CN101807965A - 通信系统中时钟同步装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通信系统中时钟同步的装置及方法，该装置包括：本地压控晶振，GPS接收机，第一鉴相器，第二鉴相器，用于从E1线路上获取辅助参考时钟信号的恢复时钟信号单元，控制单元。所述控制单元用于锁相控制，并对所述恢复时钟信号单元获取的辅助参考时钟信号进行质量监测，使所述本地压控晶振在所述主参考时钟信号正常时，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；在所述主参考时钟信号故障时，根据监测结果使所述本地压控晶振根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据自身产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。本发明可以提高通信系统中时钟同步的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术，具体涉及一种通信系统中时钟同步装置及方法。
背景技术
在通信系统中，基站之间有严格的时间同步和频率同步要求。比如，在TD-SCDMA(时分同步的码分多址)系统中，所有基站都需要一个精度是3us的1PPS(1脉冲/秒)的时间同步信号，以确保用户从一个小区进入另一小区时不会发生掉话。基站之间空口的频率同步要求在0.05ppm(Parts Per Million，百万分率)。
目前，TD-SCDMA系统中，基站之间的同步主要依靠的是卫星导航系统，如GPS(全球定位系统)和北斗等。为此，所有TD-SCDMA基站都必须安装一个GPS或北斗接收机，而且该接收机输出PPS的精度要保证在基站空中接口同步要求的3us以内。现在专门为授时设计的GPS和北斗接收机可提供20ns到200ns范围的精度，所以选用授时型的GPS或北斗接收机就能满足基站空口时间同步3us的要求。
为了保证通信系统具有很高的可用性，要求在GPS或北斗接收机失效时通信系统也必须能继续运行，基站的时钟同步系统仍然需要提供一个精度为3us的PPS信号。在这种情况下，PPS信号是靠基站时钟系统中的时钟工作在保持模式下完成的。
如图1所示，是现有技术中TD-SCDMA系统基站的同步方案的示意图。
利用卫星导航接收机101接收通过卫星导航系统输出精确的秒脉冲，基站内后级的锁相环包括：鉴相器102、锁相环滤波器103、信号放大器104、本地压控晶振(OCXO)105，根据接收机输出的PPS信号调整本地压控晶振105，使本地压控晶振105锁定在接收机提供的参考PPS。当通过卫星导航系统输出的PPS信号不可用时，锁相环工作在保持模式，本地压控晶振105将自由振荡。
高稳定性的本地压控晶振能够在保持模式下24小时内输出PPS精度在3us。
在实现本发明技术方案的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
(1)对本地压控晶振的稳定性要求很高，稳定性高的晶振的价格比较昂贵，增加了基站的成本；
(2)由于晶振的稳定性主要受晶体老化和外界温度的影响，其保持时间较短，一旦卫星导航接收机出现问题，必须要在24小时内更换，否则，用户在跨区通话时将可能会掉话。
发明内容
本发明实施例提供一种通信系统中时钟同步装置及方法，以提高通信系统中时钟同步的可靠性。
为此，本发明实施例提供如下技术方案：
一种通信系统中时钟同步的装置，包括：
本地压控晶振，用于产生本地时钟信号；
GPS接收机，用于接收GPS信号，并根据所述GPS信号产生主参考时钟信号；
第一鉴相器，用于鉴别所述GPS接收机产生的主参考时钟信号和本地压控晶振产生的时钟信号的相位误差；
恢复时钟信号单元，用于从E1线路上获取辅助参考时钟信号；
第二鉴相器，用于鉴别所述恢复时钟信号单元获取辅助参考时钟信号和本地压控晶振产生的时钟信号的相位误差；
控制单元，用于锁相控制，并对所述恢复时钟信号单元获取的辅助参考时钟信号进行质量监测，使所述本地压控晶振在所述主参考时钟信号正常时，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；在所述主参考时钟信号故障时，根据监测结果使所述本地压控晶振根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据自身产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
