发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种通信系统以及利用光纤传输时钟同步信号的方法,以克服目前TD基站中利用金属电缆远距离传输时钟信号而造成信号质量差、传输成本高的问题。
为了解决上述问题,本发明提出了一种通信系统,包括时钟信号源、基站、以及连接于时钟信号源和基站的光纤链路;
所述时钟信号源,用于产生时钟同步信号,将时钟同步信号组帧后进行电光转换生成光信号,将光信号通过光纤链路发送给基站;
所述基站,用于接收所述光信号,进行光电转换恢复出电信号,对所述电信号进行解包获取时钟同步信号。
所述基站,还用于测量计算获得时延信息,根据所述时延信息对所获得的时钟同步信号进行校正。
所述时钟信号源,包括:
信号生成模块,用于产生时钟同步信号,所述时钟同步信号包括秒脉冲信号(1PPS)和日时间信号(TOD);
信号转换模块,用于根据秒脉冲信号组帧生成同步消息帧(PPS_SYN),用于根据日时间信号组帧生成应用层消息帧(APP_Frame);
电光转换模块,用于将同步消息帧和应用层消息帧转换为光信号,并通过光纤发送到基站。
所述基站包括:
光电转换模块,用于接收光信号,进行光电转换获取同步消息帧和应用层消息帧;
信号恢复模块,用于根据同步消息帧(PPS_SYN)恢复获得1PPS信号,用于根据应用层消息帧(APP_Frame)恢复获得日时间信号;
时延测量模块,用于触发光纤时延测量消息并计算获得时延信息;
信号校正模块,用于根据所述时延信息对所述秒脉冲信号进行校正。
所述时延信息包括同步消息帧的转换时延值和光纤传输时延值。
本发明还提供一种利用光纤传输时钟同步信号的方法,包括:
时钟信号源对时钟同步信号进行组帧为信号帧,将所述信号帧进行电光转换为光信号,通过光纤传输给基站;
基站接收光信号,进行光电转换得到信号帧,从信号帧解包获得时钟同步信号。
所述方法进一步包括:基站进行光纤时延测量,根据获取的时延信息对时钟同步信号进行校正。
所述时钟同步信号包括秒脉冲信号(1PPS)和日时间信号(TOD),所述时钟信号源根据秒脉冲信号组帧生成同步消息帧(PPS_SYN),根据日时间信号组帧生成应用层消息帧(APP_Frame);
所述时钟信号源将秒脉冲信号转换为同步消息帧后立即发出,每秒一帧,在发出同步消息帧后的1毫秒之后开始传输应用层消息帧,并在500毫秒内传输完毕。
所述时延信息包括同步消息帧的转换时延值和光纤传输时延值;所述基站从所接收的同步消息帧中获得同步消息帧的转换时延;所述基站进行时延测量时,是在接收到秒脉冲信号后,向时钟信号源发送光纤时延测量信号请求进行时延测量以获得光纤传输时延值。
本发明的利用光纤传输时钟信号的技术方案中,时钟信号源将日时间(TOD)和秒脉冲(1PPS)同步信号转换成光信号,通过光纤传输给基站,相比采用金属电缆传输时钟信号,在信号传输过程中信号衰减小,抗干扰能力强,使得传输距离可大大增加;同时,本发明还采用了光纤时延测量技术,利用测量计算获得的时延信息对时钟同步信号进行校正,保证了时钟信号的精准性;并且光纤价格便宜,长距离的光纤价格远低于同轴线缆,有利于降低传输成本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
为了在精确时间同步系统中实现远距离传输时钟同步信号,特别是在TD-SCDMA系统中实现室外GPS接收机到基站之间时钟信号的传输。本发明的通信系统以及利用光纤传输时钟同步信号的方法中,采用光纤实现时钟信号的传输,并在接收端恢复出原始精准的时钟信号,以用于时间同步。
如图1所示,本发明的通信系统,包括:时钟信号源、基站、以及连接于时钟信号源和基站的光纤链路;其中,
所述时钟信号源,用于产生时钟同步信号,将时钟同步信号组帧后进行电光转换生成光信号,将光信号通过光纤链路发送给基站;
所述基站,用于接收所述光信号,进行光电转换恢复出电信号,对所述电信号进行解包获取时钟同步信号。
所述基站,还用于测量计算获得时延信息,根据所述时延信息对所获得的时钟同步信号进行校正。
所述时钟信号源,包括:
信号生成模块,用于产生时钟同步信号,所述时钟同步信号包括秒脉冲信号(1PPS)和日时间信号(TOD);
信号转换模块,用于根据秒脉冲信号组帧生成同步消息帧(PPS_SYN),用于根据日时间信号组帧生成应用层消息帧(APP_Frame);
电光转换模块,用于将同步消息帧和应用层消息帧转换为光信号,并通过光纤发送到基站。
所述信号生成模块可以是GPS接收机或北斗接收机,也可以是基站,本发明的时钟同步方案可应用在GPS或北斗接收机与室内基站之间的时钟信号传输;也可用在两个基站之间进行点对点的1PPS+TOD时钟信号传输。例如GPS接收机通过多个卫星信号解算出日时间,然后输出TOD信号,从而可以产生时钟同步信号。传统做法是信号生成模块通过接收外部信号,产生TOD和1PPS信号,将时钟同步信号作为电信号,通过金属线缆进行传输;本发明中,则增加了信号转换模块、电光转换模块,将电信号转换为光信号传输。从而可以提高信号质量,减小时延及信号损耗,从而可以保证时钟信号质量。
所述基站包括:
光电转换模块,用于接收光信号,进行光电转换获取同步消息帧和应用层消息帧;
