摘要：同步是CDMA2000正常作业的根底之一，本文从CDMA2000网络的作业需求动身，打开无线接入网的授时和同步相关原理的论述。文章首要介绍了基站的授时办法和时钟同步办法，在此根底上介绍了移动台的授时和同步办法。
关键词：CDMA;基站;授时;同步;
1、导言
CDMA2000网络是同步通讯体系，它具有一套高精度的时钟源完结基站和移动台之间的收发同步。
时钟同步在CDMA2000无线接入网中发挥着严重的效果，假如某一个基站的时钟发生问题，那么基站周围或许发生许多的切换掉话;假如CDMA体系丢掉了同步时钟源，那么一切CDMA基站都会接连退服，体系也就无法作业了。
本文依据CDMA2000网络的实践需求，打开相关的原理论述，为无线接入网时钟同步相关的优化保护和拓宽运用供给理论根底。
2、CDMA2000基站授时办法
同步通讯网络需求一个完结同步的参阅时钟源，怎么挑选和取得这个时钟源，便是同步体系的授时问题。
2.1 CDMA 2000网络的同步办法
CDMA2000体系是同步通讯体系，它的同步分为几个方面：网络同步、节点同步、传输通道同步和无线接口同步，它要求基站和手机的计数频率安稳且尽量一起，具有同频同相的同步时钟信号。
CDMA是码分多址体系，码序列在传输进程中有传输时延，为了正确的解调发端发送的信号，就需求收端补偿信号传输和器材处理形成的时延。而要做到补偿，就需求使收、发端发生的码序列同步，这便是CDMA2000体系需求同步整个网络的原因。
在同步通讯体系中，收发两边交互音讯的前面都有一个同步字符，使发收两边树立同步，尔后在同步时钟的操控下逐位发送/接纳。
CDMA2000体系的基站之间树立时刻同步，移动通讯基站能一起盯梢几个基站并在基站之间履行切换，而手机能够在软切换区域一起取得多个扇区的多径数据;别的同步加快了信令交互进程，也使得手机能够较快的查找、捕获并待机在某个基站。
2.2 GPS信号
CDMA2000是同步通讯体系，它就需求有一个时钟源作为时钟同步的参阅。因为CDMA2000的码速率十分高，到达1.2288Mcps，所以作为参阅的同步时钟源有必要有极高精度，才干同步网络的一切基站。现在CDMA2000的授时体系选用GPS时钟(GPS clock)的时钟信号播送体系(radio cloCk)。
GPS体系共有24颗卫星，每颗卫星上都有2～3个高精度的铯原子钟，这几块原子钟互为备份也彼此纠正，能够输出纳秒级授时精度和安稳度在1E12量级的频率。别的GPS体系的地上操控站会守时发送时钟信号，和每一颗卫星进行时钟校准。
因为卫星信号很弱小，只要在室外才干承受的到，基站为了取得GPS卫星信号都装置有GPS卫星信号。基站GPS天线装置方位需求天空视界应开阔，天线上方90度范围内没有大型建筑物遮挡。
CDMA基站通过GPS天线接纳GPS卫星发射的低功率无线电信号，并交由时刻和频率单元解码出其间的时钟信号，并核算得出GPS时刻。
2.3 CDMA2000基站授时办法
CDMA基站之间的彼此间隔往往较远，为了削减时钟信号长间隔传送时所受的电磁搅扰，CDMA2000基站选用分设时钟的办法接纳GPS授时。而分设GPS时钟也有利于减小时钟信号发射毛病时形成的影响。
CDMA2000基站分设时钟，便是各个CDMA基站单设GPS时钟，各个基站都独自装备时钟体系，首要包含GPS天线、守时和频率单元和振荡器模块，它们协同作业为基站各个组成单元供给从GPS卫星取得的时刻同步信号。这些信号使得分配给各个CE的时刻信号同步。
有些CDMA基站主设备商也供给GPS天线引线拆分功用，能够将主基站接纳的GPS信号拆分到伙伴基站上，这首要是为了节省运营本钱，防止保护多个GPS 天线。这种做法一般针对主基站和伙伴基站间隔不太远的状况，而且为了确保时钟精度，伙伴基站也不宜过多，朗讯设备最多3个。
CDMA基站都接入GPS卫星信号，解码其间的时钟信号，这样CDMA基站体系就有了高精度的同步时钟源了。
3、CDMA2000基站的时刻同步办法
CDMA基站通过GPS天线接纳GPS守时信号，而基站的守时首要是依托守时/频率单元和振荡器模块来完结的。
3.1 CDMA2000基站时钟体系的首要单元
CDMA2000基站的时钟体系首要包含GPS天线体系、守时和频率单元和振荡器模块。
3.1.1 GPS天线体系
