CN102540869B

CN102540869B - 一种移动通信系统中的卫星授时方法和装置

Info

Publication number: CN102540869B
Application number: CN 201010624454
Authority: CN
Inventors: 耿瑄; 于明; 金泓; 曹基荣; 傅思宁
Original assignee: China Mobile Group Jiangsu Co Ltd
Current assignee: China Mobile Group Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102540869A

Abstract

本发明实施例公开了一种移动通信系统中的卫星授时方法和装置。该方法包括：利用定向接收天线及其接收通道获取卫星信号，根据所述卫星信号进行授时。该装置包括定向接收天线、第一接收通道和授时模块；所述定向接收天线，用于获取卫星信号，将获取的卫星信号通过第一接收通道发给授时模块；所述授时模块，用于根据所述卫星信号进行授时。应用本发明能够避免地面同频干扰中断授时。

Description

一种移动通信系统中的卫星授时方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种移动通信系统中的卫星授时方法和装置。

背景技术

目前，很多移动通信系统都采用卫星授时方法进行系统授时，即采用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）进行系统授时。

具体地，在室外安装GPS有源天线，在基站的ICU中安装GPS授时模块，GPS有源天线接收来自不同方向的卫星信号，将所述卫星信号通过低噪声放大器（LAN）放大后发给GPS授时模块，GPS授时模块利用接收到的卫星信号给基站授时。

其中的GPS有源天线由GPS全向接收天线和低噪声放大器组成，GPS全向接收天线的波束很宽，可以接收来自不同方向的卫星信号。

图1是GPS全向接收天线在不同仰角典型的增益归一化方向图。

由图1可见，GPS全向接收天线在低仰角甚至负仰角处都具有一定增益，并且与高仰角处的增益相差较小。

卫星信号一般从仰角较高的方向（简称卫星信号方向）到达GPS全向接收天线，来自地面的各种干扰、噪声一般从较低的仰角甚至负仰角的方向（简称地面干扰方向）到达GPS全向接收天线。因此利用GPS全向天线接收卫星信号的同时，来自地面的干扰信号也同时被GPS全向天线接收，由于GPS全向天线在卫星信号方向和地面干扰方向的增益相差不大，对地面干扰抑制能力较小，因此地面同频干扰容易中断授时。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种移动通信系统中的卫星授时方法和装置，以避免地面同频干扰中断授时。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种移动通信系统中的卫星授时方法，该方法包括：

利用全向接收天线及其接收通道获取卫星信号，根据利用全向接收天线及其接收通道获取的卫星信号定位天线的位置和高度信息；

利用定向接收天线及其接收通道获取卫星信号，根据天线的位置和高度信息和利用定向接收天线及其接收通道获取的卫星信号进行授时；

其中，所述进行授时包括：根据天线的位置和高度信息以及由定向接收天线获取的卫星信号得到的导航电文，计算各卫星的仰角，利用仰角最高的卫星的信号进行单星授时，或者利用定向天线接收到的卫星信号进行多星授时。

一种移动通信系统中的卫星授时装置，该装置包括定向接收天线、第一接收通道、全向接收天线、第二接收通道和授时模块；

所述定向接收天线，用于获取卫星信号，将获取的卫星信号通过第一接收通道发给授时模块；

所述全向接收天线，用于获取卫星信号，将获取的卫星信号通过第二接收通道发给授时模块；

所述授时模块，用于根据第二接收通道发来的卫星信号定位天线的位置和高度信息，根据所述位置和高度信息以及第一接收通道发来的卫星信号进行授时；

其中，所述授时模块，用于根据天线的位置和高度信息以及由定向接收天线获取的卫星信号得到的导航电文，计算各卫星的仰角，利用仰角最高的卫星的信号进行单星授时，或者利用定向天线接收到的卫星信号进行多星授时。

由上述技术方案可见，本发明利用定向接收天线及其接收通道获取卫星信号，由于定向接收天线只在特定方向上的增益较大，而在其他方向上的增益较小，因此可以通过利用定向接收天线在增益较大的方向上接收卫星信号，而在增益较小的方向上接收地面信号，能够避免地面同频干扰中断授时。