信号恢复模块,用于根据同步消息帧(PPS_SYN)恢复获得1PPS信号,用于根据应用层消息帧(APP_Frame)恢复获得日时间信号;
时延测量模块,用于触发光纤时延测量消息并计算获得时延信息;时延信息包括同步消息帧的转换时延值和光纤传输时延值;进行时延测量时,是在接收到秒脉冲信号后,向时钟信号源发送光纤时延测量消息请求进行时延测量,从而计算获得光纤传输时延值;从所接收的同步消息帧中获得同步消息帧的转换时延;
信号校正模块,用于根据所述时延信息对所述秒脉冲信号进行校正。
本发明的一种采用光纤传输时钟同步信号的方法,包括如下步骤:
步骤1:时钟信号源将1PPS信号和TOD信号分别组成特定格式的信号帧;
步骤2:电光转换模块将TOD和1PPS信号帧转换成光信号,通过光纤输出到基站(例如TD基站);
步骤3:基站接收到1PPS帧信号后,由时延测量模块向时钟信号源发送光纤时延测量信号请求进行光纤时延测量,如果收到时延测量信号应答,则计算光纤传输时延值并结束测量,否则,周期性发送时延测量信号;
步骤4:时延测量成功后,光电转换模块将TOD信号和1PPS信号恢复成电信号,再利用信号校正模块根据光纤时延测量值和1PPS信号的转换时延值对输入的1PPS信号进行时延补偿,恢复成原始精准的1PPS信号。
由于在同一路光纤中需要传输多种信号,因此对不同信号采用不同的帧格式进行发送,以使得接收端能够正确分离出原始信号。所述信号转换模块,将1PPS时钟信号和TOD时钟信号进行组帧时,可定义如下三类消息帧,作为在光纤上传输的消息帧格式。
第一种,PPS_SYN同步消息帧
PPS_SYN同步消息帧用来标记1PPS信号,由8B/10B编码中的K28.5+D21.5+DelayTime构成。其中DelayTime表示帧头K28.5的第一个比特发出时刻与原始1PPS信号上升沿之间的时延值,即转换时延值,由4字节构成,单位ns。具体帧格式如图2所示。
第二种,APP_Frame消息帧
APP_Frame帧定义为应用层消息帧,用于承载收发双方之间的各种交互消息。帧格式如图3所示,分为帧头(K27.7)、载荷(Payload)和帧尾(K29.7)三部分,其中载荷段可填充原始的TOD消息,也可为收发双方协定的任意其他消息。
第三种,IDLE_SYN空闲帧
当光纤线路上无需传输消息时,需周期性传递IDLE_SYN空闲消息帧,以保证收发双方的字节同步。空闲帧由8B/10B编码中的K28.1+D10.2构成,帧格式如图4所示。
所述时钟信号源在将原始1PPS信号转换成PPS_SYN消息帧后立即发出,每秒一帧。时钟信号源到基站方向的APP_Frame消息帧应在PPS_SYN发送后1ms后开始传输,并在500ms内传输完毕,发送时序如图5所示。对于基站至时钟信号源方向的APP_Frame消息帧则无时序要求。
由于传输距离较远,时钟信号在光纤线路上存在光纤传输时延,因此需要进行光纤时延测量。光纤时延测量消息分为两种,一种是基站发给时钟信号源的消息(Delay_meas_bs),其帧格式为K28.5+D2.2;另一种是时钟信号源发给基站的消息(delay_meas_bd),其帧格式为K28.5+D2.2+DelayTime,其中DelayTime表示时钟信号源收到Delay_meas_bs消息中的K28.5的第一个比特与发出delay_meas_bd消息K28.5的第一个比特之间的时间差。
基站的时延测量模块,进行时延测量的流程如图6所示,包括:
首先,基站向时钟信号源发送Delay_meas_bs消息,并记录发送时刻时间Ta;
所述时钟信号源收到Delay_meas_bs消息,并记录收到时刻Tb;
所述时钟信号源再向基站发送delay_meas_bd消息,记录发送时刻Tc,同时将Tc-Tb的时间间隔填到delay_meas_bd的DelayTime的域中;
基站接着收到时钟信号源发送的delay_meas_bd消息,并记录收到时刻时间Td。
基站的时延测量模块可以通过公式Delay=(Tb-Ta+Td-Tc)/2=((Td-Ta)-(Tc-Tb))/2,计算出光纤传输时延值(双向的光纤需要等长,否则会引入测量误差)。
在时延测量中用来记录时间所用的计时频率应当优于50ppm,即<50ppm。时钟信号源侧,Tc-Tb的时延值DelayTime应当小于100us,否则基站视为无效值。DelayTime准确度应当小于20ns。
基站在收到PPS_SYN消息帧后立即在本地产生一个1PPS信号,但该1PPS信号与原始的1PPS信号存在时延,该时延包括两个部分:一部分是原始1PPS信号与光纤上发出PPS_SYN消息帧之间的转换时延,即PPS_SYN消息中的DelayTime值;另一部分是光纤传输时延,该时延值可通过光纤时延测量得出。
基站的信号校正模块将PPS_SYN消息帧中的DelayTime的值,加上测量出的光纤时延值,即可计算出本地1PPS信号与原始的1PPS信号的时延差,利用超前补偿电路可精确地恢复出原始的1PPS信号。本发明可应用于多种时钟源同步方式之中:可应用于GPS或北斗接收机与室内基站之间信号传输;也可用在两个基站之间进行点对点的1PPS+TOD时钟信号传输。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。