原標(biāo)題：基于EPM7256AETC100－5實(shí)現(xiàn)CDMA2000 BTS時鐘同步的應(yīng)用解決方案

基于EPM7256AETC100-5實(shí)現(xiàn)CDMA2000 BTS時鐘同步的應(yīng)用解決方案

引言

隨著第三代移動通信（3G）技術(shù)的快速發(fā)展，CDMA2000作為一種主流的3G標(biāo)準(zhǔn)，能夠提供從語音到數(shù)據(jù)的全方位業(yè)務(wù)服務(wù)。CDMA2000的通信網(wǎng)絡(luò)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。為了保障通信質(zhì)量，系統(tǒng)時鐘的同步顯得尤為重要，特別是與GPS或GLONASS的同步。本文詳細(xì)闡述了基于ALTERA公司的EPM7256AETC100-5可編程邏輯器件（PLD）實(shí)現(xiàn)CDMA2000 BTS時鐘同步的解決方案，并深入探討了主控芯片在其中的作用。

系統(tǒng)概述

CDMA2000 BTS時鐘同步系統(tǒng)要求與GPS或GLONASS同步，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。當(dāng)外同步失效時，系統(tǒng)本地時鐘需維持以下指標(biāo)8小時以上：發(fā)射頻率容限優(yōu)于±0.05×10^-6，導(dǎo)頻率時間校準(zhǔn)誤差小于10ms，同基站所有CDMA信道時間誤差小于1ms，導(dǎo)頻信道至碼分信道的相位誤差不小于0.05rad。系統(tǒng)主要向其他模塊提供以下時鐘信號：10MHz（用作測試儀器的參考時鐘，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于±0.05×10^-6），2s（0.5Hz，整個系統(tǒng)的頻率基準(zhǔn)，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于±0.05×10^-6），以及16 fc（fc=1.2288MHz，用作數(shù)字框內(nèi)單板的I/O時鐘及其他時鐘的參考源）。

主控芯片型號及作用

EPM7256AETC100-5

EPM7256AETC100-5是ALTERA公司的一款高性能、高密度的可編程邏輯器件（PLD），屬于MAX 7000S系列。該芯片集成了大量邏輯門電路、I/O引腳和可編程互聯(lián)資源，非常適合于復(fù)雜數(shù)字邏輯設(shè)計。在CDMA2000 BTS時鐘同步系統(tǒng)中，EPM7256AETC100-5作為核心控制芯片，主要承擔(dān)以下任務(wù)：

1. 時鐘生成與同步：通過內(nèi)部集成的邏輯資源和算法，生成并同步系統(tǒng)所需的多種時鐘信號（如10MHz、2s、16 fc等）。這些時鐘信號不僅需要滿足頻率精度要求，還需具備高度的穩(wěn)定性和可靠性。

2. GPS/GLONASS同步處理：接收GPS/GLONASS接收卡輸出的標(biāo)準(zhǔn)秒信號，通過數(shù)字鑒相器與本地恒溫晶振（OCXO）輸出的10MHz信號進(jìn)行鑒相，根據(jù)鑒相結(jié)果調(diào)整OCXO的振蕩頻率，確保系統(tǒng)時鐘與外部標(biāo)準(zhǔn)時間的同步。

3. 鎖相環(huán)控制：實(shí)現(xiàn)兩級鎖相環(huán)（PLL）控制。第一級PLL利用GPS秒脈沖作為參考，通過軟件算法和硬件鎖相生成控制電壓，控制OCXO產(chǎn)生10MHz信號。第二級PLL則利用10MHz信號作為參考，通過硬鎖相方法合成其他系統(tǒng)時鐘（如16 fc和48 fc）。

4. 相位校正與檢測：為了防止相位漂移，設(shè)計相位檢測控制電路，通過比較GPS_2s信號與系統(tǒng)2s信號的相位差，并在必要時進(jìn)行相位校正，確保系統(tǒng)時鐘的長期穩(wěn)定性。

5. 故障檢測與報警：提供故障檢測功能，如監(jiān)測系統(tǒng)時鐘的穩(wěn)定性、相位差是否超出閾值等，并在檢測到異常情況時發(fā)出報警信號，以便及時維護(hù)和處理。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

