cdma2000-1x系統(tǒng)中GPS時(shí)鐘算法

一、引言
　　對(duì)于任何通信系統(tǒng)，都需要提供一個(gè)精確的同步時(shí)鐘，所以時(shí)鐘性能與精度是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要方面［1］。時(shí)鐘常被稱為整個(gè)系統(tǒng)的心臟。時(shí)鐘工作時(shí)的性能主要由兩個(gè)方面決定：自身性能和外同步信號(hào)的質(zhì)量。整個(gè)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的精度將影響系統(tǒng)通信過程是否正常進(jìn)行。同步信號(hào)不良問題對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量產(chǎn)生了不可低估的影響，目前在許多地區(qū)都因同步不良造成了不同程度的手機(jī)單向通話、掉線、通話噪音、接通率低及基站失鎖等問題，對(duì)通信用戶的通信質(zhì)量造成了一定的影響，也對(duì)業(yè)務(wù)的收益產(chǎn)生了影響。同時(shí)同步不良還會(huì)造成STP鏈路瞬斷，給正常的通信造成威脅。
　　CDMA系統(tǒng)對(duì)無線定時(shí)要求十分嚴(yán)格。在IS－95中規(guī)定，同一前向CDMA信道的導(dǎo)頻PN序列與所有Walsh序列間的時(shí)間誤差須小于50 ns；同一基站的不同CDMA信道的發(fā)射時(shí)間須在±1μs內(nèi)，所有基站的導(dǎo)頻PN序列的發(fā)射時(shí)間須在±10μs內(nèi)，因此， CDMA網(wǎng)中所有基站都以公共CDMA系統(tǒng)時(shí)標(biāo)為基準(zhǔn)，該時(shí)標(biāo)使用全球定位系統(tǒng)（GPS）時(shí)標(biāo)，它與世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）保持同步［2］。時(shí)鐘同步的目的是使系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間信息流的幀同步，保障話音、信令、數(shù)據(jù)的正常傳送。長城網(wǎng)和中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)的技術(shù)體制均規(guī)定CDMA網(wǎng)內(nèi)以GPS系統(tǒng)作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，同時(shí)以公用數(shù)字同步網(wǎng)的同步基準(zhǔn)作為備用時(shí)鐘基準(zhǔn)。
　　關(guān)于CDMA移動(dòng)電話系統(tǒng)和高速尋呼系統(tǒng)對(duì)絕對(duì)時(shí)刻（TOD）的要求，我國CDMA移動(dòng)電話系統(tǒng)要求基站設(shè)備間的絕對(duì)時(shí)差小于10 μs，高速尋呼系統(tǒng)要求基站設(shè)備間的絕對(duì)時(shí)差小于2 ms。CDMA移動(dòng)電話系統(tǒng)和高速尋呼系統(tǒng)對(duì)絕對(duì)時(shí)刻（TOD）的這一需求均靠每個(gè)基站使用GPS定時(shí)接收機(jī)來完成。經(jīng)過接收機(jī)的處理，GPS時(shí)鐘已和世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）保持一致，但由于GPS空中信號(hào)以及接收處理過程中存在著不穩(wěn)定因素，本文將討論cdma2000-1x系統(tǒng)怎樣從接收機(jī)處理后的絕對(duì)時(shí)刻（TOD）中獲取精確的GPS時(shí)鐘的算法。通過對(duì)此算法的描述，經(jīng)過理論分析與計(jì)算數(shù)據(jù)分析，證明了此算法能很好地改善GPS在接收處理TOD過程中由于GPS信號(hào)解調(diào)以及GPS硬件設(shè)備處理的不確定性因素而造成的GPS時(shí)鐘精度的損失，并給出了在cdma2000-1x系統(tǒng)中GPS時(shí)鐘算法的具體理論參數(shù)值的選取。

二、GPS時(shí)鐘算法
　　CDMA基站時(shí)鐘主要用于為CDMA移動(dòng)通信基站提供時(shí)鐘信號(hào)。為了保證正常的通信和基站之間的平滑切換，要求CDMA基站時(shí)鐘的頻率準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到1×10-11，時(shí)間同步精度應(yīng)達(dá)到100 ns以上。對(duì)CDMA基站設(shè)備進(jìn)行UTC（絕對(duì)時(shí)間）時(shí)間同步，必須解決兩個(gè)方面的問題：第一，將GPS時(shí)間傳送到時(shí)間設(shè)備，保證在傳輸過程中誤差盡量??；第二，絕對(duì)時(shí)間同步時(shí)間設(shè)備，充分利用設(shè)備各自的時(shí)間校準(zhǔn)機(jī)制自動(dòng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，盡量排除人工因素。
1.GPS時(shí)鐘設(shè)計(jì)原理
　　通過GPS接收機(jī)接收空中GPS信號(hào)，BSC從MSC來的數(shù)據(jù)流中提取時(shí)鐘，BTS從BSC來的數(shù)據(jù)流中提取時(shí)鐘。在此我們主要討論BTS從BSC的數(shù)據(jù)流中提取時(shí)鐘的算法，我們假設(shè)BSC數(shù)據(jù)流中的時(shí)鐘是精確的。GPS時(shí)鐘主要送來我們所需要的TOD信息、2S中斷和1.25ms中斷（時(shí)序見圖1），其中Tlow >15 ns，Thigh>15 ns，1.25 ms下降沿與19.6608 MHz的上升沿對(duì)齊，1.25 ms延遲最大 Tdelay20μs ,300μsT625μs，要求2S下降沿與PP2S的下降沿對(duì)齊；20 ms中斷由16個(gè)1.25 ms中斷合成產(chǎn)生,其中Tdelay10 ns（時(shí)序見圖2）。