无线通信正越来越多地进入我们的生活。不同于有线设备的是，每一个无线系统都需要一个独一无二的频率，并且这些频率是完全限制在几百kHz到超过1000MHz。为了使频谱能有效使用，这些无线系统要精心安排与协调。对于从地方基站传播到广大地理区域的时间必须能精确计算。这是一个困难的问题。

现在有一种简单、有效的解决方式叫 “GPS Clock”(全球定位系统时钟振荡器)。它是一个整合接收器并结合高品质、稳定的振荡器。此设计中GPS（Global Positioning System， 全球定位系统）的功能在于校准振荡器中的小偏移，GPS Clock的功能可提供无线电话系统基地台间同步的时序（Timing）信号与频率信号，而且是一个保障系统安全的防护装置。并且该时序信号无需再校正。更重要地是，因最近GPS技术产品日益精良，在汽车导航系统市场中使用日趋广泛，大大降低了GPS硬件的价格，这也使得GPS可整合到许多需要高品质时序信号的无线系统中。

Enhanced 911定位功能

一个无线通信革命成功的前兆是越来越多的紧急电话是来自移动电话。不幸的是，当911紧急通报来自于移动电话时，调度员无法知道移动电话发出的地点。有线电话发出电话的地点贮存在一个复杂的911资料系统中，救援系统可以直接使用并指出事发现场，但现在并没有一个较好的方法可以指出移动电话的位置。因此，调度员需要依赖移动电话使用者所提供的信息，但这些人常常没办法正确地说明他们的位置，延误了处理意外的时间。

为了解决这个问题, 美国国会已经立法通过一个扩大911（E911 System）系统的法规，使911系统在未来的几年内能指出在125公尺内的移动电话使用者位置。有几种方式可以做到此项功能，其中一种建议是在所有移动电话内内建GPS接收器。然而，最好的建议是使用一个叫做 TDOA(Time Difference of Arrival不同到达时间)方式，在移动电话基地台内将移动电话位置直接指出。

TDOA是通过测量在2个行动基地台中信号到达的时间差，即一般所说的 “双曲线导航（hyperbolic navigation）”，而这是很多无线电导航系统的基础，包括GPS和LORAN（远距离无线电导航系统）。在原理上，这是个很简单的技术：一个移动电话拨打后，呼叫传送到2个不同的行动基地，比较近的基地会较早接收到这个信号。两个信号到达时间差可乘上光速以算出距离差。这个想法是，使用者的呼叫先到达较近基地台，以双曲线计算出比第2个基地台近1200公尺，再加上第3个基地台的时间与距离差，用另一个双曲线，便可精确地指出两个曲线的交叉点(图1)，即使用者实际所在位置。

使用这一技术，需保证2个无线基地台间能达到非常精确而可靠的时间同步（time synchronize）。在光速中，每一纳秒的误差都可能转换成定位上的一步或更多错误。当塔台间时间同步的品质降低，TDOA测量法变的愈来愈不准确时，双曲线变的“ 模糊 ”，计算出的相对位置误差也增加。而GPS Clock在每个基地行动塔台中可以轻易地利用GPS卫星，将信号的精确度维持在100ns，比TODA准确100步甚至是更好。

全球定位系统时钟振荡器

大部分的人只知道GPS是供搜寻位置用的，但是GPS系统24个卫星同时也提供了很标准的时序（Timing Clock）信号。每个卫星带有二颗Rubidium（铷），和二颗Cesium（铯）原子钟。这些卫星上的原子钟都由美国国防部地面接收站监控，整个系统再由世界标准的Universal Coordinated Time（UTC）所校正，所以人们也可将GPS当成一个免费的“空中的原子钟”。

这些卫星的时间信号皆非常准确；所测得的精确度在纳秒。一般GPS来自空中电波干扰的错误在50ns，但最大的来源是SA（Selective Availability）干扰，这是美国国防部藉由timing偏移以达到干扰之目的。有SA信号时timing误差达100ns (1)。而美国现在已取消SA干扰，因此精确度可达10ns。

以上精确度的产品需求仅用于微秒精度的传呼机系统，只要使用带有PPS信号输出的标准GPS接收板即可。但在CDMA系统中，其有“holdover”（在失去GPS卫星后，仍可维持信号的精确度）需求，就有与传呼机系统截然不同的精确性要求。它不只是对时序（Timing）信号高度精确的要求，并且有更精准且确保振荡器偏移的频率校正功能。第一代的GPS Clock是使用铷振荡器以达到“holdover”的要求。而铷振荡器价格最少也需3000美元，且还需对其定时检验维护校正。因为未来CDMA最有可能取代TDMA与AMPS的系统，所以市场庞大，因此CDMA每部分设计的价格都要考虑使用更经济的解决方案。

只单独使用GPS接收板的参考频率，对CDMA来说还是不够准确。原子振荡器可短期为GPS提供稳定的频率，但所有振荡器都会渐渐偏移。甚至设计复杂的铯振荡器也会慢慢偏移。经过GPS的校正后，在短期内时序可与UTC误差在几百纳秒之内。

GPS Clock在标准时间、频率的提供上，是唯一既有短期的稳定精确又有长期的品质稳定的设计。如前所述，所有的振荡器（石英、铯、铷）都想在长期的精确特性下，也能提供短期可靠的标准时间信号，这就是如图2所示使用GPS修正以维持标准输出的铷振荡器设计图。它是利用振荡器的一个时间区间（time interval）信号与GPS时序信号比较以做为输出的校正，使用GPS timing信号除以time interval而得到准确度。但是，若在几分钟内做不同的测量，因振荡器无法短期稳定或做校正的特性，这种设计的时间精确度就会愈来愈不准确，在长时间后，如1000秒，精确度误差可达100ns/1000s，所以此种设计需先确保系统的振荡器输出频率稳定才可行。

由于GPS有长期稳定来源的特性，一个相当低价的温控（ovenized）振荡器（OCXO）即可达到长、短期稳定标准时间、频率输出之特性。近年有些石英振荡器制造商为适应CDMA holdover的需求，尝试推出超高精确/稳定的Double-over OCXO 技术。这种技术可在GPS的训练修正后，提供精确Timing的信号，甚至在脱离GPS信号下仍可维持一稳定的频率输出。而它的成本只有铷振荡器数千分之一且工作温度宽，工作时限长。

此种利用低成本振荡器并加入GPS信号的设计即为第二代GPS clock的雏形。它在本质上降低了成本，且为市场上CDMA的应用提供了实质上精确稳定的时间频率信号。以CDMA的设计而言，若无法找到一个符合经济效益的方式解决各地基地台间同步信号的问题，CDMA仍将只能停留在实验阶段。

就像第一代GPS Clock一样，第二代的GPS Clock设计是使用一个独立GPS接收板的PPS信号；这个PPS信号会与OCXO所提供，它的差异是采用相位比较电路去协助OCXO做校正（如图3）。以目前技术来说这也是一种经济、有效、精确的设计方式。