“GPS天線安裝指南”問題解讀與糾正

劉立輝

【摘 要】本文主要對(duì)硬件安裝基站GPS天線安裝指南中的位置要求中存在的問題與分歧進(jìn)行解讀與糾正。從GPS系統(tǒng)的工作基本原理出發(fā)，結(jié)合各版本硬裝GPS安裝指南文件，分析和評(píng)估GPS天線安裝位置與安裝質(zhì)量的相關(guān)性，解決分歧與爭(zhēng)議，輸出一致、準(zhǔn)確的GPS安裝指南與說明，保障GPS工程安裝效率與質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】GPS；GPS天線；安裝位置；指南解讀

經(jīng)多次硬件安裝上站，筆者學(xué)到了很多關(guān)于硬裝的知識(shí)，收獲很大。其中對(duì)于用于時(shí)鐘同步的GPS天線安裝位置問題產(chǎn)生了分歧和疑問。筆者在3MS查詢了GPS安裝相關(guān)指南，以及部分同事對(duì)此問題的看法說明，難以統(tǒng)一且存在相當(dāng)大的疑惑與誤解。因此，筆者從GPS系統(tǒng)原理入手，對(duì)此進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的GPS系統(tǒng)安裝正確解讀與糾正。

一、GPS天線安裝中遇到的問題

為了保證用戶通話的連續(xù)性和實(shí)時(shí)穩(wěn)定性，通話的用戶終端必須處在統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)中，因此，就能必須保證各基站與手機(jī)之間進(jìn)行嚴(yán)格的時(shí)間同步。GPS系統(tǒng)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用即是提供實(shí)時(shí)授時(shí)來保證全網(wǎng)的時(shí)鐘同步。因此GPS天線的安裝質(zhì)量在一定程度上影響網(wǎng)絡(luò)性能。而準(zhǔn)確一致的安裝指南解讀才能更好地指導(dǎo)GPS規(guī)范安裝，保障工程質(zhì)量。公司通用的GPS天線安裝位置要求有：

1.視野開闊，和水平面成10°以上的夾角范圍內(nèi)沒有遮擋物最佳，距離樓頂小型附屬建筑應(yīng)盡量遠(yuǎn)。

2.如果方向可以選擇的話，當(dāng)天線位置位于北半球，應(yīng)選擇北面被遮擋，如位于南半球，則應(yīng)選擇南面被遮擋或者我國(guó)處于北半球，衛(wèi)星出現(xiàn)在赤道的概率大于其他點(diǎn)，GPS天線盡量靠近南。

3.天線應(yīng)處在避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)，盡量選擇樓頂?shù)闹醒?，盡量不要安裝在樓頂四周的矮墻上。

4.當(dāng)周邊電磁環(huán)境復(fù)雜且不可規(guī)避時(shí)，盡量選擇最佳衛(wèi)星信號(hào)接收位置，以使GPS天線受其它輻射信號(hào)的影響最小，安裝兩個(gè)GPS天線，他們之間距離要在0.5m/2m以上。

由以上要求可知，GPS安裝規(guī)范上主要強(qiáng)調(diào)了GPS天線安裝中需要注意遮擋、地理位置、防雷和電磁輻射干擾四個(gè)因素的影響；而分歧和問題也由此產(chǎn)生：

問題1：筆者認(rèn)為GPS安裝質(zhì)量與天線所處地理位置沒有相關(guān)性，在實(shí)際安裝中無(wú)需注意是否處于哪個(gè)經(jīng)緯度，與闡述2說法沖突。

問題2：筆者認(rèn)為多個(gè)GPS天線安裝時(shí)接收信號(hào)基本互不影響，且頻率固定，受其他輻射影響較小，對(duì)其安裝距離應(yīng)不做限制，0.5m/2m間隔不存在其物理意義。

二、問題背景與結(jié)果分析

（一）問題背景

1、邏輯事實(shí)的簡(jiǎn)單判讀

首先，我們可以參照以下幾個(gè)邏輯事實(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的判讀：

（1）美國(guó)與中國(guó)一樣處于北半球，GPS為美國(guó)研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；美國(guó)安裝天線和運(yùn)用GPS進(jìn)行全球監(jiān)控時(shí)并未考慮南半球與北半球問題。

（2）我國(guó)幅員遼闊，南北區(qū)域安裝的GPS的定位和授時(shí)精度存在明顯差異，然而在實(shí)際通話過程中兩地差異不大。

（3）GPS與無(wú)線通信信號(hào)頻段存在差異不存在干擾。多個(gè)GPS之間的接收干擾的影響源于GPS信號(hào)多路徑的反射波的干擾，與GPS天線無(wú)關(guān)。

2、GPS系統(tǒng)定位與授時(shí)原理

其次，我們從GPS系統(tǒng)的工作原理上進(jìn)行理論分析：

GPS系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備部分三部分組成。空間部分由均勻布放在覆蓋全球區(qū)域的6個(gè)互成60°軌道平面內(nèi)的GPS衛(wèi)星組成，衛(wèi)星的平均高度為20200 km，運(yùn)行周期為11h 58 min；提供星歷和時(shí)間信息，不斷發(fā)送偽距和載波信號(hào)。地面控制部分是中心控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步和對(duì)衛(wèi)星跟蹤定軌。用戶部分則是接收衛(wèi)星信號(hào)，記錄和處理定位和導(dǎo)航數(shù)據(jù)。由于GPS天線一般不會(huì)受到微波等其他電磁頻率的干擾，只需要保障接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航電文是有效的，即可解析出正確的時(shí)間基準(zhǔn)參考。

