美国的GPS卫星为什么能瘫痪中国的移动网络？

卫星号：BOO聊通信

这两天，新华社、人民日报等中央媒体纷纷发布了一篇文章，标题是《突发情况，上亿人的手机差点断线，这个系统有多重要》。

这篇看上去有些标题党的文章内容，其实是讲我国自研的北斗卫星系统正式全部发射完毕。

12月16日，我国北斗卫星导航系统第52、53颗卫星进入预定轨道。至此，北斗三号中圆地球轨道（MEO）卫星全部发射完毕，标志着北斗三号全球系统核心星座部署完成，将进一步提升系统服务性能和用户体验，为实现全球组网奠定坚实基础。

文章中为了说明北斗卫星系统对于我国的重要性，特意提到了2010年美国GPS卫星系统由于升级导致我国某使用CDMA2000制式3G网络的电信运营商（其实就是中国电信。。）全网基站告警，甚至有可能全网瘫痪的事件。

2010年1月13日，国内某运营商CDMA网络出现大范围故障告警，涉及到全国多个省份，原因是美国GPS系统升级影响了CDMA的全网同步。这家运营商的3G业务使用的是美标CDMA2000，若没有GPS授时则只能维持72小时的安全运行。你可以想象，如果全国上亿手机用户全部断线，这将是多大的新闻。他们是怎样应对这场重大危机的呢？不是不想做，而是没啥可做。

通过这次事件，使得中央高层意识到了国家安全的命脉不能掌握在他国手里，必须要有一套自己的全球定位卫星系统，否则一旦美国的GPS卫星系统故障甚至是恶意对中国停止服务的话，后果不堪设想。

那么，为什么美国的GPS卫星定位系统能使得中国电信的移动网络险些瘫痪呢？在普通人眼中，GPS卫星系统明明就是一个专门给人导航、定位的系统，手机使用GPS提供的信息，可以使得用户定位自己所处位置的经纬度，进而导航到自己想去的地点，或者通过大众点评等搜索附近的餐厅等。

移动通信中使用的基站，都是固定在某个位置仅仅为某个区域提供信号覆盖的设备，咋还必须得定位自己的位置呢？

这是因为，美国的GPS卫星定位系统，除了其能提供经纬度信息的功能外，还有一项平时大家用不到的功能，那就是：提供时间同步信息。

先简单介绍一下GPS卫星定位系统。GPS系统由环绕地球的3条个轨道上各8颗卫星合计24颗卫星构成，地球上任何一点均能观测到6-9颗卫星，因此GPS系统几乎可以实现地球无死角信号覆盖。

任何设备，只要安装了GPS信号接收器和天线，都可以免费接收GPS信号，由GPS系统提供定位与授时服务。最常见的设备就是咱们的手机。

移动通信系统中有个非常重要的概念，叫做同步。啥叫同步？简单来说，就是某个区域内所有的基站，必须在完全相同的时间点发送和接收每一个数据，否则就会互相干扰。如果做个类比的话，可以想象下阅兵中每一名战士迈出的步伐，必须是完全整齐划一的，否则就会影响别人的节奏，最后结果就是乱成一锅粥。

并不是每一种移动通信制式都需要进行同步，但3、4、5G网络中某些运营商使用的移动制式中的基站间如果没有同步，就会出现上文中所说的先是基站严重告警，接着就是网络瘫痪。

比如3G的三种网络制式，移动的TDS-CDMA联通的WCDMA电信的CDMA2000，以及4G中移动的TD-LTE，和未来5G三家运营商的网络制式，基站均需要进行同步才可以进行数据传输。

其实大家可以把同步理解为不同基站的对时。比如基站A戴了一个手表，基站B戴了一个手表，只要保证大家的手表时间完全一致，那么就可以每隔1秒各自发送一个数据，这样就同步了。

但是，对于基站来说，同步可不仅仅要做到秒级别的同步，而是要做到纳秒级的，纳是纳米的纳，一纳秒等于等于10的负9次方秒。举个形象的例子，大家都知道光速非常非常快吧，那么光在1纳秒内能传播多远呢？答案是0.3米！！还不如你迈出一步远呢，这下你理解基站间的同步要做到多么多么精确了吧？？

所以，如果要做到这么精准的同步，是不可能真的给每个基站分别“戴一块表”的，因为再精准的表，走着走着也会出现误差，更何况是纳秒级的误差。

唯一可行的办法就是给所有基站戴同一块表，这样就算这个表不准，大家看到的也是同一个不准的时间。

这就是为什么基站要采用GPS授时的原因。所有需要同步的基站系统的每一个基站，都会外接一个“蘑菇头”天线，这个天线就是用来接收GPS信号的。这样，所有的基站都从同一个GPS系统接收时间信息，保证了大家永远都是能获得同步的信息。

大家可以注意观察下，这种蘑菇头天线可以经常在室外看到，一般都是基站机房外面，因为如果蘑菇头放在机房内，也可能导致GPS信号接收不到。

所以，咱们国家研发的北斗系统，就是为了能代替美国的GPS系统，为全国需要定位和授时的设备提供准确的信息，以防止出现美国断供GPS服务的隐患。

目前，我国的全部5G基站，已经同时支持GPS与北斗卫星的授时服务，可以做到无缝切换，所以不是说有了北斗就必须用北斗，北斗与GPS可以互为主备，万无一失。