一种通信系统中时钟同步的方法，包括：
根据接收的GPS信号产生主参考时钟信号，并从E1线路上获取辅助参考时钟信号；
在所述GPS信号正常时，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；
在所述GPS信号故障时，根据所述辅助参考时钟信号的质量状态，选择根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据本地压控晶振产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
本发明实施例通信系统中时钟同步装置及方法，根据接收的GPS信号产生主参考时钟信号，并从E1线路上获取辅助参考时钟信号；在所述GPS信号正常时，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；在所述GPS信号故障时，根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据本地压控晶振产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。从而为通信系统提供了一个双重保护机制应对卫星导航接收机的失效，增加了通信系统的可靠性，降低了同步系统对本地压控晶振的高稳定性要求，从而可以降低设备成本。
附图说明
图1是现有技术中TD-SCDMA系统基站的同步方案的示意图；
图2是本发明实施例通信系统中时钟同步的装置的原理框图；
图3是本发明实施例中锁相控制状态变化示意图；
图4是本发明实施例时钟同步的装置的应用环境示意图；
图5是本发明实施例时钟同步的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
在通信网络中，SDH(同步数字体系)是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。SDH是严格同步的，可以保证整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整。因此，可以将SDH网络的时钟作为通信系统中同步装置的一个辅助参考时钟，在不能从GPS系统获得时钟信号时，比如GPS系统出现故障或者本地的GPS接收机出现故障，为了减轻本地压控晶振的压力，可以使用从SDH网络的E1线路上恢复的时钟信号作为本地时钟同步的参考时钟，产生时钟同步信号，从而进一步提高通信系统中时钟同步的可靠性，进而提高系统的可靠性，降低同步系统对高稳晶振的要求，从而降低设备成本。
参照图2，是本发明实施例通信系统中时钟同步的装置的原理框图。
在该实施例中，所述装置包括：本地压控晶振200、GPS接收机201、第一鉴相器202、恢复时钟信号单元203、第二鉴相器204和控制单元205。其中：
本地压控晶振200，用于产生本地时钟信号；
GPS接收机201，用于接收GPS信号，并根据所述GPS信号产生主参考时钟信号；
第一鉴相器202，用于鉴别所述GPS接收机201产生的主参考时钟信号和本地压控晶振200产生的时钟信号的相位误差；
恢复时钟信号单元203，用于从E1线路上获取辅助参考时钟信号；
第二鉴相器204，用于鉴别所述恢复时钟信号单元203获取辅助参考时钟信号和本地压控晶振200产生的时钟信号的相位误差；
控制单元205，用于锁相控制，并对所述恢复时钟信号单元203获取的辅助参考时钟信号进行质量监测，使所述本地压控晶振200在所述主参考时钟信号正常时，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；在所述GPS信号故障时，根据监测结果使所述本地压控晶振200根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据自身产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