3、天線安裝質(zhì)量與安裝位置相關(guān)性評(píng)估

最后，我們分析GPS天線安裝質(zhì)量相關(guān)影響因素，來評(píng)估天線安裝位置的合理性：

GPS天線的安裝質(zhì)量是由衛(wèi)星的接收數(shù)量和衛(wèi)星的信號(hào)質(zhì)量有效性兩個(gè)因素決定的，如果基站運(yùn)行期間滿足一定的衛(wèi)星接收數(shù)量，且接收信號(hào)可靠，運(yùn)用定位算法可以很精確地獲得當(dāng)前GPS接收機(jī)的位置和時(shí)間系統(tǒng)基準(zhǔn)。

（1）衛(wèi)星的接收數(shù)量與接收天線所在位置的視窗（天線上方的可視空間）有關(guān)，天線的安裝位置則直接決定著天線視窗的大小。在開闊的地面，沒有遮擋下，GPS設(shè)計(jì)時(shí)可以保證在地球的任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻，在高度角15°以上，平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)到9顆，此時(shí)完全滿足接收星數(shù)的需求。而在實(shí)際安裝中，要盡量向此條件靠攏，滿足天線視窗要求，至少要接收到4顆衛(wèi)星，這也是通用要求1的安裝指導(dǎo)規(guī)范。

（2）衛(wèi)星的信號(hào)的有效性與傳播環(huán)境有關(guān)：衛(wèi)星傳播的信號(hào)為電磁波載波L1、L2頻段，傳播過程中會(huì)經(jīng)過各種環(huán)境，接收到最終的衛(wèi)星載波信號(hào)才能作為時(shí)鐘同步的數(shù)據(jù)源，需要注意復(fù)雜電磁環(huán)境（相似頻率）下GPS天線的安裝，參照通用要求4的部分規(guī)范進(jìn)行。

（3）防雷保護(hù)是對(duì)天線和設(shè)備的安全進(jìn)行的保護(hù)操作。GPS天線需要安裝在避雷器的覆蓋范圍內(nèi)，或者在GPS天線和主控板之間增加避雷裝置來保護(hù)主控設(shè)備，可參考通用要求3來進(jìn)行。

（二）問題結(jié)果分析

通過以上三個(gè)分析，可以得出GPS天線安裝需要注意：①天線視窗滿足接收星數(shù)不少于4顆；②有防雷保護(hù)；③有好的信號(hào)接收質(zhì)量三個(gè)要點(diǎn)。由此上文的分歧和疑惑可以有清晰的解讀：

問題1認(rèn)為GPS安裝與地理位置有關(guān)，可能存在這樣的誤解：GPS衛(wèi)星與地球同步衛(wèi)星一樣，相對(duì)地球是不動(dòng)，且均勻地分布在地球赤道的上方。而事實(shí)上，在天線上空一定高度角范圍內(nèi)無(wú)遮擋的情況下一般都可以滿足要求，因此對(duì)其安裝的地理位置卻沒有做要求。GPS衛(wèi)星的全球旋轉(zhuǎn)，全球室外覆蓋的特性使得這種闡述是有誤的。

問題2中認(rèn)為多個(gè)GPS天線安裝時(shí)的天線間隔在2m/0.5m防止相互干擾是沒有物理意義的。多個(gè)GPS處在一個(gè)極小范圍局域內(nèi)時(shí)，接收到基本上相同衛(wèi)星的載波信號(hào)，信號(hào)源一致，而接收方多個(gè)，他們之間不存在信號(hào)的發(fā)送，也就沒有了相互干擾，因此多個(gè)GPS安裝時(shí)間隔2m＼0.5m是沒有意義的。

最后，GPS安裝規(guī)范的通用要求可以去掉地理位置要求，去掉多個(gè)GPS安裝間隔要求，更改為以下三點(diǎn)來保障基站運(yùn)行期間的收星數(shù)量和信號(hào)質(zhì)量即保證GPS天線安裝質(zhì)量：

（1） 視野開闊，盡量保證高度角15°上沒有遮擋；當(dāng)遮擋不可避免時(shí)，一定保證一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)GPS星卡接收星數(shù)無(wú)異常報(bào)警。

（2） 天線應(yīng)處在避雷針的有效保護(hù)范圍內(nèi)，盡量選擇樓頂?shù)闹醒耄M量不要安裝在樓頂四周的矮墻上。

（3） 當(dāng)周邊電磁環(huán)境復(fù)雜且不可規(guī)避時(shí)，盡量選擇最佳衛(wèi)星信號(hào)接收位置，以使GPS天線受其它輻射信號(hào)的影響最小。

三、總結(jié)

此類的問題也有同事從不同角度通過詳細(xì)的分析說明GPS布設(shè)在靠近南的位置影響微小的，可以忽略，但從GPS基本原理上解讀則該分析存在一定的問題，與安裝地理位置的相關(guān)性存在錯(cuò)誤，不是因?yàn)橛绊懶〉膯栴}。而對(duì)多個(gè)GPS天線安裝間隔的分析也是根據(jù)Support上的指南指出應(yīng)為0.2m可信，少了一些理論的支撐和說明。本論文旨在說明在GPS安裝過程中需不斷的探索，也為同行業(yè)在進(jìn)行GPS安裝過程中提供了參考。

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（作者單位：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司石家莊分公司）