CN102457956A - 一种基准时钟信号的获取方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基准时钟信号的获取方法和系统，其中，所述方法包括：GPS接收设备接收GPS卫星信号，产生TOD信号和1PPS信号，将电信号形式的所述TOD信号和1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给还原装置；所述还原装置接收光信号形式的TOD信号和1PPS信号，恢复成电信号形式的TOD信号和1PPS信号，并对电信号形式的1PPS信号进行补偿，将电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号。通过本发明，GPS天线的可安装距离因此扩大，且保证了GPS卫星信号的接收质量；而且光纤价格便宜，有利于降低GPS天线的架设成本。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种基准时钟信号的获取方法和系统。
背景技术
TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址，简称TD）网络是一个需要精确时间同步系统，目前绝大多数TD 基站的同步通过在每个基站安装GPS（Global Positioning System，全球定位系统）接收设备来实现同步。GPS接收设备通过接收若干颗卫星发出的信号，解算出位置信息和时间信息，发送日时间信号和秒脉冲信号到TD基站，基站以此为基准进行时间同步。
GPS接收设备一般分为GPS天线和接收机两部分，GPS天线需要架设在开阔的室外环境以保证信号接收，而接收机一般位于室内基站内，天线与接收机之间采用同轴电缆相连。实际TD基站中，因为环境或建筑等因素，有时需要将GPS天线架设在距离基站几百米甚至几公里之外的地方。如果采用同轴电缆进行这种远距离的信号传输，由于信号在线缆上的衰减非常大，造成接收端信号质量差，将严重影响系统的时间同步；且同轴线缆价格较高，不利于降低产品的成本，使产品在价格上失去竞争力。
发明内容
本发明要解决的技术问题提出一种基准时钟信号的获取方法和系统，以克服目前TD基站中需要远距离外接GPS天线时，而造成接收机信号质量差、安装成本高的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种基准时钟信号的获取方法，包括：
全球定位系统（GPS）接收设备接收GPS卫星信号，产生日时间（TOD）信号和秒脉冲（1PPS）信号，将电信号形式的所述TOD信号和1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给还原装置；
所述还原装置接收光信号形式的TOD信号和1PPS信号，恢复成电信号形式的TOD信号和1PPS信号，并对电信号形式的1PPS信号进行补偿，将电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号。
优选地，上述方法具有以下特点：
所述还原装置利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的1PPS信号进行补偿。
优选地，上述方法具有以下特点：
所述还原装置第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之后，向所述GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻Ta；
所述GPS接收设备返回光纤时延测量应答消息，其中携带Tc和Tb的差值，其中，Tc为发送所述光纤时延测量应答消息的时刻，Tb为接收到所述光纤时延测量消息的时刻；
所述还原装置记录接收到所述光纤时延测量应答消息的时刻Td，计算所述时延测量值为((Td-Ta）- (Tc-Tb))/2。
优选地，上述方法具有以下特点：
所述转换时延为将电信号形式的1PPS信号到转换成光信号并发出的时延，由所述GPS接收设备发送消息告知所述还原装置。
优选地，上述方法具有以下特点：
所述还原装置为时分同步码分多址基站。
为了解决上述问题，本发明提供一种基准时钟信号的获取系统，包括依次相连的GPS接收设备、光纤和还原装置，
所述GPS接收设备用于接收GPS卫星信号，产生TOD信号和1PPS信号，并将电信号形式的所述TOD信号和1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给所述还原装置；
所述还原装置用于接收光信号形式的TOD信号和1PPS信号，恢复成电信号形式的TOD信号和1PPS信号，并对电信号形式的1PPS信号进行补偿，将电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号。
优选地，上述系统具有以下特点：
所述还原装置进一步用于利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的1PPS信号进行补偿。
