CDMA基站基于北斗GPS双模授时的试验VIP

1、整理课件CDMACDMA基站基于北斗基站基于北斗/GPS/GPS双模授时的原理与应用双模授时的原理与应用整理课件主要内容n一、前言n二、北斗系统概况n三、北斗授时定时基本原理n四、CDMA基站定时方案n五、试验原理整理课件一、前言一、前言整理课件1、国内卫星授时应用现状及存在的问题国内卫星授时应用现状及存在的问题卫星授时系统设备具有高精度、低成本、覆盖范围广的特卫星授时系统设备具有高精度、低成本、覆盖范围广的特点，已广泛应用于通信、电力、交通、宇航、广播电视、点，已广泛应用于通信、电力、交通、宇航、广播电视、计算机网络及军事应用等领域。时间频率应用和定位计算机网络及军事应用等领域。时间频率应用

2、和定位( (测量测量) )应用、导航应用共同构成卫星导航系统的三大应用方向，应用、导航应用共同构成卫星导航系统的三大应用方向，具有广阔的市场前景具有广阔的市场前景应用领域应用领域目前，国内各应用领域的卫星授时产品均以单目前，国内各应用领域的卫星授时产品均以单GPSGPS产品为产品为主，仅有少量的国产主，仅有少量的国产GPS/GLONASSGPS/GLONASS双系统产品、双系统产品、GPS/GLONASS/GPS/GLONASS/北斗三系统产品和单北斗产品北斗三系统产品和单北斗产品应用产品现状应用产品现状整理课件 1、国内卫星授时应用现状及存在的问题国内卫星授时应用现状及存在的问题 北斗一号导

3、航系统投入使用前，通信、电力、交通等基础行北斗一号导航系统投入使用前，通信、电力、交通等基础行业的授时系统由于没有得到自主的卫星导航系统的支撑，被迫形业的授时系统由于没有得到自主的卫星导航系统的支撑，被迫形成了对美国成了对美国GPSGPS、俄罗斯、俄罗斯GLONASSGLONASS卫星导航系统的完全依赖，卫星导航系统的完全依赖，导致其存在潜在的巨大安全隐患，甚至严重影响国家信息安全导致其存在潜在的巨大安全隐患，甚至严重影响国家信息安全 主要问题二：国家支持力度不够，导致产业化乏力主要问题二：国家支持力度不够，导致产业化乏力主要问题一：对国外导航系统依赖性太强，存在严重的安全隐患主要问题一：对国

4、外导航系统依赖性太强，存在严重的安全隐患 一方面，由于国家对北斗一号导航系统民用授时应用产业没一方面，由于国家对北斗一号导航系统民用授时应用产业没有明确的扶持，导致核心的北斗授时接收机的成本与成熟的有明确的扶持，导致核心的北斗授时接收机的成本与成熟的GPSGPS授时接收机相比还有一定差距，缺乏市场竞争力；另一方面，国授时接收机相比还有一定差距，缺乏市场竞争力；另一方面，国家对各基础行业的安全隐患没有严格的强制性控制措施出台，各家对各基础行业的安全隐患没有严格的强制性控制措施出台，各行业仍倾向于廉价的行业仍倾向于廉价的GPSGPS授时产品，从而导致投资者对北斗民用授时产品，从而导致投资者对北斗民

5、用授时市场信心不足授时市场信心不足整理课件2、利用北斗一号授时的必要性利用北斗一号授时的必要性 使用自主的北斗一号进行授时可摆脱对美国使用自主的北斗一号进行授时可摆脱对美国GPSGPS、俄罗、俄罗斯斯GLONASSGLONASS导航系统的过分依赖，有效消除各基础行业由导航系统的过分依赖，有效消除各基础行业由于其授时系统所带来的巨大安全隐患，保障国家利益、国家于其授时系统所带来的巨大安全隐患，保障国家利益、国家信息安全信息安全维护国家信息安全维护国家信息安全 推动北斗授时民用产业化，可促进我国卫星应用产业的发推动北斗授时民用产业化，可促进我国卫星应用产业的发展，并可获得良好的社会效益和经济效益展