兩級鎖相環(huán)設(shè)計

1. 第一級鎖相環(huán)：

• 采用GPS秒脈沖作為參考頻率，通過EPLD數(shù)字鑒相器與OCXO輸出的10MHz信號進(jìn)行鑒相。

• CPU系統(tǒng)讀取鑒相值，通過控制算法輸出一個16bit的數(shù)字調(diào)諧電壓給D/A轉(zhuǎn)換器，D/A將其轉(zhuǎn)換成模擬量去控制OCXO的頻率變化。

• 這種設(shè)計確保了輸出頻率的長期穩(wěn)定度由GPS標(biāo)準(zhǔn)秒信號保證，而短期穩(wěn)定度則取決于OCXO的性能。

2. 第二級鎖相環(huán)：

• 采用第一級鎖相環(huán)生成的10MHz信號作為參考源，通過硬鎖相方法合成其他系統(tǒng)時鐘（如16 fc和48 fc）。

• 這些時鐘信號通過進(jìn)一步的分頻和相位校正，滿足系統(tǒng)對時鐘頻率和相位精度的要求。

相位檢測與校正

• 設(shè)計相位檢測控制電路，通過比較GPS_2s信號與系統(tǒng)2s信號的相位差，當(dāng)相位差大于規(guī)定的閾值時，輸出相位校正信號。

• 相位校正通常通過調(diào)整系統(tǒng)時鐘信號的相位來實(shí)現(xiàn)，這可以通過在時鐘路徑中插入可調(diào)的延遲元件（如數(shù)字延遲鎖相環(huán)DLL或模擬延遲線）來完成。EPM7256AETC100-5可以通過編程這些延遲元件的延遲量，來精確調(diào)整系統(tǒng)時鐘信號的相位，以匹配GPS/GLONASS提供的標(biāo)準(zhǔn)時間。

• 在實(shí)際應(yīng)用中，相位校正可能是一個動態(tài)過程，需要實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)時鐘與GPS/GLONASS時間之間的差異，并根據(jù)差異調(diào)整相位校正量。這種動態(tài)調(diào)整機(jī)制確保了系統(tǒng)時鐘的高精度和長期穩(wěn)定性。

故障檢測與報警

• 為了確保系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計了全面的故障檢測與報警機(jī)制。EPM7256AETC100-5通過監(jiān)測各種系統(tǒng)參數(shù)（如時鐘頻率、相位差、OCXO電壓等），來判斷系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。

• 一旦檢測到任何異常情況（如時鐘頻率偏移過大、相位差超出閾值、OCXO電壓異常等），EPM7256AETC100-5會立即觸發(fā)報警信號，并將相關(guān)故障信息發(fā)送至系統(tǒng)的維護(hù)單元。維護(hù)單元根據(jù)故障信息，采取相應(yīng)的處理措施（如更換OCXO、重啟系統(tǒng)、調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)等），以恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。

系統(tǒng)優(yōu)化與擴(kuò)展

• 在設(shè)計過程中，還考慮了系統(tǒng)的優(yōu)化與擴(kuò)展性。EPM7256AETC100-5的高密度邏輯資源和靈活的編程能力，使得系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置和擴(kuò)展。

• 例如，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和業(yè)務(wù)需求的增加，系統(tǒng)可能需要增加更多的時鐘信號或提高時鐘精度。通過重新編程EPM7256AETC100-5，可以輕松實(shí)現(xiàn)這些功能擴(kuò)展，而無需更換硬件。

• 此外，還可以利用EPM7256AETC100-5的I/O引腳與其他系統(tǒng)模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的系統(tǒng)級功能。例如，通過串行通信接口（如SPI、I2C等）與GPS/GLONASS接收卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，或通過網(wǎng)絡(luò)接口與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通信。

結(jié)論

基于EPM7256AETC100-5實(shí)現(xiàn)CDMA2000 BTS時鐘同步的解決方案，充分利用了ALTERA公司可編程邏輯器件的高性能、高密度和靈活性特點(diǎn)。通過兩級鎖相環(huán)設(shè)計、相位檢測與校正、故障檢測與報警等機(jī)制，確保了系統(tǒng)時鐘的高精度、長期穩(wěn)定性和可靠性。同時，系統(tǒng)的優(yōu)化與擴(kuò)展性也為未來的網(wǎng)絡(luò)升級和業(yè)務(wù)擴(kuò)展提供了有力支持。該解決方案不僅適用于CDMA2000 BTS系統(tǒng)，還可廣泛應(yīng)用于其他需要高精度時鐘同步的通信系統(tǒng)中。