摘 要

时钟同步在通信领域是一个关键的技术，不管是在手机，基站，路由，交换机中都是如此，没有时钟同步，通信将变得不可实现。本次毕业设计为为Small Cell小基站设计时间同步系统。按照中国移动《中国移动GSM/TD-SCDMA/TD-LTE Femto/Nanocell基站设备技术规范》要求，Small Cell小基站需要满足：基于 IEEE 1588 V2 的系统同步；基于侦听功能实现的系统同步；基于内置或外置 GPS/AGPS 接收机的卫星同步方式。本次设计采用方案博通个公司的BCM61755作为主芯片方案，BCM61755完美支持了以上三种同步方案。BCM61755是一款SOC芯片方案，具有强大能力，高性能的数字基带处理器，专门用来满足满足室内或者室外的3G/HSPA和LTE Smallcell产品开发要求，覆盖从Pico Cell、Metro Cell和企业级Femto Cell全部产品。本次毕设的主要内容为基于BCM61755主芯片开发出其时钟同步系统。

关键词：时钟同步，IEEE1588，GPS，空口侦听，BCM61755

Abstract

Clock synchronization in the field of communication is a key technology, whether in mobile phones, base stations, routing switches is true, there is no clock synchronization, communication becomes unattainable. The graduation project is the Small Cell small base station synchronization system design time. According to China Mobile, "China Mobile GSM / TD-SCDMA / TD-LTE Femto / Nanocell base station equipment specification" requirement, Small Cell small base station needs to be met: the synchronization based on IEEE 1588 V2 system; synchronization based Snooping implemented system; Based internal or external GPS / AGPS receiver satellite synchronous mode. The design uses a program Broadcom's BCM61755 chip as the main program, BCM61755 perfect support for more than three synchronization scheme. BCM61755 is a SOC chip solution, with a strong capacity, high-performance digital baseband processor, designed to meet to meet the indoor or outdoor 3G / HSPA and LTE Smallcell product development requirements, covering from Pico Cell, Metro Cell and Enterprise Femto Cell all products. The main content of the complete set is based on the development of its main chip BCM61755 clock synchronization system.

Keywords: Clock synchronization, IEEE1588, GPS, Sniffer, BCM61755

目录

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外现状 2

1.3 设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 2

1.4 本论文结构 3

第2章 各种同步技术的研究与分析 4

2.1 IEEE1588时钟同步分析 4

2.1.1 概述 4

2.1.2 1588V2接口基本功能 5

2.1.3 PTP报文类型 6

2.1.4 PTP时钟类型 7

2.2 GPS时钟同步分析 7

2.2.1 概述 7

2.2.2 基于1PPS TOD方式的时间同步功能要求 8

2.2.3 TOD帧定义 9

2.2.4 TOD消息定义 10

2.3 空口时钟同步分析 13

2.3.1 概述 13

2.3.2 小区同步和搜索过程 14

2.3.3 下行参考信号，下行同步信号，小区ID定义 15

2.4 本章小结 15

第3章 smallcell时钟同步系统硬件设计 17

3.1 总体硬件设计 17

3.2 IEEE1588时钟同步硬件设计 18

3.2.1 网口变压器设计 18

3.2.2 PHY芯片电源设计 18

3.2.3 PHY芯片复位及外围电路设计 20

3.2.4 PHY芯片时钟电路设计 20

3.2.5 PHY芯片硬件配置电路设计 21

3.2.6 PHY 芯片与博通主芯片BCM61755连接 23

3.3 GPS时钟同步硬件设计 25

3.3.1 GPS模块接口电路设计 25

3.3.2 RS422接口设计 26

3.3.3 BCM61755主芯片GPS接口设计 27

3.4 空口时钟同步硬件设计 29

3.4.1 滤波器开关电路设计 30

3.4.2 transceiver芯片电路设计 30

3.4.3 BCM61755主芯片与AD9363接口设计 33

3.5 主芯片BCM61755外围电路设计 34

3.5.1 UART, GPIOs, SIM外围电路设计 36

3.5.2 CLK, RST, Config外围电路设计 38

3.5.3 DDR外围电路设计 39

3.5.4 BCM61755引脚电源连接电路设计 40

3.5.5 BCM61755电源去耦和地连接 41

3.5.6 开关电源，LDO，及内部核电压调整器电路设计 42

3.5.7 FLASH外围电路设计 45

3.6 本章小结 45

第4章 smallcell时间同步软件设计 46

4.1 总体软件设计 47

4.2 1PPS同步软件设计 50

4.3 空口同步软件设计 52

4.4 本章小结 54

第5章 系统功能测试及性能验证 55

5.1 测试方法与环境 55

5.2 测试结果 56

5.3 本章小结 58

第6章 总结与展望 59

参考文献 60

致谢 61

第1章 绪论

1.1 目的及意义

当今社会生活对数据的要求原来越高，特别是移动终端的流量需求，伴随着4G网络的出现，人们的生活方式也已经在慢慢改变，可与之矛盾的是宏基站提供的数据支持不能满足日益增加的流量需求，急需一种新的无线数据解决方案。Small cell 就是这样一种选择，Small Cell中文名为小基站、小蜂窝，是一种低功率小型基站设备，可以工作于授权（LTE/3G/2G）频段和非授权频段（WiFi）,覆盖范围为十米到几百米。此概念是相对发射功率在10W以上，覆盖范围为一千米到二点五千米，甚至20千米或者以上的宏站相对而言。

所有的基站都需要同步，这当然包括Small Cell，包括和其他基站的频率同步、相位同步，另外在CDMA和CDMA2000中还包含时间同步。在早期的3GPP标准，还存在GNSS和TDM同步等。当前，随着全网IP化和异步网络发展，运营商需要重新考虑同步实现的策略。

根据《中国移动GSM/TD-SCDMA/TD-LTE Femto/Nanocell基站设备技术规范》中对同步的要求，Small Cell（Femto属于Smallcell）现主要应用以下三种时钟同步方案：