Dar această revoluție are o limitare. Spre deosebire de sistemele de cablu, unde liniile pot fi create până când se umple întregul cer, fiecare sistem fără cablu necesită o bandă proprie unică, de o gamă limitată de frecvențe radio. Pentru utilizare practică, acest spectru este limitat fizic de o bandă de la câteva sute de kilohertzi la o mie sau mai multă megahertz. Pentru a profita la maximum de domeniul alocat al spectrului de frecvențe radio, sistemul fără fir trebuie să fie atent și sincronizat. Aceasta este o sarcină dificilă, deoarece temporizarea poate necesita precizie microsecundă pentru stațiile de bază situate în spații geografice foarte mari.
Din fericire, există o soluție extrem de simplă și rentabilă sub forma "orelor GPS". "Ceasul GPS" este o combinație de receptor GPS și generator de precizie. GPS-ul este folosit pentru a corecta (calibra) generatorul pentru a elimina tendința redusă a frecvenței generate. "Ceasul GPS" poate sincroniza atât numărul de timp al sistemului, cât și frecvența transmițătorului și sunt practic fără probleme. Este suficient să furnizați energie electrică astfel încât să genereze semnale de timp exacte și să nu necesite niciodată o recalibrare. Este extrem de important faptul că atenția modernă a tehnologiilor GPS asupra producției în masă de produse pentru piața sistemelor de navigație auto a redus drastic costul echipamentului GPS. Aceasta permite integrarea receptoarelor GPS în multe aplicații care necesită subsisteme de sincronizare de mare precizie.
Paging-ul oferă un bun exemplu pentru a înțelege cum este important sincronizarea sincronizării în tehnologiile fără fir. Cei mai mulți dintre noi au trimis sau au primit mesaje. Aceasta este o procedură simplă. Apelați compania de tipărire, vi se solicită numărul și mesajul abonatului și vă închideți. Mesajul este trimis și, dacă ești norocos, răspunde abonatul tău. În spatele acestui fapt se află faptul că fiecare turn din sistem trimite același mesaj simultan. Sistemul se bazează pe faptul că semnalul va ajunge la receptor oriunde se află în zona de service a companiei, chiar dacă receptorul este amplasat în adâncul clădirii. Probabil, când veți primi mesajul dvs., vă va ajunge de la două sau chiar trei turnuri diferite. Dacă semnalele nu s-au sincronizat, mesajul poate fi recepționat și anunțat de două sau de trei ori.
Precizia cerută de un turn de paginare este doar o microsecundă, care este ușor furnizată de GPS. Aspectul tipic pe turnul de paginare transmite o "antenă inteligentă": un receptor GPS și o antenă într-un singur bloc protejat împotriva schimbărilor climatice. Furnizorii de servicii de paging preferă aceste antene deoarece sunt ușor de instalat și funcționează fiabil în mediul complex de frecvențe radio al turnului de paginare.
Costul kitului (cablu - 75 picioare) - 2.931 USD.
Panourile de redare pot fi sincronizate de la un impulsuri de sincronizare secunde (PPS), care sunt ieșirile standard ale multor receptoare GPS. Se poate părea că precizia GPS de ± 600 nanosecone este prea mare pentru această aplicație, dar pur și simplu nu există altă modalitate de a asigura o programare fără probleme și cu costuri reduse.
Costul kitului (cablu - 5 m) - 347 cu.
Pentru a asigura funcționarea acestei tehnici, două puncte ale rețelei trebuie să fie foarte precis și fiabil sincronizate în timp. Având în vedere că viteza de propagare egală cu viteza luminii, o eroare în determinarea timpului unuia nanosecundă corespunde unei erori în determinarea o locație de aproximativ 30 cm. La sincronizare deteriorarea între turnuri, TDOA masuratori devin hiperbolă inexacte „neclare“, iar eroarea de localizare crește în mod corespunzător. Ceasul GPS de la fiecare turn de rețea sincronizează cu ușurință rețeaua celulară cu o precizie de cel puțin 100 nanosecunde sau 30 de metri pe locație.