附图说明

图1是GPS全向接收天线在不同仰角典型的增益归一化方向图。

图2是本发明提供的移动通信系统中的卫星授时方法。

图3是GPS定向接收天线在不同仰角典型的增益归一化方向图。

图4是本发明提供的移动通信系统中的卫星授时装置第一结构图。

图5是本发明提供的移动通信系统中的卫星授时装置第二结构图。

具体实施方式

图2是本发明提供的移动通信系统中的卫星授时方法。

如图2所示，该方法包括：

步骤201，利用定向接收天线及其接收通道获取卫星信号。

步骤202，根据所述卫星信号进行授时。

定向接收天线只在特定方向上的增益较大，而在其他方向上的增益较小，具体可参见图3。

图3是GPS定向接收天线在不同仰角典型的增益归一化方向图。

图3中，GPS定向接收天线是一螺旋天线，其波束中心增益大于8dBi，3dB宽度约60度，仰角低于10度方向增益比波束中心低至少23dB。

通过将GPS定向接收天线的波束中心朝向卫星信号接收方向，即利用定向接收天线在增益较大的方向上接收卫星信号，而在增益较小的方向上接收地面信号，能够避免地面同频干扰中断授时。

为了使得移动通信系统中处于不同位置和高度的设备的卫星授时结果一致，从而便于移动通信系统中处于不同位置和高度的设备之间实现同步，在进行授时时，根据天线的位置和高度信息以及利用定向接收天线获取的卫星信号进行授时。

根据是否从卫星授时装置外部设置天线的位置和高度信息，卫星授时装置可分为自主定位授时和利用外部设置的位置和高度信息授时两种工作模式。

如果卫星授时装置采用自主定位授时的工作模式，则图1所示方法还包括：采用全向接收天线及其接收通道获取卫星信号，根据利用全向接收天线及其接收通道获取的卫星信号定位天线的位置和高度信息；相应地，在进行授时时，根据定位到的位置和高度信息以及利用定向天线及其接收通道获取的卫星信号进行授时。

如果卫星授时装置采用利用外部设置的位置和高度信息授时的工作模式，则图1所示方法还包括：接收天线的位置和高度信息；相应地，在进行授时时，根据接收的位置和高度信息以及利用定向天线及其接收通道获取的卫星信号进行授时。

本发明还提供了移动通信系统中的卫星授时装置，具体请参见图4和图5。

如图4所示，该装置包括定向接收天线401、第一接收通道402和授时模块403。

定向接收天线401，用于获取卫星信号，将获取的卫星信号通过第一接收通道402发给授时模块403。

授时模块403，用于根据所述卫星信号进行授时。

如果图4所示的卫星授时装置采用利用外部设置的位置和高度信息授时的工作模式，则图4所示的装置还包括接收模块。

所述接收模块，用于接收天线的位置和高度信息。

授时模块403，用于根据所述卫星信号和所述天线的位置和高度信息进行授时。

由于定向接收天线401接收卫星信号的角度范围较窄，能够被其获取卫星信号的卫星个数较少，因此如果利用定向接收天线401获取的卫星信号来定位天线的位置和高度信息，进而利用该位置和高度信息进行授时，则一般达不到移动通信系统要求的授时精度，因此图4所示的卫星授时装置一般不会采用自主定位授时的工作模式，而是采用利用外部设置的位置和高度信息授时的工作模式。

如图5所示，该装置包括定向接收天线501、第一接收通道502、全向接收天线503、第二接收通道504和授时模块505。

定向接收天线501，用于获取卫星信号，将获取的卫星信号通过第一接收通道502发给授时模块505。

全向接收天线503，用于获取卫星信号，将获取的卫星信号通过第二接收通道504发给授时模块505。

授时模块505，用于根据接收的卫星信号进行授时。

如果图5所示的卫星授时装置采用自主定位授时的工作模式，则授时模块505，用于根据第二接收通道504发来的卫星信号定位天线的位置和高度信息，根据所述位置和高度信息以及第一接收通道502发来的卫星信号进行授时。

为了使图5所示的卫星授时装置能够采用利用外部设置的位置和高度信息授时的工作模式，图5所示的装置还可以包括接收模块。

所述接收模块，用于接收天线的位置和高度信息。

参照图5所示的卫星授时装置结构，下面对卫星授时装置的工作过程进行示例性说明：

GPS全向接收天线在仰角大于10度范围内增益大于-3dB，以便接收多颗GPS卫星信号。GPS全向接收天线将接收到的卫星信号经LAN放大后输入第二接收通道。第二接收通道对输入的信号进行进一步放大、滤波、变频，得到低中频模拟信号，再经AD转换得到低中频数字信号，输出到授时模块。

