CN103580767A - 一种无线通信网时钟同步方法、装置及网元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信网时钟同步方法、装置及网元。其中该方法包括：接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测；当所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与所述上游网元的时钟进行同步。本发明通过在无线通信网络的时钟信号中加入定时质量标记，采用该定时质量标记对上游网元的时钟的质量等级进行判断，只有在上游网元时钟质量等级满足设定要求时，才采用该上游网元的时钟进行同步，这样，可以准确地同步时钟，避免出现本地的高级时钟被外部的低级时钟同步的情形，且可以快速实现参考时钟源的倒换。

Description

一种无线通信网时钟同步方法、装置及网元

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信网时钟同步方法、装置及网元。

背景技术

网络同步与定时是无线通信系统的重要技术，要保证网络质量，必须使系统的时钟质量达到规定的标准。由于无线通信网通常要依赖传送网来实现定时传送，在传统TDM传输组网情况下，基站可以从TDM的E1/T1链路中恢复同步时钟信号（也可以从STM-N线路时钟提取定时），满足基站参考时钟的要求，构成无线通信网的业务通道及同步定时链路；随着无线网络的传输部分由TDM向基于分组的IP架构发展，对网络时钟同步也提出新的要求。

如图1所示，GSM网的移动交换机（MSC）-基站控制器（BSC）-基站（BTS）网络结构一般是星型结构。MSC时钟一般来自于大楼综合定时(供给)系统（Building Integrated Timing(Supply)System，BITS）。GSM系统时钟方向是从MSC→BSC→BTS→MS。除了BTS与MS之间采用无线信道传递时钟外，其余部分均采用有线方式传递时钟。MSC到BSC的时钟传递规划比较简单，即从上游到下游。但BSC至BTS之间的网络结构不完全是星型，例如为了网络的安全性，经常采用环网的结构，即多个BTS串联之后与BSC形成环形网，这种方式增加了业务的安全性，但给定时规划增加了难度。

GSM系统各级网元之间连接，一般需要通过同步数字体系（SynchronousDigital Hierarchy，SDH）传输系统来实现，同时将上游的同步定时信号传递到下游网元，并实现网同步。

为了保证基站和基站控制器的时钟质量，目前采用的技术手段主要是集中在BSS（包括BSC、BTS等）的时钟模块，该模块一般包括鉴频鉴相器、模数转换器、数字滤波器、数控振荡器、分频器等单元或电路。一般处理步骤是：首先由鉴频鉴相器检测出参考时钟和分频时钟的相位差，通过模数转化器将该偏差转换为数字量，再经由数字滤波器过滤高频扰动等形成控制字，并用控制字来调控数控振荡器的信号频率，进而分频形成负反馈，并再一次检测相位差------通过这种不断的循环往复，测量出其与参考时钟的频率偏差，换算为基站晶振时钟偏差，并通过基站晶振偏置电压修正，使基站晶振的输出时钟、载波频率频偏与参考时钟一致。对于符合设计要求的时钟信号进行锁定跟踪，达到同步的目的；而对于偏离设计要求的时钟参考源则予以舍弃，改用内部时钟（改为时钟的保持或自由振荡状态）。

按照目前通用的无线通信系统时钟处理机理，要求在每个无线通信网节点设备上都要具有高精度的时钟检测功能和装置。以时钟频率精度为例，标准规定要优于0.05ppm，实际该值在0.001ppm以上，要求检测手段的精度要达到更高的精度水平，远远超出一般通信仪表的测试精度（0.1ppm）。要达到如此高的精度要求，各制造厂家通常采用的设计方案是基于默认内部时钟为基准，并通过检测该基准与输入时钟的偏差，来判断参考时钟的质量。这种机制与基站应该经常性跟踪锁定参考时钟，且参考时钟精度通常要高于基站内部时钟精度（高出数个数量级）的现实是明显相悖的。