Majoritatea utilizatorilor cred că GPS-ul este un mijloc de localizare, dar constelația a 24 de sateliți este, de asemenea, un standard perfect de timp. Fiecare satelit conține două perechi de ceasuri atomice cu rubidiu și cesiu. Acestea sunt controlate de ceasuri atomice de pe Pământ, iar întregul sistem este calibrat în mod continuu în conformitate cu standardul de timp mondial, Universal Time Coordinated (UTC). Un semnal radio de navigație, cum ar fi un GPS, este în mod natural creat ca un semnal de timp, deci este destul de simplu să folosiți GPS ca un "ceas atomic pe cer".
Semnalul de la fiecare satelit este foarte precis. Precizia măsurării este mai bună decât o nanosecundă. Erori în modelarea atmosferică pot fi de până la 50 nanosecunde în eroarea totală. Fără îndoială, cea mai mare sursă de erori este codul de acces limitat (Disponibilitate selectivă SA). Ministerul Apărării în mod deliberat degradează precizia GPS-ului, forțând frecvența satelitului GPS să se deplaseze încet. În prezența SA, o eroare de sincronizare de aproximativ 100 nanosecunde (1s) este introdusă în semnalul fiecărui satelit și o eroare de frecvență de aproximativ 10-8. În absența SA, erorile de sincronizare ar fi în cel mai bun caz de aproximativ 10 nanosecunde și o eroare de frecvență de aproape 10 -10. Având în vedere un sondaj de cer bun, un receptor GPS multi-canal poate să medieze erorile SA pentru șapte sau opt sateliți, reducând efectul SA de aproape trei ori (figura 2).
Acuratețea de mai sus corespunde cerinței microsecunde de precizie a timpului în industria de paginare, utilizând receptoare GPS standard cu ieșire de informații o dată pe secundă. Pe de altă parte, cerința este o "supraviețuitoare" a tehnologiei CDMA, este o condiție tehnică mult mai dificilă pentru acuratețe. Acest lucru necesită nu numai un grad ridicat de precizie a timpului de referință, dar, de asemenea, un generator de frecvență foarte precise de calibrare, care minimizează în derivă în timpul perioadelor lungi de semnale non-GPS. Prima generație de ceasuri GPS utilizează generatoare de rubidiu costisitoare pentru a îndeplini această cerință. Rubidiu generatoare cu un preț competitiv sunt vândute pentru aproximativ 3.000 dolari și necesită întreținere și înlocuire regulate. Deoarece tehnologia CDMA tehnologii combate amplificatori si TDMA pentru cota generală de piață, fiecare bloc care este inclus în stația de bază CDMA ar trebui să fie cel mai competitiv posibil.
În prezența SA, semnalul GPS este o sursă slabă de frecvență de referință. Chiar și în absența SA, GPS-ul prin natura sa nu este suficient de stabil pentru a furniza o frecvență de referință pentru tehnologia CDMA. Generatoarele generatoare și chiar generatoarele de cuarț oferă o frecvență mai stabilă la intervale scurte de timp decât GPS. Cu toate acestea, toate generatoarele sunt în derivă, unele mai mult, unele mai puțin decât altele. În cele din urmă, chiar și un generator complex de cesiu va deriva de la UTC. În schimb, GPS-ul așa cum este ținut în lesă scurt, iar în timp ce tratamente sunt efectuate scurt înainte și înapoi, pe termen lung, sistemul este întotdeauna calibrat în intervalul de câteva sute de nanosecunde față de UTC.