可以在控制单元205中预置锁相控制算法，比如，在所述主参考时钟信号正常时，将第一鉴相器202的输出作为锁相控制算法的输入，计算出对本地压控晶振200的控制值，利用该控制值控制本地压控晶振200的频率，使本地压控晶振200根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；在所述主参考时钟信号故障(比如GPS系统故障或者GPS接收机故障或者线路故障)时，根据对所述恢复时钟信号单元203获取的辅助参考时钟信号的质量监测结果，选用第二鉴相器204的输出作为锁相控制算法的输入，计算出对本地压控晶振200的控制值，利用该控制值控制本地压控晶振200，使所述本地压控晶振200根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据自身产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
可以根据图3所示锁相状态变化示意图生成所述锁相控制算法。
图3中各状态描述如下：
S1：初始化状态，完成相关软件硬件初始化。
S2：捕获GPS状态，本地锁相环正在捕获GPS接收机输出的主参考时钟信号。
S3：跟踪GPS状态，本地锁相环正在跟踪GPS接收机输出的主参考时钟信号。
S4：跟踪E1状态，本地锁相环正在跟踪E1线路上恢复的辅助参考时钟信号。
S5：晶振保持状态，本地锁相环不对本地压控晶振进行控制，让本地压控晶振自由震荡。
S6：保持超时状态，基站同步时钟系统已经无法恢复准确时钟。
其中状态切换条件如下：
1.初始化完成后，GPS接收机输出的主参考时钟信号可用；
2.本地锁相环路已经捕获上GPS接收机输出的主参考时钟信号；
3.GPS接收机输出的主参考时钟信号不可用，E1恢复的辅助参考时钟信号可用；
4.GPS接收机输出的主参考时钟信号可用；
5.在保持时间内，GPS接收机输出的主参考时钟信号可用；
6.GPS接收机输出的主参考时钟信号不可用，E1恢复的辅助参考时钟信号不可用；
7.在保持时间内，E1恢复的辅助参考时钟信号可用；
8.E1恢复的辅助参考时钟信号不可用；
9.在晶振保持状态超过一定时间；
10.在保持超时状态下，GPS接收机输出的主参考时钟信号可用。
在本发明实施例时钟同步的装置中，控制单元205通过控制总线分别与第一鉴相器202和第二鉴相器204相连，控制单元205负责其他各单元的初始化、E1恢复时钟质量的监测、锁相控制算法等。
需要说明的是，图2仅是本发明实施例通信系统中时钟同步的装置的一种原理性示意图，本技术领域人员可以理解，在实际应用中，根据需要，其具体结构及组成单元还可以有一定的变化。
比如，在本地压控晶振200输出脉冲信号到第一鉴相器202和第二鉴相器204之前，可能还需要对本地压控晶振200输出的脉冲信号进行分频，也就是说，在本地压控晶振200和第一鉴相器202和第二鉴相器204的输入端之间还可以包括一个或多个分频器(图中未示)。
再比如，控制单元205计算得到的对本地压控晶振200的控制量是个数字量，在将其输出到本地压控晶振200前，还需要对其进行数/模转换，也就是说，在本地压控晶振200和控制单元205之间还可以包括一个数/模转换器(图中未示)。
本发明实施例时钟同步的装置可以应用于通信系统的Node B中，如图4所示，Node B和RNC(无线网络控制器)分别通过Iub接口与SDH网络相连。
在具体应用时，所述恢复时钟信号单元203可以采用现有的E1线路时钟恢复芯片，其不仅可以从E1线路上恢复出时钟信号，而且能够指示恢复的时钟信号是否在锁定状态或在保持状态。
为了进一步保证E1线路上恢复出的时钟信号的质量，可以通过高层信息获得上一级时钟的状态，即RNC网元的时钟状态。
为此，在图2所示实施例的装置中，还可进一步包括上级时钟状态获取单元206，用于获取上级网元时钟状态。
在实际应用时，当RNC时钟状态发生变化时，通过高层消息通知基站，基站的时钟同步装置根据基站收到的高层消息得到RNC网元时钟状态，结合E1线路时钟恢复芯片给出的指示，可以知道E1线路时钟恢复是否同步SDH网络。只有RNC网元时钟锁定在SDH网络主钟，并且E1线路时钟恢复芯片指示锁定时，才进行E1恢复时钟的监测，从而可以保证信号单元203从E1线路上获取的参考时钟信号的可靠性。
如果本地压控晶振200输出频率的短期稳定性很好，而E1线路上恢复出的辅助参考时钟信号发生抖动或质量下降时，所述辅助参考时钟信号的短期稳定性会较差。因此，为了进一步确定从E1线路上恢复出的辅助参考时钟信号的时钟信号质量，保证通信系统时钟同步信号的精度，还可以以本地压控晶振200为参考，通过对第二鉴相器204输出的相位误差处理，估计出从E1线路上恢复出的辅助参考时钟信号是否可用。具体地，可以从以下两个方面来处理：
1.根据相位突变监测
如果所述辅助参考时钟信号在短时间内发生相位的突变，本地压控晶振不需要跟踪，因为所述辅助参考时钟信号作为基站时钟同步系统的辅助参考时钟只能提供频率信息，并不能提供时间信息，即本地时钟需要跟踪的是所述辅助参考时钟的频率而不是相位。
