描述：本文介紹了北斗GPS衛(wèi)星同步時鐘原理-NTP網(wǎng)絡時間同步服務器，分析了北斗/GPS衛(wèi)星時鐘在CDMA無線通信系統(tǒng)中應用的可行性，并給出了北斗/GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)的組成和在CDMA中的兩種應用方式。

　　

　　1、時間同步服務器概述:

　　

　　衛(wèi)星導航定位與授時系統(tǒng)是現(xiàn)代化大國極為重要的 基礎設施，衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的精密授時在一個國家的 工業(yè)、國防、通信等領域有著廣泛和重要的應用。目前 的衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要有美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)GLONASS、歐洲的伽利略 全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)Galileo以及中國的北斗一號導航定位 系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是中國自主研發(fā)的衛(wèi)星導航定位系 統(tǒng)，可以為中國全境和周邊部分鄰國提供定位、導航、 授時和簡易通訊服務，特別是對于確保中國國防與通信 安全有著重要意義。

　　

　　CDMA無線通信系統(tǒng)屬于基站同步系統(tǒng)，基站間 無線信道的幀同步以及基站間切換、漫游等都需要精 確的時間控制，一個可靠和高精度的時間/時鐘源對 于移動通信的重要性不言而喻。目前CDMA系統(tǒng)基本 采用GPS作為基站同步時鐘，但是由于GPS受美國限制，存在自主性差、安全性低等問題，同時由于授時 系統(tǒng)沒有備份，可能導致GPS工作異常時通信質(zhì)量受 到影響。

　　

　　為了滿足CDMA通信系統(tǒng)對時間同步的要求與對安 全的需要，有必要對北斗授時技術在CDMA系統(tǒng)中的應 用進行研究，解決GPS不可用情況下的CDMA系統(tǒng)授時 同步問題。

　　

　　2、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)授時對時原理

　　

　　為了滿足CDMA通信系統(tǒng)對時間同步北斗一號衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面控制與標校系統(tǒng)、用戶設備三部分組成。其中空間衛(wèi)星部分 包括兩顆地球靜止衛(wèi)星（赤道面東經(jīng)80 °、140 °）、一顆 在軌備份衛(wèi)星（赤道面東經(jīng)110.5 °）；地面控制與標校 系統(tǒng)包括一個配有電子高程圖的地面中心定位控制站， 以及幾十個分布于全國的參考標校站。

　　

　　北斗導航系統(tǒng)提供了單向授時和雙向授時兩種授 時模式，通過北斗衛(wèi)星的廣播或定位信息使得用戶不 斷核準其時鐘鐘差，獲得很高的時鐘精度。

　　

　　在單向授時模式下，用戶通過接收北斗廣播電文信 號，自主獲得本地時間與北斗標準時間的鐘差，實現(xiàn)時 間同步。地面中心站在出站廣播信號周期內(nèi)的第一幀數(shù) 據(jù)段發(fā)送標準北斗時間（含時間修正數(shù)據(jù)）和衛(wèi)星的位 置信息，同時把時標信息調(diào)制在出站信號中。衛(wèi)星信號 經(jīng)中心站到衛(wèi)星的傳輸延遲、衛(wèi)星到用戶的傳輸延遲后 傳送到用戶。用戶根據(jù)本地信號與接收衛(wèi)星信號之間時 標的差值獲得衛(wèi)星觀測時間，然后根據(jù)廣播電文中的衛(wèi) 星位置信息、延遲修正信息以及接收機事先已知的自身 位置信息綜合計算。一般來說，如果用戶自身坐標已知 且足夠精密，則觀測一顆衛(wèi)星就可實現(xiàn)精密時間同步； 如果可觀測多顆衛(wèi)星，則授時精確度與穩(wěn)定度更高。

　　

　　在雙向授時模式下，用戶需要與地面中心站交互信 息，向地面中心站發(fā)送授時申請信號，中心站收到授時 申請后通過衛(wèi)星發(fā)送時標信號給用戶，用戶將接收到的 時標信號返回給中心站。中心站把接收時標信號的時間 與發(fā)射時間相減并除以2，即可獲得中心站到用戶的單向 傳播時延。中心站將該傳播時延值發(fā)送給用戶，用戶便 可根據(jù)接收到的時標信號及單向傳播時延完成用戶本地 時間與系統(tǒng)標準時間的同步。

　　

　　單向授時模式與雙向授時模式的區(qū)別主要在于用戶到中心站傳輸時延的獲取方式。單向授時模式要求用 戶根據(jù)衛(wèi)星及自身位置信息等自主計算傳輸時延，由于 衛(wèi)星位置誤差以及建模誤差（電離層模型、對流層模型 等）都會影響到傳輸時延的精度，所以單向授時模式的 授時精度較低，一般為100ns，雙向授時模式授時精度可達到20ns。單向授時模式的優(yōu)點在于不占用衛(wèi)星系統(tǒng)容量，而雙向授時模式由于需要用戶與中心站交互信息，占用了衛(wèi)星系統(tǒng)的一定容量。

　　

　　3 、CDMA無線通信系統(tǒng)對時鐘同步的要求

　　