优选地，上述系统具有以下特点：
所述还原装置进一步用于第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之后，向所述GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻Ta；以及，记录接收到所述光纤时延测量应答消息的时刻Td，计算所述时延测量值为((Td-Ta）- (Tc-Tb))/2；其中，所述光纤时延测量应答消息中携带Tc和Tb的差值，Tc为GPS接收设备发送所述光纤时延测量应答消息的时刻，Tb为GPS接收设备接收到所述光纤时延测量消息的时刻；
所述GPS接收设备进一步用于向所述还原装置发送光纤时延测量应答消息，其中携带Tc和Tb的差值。
优选地，上述系统具有以下特点：
所述GPS接收设备进一步用于向所述还原装置发送消息，告知所述转换时延。
优选地，上述系统具有以下特点：
所述还原装置为时分同步码分多址基站。
本发明的有益效果是：由于本发明中，将室外GPS接收设备的GPS时间信号转换成光信号，通过光纤传输到室内基站，这使得在信号传输过程中，信号衰减小，抗干扰能力强，适合远距离传输，GPS天线的可安装距离因此扩大，克服了因地形、环境等不利因素造成的GPS卫星信号差、GPS天线安装不便等问题，保证了GPS卫星信号的接收质量；并且光纤价格便宜，长距离的光纤价格远低于同轴电缆，有利于降低GPS天线的架设成本。
附图说明
图1为本发明实施例的TD基站获取基准时钟信号的流程图。
图2为本发明实施例的光纤时延测量示意图。
图3 为本发明实施例的1PPS信号的恢复过程示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是，用光纤实现GPS时钟信号的传输，并在接收端恢复出精准的基准时钟信号，以用于时间同步。
具体地，GPS接收设备接收GPS信号，产生TOD（Time Of Day，日时间）信号和1PPS（1 Pulse Per Second，秒脉冲）信号，将电信号形式的所述TOD信号和1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给还原装置；所述还原装置接收光信号形式的TOD信号和1PPS信号，恢复成电信号形式的TOD信号和1PPS信号，并对电信号形式的1PPS信号进行补偿，将电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号。
该电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号，可用于时间同步。
虽然本发明是针对TD基站出现的问题提出的，但是，同样可以适用于其他需要精确基准时钟信号的情况，所以，上述还原装置可以是TD基站，也可以是其他类型的基站或者其他需要精确基准时钟信号的装置或系统。
由于传输距离远，且进行了光电转换，还原装置接收到的1PPS信号与原始的1PPS信号有一定的时延误差，该时延包括两个部分：一部分是将1PPS信号到转换成光信号并发出的转换时延，该时延值由电子器件的硬件特性决定，一般较为固定，可由GPS接收设备自行发送消息告知还原装置；另一部分是光纤传输线路时延，该时延可通过光纤时延测量消息测出。
当还原装置第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之后，向所述GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻Ta；
所述GPS接收设备返回光纤时延测量应答消息，其中携带Tc和Tb的差值，其中，Tc为发送所述光纤时延测量应答消息的时刻，Tb为接收到所述光纤时延测量消息的时刻；
所述还原装置记录接收到所述光纤时延测量应答消息的时刻Td，计算所述时延测量值为((Td-Ta）- (Tc-Tb))/2。
还原装置如果没有接收到光纤时延测量应答消息，则周期性发送该光纤时延测量消息，直到接收到光纤时延测量应答消息。
GPS接收设备通常是在第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之后，发送光纤时延测量消息，但实际应用时，也可以在收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之前，即发送该光纤时延测量消息，或者，周期性地（可较长时间发送一次）发送光纤时延测量消息，以经常矫正该时延测量值。
还原装置得到上述两个时延值后，将两个时延值相加，然后利用锁相环对1PPS信号进行时延补偿，从而得到精准的原始1PPS信号。补偿后的1PPS信号和TOD信号输出即可作为基准时钟信号，用于时间同步。
下面结合附图，以一具体的实施例详细说明本发明。在该实施例中，还原装置为TD基站，当然，如上所述，本发明并不限于此。
如图1所示，TD基站获取基准时钟信号包括如下步骤：
步骤101，室外的GPS接收设备接收GPS卫星信号，经过解算产生TOD信号和1PPS信号；
其中，GPS接收设备属于成熟产品，种类较多，可选用较常用的、精确度高的GPS模块，用于输出时钟信号；