6、，并可获得良好的社会效益和经济效益促进自有基础产业的发展促进自有基础产业的发展整理课件二、北斗系统概况二、北斗系统概况整理课件（一）第一代卫星导航定位系统北斗一号 北斗一号系统已于2000年12月完成研制建设，并于2002年1月1日投入试运行。它的建成，打破了美、俄在卫星导航领域的垄断，同时也标志着我国在卫星导航技术领域取得了重大突破 整理课件1 1、系统组成、系统组成空间部分：空间部分：由由3 3颗静止轨道卫星颗静止轨道卫星(2(2颗工作、颗工作、1 1颗备份颗备份) )组成组成 定点位置：东经定点位置：东经8080度、度、110110度、度、140140度度地面应用系统：地面应用系统：地面

7、控制中心、标校系统和各类用户机地面控制中心、标校系统和各类用户机整理课件2 2、基本性能、基本性能基本功能：基本功能：有源导航定位，双向简短有源导航定位，双向简短 报文通信、授时定时报文通信、授时定时定位精度：定位精度：平面位置平面位置 2020米米 100100米米 高高 程程 1010米米定时精度：定时精度：单向单向100100nsns，双向双向2020nsns通信能力：通信能力：一次可传输一次可传输120120个汉字个汉字北斗北斗1号号导航定位卫星外形图导航定位卫星外形图整理课件北斗北斗1号系统覆盖区域号系统覆盖区域整理课件3 3、系统现状、系统现状n20022002年年1 1月月1 1

8、日开始试运行，标志着我国在卫星定位领日开始试运行，标志着我国在卫星定位领域新的突破域新的突破n20022002年年1212月完成第三颗备份卫星的发射，保障系统全月完成第三颗备份卫星的发射，保障系统全天候不间断运行。至此，北斗一号系统正式投入运行天候不间断运行。至此，北斗一号系统正式投入运行n系统可为陆海空用户提供定位、定时和双向简短数字报系统可为陆海空用户提供定位、定时和双向简短数字报文通信服务，文通信服务，极大地改善了我国长期缺乏自主有效的高极大地改善了我国长期缺乏自主有效的高精度实时定位定时等手段的局面，可广泛应用于我军指精度实时定位定时等手段的局面，可广泛应用于我军指挥作战和国民经济各个

9、领域挥作战和国民经济各个领域整理课件应用终端已形成体系应用终端已形成体系n终端分为：手持型、车终端分为：手持型、车载型、指挥型载型、指挥型n各种型号的终端已广泛各种型号的终端已广泛应用于军队和国民经济应用于军队和国民经济建设的各个领域建设的各个领域整理课件丰富的用户机产品丰富的用户机产品加固指挥型用户机加固指挥型用户机嵌入式用户机嵌入式用户机便携式用户机便携式用户机手持型用户机手持型用户机标准标准1U1U机箱指挥机机箱指挥机用户机用户机OEMOEM板板整理课件4、应用北斗系统的突出优势、应用北斗系统的突出优势n自主系统、高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合涉自主系统、高强度加密设计，安全、可

10、靠、稳定，适合涉及国民经济命脉的关键部门应用，摆脱对国外系统的依赖及国民经济命脉的关键部门应用，摆脱对国外系统的依赖性，降低安全隐患性，降低安全隐患n覆盖中国及周边国家和地区，覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无信小时全天候服务，无信号盲区号盲区 n同时具备授时、定位与通讯功能，无需其他通讯系统支持同时具备授时、定位与通讯功能，无需其他通讯系统支持 n特别适合集团用户大范围接收信号进行高精度定时应用特别适合集团用户大范围接收信号进行高精度定时应用 n国家发改委准备在北斗民用领域加大支持力度，政策扶植国家发改委准备在北斗民用领域加大支持力度，政策扶植民用部门民用部门 整理课件温总理对

