GPS时钟同步在无线通信系统中的应用
GPS 时钟同步在无线通信系统中的应用
前言：GPS 是目前使用非常广泛的全球定位系统之一。它的同步时钟可提供长期稳定的时
钟频率和绝对时间信息，应用非常广泛，因此无线通信行业的时钟同步方案目前主要采用 GPS
时钟同步。本文浅谈一种简单的数字锁相环时钟同步方法，利用锁相环原理实现本地时钟和
GPS 时钟的同步。
一、GPS 和时钟信息的获取
1.1 GPS 的简介
1 、GPS 系统的定义。GPS 是英文 Global Positioning System（全球定位系统）的简称。最
早是在 1958 年，作为美国军方的一个项目，美国在 1964 年开始投入使用，主要的是用在军事
领域。为陆海空三大领域提供全球性的导航服务，用来收集所需要的信息。
2、GPS 的特点。定位精度高：通过长期的使用实践，GPS 的定位精度相当的高，50 千米
内的范围中可以达到 6-10m 的误差，1000 千米内可以达到 9-10m 的误差。在工程精密定位
中，1个小时以上的观察测试其平面位置误差小于 1mm，与电磁波测距仪测定的边长比较，其
边长较差最大为 0.5mm，校差中误差为 0.3mm。实时单点定位用于导航：p码1-2m；c/a 码5-
10m。实时伪距差分精度达分米级。实时相位差分精度达 1-2cm。观测时间短：随着系统的逐
渐升级，软件的持续更新，20km 以内相对静态定位，仅需 18 分钟左右；快速的静态相对定位
测量，当每个测量点与目标点相距在以 15km 内时，测量点的观测时间只需 1-2 分钟；实时的
动态定位模式，每站观测仅需几秒钟。因而使用技术建立控制网，可以提高其效率。仪器操作
简便：随着科技的进步与研究，使得测量的自动化程度越来越高，正在向着傻瓜式发展。在观
测时，测量员只需要安置好仪器，正确连接电缆线，观察仪器的工作状态，对于观测工作，
如：卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。测量结束后，只需要关掉电源装好设
备，便完成了数据采集任务。如果在一个测站上需作长时间的连续观测，还可以通过数据通讯
方式，将所采集的数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集与处理。另外，接收机
体积也越来越小，相应的重量也越来越轻，极大地减轻了测量工作者的劳动强度。抗干扰性能
好、保密性强：由于系统?用了伪码扩频技术，因而卫星所发送的信号具有良好的抗干扰性和
保密性。
二、GPS 获取时钟的参考时间
系统可以高精度的定位和授时的条件是系统的时间体系，该体系是由卫星系统内的高精度
原子钟的同步运作为保障。每颗卫星原子钟工作频率为它产生稳定性时钟信息和其他信息由两
个载波频率和两种伪随机码（p码和 c/a 码）调制后向地面发射，发射的内容还包括卫星的状
态、转换文字等。GPS 是利用到达时间（toa）测距原理确定用户接收机位置和授时的。这种原
理是由确定位置的信号源来发出信号，接收机记下信号接收到的时间。假如信号源的时钟和接
收机的时钟是同步完成的，则将信号的转播速度乘信号转播时间就可求出信号源到接收机之间
的距离。事实上，信号机和接收源是肯定存在误差的，所以这样测得的数据也是不真实的，在
实际应用时，要想法去掉误差，求出真实距离。
三、GPS 时钟的同步
为了使无线通信系统中的本地时钟同步于 GPS 时钟，我们采用了锁相环的技术原理。如图
1所示，
首先获取 GPS 时钟产生的PP1S 信号，本地时钟也会产生 PP1S 信号。利用两个电信号的
相位误差，通过环路自身调整作用，实现输出信号对输入信号的频率锁定和相位跟踪功能。因
此该系统称为锁相环路， 通常用 PLL（Phase-LoopLock）表示。利用锁相环的原理，本地时钟
连续不断的跟踪 GPS 时钟，并通过 PID 算法去调节本地的 OCXO 以消除本地时钟与 GPS 时钟
之间的误差，实现频率和相位的同步。由于 GPS 覆盖全球，产生的GPS 时间是唯一准确的，
无线通信系统都同步于 GPS 时钟，就实现了全网的时钟同步。保障无线通信系统的时间同步。
摘要：
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GPS时钟同步在无线通信系统中的应用 前言：GPS是目前使用非常广泛的全球定位系统之一。它的同步时钟可提供长期稳定的时钟频率和绝对时间信息，应用非常广泛，因此无线通信行业的时钟同步方案目前主要采用GPS时钟同步。本文浅谈一种简单的数字锁相环时钟同步方法，利用锁相环原理实现本地时钟和GPS时钟的同步。 一、GPS和时钟信息的获取 1.1 GPS的简介 1 、GPS系统的定义。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。最早是在1958年，作为美国军方的一个项目，美国在1964年开始投入使用，主要的是用在军事领域。为陆海空三大领域提供全球性的导航服...
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作者：闻远设计
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