北斗技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用

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北斗技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用

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北斗導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供四大服務(wù)：授時(shí)、定位、導(dǎo)航和短報(bào)文，這四大服務(wù)在移動(dòng)通信中都能得到應(yīng)用。所以，北斗網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信存在著交集。

授時(shí)應(yīng)用

移動(dòng)通信對授時(shí)有要求。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)基站組成的蜂窩覆蓋網(wǎng)絡(luò)，為了降低基站之間的干擾和保持基站之間的協(xié)同運(yùn)行，需要有一個(gè)統(tǒng)一的參考時(shí)鐘，讓多個(gè)基站設(shè)備保持一致。也就是時(shí)鐘同步。時(shí)鐘同步包括頻率同步和相位同步。圖1給出了從2G 到4G對頻率同步和相位同步的要求。北斗系統(tǒng)提供的時(shí)間同步精度是20到100納秒，基本上滿足移動(dòng)通信授時(shí)精度的要求。

北斗授時(shí)終端的部署方案可以分為兩種。第一種是把北斗授時(shí)接收系統(tǒng)部署在移動(dòng)通信的網(wǎng)點(diǎn)、站點(diǎn)，北斗接收天線通過抱桿固定，處在露天環(huán)境中，信號通過配線引入站點(diǎn)的機(jī)房內(nèi)，再引入防雷箱，之后再發(fā)到基站的基帶單元。如果一套北斗接收終端同時(shí)為兩套基站單元授時(shí)，需要中間加一個(gè)公分器。這種部署方案的優(yōu)點(diǎn)主要是不依賴移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)本身，獨(dú)立性比較強(qiáng)。目前國內(nèi)3G、4G和部分2G網(wǎng)絡(luò)的GPS授時(shí)，基本上采用這種方案。但這種方式需要投入終端、物料和工時(shí)來建設(shè)。部分站點(diǎn)的天線和機(jī)房距離遠(yuǎn)，工程量較大。在境外工程（例如香港）中，私有物業(yè)可能不允許施工。

第二種部署方案就是基于1588線路授時(shí)。這種方案采用服務(wù)器和客戶端的同步方式，在移動(dòng)的核心機(jī)房或者是中心機(jī)房部署一個(gè)1588服務(wù)器。時(shí)鐘源可以是北斗也可以是電子時(shí)鐘或者其他。如果以北斗為時(shí)鐘源，給1588主服務(wù)器來授時(shí)，那么通過傳輸網(wǎng)絡(luò)，也就是骨干網(wǎng)把這個(gè)報(bào)文能傳到基站。基站是1588客戶端，支持1588協(xié)議。

1588方案的基本原理是主時(shí)鐘周期性發(fā)布，點(diǎn)到點(diǎn)的時(shí)鐘同步協(xié)議以及時(shí)間信息，系統(tǒng)根據(jù)事件信息計(jì)算主從之間線路的延時(shí)及時(shí)間差，利用時(shí)間差來調(diào)整本地時(shí)間，使主從設(shè)備保持頻率和相位的一致。

1588分為單波和多波兩種方式。采用多波方式部署時(shí)就需要傳輸網(wǎng)絡(luò)能支持并轉(zhuǎn)發(fā)多波報(bào)文，對傳輸網(wǎng)絡(luò)要求很高。也可以在站點(diǎn)采用北斗授時(shí)結(jié)合線路時(shí)鐘的方式，其中一個(gè)為主時(shí)鐘，另一個(gè)為備用時(shí)鐘。

短報(bào)文

北斗提供短報(bào)文服務(wù)，這有別于其他的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。手機(jī)已經(jīng)成為人們必備的電子產(chǎn)品，今后必定會出現(xiàn)北斗終端與手機(jī)之間的短報(bào)文通信。這涉及到北斗網(wǎng)絡(luò)與地面通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)互聯(lián)互通。需要建立一個(gè)網(wǎng)關(guān)，把兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。北斗終端把短報(bào)文信息發(fā)送到衛(wèi)星，短報(bào)文數(shù)據(jù)落地到北斗地面系統(tǒng)。然后進(jìn)入網(wǎng)關(guān)，在進(jìn)入移動(dòng)核心網(wǎng)。這個(gè)系統(tǒng)的延時(shí)比較復(fù)雜。

那么這種場景主要出現(xiàn)在遠(yuǎn)離移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地域，就像沙漠、草原、高山、海洋等等野外環(huán)境。

定位與導(dǎo)航

導(dǎo)航方面，北斗集成到手機(jī)上是必然趨勢。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的支持下，手機(jī)不需要在本地完成所有計(jì)算任務(wù)。如果遇到較為復(fù)雜的計(jì)算，可以在接收到幾顆衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)之后，上傳到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳到云端，云端完成計(jì)算任務(wù)后把結(jié)果通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)返回手機(jī)。這不但可以減輕手機(jī)的計(jì)算負(fù)荷，也可以收集到一些大數(shù)據(jù)。

室內(nèi)定位相當(dāng)重要，方案現(xiàn)在也很多。這里介紹一種基于同步偽衛(wèi)星技術(shù)和室內(nèi)分布系統(tǒng)的定位方案。

偽衛(wèi)星概念在1976年提出，主要用來測試GPS用戶設(shè)備。今天，偽衛(wèi)星作為衛(wèi)星定位的增強(qiáng)工具，起著提高定位精度、改善完好性和增強(qiáng)可用性的作用。尤其是用在衛(wèi)星覆蓋不到的地方，比如地下礦井、隧道、室內(nèi)。按照偽衛(wèi)星工作的原理。可以分為直接測距偽衛(wèi)星、移動(dòng)偽衛(wèi)星、數(shù)據(jù)鏈路偽衛(wèi)星和同步偽衛(wèi)星。華力創(chuàng)通采用的是同步偽衛(wèi)星方案。

目前國內(nèi)移動(dòng)通信的室內(nèi)覆蓋相當(dāng)好。因此在同步偽衛(wèi)星方案中，可以把衛(wèi)星信號通過室內(nèi)分布系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)到室內(nèi)，室內(nèi)天線既收發(fā)移動(dòng)通信的信號，還要轉(zhuǎn)發(fā)北斗衛(wèi)星信號。然后在室內(nèi)設(shè)置一些同步偽衛(wèi)星。這些偽衛(wèi)星接受室內(nèi)分布天線轉(zhuǎn)發(fā)的北斗衛(wèi)星信號，然后再反射出來。室內(nèi)北斗終端就可以收到多個(gè)信號，通過同步偽衛(wèi)星的算法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

同步偽衛(wèi)星有明顯的內(nèi)部延時(shí)，但這個(gè)延時(shí)是相對穩(wěn)定的，因?yàn)槭覂?nèi)分布的天線和同步偽衛(wèi)星的位置都是固定的，實(shí)際上是一個(gè)常量，可以通過預(yù)先校準(zhǔn)從系統(tǒng)中去掉。

最后談北斗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。與通信相關(guān)的就是LTE 和UMTS基站用北斗定位，在2013年12月底輸出了兩個(gè)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)《演進(jìn)的通用陸地?zé)o線接入（E -UTRA）， LTE定位協(xié)議》，并且不斷修訂。目前最新版本是36.355。