11、本项目的批示反映了国家政策对北斗民用的大力支持整理课件 由于北斗一号是一个有源定位系统，在实时性和由于北斗一号是一个有源定位系统，在实时性和动态适应能力方面无法满足远程武器精确制导的要动态适应能力方面无法满足远程武器精确制导的要求。在目前严峻的国家安全形势下，为了满足求。在目前严峻的国家安全形势下，为了满足“打打赢赢”的要求，有必要尽快建成我国自主的第二代无源的要求，有必要尽快建成我国自主的第二代无源导航定位系统。经过前期论证，基本确定了我国二代导航定位系统。经过前期论证，基本确定了我国二代导航系统的功能、性能、框架和技术体制导航系统的功能、性能、框架和技术体制 （二）第二代卫星导航定位系统（

12、二）第二代卫星导航定位系统北斗二号北斗二号整理课件1 1、系统组成、系统组成空间部分：空间部分：多多颗轨道卫星颗轨道卫星地面运控系统：地面运控系统：1 1个地面运行控制中心个地面运行控制中心 若干个上行注入站若干个上行注入站 若干基准站和监测站若干基准站和监测站应用系统：应用系统：各类用户机各类用户机 若干应用增强系统若干应用增强系统整理课件 具有连续无源实时三维定位、测速能力具有连续无源实时三维定位、测速能力 具有双向简短报文通信（位置报告）功能具有双向简短报文通信（位置报告）功能 具有高精度授时功能具有高精度授时功能 具有一定的抗干扰、保密及防欺骗能力具有一定的抗干扰、保密及防欺骗能力2

13、2、主要功能和性能要求、主要功能和性能要求（1 1）主要功能）主要功能整理课件（2 2）主要性能）主要性能服务范围：服务范围：较之北斗一号有显著扩展较之北斗一号有显著扩展定位精度：定位精度：与与GPSGPS相当相当授时精度：授时精度：保留单、双向定时功能，且精度上比保留单、双向定时功能，且精度上比北斗一号有进一步提高北斗一号有进一步提高短电文通信：短电文通信：满足导航定位信息交换要求满足导航定位信息交换要求用户设备：用户设备：体积小、重量轻、功耗低，满足手持体积小、重量轻、功耗低，满足手持和其它各种载体需要和其它各种载体需要 整理课件 二代导航区域系统建成后，可基本满足我军民用户二代导航区域系

14、统建成后，可基本满足我军民用户对无源导航定位的需求，与近期我军武器装备的发展水对无源导航定位的需求，与近期我军武器装备的发展水平也相匹配，同时，也与我国国民经济发展对卫星导航平也相匹配，同时，也与我国国民经济发展对卫星导航定位的需求相适应。而且，系统很好地继承了一代的功定位的需求相适应。而且，系统很好地继承了一代的功能，用户利益得到了有效的保护能，用户利益得到了有效的保护整理课件三、北斗授时定时基本原理三、北斗授时定时基本原理整理课件授时定时基本原理授时定时基本原理nBD-1采用超帧周期帧结构形式向用户播发询问信号，每一超帧采用超帧周期帧结构形式向用户播发询问信号，每一超帧的起始帧定为发播时间

15、帧，可为用户提供授时定时服务的起始帧定为发播时间帧，可为用户提供授时定时服务nBD-1每台用户机启用前均需在中心控制系统完成一系列的测试，每台用户机启用前均需在中心控制系统完成一系列的测试，其中包括设备的零值测试。设备零值测试主要测量单向设备时其中包括设备的零值测试。设备零值测试主要测量单向设备时延和双向设备时延延和双向设备时延n单向设备时延单向设备时延t设备单设备单是指信号在正向传播（中心控制系统是指信号在正向传播（中心控制系统卫卫星星用户机）过程中所经设备的总时延用户机）过程中所经设备的总时延n双向设备时延双向设备时延t设备双设备双是指信号在正反向传播（中心控制系统是指信号在正反向传播（中

