原標題：基于EPM7256AETC100－5實現(xiàn)CDMA2000 BTS時鐘同步的應用解決方案

基于EPM7256AETC100-5實現(xiàn)CDMA2000 BTS時鐘同步的應用解決方案

引言

隨著第三代移動通信（3G）技術的快速發(fā)展，CDMA2000作為一種主流的3G標準，能夠提供從語音到數(shù)據(jù)的全方位業(yè)務服務。CDMA2000的通信網(wǎng)絡由核心網(wǎng)（CN）、CDMA2000基站控制器（BSC）和基站收發(fā)系統(tǒng)（BTS）構成。為了保障通信質量，系統(tǒng)時鐘的同步顯得尤為重要，特別是與GPS或GLONASS的同步。本文詳細闡述了基于ALTERA公司的EPM7256AETC100-5可編程邏輯器件（PLD）實現(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。當外同步失效時，系統(tǒng)本地時鐘需維持以下指標8小時以上：發(fā)射頻率容限優(yōu)于±0.05×10^-6，導頻率時間校準誤差小于10ms，同基站所有CDMA信道時間誤差小于1ms，導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，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，非常適合于復雜數(shù)字邏輯設計。在CDMA2000 BTS時鐘同步系統(tǒng)中，EPM7256AETC100-5作為核心控制芯片，主要承擔以下任務：

1. 時鐘生成與同步：通過內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接收卡輸出的標準秒信號，通過數(shù)字鑒相器與本地恒溫晶振（OCXO）輸出的10MHz信號進行鑒相，根據(jù)鑒相結果調整OCXO的振蕩頻率，確保系統(tǒng)時鐘與外部標準時間的同步。

3. 鎖相環(huán)控制：實現(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，以便及時維護和處理。

系統(tǒng)實現(xiàn)

兩級鎖相環(huán)設計

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)字調諧電壓給D/A轉換器，D/A將其轉換成模擬量去控制OCXO的頻率變化。

• 這種設計確保了輸出頻率的長期穩(wěn)定度由GPS標準秒信號保證，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整系統(tǒng)時鐘信號的相位來實現(xiàn)，這可以通過在時鐘路徑中插入可調的延遲元件（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，來精確調整系統(tǒng)時鐘信號的相位，以匹配GPS/GLONASS提供的標準時間。

• 在實際應用中，相位校正可能是一個動態(tài)過程，需要實時監(jiān)測系統(tǒng)時鐘與GPS/GLONASS時間之間的差異，并根據(jù)差異調整相位校正量。這種動態(tài)調整機制確保了系統(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，設計了全面的故障檢測與報警機制。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，并將相關故障信息發(fā)送至系統(tǒng)的維護單元。維護單元根據(jù)故障信息，采取相應的處理措施（如更換OCXO、重啟系統(tǒng)、調整系統(tǒng)參數(shù)等），以恢復系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。

系統(tǒng)優(yōu)化與擴展

• 在設計過程中，還考慮了系統(tǒng)的優(yōu)化與擴展性。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)實際需求進行靈活配置和擴展。

• 例如，隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和業(yè)務需求的增加，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，可以輕松實現(xiàn)這些功能擴展，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)模塊進行通信，實現(xiàn)更復雜的系統(tǒng)級功能。例如，通過串行通信接口（如SPI、I2C等）與GPS/GLONASS接收卡進行數(shù)據(jù)傳輸，或通過網(wǎng)絡接口與遠程監(jiān)控中心進行通信。

結論

基于EPM7256AETC100-5實現(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。通過兩級鎖相環(huán)設計、相位檢測與校正、故障檢測與報警等機制，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)化與擴展性也為未來的網(wǎng)絡升級和業(yè)務擴展提供了有力支持。該解決方案不僅適用于CDMA2000 BTS系統(tǒng)，還可廣泛應用于其他需要高精度時鐘同步的通信系統(tǒng)中。