GPS天线带有一个内部LNA(低噪声扩大器)，扩大接纳途径中的信号。GPS天线体系将从天线接纳到的GPS信号通过1：4分配扩大器分配到主机柜TFU(守时和频率单元)、扩展机柜TFU和伙伴基站的TFU上。
3.1.2 守时和频率单元
TFU(守时和频率单元)装置有一个GPS接纳器电路体系(GPS单元)，用于捕获和盯梢GPS守时信号。
GPS单元向其它TFU子单元组件，馈送守时和频率的参阅信号，在这些子单元那里这些信号依照必定的条件、规矩来生成其它的CDMA守时信号。
TFU子单元首要还包含练习单元和CDMA信号生成单元。练习单元从GPS单元读取守时信号，并担任调整OM(振荡器模块)的输出频率。
CDMA信号生成器单元会发生两个19.6608MHz信号和一个偶秒报时信号(EvenSecTic)。两个19.6608MHz信号的相位差为90度。偶秒报时信号与CDMA体系时刻一起，与19.66 08-MHz信号锁相。这些信号传送到基站的射频单元和基带处理单元，使基站同步到CDMA体系时刻(GPS网络)TFU子单元还包含一个振荡器模块(OM)接口，操控并校对OM以使其坚持射频单元和主控单元要运用的15MHz信号。
3.1.3 振荡器模块
振荡器模块(OM)向模块化基站供给了一个15MHz参阅频率。
OM的主振荡器能够是铷或晶体的，备用振荡器有必要是晶体的。铷振荡器支撑最多24小时的飞轮时刻;温控晶体振荡器支撑最多24小时的飞轮时刻晶体的老化和温度动摇会发生OM漂移。TFU检测并校对OM供给的一切输出频率的漂移，答应校对的量是有极限的，一旦超过了这个值就有必要替换OM。
3.2 CDMA体系时刻
CDMA体系时刻(CST)以世界标准时(UTC)1980年1月6日00：00：00为体系零点，开端核算秒数，并与GPS时刻一起。
GPS时刻和UTC时刻相差整数秒数，特别是一些闰秒。UTC原本是没有针对闰秒进行过校对的，可是从1980年1月6日零点开端，为坚持和谐世界时接近于世界时时刻，由世界计量局一致规则在年末或年中(也或许在季末)对和谐世界时添加或削减1s，添加到UTC时刻。
一切CDMA基站数字传输是参照一起的码分多址体系时刻标尺，也便是GPS时刻。
CDMA体系时刻(CST)发动于被设置为初始状况的短码发生器输出一个1，然后接连输出15个0中的最终一个0和接着输出的1之间的中心时刻。
CDMA体系时刻(CST)发动于被设置为初试状况的长码发生器输出一个1，然后接连输出41个0中的最终一个0和接着输出的1之间的中心时刻。
3.3 CDMA2000基站同步办法
CDMA2000基站是通过PN码来完结和移动台的同步的。这儿的PN码包含PN短码和PN长码。
3.3.1 短码
PN短码是一段周期为215-1的m序列。
因为CDMA体系同步需求的码自相关特性，所以CDMA体系在m序列中添加了一个全0状况，所以CDMA2000网络运用的PN短码是215，接连的15个bit，组成的序列，从0000000000 00000—111111111111111，长度为32768个chips。而零偏置PN短码发生器的初始状况设置为：使短码发生器的第一个输出为1，然后接连输出15个0。
CDMA体系中的PN短码理论上能够有215个偏置，可是因为硬件解调才能达不到，也为了防止PN混杂的状况发生，CDMA体系每隔64chip抽取一个相位，能够得到512个相位，作为扇区的512种PN偏置。
这512种PN偏置在前向链路上被用于主扰码，差异扇区，使得移动台能够依据不同的PN偏置来识别出信号是哪个扇区发射的。
PN偏置的另一个效果是在前向链路对不同扇区在时刻上进行阻隔，使之不能彼此搅扰，确保CDMA体系中发射机和接纳机之间完结收发同步和坚持同步：
PN短码长度32768chip，信道编码速率1.2288Mcps，那么传送一个PN就需求32768/1228800=26.667毫秒，传送1个 chip就要运用1/1228800=0.813.8纳秒。从CDMA体系时刻的零时刻算起，将每个偶数秒的开端时刻开端发送的PN界说为零偏置PN，这以后间隔PN偏置x 64chips x 813.8ns/chip开端发送。例如PN偏置为1，那么这个扇区的pilot PN将从零偏置PN短码发生器的初始状况移动1 x 64 chips x 813.8ns/chip=52.08 μs开端发送.
