外时间基准同步GPS在通信系统中的应用

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　　1．GPS系统组成
GPS系统可以分为三部分：GPS卫星系统、地面控制系统和用户设备，如图4.5所示。

1)  GPS卫星系统
GPS卫星系统包括24颗卫星，分布在6个轨道上，其中3颗卫星作备用。每个轨道上平均有3~4颗卫星。每个轨道面相对于赤道的倾角为55°，轨道平均高度为20 200 km，卫星运行周期为11小时58分。这样，全球在任何时间、任何地点至少可以看到4颗卫星，最多可以看到8颗。每颗卫星上都载有铷钟，称为卫星钟，接受地面主钟的控制。
　　2) 地面控制系统
地面控制系统包括1个主控站(MCS：Master Control Station)、5个监控站(MS：Monitor Station)和3个地面站(GA：Ground Antennas)。
监控站分布在不同地域，能够同时检测多达11颗卫星。监控站对收集来的数据并不做过多的处理，而将原始的测试数据和相关信息送给主控站处理。主控站根据收集来的数据估算出每个卫星的位置和时间参数，并且与地面基准相比对，然后形成对卫星的指令。这些新的数据和指令被送往卫星地面站，通过卫星地面站发送出去，卫星按这些新的数据和指令进行工作，并把有关数据发送给用户。在主控站中用于比对的同步基准由美国海军天文台控制，它是原子钟与协调世界时(UTC：Coordinated Universal Time)比对后的信号。这样就使卫星钟与GPS主时钟之间保持精确同步。
卫星发射的信号有两种，其中每一种用不同的频率发射：
L1波段：1575.42 MHz，载有民用码(C/A伪随机码)、军用码(P伪随机码)和数据信息。
L2波段：1227.26 MHz，仅供军用码(P伪随机码)和数据信息使用。
3) 用户设备
用户设备指GPS接收机，包括天线、馈线和中央处理单元。其中中央处理单元由高稳晶振和锁相环组成，它对接收信号进行处理，经过一套严密的误差校正，使输出的信号达到很高的长期稳定性。定时精度能够达到300 ns以内。
在通信网中，常将GPS与铷钟配合使用，利用GPS的长稳特性，结合铷钟的短稳特性, 得到准确度和稳定度都很高的同步信号。该信号可以作为基准源使用。
　　2．GPS在通信系统中的应用
频率同步是指信号的频率跟踪到基准频率上，使其长期稳定地与基准保持一致。但不要求起始时刻保持一致。这样，基准不一定跟踪UTC，可以使用独立运行的铯钟组作为同步基准，也可以使用GPS对铯钟组进行校验，以使其保持更好的准确度。
传统的电信网主要要求频率同步，因此，已建成的同步网主要满足频率同步的要求。
时间同步不仅要求信号的频率锁定到基准频率上，使其长期稳定地与基准保持一致，而且要求信号的起始时刻与UTC保持一致。这样，时间同步的基准必须跟踪到UTC上。
在CDMA移动通信系统中，要求基站之间相对于 UTC的时刻差＜±500 ns，由于地面传输的时延问题，时间基准不能像频率基准那样传输和分配，因此，目前不得不采用GPS技术，即在每个基站配置GPS。
GLONASS系统是前苏联紧跟美国 GPS系统研究发展的卫星导航定位系统。其工作原理与GPS相似，但目前的应用没有GPS广泛。

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