GPS接收设备产生的时钟信号分为TOD和1PPS两路信号，其中1PPS信号是基站用于同步的基准信号，对其准确性要求非常严格，误差不得大于100ns；
步骤102，GPS接收设备通过电光转换模块将该TOD信号和1PPS信号转换成光信号，通过光纤将光信号输出到TD基站；
其中，光纤可采用普通的单模光纤；
本步骤中，GPS接收设备（发送方）可以采用某种协定的方法对待发送的数据进行编码、组帧，转换成比特流发送出去；
步骤103，TD基站的光接口板将光信号恢复成原始电信号形式的TOD信号和1PPS信号；
本步骤中，TD基站（接收方）将比特流转换成码组，再解码，恢复成原始数据；
在步骤102和步骤103中，发送方的电光转换和接收方的光电转换已有标准的物理特性规范，可采用常见的集成电路模块实现；
步骤104，TD基站向GPS接收设备发送光纤时延测量消息，如果收到GPS接收设备的时延测量信号应答消息，则结束测量，否则，周期性发送时延测量信号；
由于对1PPS信号要求非常严格，误差不得大于100ns，因此，在恢复该信号过程中需采用特殊处理以消除传输过程所造成的延时误差。
由于传输距离远，且进行了光电转换，基站接收到的1PPS信号与原始的1PPS信号有一定的时延误差，该时延包括两个部分：一部分是将1PPS信号到转换成光信号发出的转换时延，该时延值由电子器件的硬件特性决定，一般较为固定，由GPS接收设备自行发送消息告知基站；另一部分是光纤传输线路时延，该时延可通过光纤时延测量消息测出。
因此，光纤的时延测量对于保证信号的精确性非常重要。线路时延测量的消息分为两种，一种是基站发给GPS接收设备的消息(Delay_meas_bs)，可称为光纤时延测量消息，另一种是GPS接收设备发给基站的消息(delay_meas_bd)，可称为光纤时延测量应答消息。其中delay_meas_bd 消息包含一个DelayTime字段，表示GPS接收设备收到Delay_meas_bs消息的第一个比特与发出delay_meas_bd消息的第一个比特之间的时间差。
测量光纤时延的过程是通过Delay_meas_bs和delay_meas_bd消息交互实现的。如图2所示，首先基站发送Delay_meas_bs消息，并记录发送时刻时间Ta；GPS接收设备收到Delay_meas_bs消息，并记录收到时刻Tb；GPS接收设备再发送delay_meas_bd消息，记录Tc，同时将Tc-Tb的时间间隔填到delay_meas_bd的DelayTime域；基站接着收到delay_meas_bd消息，并记录收到时刻时间Td。基站可以通过公式Delay=（Tb-Ta+Td-Tc）/2=(（Td-Ta）- (Tc-Tb）)/2，计算出线路时延（双向的光纤需要等长，否则会引入测量误差）。延时测量中用来记录时间所用的计时频率应当优于50ppm，即<50ppm。GPS接收设备侧，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。
步骤105，时延测量成功后，TD基站将上述两个时延值相加，TD基站利用本地锁相环（PLL），对1PPS信号进行补偿；补偿后的1PPS信号和TOD信号即可作为基准时钟信号，发送给时间同步系统进行时间同步，如图3所示。
需要说明的是，上述步骤104并不是每次都执行，而是通常在TD基站第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号执行，测量结束后不再重复进行。当然，也可以在收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之前，即发送该光纤时延测量消息，或者，周期性地（可较长时间发送一次）发送光纤时延测量消息，以经常矫正该时延测量值。而步骤101～103、105为顺序执行步骤，通常每秒钟执行一次（即每秒钟传输一次TOD信号和1PPS信号）。
本发明实施例的基准时钟信号的获取系统，包括依次相连的GPS接收设备、光纤和还原装置，
所述GPS接收设备用于接收GPS信号，产生TOD信号和1PPS信号，将电信号形式的所述TOD信号和1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给所述还原装置；
所述还原装置用于接收光信号形式的TOD信号和1PPS信号，恢复成电信号形式的TOD信号和1PPS信号，并对电信号形式的1PPS信号进行补偿，将电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号。
优选地，所述还原装置进一步用于利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的1PPS信号进行补偿。