　　CDMA無線通信系統(tǒng)屬于基站同步系統(tǒng)，基站間無線信道的幀同步以及基站間切換、漫游等都需要精確的 時間控制。原則上，CDMA無線信道導頻時間校準誤差 應控制在CDMA系統(tǒng)時間的±3μs內(nèi)；當基站同時支持 多個CDMA頻道時，發(fā)射的所有CDMA頻道的導頻時間 容限彼此間應在±1μs內(nèi)。當基站時鐘精度誤差超過要 求的時間容限時，會導致基站間用戶切換失敗，出現(xiàn)網(wǎng) 絡掉話率升高、通話質(zhì)量下降等現(xiàn)象。當基站時鐘精度 在規(guī)定時間內(nèi)沒有恢復正常時，基站會退出服務，導致 基站覆蓋區(qū)內(nèi)的用戶服務中斷。

　　

　　目前北斗一號系統(tǒng)采取單向授時模式時的授時精度 可以達到100ns，能夠滿足CDMA無線通信系統(tǒng)的精確 同步要求。如果采取北斗/GPS雙模授時方式，則可實現(xiàn)CDMA時間同步備份，大大提高CDMA通信網(wǎng)絡的安全性，并且隨著未來北斗二代導航定位系統(tǒng)的投入使用，將會進一步提高系統(tǒng)授時精度并提供精確的定位服務。

　　

　　4 、北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)的組成與應用

　　

　　北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)主要由北斗接收模塊、GPS接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和接口模塊等組成，以北斗/ GPS雙系統(tǒng)互為備用設計，一般采用單端雙模天線輸入 方式，同時接收北斗和GPS衛(wèi)星信號。雙模系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星信號選擇最優(yōu)的衛(wèi)星系統(tǒng)，輸出秒脈沖1PPS時鐘信 息、TOD時間數(shù)據(jù)信息等。

　　

　　1PPS信號提供精確的時鐘同步信號，脈沖寬度為200-300ms，采用上升沿為準時點，上升時間△T不超過10ns。TOD時間數(shù)據(jù)信息包含了當前1PPS上升沿所 對應的時刻信息，并可用于傳送北斗雙模系統(tǒng)相關的狀 態(tài)、配置信息；TOD在1PPS上升沿之后1ms開始傳送， 并在500ms內(nèi)傳完。

　　

　　北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)在CDMA網(wǎng)絡中的應用可以 有兩種方式，一種是作為基站時鐘源直接與基站互聯(lián)， 另一種是作為CDMA地面同步網(wǎng)的時鐘源與地面同步網(wǎng) 相連，通過地面同步網(wǎng)向基站提供時間/時鐘信息。

　　

　　北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)作為基站直接時鐘源時可采用內(nèi)置基站或外置基站兩種方式。對于采取外置北斗/GPS雙模授時的方式，需要注意基站與雙模授時系統(tǒng)間 的接口問題。由于目前CDMA基站外部時鐘接口多屬于 廠商內(nèi)部接口，各廠商設備接口規(guī)格與協(xié)議均不一樣，給外置雙模授時系統(tǒng)與基站的互聯(lián)帶來困難。此外由于 原有接口主要基于GPS授時應用，沒有考慮對外置雙模 授時系統(tǒng)的管理需求，不利于運營商對網(wǎng)絡的管控。因 此需要在采用外置北斗/GPS雙模授時前，做好基站外部 時鐘接口的規(guī)范與統(tǒng)一，特別是要增加北斗衛(wèi)星狀態(tài)查 詢、雙模系統(tǒng)工作模式設置、雙模系統(tǒng)工作狀態(tài)查詢等 一系列與北斗/GPS雙模系統(tǒng)特性相關的指令協(xié)議。

　　

　　北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)采用內(nèi)置方式時，可以將雙 模系統(tǒng)作為基站時鐘板卡的一個附件，簡化基站設備組 成復雜度，降低基站機房設備安裝要求，減少因為線纜 連接不暢導致的設備故障率。而且雙模系統(tǒng)采用內(nèi)置方 式還可以有效利用基站內(nèi)部指令對雙模系統(tǒng)進行控制， 提高設備管控能力，是北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)作為基站 直接時鐘源的應用趨勢。

　　

　　北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)還可以作為CDMA地面同步 網(wǎng)的時鐘源，通過地面同步網(wǎng)向基站提供時間/時鐘信 息。此時應考慮時鐘源在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中所處的層級， 以及復雜網(wǎng)絡環(huán)境下時間/時鐘信息經(jīng)由不同介質(zhì)設備而 產(chǎn)生的精度下降問題。一般而言，1PPS時鐘信號經(jīng)地面 同步網(wǎng)傳輸后會產(chǎn)生200ns左右的偏移，雖然滿足CDMA導頻容限<3μs的要求，但是已經(jīng)超過國內(nèi)通信行業(yè)標準 規(guī)定的CDMA基站外部1pps授時精度<150ns的要求 [1]。

　　

　　因此，在地面同步網(wǎng)采用北斗授時方式時，需要通過開 展嚴格的CDMA業(yè)務應用性測試來充分驗證其可行性與可靠性。

　　

　　5 、結(jié)束語

　　

　　北斗導航系統(tǒng)作為CDMA系統(tǒng)的時間/時鐘同步源，其授時精度可以滿足CDMA無線通信系統(tǒng)運行的需要。 采用北斗/GPS雙模方式，可以大大降低單純倚賴GPS授時帶來的網(wǎng)絡風險，提高網(wǎng)絡安全性。同時也應看到，時間/時鐘的高可靠性與高精密性是CDMA系統(tǒng)正常運行 的核心和基礎。作為一項新的網(wǎng)絡技術，北斗/GPS雙模授時系統(tǒng)在CDMA系統(tǒng)中的應用，還應通過實驗室與現(xiàn) 網(wǎng)試驗等多種手段充分驗證其可靠性與精密程度，并高 度關注其在CDMA系統(tǒng)中的可管可控 。