Ceasurile GPS folosesc stabilitatea pe termen lung a GPS-ului și o combină cu o bună stabilitate pe termen scurt a generatoarelor de cuarț de înaltă calitate (XO) sau rubidium (Rb). După cum sa menționat mai sus, acești generatori au un semnal de înaltă calitate într-un interval scurt de timp, dar vor tenta să scape pe perioade mai lungi. Îngrijirea poate fi controlată prin controlul ușor al generatorului din GPS (Figura 3). Frecvența medie a generatorului pe un anumit interval de timp poate fi măsurată prin GPS. Precizia acestei măsurători este egală cu precizia numărului de timp GPS (SA, 100 nanosecunde, 1 s) împărțit la intervalul de timp mediu. Pentru perioade de timp de câteva minute, această măsurătoare este atât de gravă încât nu poate calibra suficient de bine generatorul. Pentru intervale de medii mai lungi de aproximativ 1000 de secunde, precizia de calibrare se apropie de 10 -10 (100 nsec / 1000 s). Pentru o calibrare precisă, generatorul trebuie să fie stabil, adică decalajul de frecvență trebuie să fie relativ constant în intervalul de măsurare.
Cu un receptor GPS care monitorizează îngrijirea pe termen lung, este relativ ieftin. Generatorul de cuptoare (OCXO) atinge un nivel ridicat de stabilitate atât pe termen scurt, cât și pe termen lung. Recent, producătorii de oscilatoare cu cuarț au răspuns sistemelor CDMA dezvoltând un generator stabil de tehnologie OCXO (cuptor dublu). Acest generator, cu condiția să fie actualizat periodic de la GPS, este capabil să mențină frecvența pentru intervale lungi de timp, chiar și în absența semnalelor GPS. Prețul său este mai mic decât generatorul de rubidiu, are o gamă mult mai mare de temperatură și o viață mult mai lungă.
Acest generator de costuri reduse a dat naștere celei de a doua generații de ceasuri GPS mai simple și mai puțin costisitoare. Reducerea costurilor și creșterea fiabilității sunt extrem de importante pentru succesul sistemelor CDMA de pe piață. Fără o modalitate economică de a sincroniza turnurile în întreaga țară și în lume, sistemele CDMA ar rămâne doar o tehnologie experimentală.
Ca și prima generație de ceasuri GPS, ceasurile de a doua generație utilizează un receptor autonom autonom care transmite semnalul o dată pe secundă (PPS). Acest semnal-PPS este comparat cu semnalul PPS obținut de la ieșire OCXO, iar diferența față de comparatorul de fază este utilizat de microprocesor pentru a controla OCXO (Figura 4). Este un proiect capabil, dar există încă o modalitate mai bună de a construi acest "șoarece de șoareci".
A treia generație de ceasuri GPS continuă tendința de reducere a prețurilor. În dezvoltarea celei de-a treia generații, prezentată în Figura 5, OCXO și receptorul GPS sunt acum cuplate strâns la o singură placă de circuite imprimate. 10 Frecvența MHz de construcții (dublu cuptor) oscilator cu cuarț este utilizat direct ca sursă de sincronizare pentru semnalul GPS cip digital de procesor și etapa de intrare a unei frecvențe radio (RF frontal cip final). Mai mult decât atât, un singur microprocesor funcționează ca un receptor GPS și control al ceasului. Dezvoltarea prima și a doua generație, precizia semnalului PPS-ieșire este de 40 până la 100 nsec, care limitează acuratețea GPS-ceas. În dezvoltarea celei de-a treia generații, generatorul este comparat direct cu semnalul GPS fără a utiliza ieșirea PPS, permițând să aducă precizia limitelor teoretice.
Ceasurile GPS de generația a treia sunt, de asemenea, ideale pentru poziționarea în sistemul E911. Cu toate acestea, nu există o cerință specială ca în aplicația CDMA, deci poate fi utilizat un generator specializat cu cuarț (un singur cuptor). Cu toate acestea, fiabilitatea sistemului este încă foarte importantă. B Principalul avantaj al ceasurilor GPS de generația a treia este fiabilitatea ridicată, care a devenit posibilă datorită gradului ridicat de integrare.
Trimiteți-le prietenilor: