基于EPM7256AETC100-5实现CDMA2000 BTS时钟同步的应用解决方案


原标题:基于EPM7256AETC100-5实现CDMA2000 BTS时钟同步的应用解决方案
基于EPM7256AETC100-5实现CDMA2000 BTS时钟同步的应用解决方案
引言
随着第三代移动通信(3G)技术的快速发展,CDMA2000作为一种主流的3G标准,能够提供从语音到数据的全方位业务服务。CDMA2000的通信网络由核心网(CN)、CDMA2000基站控制器(BSC)和基站收发系统(BTS)构成。为了保障通信质量,系统时钟的同步显得尤为重要,特别是与GPS或GLONASS的同步。本文详细阐述了基于ALTERA公司的EPM7256AETC100-5可编程逻辑器件(PLD)实现CDMA2000 BTS时钟同步的解决方案,并深入探讨了主控芯片在其中的作用。
系统概述
CDMA2000 BTS时钟同步系统要求与GPS或GLONASS同步,以确保系统的稳定性和精确性。当外同步失效时,系统本地时钟需维持以下指标8小时以上:发射频率容限优于±0.05×10^-6,导频率时间校准误差小于10ms,同基站所有CDMA信道时间误差小于1ms,导频信道至码分信道的相位误差不小于0.05rad。系统主要向其他模块提供以下时钟信号:10MHz(用作测试仪器的参考时钟,频率稳定度优于±0.05×10^-6),2s(0.5Hz,整个系统的频率基准,频率稳定度优于±0.05×10^-6),以及16 fc(fc=1.2288MHz,用作数字框内单板的I/O时钟及其他时钟的参考源)。
主控芯片型号及作用
EPM7256AETC100-5
EPM7256AETC100-5是ALTERA公司的一款高性能、高密度的可编程逻辑器件(PLD),属于MAX 7000S系列。该芯片集成了大量逻辑门电路、I/O引脚和可编程互联资源,非常适合于复杂数字逻辑设计。在CDMA2000 BTS时钟同步系统中,EPM7256AETC100-5作为核心控制芯片,主要承担以下任务:
时钟生成与同步:通过内部集成的逻辑资源和算法,生成并同步系统所需的多种时钟信号(如10MHz、2s、16 fc等)。这些时钟信号不仅需要满足频率精度要求,还需具备高度的稳定性和可靠性。
GPS/GLONASS同步处理:接收GPS/GLONASS接收卡输出的标准秒信号,通过数字鉴相器与本地恒温晶振(OCXO)输出的10MHz信号进行鉴相,根据鉴相结果调整OCXO的振荡频率,确保系统时钟与外部标准时间的同步。
锁相环控制:实现两级锁相环(PLL)控制。第一级PLL利用GPS秒脉冲作为参考,通过软件算法和硬件锁相生成控制电压,控制OCXO产生10MHz信号。第二级PLL则利用10MHz信号作为参考,通过硬锁相方法合成其他系统时钟(如16 fc和48 fc)。
相位校正与检测:为了防止相位漂移,设计相位检测控制电路,通过比较GPS_2s信号与系统2s信号的相位差,并在必要时进行相位校正,确保系统时钟的长期稳定性。
故障检测与报警:提供故障检测功能,如监测系统时钟的稳定性、相位差是否超出阈值等,并在检测到异常情况时发出报警信号,以便及时维护和处理。
系统实现
两级锁相环设计
第一级锁相环:
采用GPS秒脉冲作为参考频率,通过EPLD数字鉴相器与OCXO输出的10MHz信号进行鉴相。
CPU系统读取鉴相值,通过控制算法输出一个16bit的数字调谐电压给D/A转换器,D/A将其转换成模拟量去控制OCXO的频率变化。
这种设计确保了输出频率的长期稳定度由GPS标准秒信号保证,而短期稳定度则取决于OCXO的性能。
第二级锁相环:
采用第一级锁相环生成的10MHz信号作为参考源,通过硬锁相方法合成其他系统时钟(如16 fc和48 fc)。
这些时钟信号通过进一步的分频和相位校正,满足系统对时钟频率和相位精度的要求。
相位检测与校正
设计相位检测控制电路,通过比较GPS_2s信号与系统2s信号的相位差,当相位差大于规定的阈值时,输出相位校正信号。
相位校正通常通过调整系统时钟信号的相位来实现,这可以通过在时钟路径中插入可调的延迟元件(如数字延迟锁相环DLL或模拟延迟线)来完成。EPM7256AETC100-5可以通过编程这些延迟元件的延迟量,来精确调整系统时钟信号的相位,以匹配GPS/GLONASS提供的标准时间。
在实际应用中,相位校正可能是一个动态过程,需要实时监测系统时钟与GPS/GLONASS时间之间的差异,并根据差异调整相位校正量。这种动态调整机制确保了系统时钟的高精度和长期稳定性。
故障检测与报警
为了确保系统的可靠性,设计了全面的故障检测与报警机制。EPM7256AETC100-5通过监测各种系统参数(如时钟频率、相位差、OCXO电压等),来判断系统是否处于正常工作状态。
一旦检测到任何异常情况(如时钟频率偏移过大、相位差超出阈值、OCXO电压异常等),EPM7256AETC100-5会立即触发报警信号,并将相关故障信息发送至系统的维护单元。维护单元根据故障信息,采取相应的处理措施(如更换OCXO、重启系统、调整系统参数等),以恢复系统的正常工作状态。
系统优化与扩展
在设计过程中,还考虑了系统的优化与扩展性。EPM7256AETC100-5的高密度逻辑资源和灵活的编程能力,使得系统可以根据实际需求进行灵活配置和扩展。
例如,随着网络规模的扩大和业务需求的增加,系统可能需要增加更多的时钟信号或提高时钟精度。通过重新编程EPM7256AETC100-5,可以轻松实现这些功能扩展,而无需更换硬件。
此外,还可以利用EPM7256AETC100-5的I/O引脚与其他系统模块进行通信,实现更复杂的系统级功能。例如,通过串行通信接口(如SPI、I2C等)与GPS/GLONASS接收卡进行数据传输,或通过网络接口与远程监控中心进行通信。
结论
基于EPM7256AETC100-5实现CDMA2000 BTS时钟同步的解决方案,充分利用了ALTERA公司可编程逻辑器件的高性能、高密度和灵活性特点。通过两级锁相环设计、相位检测与校正、故障检测与报警等机制,确保了系统时钟的高精度、长期稳定性和可靠性。同时,系统的优化与扩展性也为未来的网络升级和业务扩展提供了有力支持。该解决方案不仅适用于CDMA2000 BTS系统,还可广泛应用于其他需要高精度时钟同步的通信系统中。
责任编辑:David
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