16、心控制系统卫星卫星用户机用户机卫星卫星中心控制系统）过程中所经设备的总时中心控制系统）过程中所经设备的总时延延n按照战术技术指标要求，系统的定时精度为按照战术技术指标要求，系统的定时精度为20ns、100ns两档，两档，前者采用双向定时法，后者采用单向定时法前者采用双向定时法，后者采用单向定时法整理课件单向定时基本原理（单向定时基本原理（100ns档）档） 单向定时的基本方法是：假设用户位于卫星单向定时的基本方法是：假设用户位于卫星1 1的下行波束覆盖的下行波束覆盖区，用户接收中心控制系统播发的时间帧询问信号，同时以区，用户接收中心控制系统播发的时间帧询问信号，同时以本地钟秒信号本地钟秒信号1

17、 1脉冲脉冲/s/s作开门脉冲，以询问信号相关峰作关门作开门脉冲，以询问信号相关峰作关门脉冲，测得脉冲，测得11： 地面中心地面中心1脉冲脉冲/s n帧帧1脉冲脉冲/s1脉冲脉冲/s1脉冲脉冲/s用户用户nt 1单向定时原理单向定时原理整理课件则由下式即可求得用户钟与中心控制系统时钟的钟差则由下式即可求得用户钟与中心控制系统时钟的钟差： =1-nt 式中：式中：nt为帧号对应的时间，为帧号对应的时间，nt=n31.25(ms)，为信号的正向传为信号的正向传播时延：播时延： =t设备单设备单+tR01+tRU1 其中其中t设备单设备单值存储在用户机中，其中值存储在用户机中，其中tR01为地面中心

18、至北斗卫星的传输为地面中心至北斗卫星的传输时延，可在北斗卫星下行信号中提取，时延，可在北斗卫星下行信号中提取，tRU1为北斗卫星至用户终端的传输时为北斗卫星至用户终端的传输时延，需要在用户端计算获得，因此卫星星历误差、电离层对流层修正误差、延，需要在用户端计算获得，因此卫星星历误差、电离层对流层修正误差、以及用户位置误差成为制约单向定时精度的主要误差源。因卫星星历和传播以及用户位置误差成为制约单向定时精度的主要误差源。因卫星星历和传播修正模型由系统即时提供，精度较高，因此用户的修正模型由系统即时提供，精度较高，因此用户的位置误差位置误差成为单向定时最成为单向定时最主要的误差源。当位置误差小于主

19、要的误差源。当位置误差小于50米时，单向定时精度可优于米时，单向定时精度可优于100ns。整理课件双向定时基本原理（双向定时基本原理（20ns档）档） 双向定时的基本方法是：假设用户位于卫星双向定时的基本方法是：假设用户位于卫星1的下行波束覆盖的下行波束覆盖区，用户接收中心控制系统播发的时间帧询问信号，然后一方面区，用户接收中心控制系统播发的时间帧询问信号，然后一方面测出第测出第n帧询问信号相关峰到本地钟整秒信号帧询问信号相关峰到本地钟整秒信号1脉冲脉冲/s的时间间隔的时间间隔1值，另一方面向中心控制系统转发响应信号，由中心控制系统值，另一方面向中心控制系统转发响应信号，由中心控制系统测出信号

20、的往返时间测出信号的往返时间2值，并算出该信号由中心发出至用户机收值，并算出该信号由中心发出至用户机收到的正向传播时延值到的正向传播时延值，再发送给该用户作为双向定时时延修正，再发送给该用户作为双向定时时延修正值：值：地面中心地面中心1脉冲脉冲/sn帧帧1脉冲脉冲/s1脉冲脉冲/s1脉冲脉冲/s用户用户nt1双向定时原理双向定时原理整理课件则用户可根据下式求得用户钟与中心控制系统时钟的钟差则用户可根据下式求得用户钟与中心控制系统时钟的钟差： =1-1-nt 式中：式中： 1为用户定时终端实测值，为用户定时终端实测值，nt为帧号对应的时为帧号对应的时间，间，nt=n31.25(ms)，为信号的正

