劉立輝

【摘 要】本文主要對硬件安裝基站GPS天線安裝指南中的位置要求中存在的問題與分歧進行解讀與糾正。從GPS系統的工作基本原理出發(fā)，結合各版本硬裝GPS安裝指南文件，分析和評估GPS天線安裝位置與安裝質量的相關性，解決分歧與爭議，輸出一致、準確的GPS安裝指南與說明，保障GPS工程安裝效率與質量。

【關鍵詞】GPS；GPS天線；安裝位置；指南解讀

經多次硬件安裝上站，筆者學到了很多關于硬裝的知識，收獲很大。其中對于用于時鐘同步的GPS天線安裝位置問題產生了分歧和疑問。筆者在3MS查詢了GPS安裝相關指南，以及部分同事對此問題的看法說明，難以統一且存在相當大的疑惑與誤解。因此，筆者從GPS系統原理入手，對此進行一個詳細的GPS系統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)性和實時穩(wěn)定性，通話的用戶終端必須處在統一的時間系統中，因此，就能必須保證各基站與手機之間進行嚴格的時間同步。GPS系統在通信領域的應用即是提供實時授時來保證全網的時鐘同步。因此GPS天線的安裝質量在一定程度上影響網絡性能。而準確一致的安裝指南解讀才能更好地指導GPS規(guī)范安裝，保障工程質量。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°以上的夾角范圍內沒有遮擋物最佳，距離樓頂小型附屬建筑應盡量遠。

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

3.天線應處在避雷針的有效保護范圍內，盡量選擇樓頂的中央，盡量不要安裝在樓頂四周的矮墻上。

4.當周邊電磁環(huán)境復雜且不可規(guī)避時，盡量選擇最佳衛(wèi)星信號接收位置，以使GPS天線受其它輻射信號的影響最小，安裝兩個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)范上主要強調了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因素的影響；而分歧和問題也由此產生：

問題1：筆者認為GPS安裝質量與天線所處地理位置沒有相關性，在實際安裝中無需注意是否處于哪個經緯度，與闡述2說法沖突。

問題2：筆者認為多個GPS天線安裝時接收信號基本互不影響，且頻率固定，受其他輻射影響較小，對其安裝距離應不做限制，0.5m/2m間隔不存在其物理意義。

二、問題背景與結果分析

（一）問題背景

1、邏輯事實的簡單判讀

首先，我們可以參照以下幾個邏輯事實進行簡單的判讀：

（1）美國與中國一樣處于北半球，GPS為美國研發(fā)的衛(wèi)星導航系統；美國安裝天線和運用GPS進行全球監(jiān)控時并未考慮南半球與北半球問題。

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

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

2、GPS系統定位與授時原理

其次，我們從GPS系統的工作原理上進行理論分析：

GPS系統由空間部分、地面控制部分和用戶設備部分三部分組成?？臻g部分由均勻布放在覆蓋全球區(qū)域的6個互成60°軌道平面內的GPS衛(wèi)星組成，衛(wèi)星的平均高度為20200 km，運行周期為11h 58 min；提供星歷和時間信息，不斷發(fā)送偽距和載波信號。地面控制部分是中心控制系統，實現時間同步和對衛(wèi)星跟蹤定軌。用戶部分則是接收衛(wèi)星信號，記錄和處理定位和導航數據。由于GPS天線一般不會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)星導航電文是有效的，即可解析出正確的時間基準參考。

3、天線安裝質量與安裝位置相關性評估

最后，我們分析GPS天線安裝質量相關影響因素，來評估天線安裝位置的合理性：

GPS天線的安裝質量是由衛(wèi)星的接收數量和衛(wèi)星的信號質量有效性兩個因素決定的，如果基站運行期間滿足一定的衛(wèi)星接收數量，且接收信號可靠，運用定位算法可以很精確地獲得當前GPS接收機的位置和時間系統基準。

（1）衛(wèi)星的接收數量與接收天線所在位置的視窗（天線上方的可視空間）有關，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設計時可以保證在地球的任何地點、任何時刻，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛(wèi)星，最多可達到9顆，此時完全滿足接收星數的需求。而在實際安裝中，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的安裝指導規(guī)范。

（2）衛(wèi)星的信號的有效性與傳播環(huán)境有關：衛(wèi)星傳播的信號為電磁波載波L1、L2頻段，傳播過程中會經過各種環(huán)境，接收到最終的衛(wèi)星載波信號才能作為時鐘同步的數據源，需要注意復雜電磁環(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)范進行。

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

（二）問題結果分析

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

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

問題2中認為多個GPS天線安裝時的天線間隔在2m/0.5m防止相互干擾是沒有物理意義的。多個GPS處在一個極小范圍局域內時，接收到基本上相同衛(wèi)星的載波信號，信號源一致，而接收方多個，他們之間不存在信號的發(fā)送，也就沒有了相互干擾，因此多個GPS安裝時間隔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GPS安裝間隔要求，更改為以下三點來保障基站運行期間的收星數量和信號質量即保證GPS天線安裝質量：

（1） 視野開闊，盡量保證高度角15°上沒有遮擋；當遮擋不可避免時，一定保證一個循環(huán)周期內GPS星卡接收星數無異常報警。

（2） 天線應處在避雷針的有效保護范圍內，盡量選擇樓頂的中央，盡量不要安裝在樓頂四周的矮墻上。

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

三、總結

此類的問題也有同事從不同角度通過詳細的分析說明GPS布設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性存在錯誤，不是因為影響小的問題。而對多個GPS天線安裝間隔的分析也是根據Support上的指南指出應為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)在進行GPS安裝過程中提供了參考。

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（作者單位：中國移動通信集團河北有限公司石家莊分公司）