角关联【摘 要】文章介绍了北斗卫星系统授时原理，分析了北斗/GPS双模授时在CDMA无线通信系统中应用的可行性，并给出了北斗/GPS双模授时系统的组成和在CDMA中的两种应用方式。【关键词】北斗 GPS CDMA 授时 收稿日期：2010-08-10
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1 概述
卫星导航定位与授时系统是现代化大国极为重要的基础设施，卫星导航系统提供的精密授时在一个国家的工业、国防、通信等领域有着广泛和重要的应用。目前的卫星导航系统主要有美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS、欧洲的伽利略全球导航定位系统Galileo以及中国的北斗一号导航定位系统。北斗卫星系统是中国自主研发的卫星导航定位系统，可以为中国全境和周边部分邻国提供定位、导航、授时和简易通讯服务，特别是对于确保中国国防与通信安全有着重要意义。
CDMA无线通信系统属于同步系统，间无线信道的帧同步以及间切换、漫游等都需要精确的时间控制，一个可靠和高精度的时间/时钟源对于移动通信的重要性不言而喻。目前CDMA系统基本采用GPS作为同步时钟，但是由于GPS受美国限 便携式行李车制，存在自主性差、安全性低等问题，同时由于授时系统没有备份，可能导致GPS工作异常时通信质量受到影响。
为了满足CDMA通信系统对时间同步的要求与对安全的需要，有必要对北斗授时技术在CDMA系统中的应用进行研究，解决GPS不可用情况下的CDMA系统授时同步问题。
2 北斗卫星系统授时原理
北斗一号卫星导航定位系统由空间卫星、地面控制与标校系统、用户设备三部分组成。其中空间卫星部分包括两颗地球静止卫星（赤道面东经80°、140°）、一颗在轨备份卫星（赤道面东经110.5°）；地面控制与标校系统包括一个配有电子高程图的地面中心定位控制站，以及几十个分布于全国的参考标校站。
北斗导航系统提供了单向授时和双向授时两种授时模式，通过北斗卫星的广播或定位信息使得用户不
断核准其时钟钟差，获得很高的时钟精度。
陆晓东 中国电信股份有限公司北京研究院
水粉盒北斗／ＧＰＳ卫星双模授时在ＣＤＭＡ系统中的应用
图1 北斗一号卫星导航定位系统组成
在单向授时模式下，用户通过接收北斗广播电文信号，自主获得本地时间与北斗标准时间的钟差，实现时间同步。地面中心站在出站广播信号周期内的第一帧数据段发送标准北斗时间（含时间修正数据）和卫星的位置信息，同时把时标信息调制在出站信号中。卫星信号经中心站到卫星的传输延迟、卫星到用户的传输延迟后传送到用户。用户根据本地信号与接收卫星信号之间时标的差值获得卫星观测时间，然后根据广播电文中的卫星位置信息、延迟修正信息以及接收机事先已知的自身位置信息综合计算。一般来说，如果用户自身坐标已知且足够精密，则观测一颗卫星就可实现精密时间同步；如果可观测多颗卫星，则授时精确度与稳定度更高。
在双向授时模式下，用户需要与地面中心站交互信息，向地面中心站发送授时申请信号，中心站收到授时申请后通过卫星发送时标信号给用户，用户将接收到的时标信号返回给中心站。中心站把接收时标信号的时间与发射时间相减并除以2，即可获得中心站到用户的单向传播时延。中心站将该传播时延值发送给用户，用户便可根据接收到的时标信号及单向传播时延完成用户本地时间与系统标准时间的同步。
单向授时模式与双向授时模式的区别主要在于用户到中心站传输时延的获取方式。单向授时模式要求用户根据卫星及自身位置信息等自主计算传输时延，由于卫星位置误差以及建模误差（电离层模型、对流层模型等）都会影响到传输时延的精度，所以单向授时模式的授时精度较低，一般为100ns，双向授时模式授时精度可达到20ns。单向授时模式的优点在于不占用卫星系统容量，而双向授时模式由
于需要用户与中心站交互信息，占用了一定的卫星系统容量。
3 CDMA无线通信系统对时钟同步的要求
CDMA无线通信系统属于同步系统，间无线信道的帧同步以及间切换、漫游等都需要精确的时间控制。原则上，CDMA无线信道导频时间校准误差应控制在CDMA系统时间的±3μs内；当同时支持多个CDMA频道时，发射的所有CDMA频道的导频时间容限彼此间应在±1μs内。当时钟精度误差超过要求的时间容限时，会导致间用户切换失败，出现网络掉话率升高、通话质量下降等现象。当时钟精度在规定时间内没有恢复正常时，会退出服务，导致覆盖区内的用户服务中断。
目前北斗一号系统采取单向授时模式时的授时精度可以达到100ns，能够满足CDMA无线通信系统的精确同步要求。如果采取北斗/GPS双模授时方式，则可实现CDMA时间同步备份，大大提高CDMA通信网络的安全性，并且随着未来北斗二代导航定位系统的投入使用，将会进一步提高系统授时精度并提供精确的定位服务。
4 北斗/GPS双模授时系统的组成与应用
北斗/GPS双模授时系统主要由北斗接收模块、GPS 接收模块、数据处理模块和接口模块等组成，以北斗/ GPS双系统互为备用设计，一般采用单端双模天线输入
方式，同时接收北斗和GPS卫星信号。双模系统根据卫图2 北斗/GPS双模授时系统组成
星信号选择最优的卫星系统，输出秒脉冲1PPS时钟信息、TOD时间数据信息等。
