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北⽃GPS卫星对时系统(对时装置)应⽤通信系统的介绍
北⽃GPS卫星对时系统(对时装置)应⽤通信系统的介绍
北⽃GPS卫星对时系统(对时装置)应⽤通信系统的介绍
摘要:⽂章介绍了北⽃GPS卫星同步时钟原理,分析了北⽃/GPS卫星时钟在CDMA⽆线通信系统中应⽤的可⾏性,并给出了北⽃/GPS卫星
时钟系统的组成和在CDMA中的两种应⽤⽅式。
1、概述
卫星导航定位与授时系统是现代化⼤国极为重要的基础设施,卫星导航系统提供的精密授时在⼀个国家的⼯业、国防、通信等领域有着⼴
泛和重要的应⽤。⽬前的卫星导航系统主要有美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS、欧洲的伽利略全球
导航定位系统Galileo以及中国的北⽃⼀号导航定位系统。北⽃卫星系统是中国⾃主研发的卫星导航定位系统,可以为中国全境和周边部分
邻国提供定位、导航、授时和简易通讯服务,特别是对于确保中国国防与通信安全有着重要意义。
CDMA⽆线通信系统属于基站同步系统,基站间⽆线信道的帧同步以及基站间切换、漫游等都需要精确的时间控制,⼀个可靠和⾼精度的
时间/时钟源对于移动通信的重要性不⾔⽽喻。⽬前CDMA系统基本采⽤GPS作为基站同步时钟,但是由于GPS受美国限制,存在⾃主性
差、安全性低等问题,同时由于授时系统没有备份,可能导致GPS⼯作异常时通信质量受到影响。
为了满⾜CDMA通信系统对时间同步的要求与对安全的需要,有必要对北⽃授时技术在CDMA系统中的应⽤进⾏研究,解决GPS不可⽤情
况下的CDMA系统授时同步问题。
2、北⽃卫星系统授时原理
为了满⾜CDMA通信系统对时间同步北⽃⼀号卫星导航定位系统由空间卫星、地⾯控制与标校系统、⽤户设备三部分组成。其中空间卫星部
分包括两颗地球静⽌卫星(⾚道⾯东经80°、140°)、⼀颗在轨备份卫星(⾚道⾯东经110.5°);地⾯控制与标校系统包括⼀个配有电
⼦⾼程图的地⾯中⼼定位控制站,以及⼏⼗个分布于全国的参考标校站。
北⽃导航系统提供了单向授时和双向授时两种授时模式,通过北⽃卫星的⼴播或定位信息使得⽤户不断核准其时钟钟差,获得很⾼的时钟
精度。
在单向授时模式下,⽤户通过接收北⽃⼴播电⽂信号,⾃主获得本地时间与北⽃标准时间的钟差,实现时间同步。地⾯中⼼站在出站⼴播
信号周期内的第⼀帧数据段发送标准北⽃时间(含时间修正数据)和卫星的位置信息,同时把时标信息调制在出站信号中。卫星信号经中
⼼站到卫星的传输延迟、卫星到⽤户的传输延迟后传送到⽤户。⽤户根据本地信号与接收卫星信号之间时标的差值获得卫星观测时间,然
后根据⼴播电⽂中的卫星位置信息、延迟修正信息以及接收机事先已知的⾃⾝位置信息综合计算。⼀般来说,如果⽤户⾃⾝坐标已知且⾜
够精密,则观测⼀颗卫星就可实现精密时间同步;如果可观测多颗卫星,则授时精确度与稳定度更⾼。
在双向授时模式下,⽤户需要与地⾯中⼼站交互信息,向地⾯中⼼站发送授时申请信号,中⼼站收到授时申请后通过卫星发送时标信号给
⽤户,⽤户将接收到的时标信号返回给中⼼站。中⼼站把接收时标信号的时间与发射时间相减并除以2,即可获得中⼼站到⽤户的单向传
播时延。中⼼站将该传播时延值发送给⽤户,⽤户便可根据接收到的时标信号及单向传播时延完成⽤户本地时间与系统标准时间的同步。
单向授时模式与双向授时模式的区别主要在于⽤户到中⼼站传输时延的获取⽅式。单向授时模式要求⽤户根据卫星及⾃⾝位置信息等⾃主计
算传输时延,由于卫星位置误差以及建模误差(电离层模型、对流层模型等)都会影响到传输时延的精度,所以单向授时模式的授时精度
较低,⼀般为100ns,双向授时模式授时精度可达到20ns。单向授时模式的优点在于不占⽤卫星系统容量,⽽双向授时模式由于需要⽤户与
中⼼站交互信息,占⽤了卫星系统的⼀定容量。
3、CDMA⽆线通信系统对时钟同步的要求
CDMA⽆线通信系统属于基站同步系统,基站间⽆线信道的帧同步以及基站间切换、漫游等都需要精确的时间控制。原则上,CDMA⽆线信
道导频时间校准误差应控制在CDMA系统时间的±3µs内;当基站同时⽀持多个CDMA频道时,发射的所有CDMA频道的导频时间容限彼此
间应在±1µs内。当基站时钟精度误差超过要求的时间容限时,会导致基站间⽤户切换失败,出现⽹络掉话率升⾼、通话质量下降等现象。
当基站时钟精度在规定时间内没有恢复正常时,基站会退出服务,导致基站覆盖区内的⽤户服务中断。
⽬前北⽃⼀
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