外時(shí)間基準(zhǔn)同步GPS在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

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　　1．GPS系統(tǒng)組成
GPS系統(tǒng)可以分為三部分：GPS衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備，如圖4.5所示。

1)  GPS衛(wèi)星系統(tǒng)
GPS衛(wèi)星系統(tǒng)包括24顆衛(wèi)星，分布在6個(gè)軌道上，其中3顆衛(wèi)星作備用。每個(gè)軌道上平均有3~4顆衛(wèi)星。每個(gè)軌道面相對于赤道的傾角為55°，軌道平均高度為20 200 km，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分。這樣，全球在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)至少可以看到4顆衛(wèi)星，最多可以看到8顆。每顆衛(wèi)星上都載有銣鐘，稱為衛(wèi)星鐘，接受地面主鐘的控制。
　　2) 地面控制系統(tǒng)
地面控制系統(tǒng)包括1個(gè)主控站(MCS：Master Control Station)、5個(gè)監(jiān)控站(MS：Monitor Station)和3個(gè)地面站(GA：Ground Antennas)。
監(jiān)控站分布在不同地域，能夠同時(shí)檢測多達(dá)11顆衛(wèi)星。監(jiān)控站對收集來的數(shù)據(jù)并不做過多的處理，而將原始的測試數(shù)據(jù)和相關(guān)信息送給主控站處理。主控站根據(jù)收集來的數(shù)據(jù)估算出每個(gè)衛(wèi)星的位置和時(shí)間參數(shù)，并且與地面基準(zhǔn)相比對，然后形成對衛(wèi)星的指令。這些新的數(shù)據(jù)和指令被送往衛(wèi)星地面站，通過衛(wèi)星地面站發(fā)送出去，衛(wèi)星按這些新的數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行工作，并把有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。在主控站中用于比對的同步基準(zhǔn)由美國海軍天文臺控制，它是原子鐘與協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC：Coordinated Universal Time)比對后的信號。這樣就使衛(wèi)星鐘與GPS主時(shí)鐘之間保持精確同步。
衛(wèi)星發(fā)射的信號有兩種，其中每一種用不同的頻率發(fā)射：
L1波段：1575.42 MHz，載有民用碼(C/A偽隨機(jī)碼)、軍用碼(P偽隨機(jī)碼)和數(shù)據(jù)信息。
L2波段：1227.26 MHz，僅供軍用碼(P偽隨機(jī)碼)和數(shù)據(jù)信息使用。
3) 用戶設(shè)備
用戶設(shè)備指GPS接收機(jī)，包括天線、饋線和中央處理單元。其中中央處理單元由高穩(wěn)晶振和鎖相環(huán)組成，它對接收信號進(jìn)行處理，經(jīng)過一套嚴(yán)密的誤差校正，使輸出的信號達(dá)到很高的長期穩(wěn)定性。定時(shí)精度能夠達(dá)到300 ns以內(nèi)。
在通信網(wǎng)中，常將GPS與銣鐘配合使用，利用GPS的長穩(wěn)特性，結(jié)合銣鐘的短穩(wěn)特性, 得到準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都很高的同步信號。該信號可以作為基準(zhǔn)源使用。
　　2．GPS在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
頻率同步是指信號的頻率跟蹤到基準(zhǔn)頻率上，使其長期穩(wěn)定地與基準(zhǔn)保持一致。但不要求起始時(shí)刻保持一致。這樣，基準(zhǔn)不一定跟蹤UTC，可以使用獨(dú)立運(yùn)行的銫鐘組作為同步基準(zhǔn)，也可以使用GPS對銫鐘組進(jìn)行校驗(yàn)，以使其保持更好的準(zhǔn)確度。
傳統(tǒng)的電信網(wǎng)主要要求頻率同步，因此，已建成的同步網(wǎng)主要滿足頻率同步的要求。
時(shí)間同步不僅要求信號的頻率鎖定到基準(zhǔn)頻率上，使其長期穩(wěn)定地與基準(zhǔn)保持一致，而且要求信號的起始時(shí)刻與UTC保持一致。這樣，時(shí)間同步的基準(zhǔn)必須跟蹤到UTC上。
在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，要求基站之間相對于 UTC的時(shí)刻差＜±500 ns，由于地面?zhèn)鬏數(shù)臅r(shí)延問題，時(shí)間基準(zhǔn)不能像頻率基準(zhǔn)那樣傳輸和分配，因此，目前不得不采用GPS技術(shù)，即在每個(gè)基站配置GPS。
GLONASS系統(tǒng)是前蘇聯(lián)緊跟美國 GPS系統(tǒng)研究發(fā)展的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其工作原理與GPS相似，但目前的應(yīng)用沒有GPS廣泛。

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