21、向传播时延为信号的正向传播时延 =t设备单设备单-（t设备双设备双-2-t正传正传1+t返传返传1）/2 其中其中t设备单、设备单、t设备双均设备双均值存储在北斗地面中心，值存储在北斗地面中心， t正传正传1为信为信号的正向传输时延，号的正向传输时延， t返传返传1为信号的返向传输时延。为信号的返向传输时延。由地面中心算由地面中心算得钟差得钟差并发送给用户。并发送给用户。 因双向时延可实测获得，所有修正在中心计算，因此双因双向时延可实测获得，所有修正在中心计算，因此双向定时可获得优于向定时可获得优于20ns的定时精度。的定时精度。整理课件四、四、CDMA基站定时方案概要基站定时方案概要整理课件

22、系统概述系统概述nCDMA基站子系统（基站子系统（BSS）的重要功能之一是保持频率和时间标）的重要功能之一是保持频率和时间标准，完成时间和频率的协同，提供系统所必需的频率基准、精确准，完成时间和频率的协同，提供系统所必需的频率基准、精确定时、同步基准和系统时钟。定时、同步基准和系统时钟。n目前国内目前国内CDMA基站的时间频率保持标准基本都采用基站的时间频率保持标准基本都采用GPS系统来系统来定时，而保持主要靠高稳晶振和铷原子钟。定时，而保持主要靠高稳晶振和铷原子钟。n在在CDMA建站初期国外建站初期国外GPS/GLONASS比较成熟，我国的授时导比较成熟，我国的授时导航系统正在建设中，自航系

23、统正在建设中，自2003年以来我国自主的北斗系统投入稳年以来我国自主的北斗系统投入稳定可靠运行，各科研院所研发了一系列授时、定时用户终端，但定可靠运行，各科研院所研发了一系列授时、定时用户终端，但没有专门用于没有专门用于CDMA基站的授时设备。基站的授时设备。n2005年年3月航天科技集团公司与中国联通公司高层就研发和装备月航天科技集团公司与中国联通公司高层就研发和装备北斗北斗CDMA基站定时系统达成一致。基站定时系统达成一致。n2005年年4月航天科技集团公司责成航天四创迅速启动该项目。月航天科技集团公司责成航天四创迅速启动该项目。整理课件系统任务系统任务n北斗用于北斗用于CDMA站间时间同

24、步包括无线同步和传输站间时间同步包括无线同步和传输（网络）同步（网络）同步n无线同步要求：无线同步要求：nCDMA系统对无线定时要求十分严格：同一信道码序列时间系统对无线定时要求十分严格：同一信道码序列时间误差小于误差小于50nsn同一基站内不同信道发射时间小于同一基站内不同信道发射时间小于1usn不同基站导频发射时间小于不同基站导频发射时间小于10usn传输（网络）同步要求传输（网络）同步要求n数据同步，以高精度北斗授时系统作为时钟基准，同时以公数据同步，以高精度北斗授时系统作为时钟基准，同时以公用数字同步网的同步基准作为备用时钟基准用数字同步网的同步基准作为备用时钟基准 n每个基站都需使用

25、高精度的时间基准参考源每个基站都需使用高精度的时间基准参考源整理课件系统功能系统功能n北斗用于北斗用于CDMA站间时间同步主要是给基站提供稳定、站间时间同步主要是给基站提供稳定、可靠的时间频率基准。可靠的时间频率基准。n接收接收BD广播的定时信号，提取秒信号并进行校正，对广播的定时信号，提取秒信号并进行校正，对高稳晶振进行驯服和时间保持，利用频率综合器产生高稳晶振进行驯服和时间保持，利用频率综合器产生CDMA所需的各种同源频率信号。所需的各种同源频率信号。n同时兼容同时兼容BD和和GPS两个授时系统，自动进行信号精度两个授时系统，自动进行信号精度分析和备份切换分析和备份切换整理课件系统性能指标