GPS定向接收天线可以为一螺旋天线，其波束中心增益大于8dBi，3dB宽度约60度，仰角低于10度方向增益比波束中心低至少23dB。GPS定向天线接收到的卫星信号经LAN放大后输入第一接收通道。第一接收通道对输入的信号进行进一步放大、滤波、变频，得到低中频模拟信号，再经AD转换得到低中频数字信号，输出到授时模块。

授时模块一般是数字接收处理器，用于对转换成低中频数字信号的卫星信号进行解扩、解调、伪距测量、位置解算、时间解算，产生秒脉冲并输出时间信息。

图5所示各模块的电路安装在同一个密封壳体内，GPS全向接收天线和GPS定向接收天线的波束中心都竖直向上，秒脉冲和时间信息可以通过光缆或电缆输出。

根据是否从卫星授时装置外部设置天线的位置和高度信息，卫星授时装置可分为自主定位、授时和利用外部设置位置信息授时两种工作模式。

卫星授时装置在自主定位、授时工作模式下，不需要从外部输入天线的位置和高度信息，图5所示卫星授时装置的工作过程如下：

步骤11．授时模块利用第二接收通道输出的信号进行定位解算，通过对多次定位解算结果进行平均处理，得到接收天线准确的位置和高度信息。

步骤12．授时模块不断地从第一接收通道输出的信号中搜索GPS卫星信号，锁定并跟踪所有能接收到的卫星信号，得到所有能正常跟踪卫星的导航电文。

步骤13．利用第11步中得到的接收天线准确的位置和高度信息，以及从步骤12中得到的各卫星的导航电文，计算各卫星的仰角。然后用仰角最高的卫星进行单星授时。

步骤14．在进行单星授时的同时，每秒钟计算一次通过定向天线收到的各GPS卫星的仰角，当发现有比当前授时用的卫星仰角更高的卫星出现时，利用仰角更高的卫星进行单星授时。在整个授时过程中不断计算各卫星的仰角，保证始终利用仰角最高的卫星授时。

利用外部设置位置信息授时工作模式下，需要通过接收机串口或其它通信接口，设置接收天线的位置和高度，则图5所示卫星授时装置的工作过程如下：

步骤21．设置接收天线准确的位置和高度。

步骤22．授时模块不断地从第一接收通道输出的信号中搜索GPS卫星信号，锁定并跟踪所有能接收到的卫星信号，得到所有能正常跟踪卫星的导航电文。

步骤23．利用第21步中得到的接收天线准确的位置和高度信息，以及从步骤22中得到的各卫星的导航电文，计算各卫星的仰角。然后用仰角最高的卫星进行单星授时。

步骤24．在进行单星授时的同时，每秒钟计算一次通过定向天线收到的各GPS卫星的仰角，当发现有比当前授时用的卫星仰角更高的卫星出现时，利用仰角更高的卫星进行单星授时。在整个授时过程中不断计算各卫星的仰角，保证始终利用仰角最高的卫星授时。

上述过程中，授时模块也可以利用定向天线接收到的卫星信号进行多星授时。

不论那种工作模式，都利用定向天线接收到的卫星信号进行授时。由于定向天线在卫星信号方向的增益超过地面干扰方向的增益23dB以上，普通全向天线在卫星信号方向和地面干扰方向之间增益差一般小于12dB，所以与普通GPS授时装置相比，图5所示卫星授时装置抗地面同频干扰的能力可以提高10dB以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种移动通信系统中的卫星授时方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

接收天线的位置和高度信息，根据接收的天线位置和高度信息以及利用定向接收天线及其接收通道获取的卫星信号进行授时。

3.一种移动通信系统中的卫星授时装置，其特征在于，该装置包括定向接收天线、第一接收通道、全向接收天线、第二接收通道和授时模块；

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该装置还包括接收模块；

所述接收模块，用于接收天线的位置和高度信息；

所述授时模块，用于根据从第一接收通道接收的卫星信号和所述接收模块接收的天线位置和高度信息进行授时。