因此，可以对第二鉴相器204输出的相位误差进行多种长度滑动平均，然后进行相应的门限比较，只要超出任意一个门限值则认为所述辅助参考时钟信号发生相位的突变。比如，进行四种长度滑动平均：1点滑动平均，相位门限值为Ph1；4点滑动平均，相位门限值为Ph2；16点滑动平均，相位门限值为Ph3；64点滑动平均，相位门限值为Ph4。只要任一种长度滑动平均的平均值超过预定的对应该种长度滑动平均的相位误差门限值，则确定所述辅助参考时钟信号发生相位的突变。
2.根据频率突变监测
如果所述辅助参考时钟信号在短时间内发生频率的突变，本地压控晶振也不需要跟踪，因为所述辅助参考时钟信号作为基站时钟同步系统的辅助参考时钟，频率突变说明时钟质量发生问题，所以不能跟踪。
因此，可以对第二鉴相器204输出的相位误差的微分，得到频率误差，对频率误差进行多种长度滑动平均，然后进行相应的门限比较，只要超出任意一个门限值则认为E1恢复时钟发生频率的突变。比如，进行四种长度滑动平均：1点滑动平均，频率门限值为Fr1；4点滑动平均，频率门限值为Fr2；16点滑动平均，频率门限值为Fr3；64点滑动平均，频率门限值为Fr4。只要任一种长度滑动平均的平均值超过预定的对应该种长度滑动平均的频率误差门限值，则确定所述辅助参考时钟信号发生频率的突变。
可见，本发明通信系统中时钟同步的装置，将GPS接收输出的PPS作为基站时钟同步的主参考源，将E1线路恢复时钟作为辅参考源，减小了参考时钟源失效的概率。进一步地，通过对E1恢复时钟质量的监测，去除了E1时钟发生相位和频率突变的情况，本地锁相环就不会去跟踪这种突变，保证了本地恢复时钟在锁定E1恢复时钟时的稳定性和准确性。
利用本发明实施例的装置，从SDH网络引入辅助参考时钟，可以为通信系统的同步时钟提供多重保护机制，从而延长了基站在卫星导航接收机的失效后的正常工作时间，增加了通信系统的可靠性。同时降低了基站同步系统对高稳晶振的要求，从而降低基站成本。
本发明实施例还提供了一种通信系统中时钟同步的方法，如图5所示，是该方法的实现流程，包括：
步骤501，根据接收的GPS信号产生主参考时钟信号，并从E1线路上获取辅助参考时钟信号；
步骤502，检测所述GPS信号是否正常；如果是，则执行步骤503；否则执行步骤504；
步骤503，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；
步骤504，根据所述辅助参考时钟信号的质量状态，选择根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据本地压控晶振产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
在本发明实施例中，可以对所述辅助参考时钟信号进行监测，在GPS信号异常时，根据对辅助参考时钟信号的监测结果来决定是否根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号。如果所述辅助参考时钟信号的质量状态满足预定要求，则根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号；否则根据本地压控晶振产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
在对所述辅助参考时钟信号进行监测时，可以参照上级网元时钟状态，以及所述辅助参考时钟信号自身的状态，确定所述辅助参考时钟信号的质量满足预定要求。
可以通过高层消息获得上级网元时钟状态，如果上级网元时钟状态锁定在SDH网络主时钟，并且所述辅助参考时钟信号也处于锁定状态，则可以确定所述辅助参考时钟信号的质量满足预定要求。
为了进一步保证本地恢复时钟在锁定E1恢复时钟时的稳定性和准确性，还可以进一步跟踪所述辅助参考时钟信号的相位或频率变化情况，如果所述辅助参考时钟信号发生相位的突变或频率的突变，则确定所述辅助参考时钟信号的质量不满足预定要求。具体过程可以参照前面的描述。
可见，本发明通信系统中时钟同步的方法，将GPS接收输出的PPS作为基站时钟同步的主参考源，将E1线路恢复时钟作为辅参考源，减小了参考时钟源失效的概率。进一步地，通过对E1恢复时钟质量的监测，去除了E1时钟发生相位和频率突变的情况，本地锁相环就不会去跟踪这种突变，保证了本地恢复时钟在锁定E1恢复时钟时的稳定性和准确性。