1P P S信号提供精确的时钟同步信息，脉宽为20ms～200ms，采用上升沿作为准时点，上升时间Δt不超过10ns。TOD时间数据信息包含了当前1PPS上升沿所对应的时刻信息，并可用于传送北斗双模系统相关的状态、配置信息；TOD在1PPS上升沿之后1ms开始传送，并在500ms内传完。
图3 1PPS与TOD信息输出时序
北斗/GPS双模授时系统在CDMA网络中的应用可以有两种方式，一种是作为时钟源直接与互联，另一种是作为CDMA地面同步网的时钟源与地面同步网相连，通过地面同步网向提供时间/时钟信息。
图4 北斗/GPS双模授时系统在CDMA网络中的应用
北斗/GPS双模授时系统作为直接时钟源时可采用内置或外置两种方式。对于采取外置北斗/ GPS双模授时的方式，需要注意与双模授时系统间的接口问题。由于目前CDMA外部时钟接口多属于厂商内部接口，各厂商设备接口规格与协议均不一样，给外置双模授时系统与的互联带来困难。此外由于原有接口主要基于GPS授时应用，没有考虑对外置双模授时系统的管理需求，不利于运营商对网络的管控。因此需要在采用外置北斗/GPS双模授时前，做好外部时钟接口的规范与统一，特别是要增加北斗卫星状态查询、双模系统工作模式设置、双模系统工作状态查询等一系列与北斗/GPS双模系统特性相关的指令协议。
北斗/GPS双模授时系统采用内置方式时，可以将双模系统作为时钟板卡的一个附件，简化设备组成复杂度，降低机房设备安装要求，减少因为线缆连接不畅导致的设备故障率。而且双模系统采用内置方式还可以有效利用内部指令对双模系统进行控制，提高设备管控能力，是北斗/GPS双模授时系统作为直接时钟源的应用趋势。
北斗/GPS双模授时系统还可以作为CDMA地面同步网的时钟源，通过地面同步网向提供时间/时钟信息。此时应考虑时钟源在网络拓扑结构中所处的层级，以及复杂网络环境下时间/时钟信息经由不同介质设备而产生的精度下降问题。一般而言，1PPS时钟信号经地面同步网传输后会产生200ns左右的偏移，虽然满足CDMA 导频容限<3μs的要求，但是已经超过国内通信行业标准规定的CDMA外部1pps授时精度<150ns的要求[1]。因此，在地面同步网采用北斗授时方式时，需要通过开展严格的CDMA业务应用性测试来充分验证其可行性与可靠性。
5 结语
北斗导航系统作为CDMA系统的时间/时钟同步源，其授时精度可以满足CDMA无线通信系统运行的需要。采用北斗/GPS双模方式，可以大大降低单纯倚赖GPS授时带来的网络风险，提高网络安全性。同时也应看到，时间/时钟的高可靠性与高精密性是CDMA系统正常运行的核心和基础。作为一项新的网络技术，北斗/GPS双模授时系统在CDMA系统中的应用，还应通过实验室与现网试验等多种手段充分验证其可靠性与精密程度，并高
度关注其在CDMA系统中的可管可控。
参考文献
[1]YD/T 1108-2001. CDMA数字蜂窝移动通信网无线
同步双模（GPS/GLONASS）接收机性能要求及与间接口技术规范[S].
[2]YD/T 1030-1999. 800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网空中接口技术要求[S].
[3]广嘉电子. 北斗一号授时技术及在电力系统中的应用[J]. 基础电子,2008(5).
[4]杜雪涛，李楠，刘杰. 北斗与GPS双授时在TD-SCDMA中的应用[J]. 电信工程技术与标准化, 2007(7).
[5]潘巍，常江，张北江. 北斗一号定位系统介绍及其应用分析[J]. 数字通信世界,2009(9). ★
【作者简介】mp3手表
陆晓东：硕士毕业于北京邮电大学电信工程学院通信与信息系统专业，现为中国电信股份有限公司北京研究院副主任工程师，长期从事电信行业咨询、3G无线网络规划与优化领域研究。曾发表多篇论文，合著有《CDMA2000无线网络规划优化技术》一书。
【摘 要】文章首先提出了一种适用于天线的新型宽频带双极化偶极子天线单元，并利用HFSS对天线单元的电性能进行了仿真。随后，利用该天线单元组成了一个4单元的线阵，并对阵列的反射底板和侧板进行了适当的设计与优化，最后也进行了仿真。
【关键词】天线 宽频带双极化天线 Г形微带馈线 天线阵列 HFSS
收稿日期：2010-08-13一种新型的宽频带双极化天线
黄 聪 薛锋章 华南理工大学电子与信息学院
1 引言
由于无线应用业务的迅速扩展以及手机用户数量的爆发性增长，社会对宽带无线通信的需求也日趋增长。而宽频带天线作为宽带无线通信系统一个必不可少
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的前端部件，在某些情况下更希望它能够实现极化分集的效果，尤其是在一些先进的无线通信系统当中[1]。
正因为如此，近年来，宽频带、双极化、小型化天线日益受到人们的青睐。正如文献[1]所指出的，宽频带天线也相应地由单极子圆盘天线向宽频带双极化天线演
进。不少文献已提出了一些宽频带天线的设计，例如圆
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