优选地，所述还原装置进一步用于第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之后，向所述GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻Ta；以及，记录接收到所述光纤时延测量应答消息的时刻Td，计算所述时延测量值为((Td-Ta）- (Tc-Tb))/2；其中，所述光纤时延测量应答消息中携带Tc和Tb的差值，Tc为GPS接收设备发送所述光纤时延测量应答消息的时刻，Tb为GPS接收设备接收到所述光纤时延测量消息的时刻；所述GPS接收设备进一步用于向所述还原装置发送光纤时延测量应答消息，其中携带Tc和Tb的差值。
优选地，所述GPS接收设备进一步用于向所述还原装置发送消息，告知所述转换时延。
优选地，所述还原装置为TD基站。
使用本发明，可以获取精确的时间同步信号，以保证时间同步系统的运行，同时摆脱了地形、建筑等外界环境因素对GPS天线架设的限制，使得GPS天线的可架设范围显著增大，降低了施工难度，节约了安装成本。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基准时钟信号的获取方法，包括：
全球定位系统（GPS）接收设备接收GPS卫星信号，产生日时间（TOD）信号和秒脉冲（1PPS）信号，将电信号形式的所述TOD信号和1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给还原装置；
所述还原装置接收光信号形式的TOD信号和1PPS信号，恢复成电信号形式的TOD信号和1PPS信号，并对电信号形式的1PPS信号进行补偿，将电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述还原装置利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的1PPS信号进行补偿。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述还原装置第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之后，向所述GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻Ta；
所述GPS接收设备返回光纤时延测量应答消息，其中携带Tc和Tb的差值，其中，Tc为发送所述光纤时延测量应答消息的时刻，Tb为接收到所述光纤时延测量消息的时刻；
所述还原装置记录接收到所述光纤时延测量应答消息的时刻Td，计算所述时延测量值为((Td-Ta）- (Tc-Tb))/2。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述转换时延为将电信号形式的1PPS信号到转换成光信号并发出的时延，由所述GPS接收设备发送消息告知所述还原装置。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的方法，其特征在于，
所述还原装置为时分同步码分多址基站。
6.一种基准时钟信号的获取系统，包括依次相连的GPS接收设备、光纤和还原装置，
所述GPS接收设备用于接收GPS卫星信号，产生TOD信号和1PPS信号，并将电信号形式的所述TOD信号和1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给所述还原装置；
所述还原装置用于接收光信号形式的TOD信号和1PPS信号，恢复成电信号形式的TOD信号和1PPS信号，并对电信号形式的1PPS信号进行补偿，将电信号形式的TOD信号和补偿后的1PPS信号作为基准时钟信号。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述还原装置进一步用于利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的1PPS信号进行补偿。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述还原装置进一步用于第一次接收到光信号形式的TOD信号和1PPS信号之后，向所述GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻Ta；以及，记录接收到所述光纤时延测量应答消息的时刻Td，计算所述时延测量值为((Td-Ta）- (Tc-Tb))/2；其中，所述光纤时延测量应答消息中携带Tc和Tb的差值，Tc为GPS接收设备发送所述光纤时延测量应答消息的时刻，Tb为GPS接收设备接收到所述光纤时延测量消息的时刻；
所述GPS接收设备进一步用于向所述还原装置发送光纤时延测量应答消息，其中携带Tc和Tb的差值。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述GPS接收设备进一步用于向所述还原装置发送消息，告知所述转换时延。
10.如权利要求6～9中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述还原装置为时分同步码分多址基站。
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