本发明实施例的方法，从SDH网络引入辅助参考时钟，可以为通信系统的同步时钟提供多重保护机制，从而延长了基站在卫星导航接收机的失效后的正常工作时间，增加了通信系统的可靠性。同时降低了基站同步系统对高稳晶振的要求，从而降低基站成本。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种通信系统中时钟同步的装置，其特征在于，包括：
本地压控晶振，用于产生本地时钟信号；
GPS接收机，用于接收GPS信号，并根据所述GPS信号产生主参考时钟信号；
第一鉴相器，用于鉴别所述GPS接收机产生的主参考时钟信号和本地压控晶振产生的时钟信号的相位误差；
恢复时钟信号单元，用于从E1线路上获取辅助参考时钟信号；
第二鉴相器，用于鉴别所述恢复时钟信号单元获取辅助参考时钟信号和本地压控晶振产生的时钟信号的相位误差；
控制单元，用于锁相控制，并对所述恢复时钟信号单元获取的辅助参考时钟信号进行质量监测，使所述本地压控晶振在所述主参考时钟信号正常时，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；在所述主参考时钟信号故障时，根据监测结果使所述本地压控晶振根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据自身产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
上级时钟状态获取单元，用于获取上级网元时钟状态；
所述控制单元根据所述上级网元时钟状态对所述恢复时钟信号单元获取的辅助参考时钟信号进行质量监测。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述控制单元还用于监测所述辅助参考时钟信号的相位或频率。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元通过控制总线分别与所述第一鉴相器和所述第二鉴相器相连。
5.一种通信系统中时钟同步的方法，其特征在于，包括：
根据接收的GPS信号产生主参考时钟信号，并从E1线路上获取辅助参考时钟信号；
在所述GPS信号正常时，根据所述主参考时钟信号产生本地时钟同步信号；
在所述GPS信号故障时，根据所述辅助参考时钟信号的质量状态，选择根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据本地压控晶振产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述辅助参考时钟信号进行质量监测，确定所述辅助参考时钟信号的质量状态；
所述选择根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号，或者根据本地压控晶振产生的时钟信号生成本地时钟同步信号包括：
如果所述辅助参考时钟信号的质量状态满足预定要求，则根据所述辅助参考时钟信号产生本地时钟同步信号；否则根据本地压控晶振产生的时钟信号生成本地时钟同步信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取上级网元时钟状态；
所述对所述辅助参考时钟信号进行质量监测，确定所述辅助参考时钟信号的质量状态包括：
如果所述上级网元时钟状态锁定在SDH网络主时钟，并且所述辅助参考时钟信号也处于锁定状态，则确定所述辅助参考时钟信号的质量满足预定要求。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定所述辅助参考时钟信号的质量状态还包括：
如果所述辅助参考时钟信号发生相位的突变或频率的突变，则确定所述辅助参考时钟信号的质量不满足预定要求。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述辅助参考时钟信号和本地压控晶振产生的时钟信号的相位误差进行多种长度滑动平均，如果任一种长度滑动平均的平均值超过预定的对应该种长度滑动平均的相位误差门限值，则确定所述辅助参考时钟信号发生相位的突变。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述辅助参考时钟信号和本地压控晶振产生的时钟信号的相位误差进行微分，得到频率误差；
对所述频率误差进行多种长度滑动平均，如果任一种长度滑动平均的平均值超过预定的对应该种长度滑动平均的频率误差门限值，则确定所述辅助参考时钟信号发生频率的突变。
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