而PN16与PN18的差异便是PN18比PN16多了(18-16)* 64chips x 813.8 ns/chip=104.17μs的时延。
各个扇区在导频信道上不间断的发送导频信号，可是开端发送的时刻不同，也便是相位(时延)不同。移动台依据CDMA体系中前导游频信道的不同偏置识别出不同基站扇区，也识别出CDMA体系时刻的开端时刻，并进行时刻同步。
3.3.2 长码
PN长码是周期为242-1的m序列。
PN长码具有移位相加特性，输出序列Ck和Ck+t(Ck延时t)相加后的序列仍然是序列Ck的一个时移序列。
PN长码发生器的初试状况为：当运用MSB比特为1，其他41比特为0的掩码时，使长码发生器的第一个输出为1，然后接连输出41个0。
PN长码的效果在反向用于差异用户。CDMA基站给不同用户分配不同的长码掩码，用户依据不同的掩码得到不同的长码相位，并在此相位上开端发送数据。因为各个用户发送数据的相位不同，基站也就很简单差异不同的用户了。而长码周期为242-1，这也确保了CDMA体系具有足够多的长码偏置能够分配给每一个用户。
4、移动台的授时和同步办法
CDMA体系的移动台选用基站时刻授时，它通过解调基站在同步信道上发送的同步包囊中的时刻信息完结本身时刻的守时和同步。
移动台是在初始化状况完结体系的守时和同步的。移动台的初始化状况分为四个子状况：
(1)体系确认子状况
(2)导频捕获子状况
(3)同步信道捕获子状况
(4)守时改动子状况
移动台进入确认体系子状况的原因有许多，如移动台开机上电、捕获失利、体系重定向、体系重选等等。移动台在体系确认子状况的首要作业是依据PRL确认移动台的作业体系和作业频点。
4.1 导频捕获子状况
CDMA移动台捕获扇区的导频信道，也便是发现并解调出扇区发射的PN短码偏置相位。
在导频信道捕获子状况中，移动台将其频率调谐到确认体系子状况确认的频点上，依照所选的CDMA信道进行查找。接纳到无线信号后，移动台首要自己发生两路 PN短码序列，I序列和O序列，然后在每一个或许的扇区导频偏移方位用它们与接纳到的混合信号作相关运算。移动台在不善于15秒(通常是2到4秒)内就能够把一切的或许偏移(32768种)运算一遍。移动台依据运算成果找出其间相关性最好，也便是Ec/IO最好，的偏移，这个偏移的相位便是扇区的PN偏置相位。
移动台精调本地PN码的频率和相位，使本地发生的PN短码序列(I序列和Q序列)与接纳到的扇区PN短码序列之间的守时差错小于1个码片间隔Tc，从而锁主这个最好的导频偏置，而且移动台还辨认出扇区PN短码序列开端的形式(一个‘1’之后接连15个‘0’)。
捕获导频信道后移动台就准备用Walsh code3264作相关运算来捕获同步信道了。
4.2 同步信道捕获子状况
基站的同步信道和导频信道坚持同步联系，具有相同发射开端方位和帧长，所以移动台在捕获导频信道后能够比较便利、快速的捕获到同步信道。
CDMA移动台捕获导频信道后使本地发生的PN短码序列(I序列和Q序列)相位一向跟着接纳到的扇区导频PN偏置相位改动。移动台不断校对本地PN短码序列的时钟相位，使本地序列的相位改动与接纳信号相位改动坚持一起，完结对接纳信号的相位确认，使同步差错尽或许小，与发送端坚持较准确的同步，正常接纳扩频信号。
捕获了导频信道，移动台就可接纳同步信道音讯。以下是一个同步信道消(Sync Channel Message)的具体内容：
同步信道音讯中的如下信息：
体系信息：体系标识，网络标识，导频PN序列偏置索引等;
守时信息：长码状况值，体系时刻，闰秒数量，夏令时指示等。
有了这些参数，移动台就能够依据它们对本身的一些变量进行初始化。然后转入守时改动子体系。
4.3 守时改动子状况
进入这一子状况后，移动台解调收到的同步信道中的音讯(因为同步信道没有通过长码扰码，故能够解调相应的同步信道)。
在这一状况中，移动台首要完结两个作业：一是使用从同步信道音讯中提取出的长码状况值(1c_state)设置自己的长码发生器，另一个便是使自己的体系时刻与所提取的体系时刻(sys_time)同步。因为同步信道的音讯发送与体系守时严厉对齐，这样就使得移动台能够把自己的PN长码发生器状况与整个体系的长码状况对齐。
移动台使用同步信道接纳到的pilot_pn，LC_STATE以及SYS_TIME，设置自己的long code timing以及system timing。
移动台在接纳到的同步信道音讯的最终一个80ms super frame的停止时刻算起，通过320ms再减去pilot PN offset，用SYS_TIME设定自己的体系时刻。
移动台在设定体系时刻的同一时刻，依据LC_STATE设定长码发生器的状况。
至此移动台就完结了体系同步与守时，之后将进行方位挂号，进入闲暇状况，等候接纳寻呼音讯。
5、CDMA2000无线接入网的授时和同步办法的总结
CDMA基站和移动台的同步是CDMA2000无线接入网正常的根底功用之一，此外它还有着很宽广的事务运用。
例如在CDMA定位技能领域，现在许多干流的定位技能，例如抵达时刻定位技能、抵达时刻差异定位技能、增强型观测时刻差、手机GPS定位和联合定位等，都是使用PN短码的码片时延来确认到邻近基站的间隔，从而用必定的算法手机具体方位。
本文对CDMA2000无线接入网基站和移动台的授时和同步办法进行原理论述，也为我们在同步相关的保护和优化作业、时钟同步的运用等拓宽作业供给理论根底。
