接口，BSC和BTS構(gòu)成接入網(wǎng)子系統(tǒng)BSS。要求系統(tǒng)時(shí)鐘與GPS或 GLONASS同步，當(dāng)外同步失效時(shí)，系統(tǒng)本地時(shí)鐘維持以下指標(biāo)8h以上：發(fā)射頻率容限優(yōu)于±0.05×10 -6，導(dǎo)頻率時(shí)間校準(zhǔn)誤差小于10ms，同基站所有CDMA信道時(shí)間誤差小于1ms，導(dǎo)頻信道至碼分信道的相位誤差不小于0.05rad。

2 系統(tǒng)時(shí)鐘同步方案

3GBTS時(shí)鐘同步系統(tǒng)主要向其它模塊提供以下時(shí)鐘信號(hào)：10MHz，用作測(cè)試儀器的參考時(shí)鐘要求頻率穩(wěn)定度優(yōu)于±0.05×10-6 ；2s（0.5Hz，整個(gè)系統(tǒng)的頻率基準(zhǔn)要求頻率穩(wěn)定度優(yōu)于±0.05 ×10-6；16 fc（fc = 1.2288MHz），用作數(shù)字框內(nèi)單板的I/O時(shí)鐘及其它時(shí)鐘的參考源。

為滿足以上要求，采用兩級(jí)時(shí)鐘鎖相環(huán)的方案。第一級(jí)鎖相環(huán)采用GPS秒脈沖作為參考頻率，采用軟件算法配合硬件鎖相生成控制電壓，控制恒溫晶振（OCXO）的振蕩頻率，產(chǎn)生10MHz信號(hào)；第二級(jí)鎖相環(huán)采用10MHz作為參考源，用硬鎖相的方法合成系統(tǒng)的其它時(shí)鐘，如16 fc和48 fc。系統(tǒng)2s基準(zhǔn)信號(hào)用16 fc分頻而得，同時(shí)用GPS秒脈沖2分頻得到GPS_2s信號(hào)用于調(diào)整2s的相位，使其與GPS秒脈沖作再一次的相位校正。本地10MHz采用恒溫晶振，0~60℃溫度范圍內(nèi)頻率穩(wěn)定度為±0.01 ×10-6，老化率優(yōu)于±0.0005×10-6 ，完全滿足協(xié)議要求的±0.05×10-6穩(wěn)定度及8h的保持時(shí)間的要求。系統(tǒng)同步的兩級(jí)鎖相環(huán)方案見圖1所示，第一級(jí)主鎖相環(huán)GPS/GLONASS接收卡輸出標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)與OCXO輸出10MHz信號(hào)通過(guò)EPLD數(shù)字鑒相器進(jìn)行鑒相，輸出一個(gè)8bit的相差。CPU系統(tǒng)讀入相差值，通過(guò)一定的控制算法，輸出一個(gè)16bit的數(shù)字調(diào)諧電壓給D/A轉(zhuǎn)換器，D/A將其變成一個(gè)模擬量去控制OCXO頻率的變化。采用這種方案的好處是輸出頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定度由GPS標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)保證，而短期穩(wěn)定度取決于OCXO恒溫晶振。

3 數(shù)字鑒相器電路

數(shù)字鑒相器電路如圖2所示。其核心是一個(gè)位寬8bit的計(jì)數(shù)器，第二級(jí)鎖相環(huán)輸出的16 fc信號(hào)為計(jì)數(shù)脈沖，同時(shí)用16 fc 作為時(shí)鐘去采集GPS_1S信號(hào)的上升沿作為計(jì)數(shù)器的同步清零信號(hào)。Sclr信號(hào)同時(shí)還作為鑒相值的鎖存信號(hào)；計(jì)數(shù)器清零在鑒相值鎖存之后；PD_INT為鑒相中斷信號(hào)； PD_CLR_EN為軟件清零使能信號(hào)。實(shí)際工作過(guò)程是這樣的：在每一個(gè)GPS秒脈沖的上升沿將鑒相值鎖存，同時(shí)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷讀取鑒相值，Sclr信號(hào)同時(shí)還將計(jì)數(shù)器清零。

4 2S產(chǎn)生電路

本模塊產(chǎn)生BTS系統(tǒng)的基準(zhǔn)時(shí)鐘2s信號(hào)，同時(shí)還產(chǎn)生0.1s提供給故障檢測(cè)電路。由于16f c是以GPS_1s信號(hào)為參考經(jīng)過(guò)兩級(jí)鎖相環(huán)得到的時(shí)鐘，它綜合了GPS信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度和10M OCXO的短期穩(wěn)定度，所以 2s信號(hào)由16 fc分頻獲取，而不是由GPS_1s經(jīng)過(guò)2分頻直接得到。圖3為分頻器電路。由于將16 fc分頻為2s，分頻比達(dá)1.96608×10 7，因此采用一個(gè)位寬為26bit的計(jì)數(shù)器，對(duì)16f c 的上升沿計(jì)數(shù)，當(dāng)同步置數(shù)端sload為“1”，則在下一個(gè)16 fc的上升沿將13893632置入計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到53215231時(shí)，在16 fc的下降沿輸出一 個(gè)sload正脈沖，又將計(jì)數(shù)器置為13893632，重新開始計(jì)數(shù)。如此在計(jì)數(shù)器的最高數(shù)據(jù)位q25便可得到2S信號(hào)，在q21可得到0.1s信號(hào)。Sload除了由53215231檢測(cè)控制外，還可通過(guò)軟件控制，相差檢測(cè)控制。圖4 為2s和0.1s信號(hào)的仿真波形。

5 相差檢測(cè)控制電路

圖3電路輸出2s信號(hào)具有很高的穩(wěn)定度，但為了防止發(fā)生相位漂移，設(shè)計(jì)了圖5所示的相位檢測(cè)控制電路。軟件控制信號(hào)soft_clr作為GPS_s信號(hào)的開關(guān)。當(dāng)軟件輸出一個(gè)上升沿，則GPS_s信號(hào)通過(guò)一個(gè)2分頻后與2s信號(hào)異或，即檢測(cè)出二者的相位差，代表該相位差的正脈沖輸入一個(gè) PHASE_ERR_DETECT模塊，即由16 fc信號(hào)對(duì)脈寬進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)相位差大于規(guī)定的閾值時(shí)，輸出一個(gè)窄脈沖detout去控制圖6中的D觸發(fā)器，從而讓GPS_2s的上升沿信號(hào)輸出至圖3計(jì)數(shù)器的sload端重新控制對(duì)計(jì)數(shù)器的置數(shù)。如果相位差小于規(guī)定的閾值，則圖5電路不輸出控制脈沖，2s維持原來(lái)的相位。

圖6電路為一個(gè)GPS_2s的上升沿檢測(cè)電路和一個(gè)由detout控制的開關(guān)電路組成，同時(shí)控制輸出的sload 信號(hào)的脈寬為半個(gè)16 fc的周期。圖7為圖5和圖6電路的仿真波形。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了一種適用于CDMA2000 BTS時(shí)鐘同步的解決方案，主要給系統(tǒng)提供10MHz，2s，16 fc和48 fc等頻率的時(shí)鐘。該解決方案使輸出時(shí)鐘具有GPS/GLONASS接收信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和由OCXO提供的短期穩(wěn)定性，完全滿足CDMA2000協(xié)議所規(guī)定的同步精度。整個(gè)數(shù)字邏輯電路用一片ALTERA公司的EPM7256AETC100-5。該方案已在實(shí)際工程中運(yùn)用。

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