26、系统性能指标nGPS/BD双模接收天线采用蘑菇头形式，馈线双模接收天线采用蘑菇头形式，馈线30m（可选）；（可选）；n19”1U标准机箱，同时兼容标准机箱，同时兼容BD/GPS两个系统；两个系统；n输出信号频率准确度：输出信号频率准确度：n优于优于2E-12（高稳晶振连续驯服（高稳晶振连续驯服24h后平均频率准后平均频率准确度）；确度）；n优于优于1E-10（高稳晶振连续驯服（高稳晶振连续驯服24h后断开后断开GPS/BD信号，自动保持信号，自动保持24h平均频率准确度）平均频率准确度）n时域短期频率稳定度（时域短期频率稳定度（10MHz）n5E-10/Sn1E-12/Day整理课件系统性能指

27、标系统性能指标n输出信号输出信号：n1PPS：TTL电平，电平，50欧姆正极性，脉宽欧姆正极性，脉宽1ms，上升沿上升沿20ns，锁定状态相对与，锁定状态相对与UTC精度优于精度优于100ns，驱动能力，驱动能力10m；nTOD时间码信号：时间码信号：RS232接口，接口，9600-8-N-1，输，输出年月日时分秒及出年月日时分秒及GPS/BD锁定信息。锁定信息。n环境要求：环境要求：n电源：交流电源：交流220V/50Hz，DC48Vn工作温度：工作温度：-1040 n存放温度：存放温度：-1055 整理课件CDMA站间时间同步总体方案站间时间同步总体方案n各站独立接收卫星授时信号，自动同步

28、到同一时间基准，有效控制各站独立接收卫星授时信号，自动同步到同一时间基准，有效控制时间精度和保持精度。时间精度和保持精度。n基站定时原理基站定时原理n同时接收同时接收GPS和北斗时，得到时间基准和北斗时，得到时间基准1pps信号信号n对对BD时和时和GPS时进行性能选优，确定输出信号基准时间时进行性能选优，确定输出信号基准时间n根据根据1pps信号用频率综合模块产生同精度的频率信号：信号用频率综合模块产生同精度的频率信号：1ppsGPS接收机接收机BD接收机接收机1pps性能性能选优选优频率频率综合综合pp2s19.6608ME1时钟时钟10.0M整理课件CDMA基站时间系统方案基站时间系统方

29、案n采用采用19”1U机箱，内部结构布局图机箱，内部结构布局图（前面（前面板显示，所有信号从后面板输出）板显示，所有信号从后面板输出）接口接口选件选件BD接收机接收机GPS接收机接收机扩展时钟扩展时钟模块模块时钟性能分析与频率综合模块时钟性能分析与频率综合模块前面板前面板整理课件影响定时精度的关键因素及对策影响定时精度的关键因素及对策n北斗接收天线位置测量精度北斗接收天线位置测量精度n基站基站BD天线位置越准确授时精度越高，一般情况下天线位天线位置越准确授时精度越高，一般情况下天线位置精度置精度10m，定时精度优于，定时精度优于30ns；n基站位置的精确测量可以利用大地测量型的基站位置的精确测

30、量可以利用大地测量型的GPS接收机来接收机来完成精确测量完成精确测量n时延校正技术时延校正技术n空中时延：电离层、对流层，从卫星广播信息电文中获得空中时延：电离层、对流层，从卫星广播信息电文中获得并作为参数进行修正并作为参数进行修正n钟差：从卫星广播信息电文中获得并作为参数进行改正钟差：从卫星广播信息电文中获得并作为参数进行改正n多普勒频差：系统计算多普勒多普勒频差：系统计算多普勒(包括本地钟差包括本地钟差)偏差并进行改偏差并进行改正正整理课件五、现场试验原理五、现场试验原理整理课件外部时钟输入外部时钟输入n目前大部分厂家的目前大部分厂家的BTS都具有外部时钟都具有外部时钟输入接口，通过设置或自动切换，可以输入接口，通过设置或自动切换，可以工作在外部时钟模式；工作在外部时钟模式；整理课件以朗讯公司以朗讯公司BTS为例为例n目前朗讯公