非gps同步解決方案在td-scdma基站的應(yīng)用研究(編輯修改稿)
2025-05-25 06:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 站的非GPS授時(shí)方法針對(duì)GPS的安全性問(wèn)題，目前有兩種替代GPS提供高精度時(shí)間同步的方式：采用我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)，或者通過(guò)地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)提供高精度時(shí)間傳遞，以保障CDMA網(wǎng)絡(luò)和TDSCDMA網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。1. 用北斗替代GPS的授時(shí)方案北斗衛(wèi)星授時(shí)原理是指接收機(jī)通過(guò)某種方式獲得本地時(shí)間與北斗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的鐘差，然后調(diào)整本地時(shí)鐘使時(shí)差控制在一定的精度范圍內(nèi)。在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中，授時(shí)用戶根據(jù)衛(wèi)星的廣播或定位信息不斷的核準(zhǔn)其時(shí)鐘鐘差，可以得到很高的時(shí)鐘精度；根據(jù)通播或?qū)Ш诫娢牡臅r(shí)序特征，通過(guò)計(jì)數(shù)器，可以得到高精度的同步秒脈沖1PPS信號(hào)，用于同/異地多通道數(shù)據(jù)采集與控制的同步操作。第一代北斗共3顆星，每顆星上發(fā)出2個(gè)波束，各個(gè)波束之間采用正交的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻，即碼分多址(CDMA)。理論上接收機(jī)可以鎖定一個(gè)或多個(gè)波束進(jìn)行授時(shí)，而在各個(gè)波束之間切換，不會(huì)產(chǎn)生授時(shí)誤差。在鎖定波束的優(yōu)先級(jí)策略上，有接收功率優(yōu)先、信噪比優(yōu)先、穩(wěn)定性優(yōu)先等策略。“北斗一代”為用戶機(jī)提供兩種授時(shí)方式：?jiǎn)蜗蚴跁r(shí)和雙向授時(shí)。單向授時(shí)的精度為100ns，雙向授時(shí)的精度為20ns。在單向授時(shí)模式下，用戶機(jī)不需要與地面中心站進(jìn)行交互信息，只需接收北斗廣播電文信號(hào)，自主獲得本地時(shí)間與北斗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的鐘差，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。由于“北斗一代”系統(tǒng)有三顆工作衛(wèi)星，而定位導(dǎo)航需要解算四個(gè)未知數(shù)X、Y、Z、△T(鐘差) ，所以還需要通過(guò)外部輸入高度或位置來(lái)完成授時(shí)。接收機(jī)在獲得高度或位置的情況下，通過(guò)接收衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，解算出本地鐘差△T，調(diào)整本地時(shí)間給出一個(gè)脈沖信號(hào)，使其上升沿同步于BD標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（UTC 時(shí)間）的整秒時(shí)刻，并通過(guò)串口實(shí)時(shí)輸出脈沖對(duì)應(yīng)的年月日時(shí)分秒信息。在雙向授時(shí)模式下，用戶機(jī)與中心站進(jìn)行交互信息，向中心站發(fā)射授時(shí)申請(qǐng)信號(hào)，由中心站來(lái)計(jì)算用戶機(jī)的時(shí)差，再通過(guò)出站信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，用戶按此時(shí)間調(diào)整本地時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(UTC)信號(hào)對(duì)齊。目前使用的是第一代北斗同步軌道系統(tǒng)，有3顆衛(wèi)星，采用2+1互為備份的工作模式。2003年開(kāi)始民用，授時(shí)功能為單星授時(shí)方式，單向授時(shí)精度100ns，無(wú)需軍方授權(quán)，廣播式無(wú)用戶容量限制。第二代北斗系統(tǒng)計(jì)劃發(fā)射5顆靜止軌道衛(wèi)星＋30顆非靜止軌道衛(wèi)星，將主要改進(jìn)定位和通信功能，逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，授時(shí)功能將增加與GPS相同的4星授時(shí)方式，但北斗一代還將并存繼續(xù)提供授時(shí)功能。，；一代和二代衛(wèi)星會(huì)長(zhǎng)期共存，時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)不變，兩種授時(shí)方式并存。 圖3 使用北斗和GPS的雙星備份應(yīng)用目前北斗接收機(jī)和基站可采用以下兩種對(duì)接方式：一種是直接在基站內(nèi)部將GPS接收模塊用北斗衛(wèi)星接收模塊替代，這就需要推動(dòng)設(shè)備提供商直接在其新提供的設(shè)備中支持北斗授時(shí)功能及模塊，當(dāng)需要替換時(shí)只需要更換GPS子卡同步模塊即可。也可以將GPS接收和北斗接收在同一塊單板上實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)GPS和北斗雙模接收模式。例如可以設(shè)置在正常情況下工作于GPS，當(dāng)GPS異常后自動(dòng)切換到北斗，以達(dá)到在非常時(shí)期的備份目的，同時(shí)擺脫了GPS的制約。這種GPS/BD雙模雙待的工作模式如圖3所示。針對(duì)已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)的CDMA基站和TDSCDMA基站中使用的GPS接收機(jī)的情況，如何實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星對(duì)GPS的替代是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。這種北斗替代GPS的方案就是首先要推動(dòng)基站支持1PPS＋TOD的標(biāo)準(zhǔn)外時(shí)間同步接口，然后可以通過(guò)外置的北斗接收機(jī)的1PPS＋TOD時(shí)間輸出接口來(lái)給基站設(shè)備提供授時(shí)功能，如圖4所示。對(duì)于外置北斗接收機(jī)的方式，基站內(nèi)的GPS芯片及算法不再生效，徹底擺脫了GPS，故不再存在GPS安全性隱患。目前中國(guó)移動(dòng)已針對(duì)該方案在實(shí)驗(yàn)室完成了4個(gè)北斗授時(shí)模塊與華為4個(gè)TDSCDMA基站的對(duì)接測(cè)試，測(cè)試結(jié)果完全滿足基站的同步性能要求，缺點(diǎn)是必須規(guī)范基站設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)外時(shí)間1PPS+TOD輸入接口。
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