更为重要的是，仅仅靠检测参考时钟的质量，不能全面了解时钟信号的更多信息，如上游时钟的编号、质量等级，可用状态等。由于在每个重要无线网络节点设备上，一般都设有多个时钟源可供选择，如GPS、线路时钟、内部时钟等。每个网元时钟源倒换的依据和顺序是根据本网元预先配置好的优先级进行的，与其他网元的配置无关。因为倒换的信息不能传递给其他相关网元，因此不能控制整个系统的时钟状态协调变化，考虑不周便会引起整个系统的混乱。

目前的无线通信网络时钟处理机制，存在一定的局限或不足:

1、可能出现本地的时钟被外部的低级时钟同步的情况

2、难以实现多个线路时钟的自动保护功能；

3、无线通信网不能设计自动切换的备用线路时钟，其可靠性和可用性受到较大影响。

发明内容

为了解决现有技术中无线通信网时钟同步机制不准确，避免出现本地的高级时钟被外部的低级时钟同步的现象，本发明提出一种无线通信网时钟同步方法、装置及系统。

本发明的一个方面，提供一种无线通信网时钟同步方法，包括：接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测；当所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与所述上游网元的时钟进行同步。

本发明的另一个方面，提供一种时钟同步装置，包括：接收模块，用于接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；时钟质量检测模块，用于根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测；同步模块，用于当所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与所述上游网元的时钟进行同步。

本发明的另一个方面，提供一种网元，其特征在于，包括时钟同步装置，用于接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测；当所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与所述上游网元的时钟进行同步。

本发明的无线通信网时钟同步方法、装置及系统，通过在无线通信网络的时钟信号中加入定时质量标记，采用该定时质量标记对上游网元的时钟的质量等级进行判断，只有在上游网元时钟质量等级满足设定要求时，才采用该上游网元的时钟进行同步，这样，可以准确地同步时钟，避免出现本地的高级时钟被外部的低级时钟同步的情形，且可以快速实现参考时钟源的倒换。

附图说明

图1是GSM网络结构示意图；

图2是本发明无线通信网时钟同步方法实施例的流程示意图；

图3是本发明时钟质量检测的具体流程示意图；

图4是本发明时钟同步装置实施例的结构示意图；

图5是本发明时钟质量检测模块实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明通过在无线通信网传输的时钟信号中加入定时质量标记，该定时质量标记用于代表时钟质量等级，网元根据上游网元或备用网元的定时质量标记获知其时钟质量等级，以判断是否选择其作为参考时钟并进行时钟同步。

以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图2所示，本发明无线通信网时钟同步方法实施例具体包括以下步骤：

步骤202，接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；

步骤204，根据包含定时质量标记的时钟信号判断上游网元的时钟质量是否符合预先设定的要求，如果是，执行步骤206，如果否，执行步骤208；

步骤206，当上游网元的时钟质量达到预定要求时，将本网元的时钟与上游网元的时钟进行同步；

步骤208，舍弃该上游网元的时钟。

如图3所示，步骤204具体包括：

步骤302，从时钟信号中解析出上游网元的定时质量标记；

步骤304，根据上游网元的定时质量标记所代表的时钟质量等级与预设的第一阈值进行比较，判断上游网元的时钟质量等级是否达到预设的第一阈值；如果是，执行步骤306，如果否，执行步骤312；

步骤306，根据上游网元的时钟信号检测上游网元时钟与本网元时钟的频率偏差；

步骤308，判断频率偏差是否小于或等于预设的第二阈值；如果是，执行步骤310，如果否，执行步骤312；

步骤310，确定该上游网元的时钟质量符合预先设定的要求；

步骤312，确定该上游网元的时钟质量不符合预先设定的要求。

当该上游网元的时钟质量不符合预先设定的要求时，舍弃上游网元的时钟，对备用输入参考时钟的时钟质量进行检测或保持本网元时钟。

对备用网元时钟的时钟质量进行检测与上述对上游网元质量检测的方法相同。

本网元在进行了时钟处理（同步或保持本网元时钟）之后，还生成包含本网元定时质量标记的时钟信号发送到下游网元。

可以利用SDH技术体制的背景，扩展其应用场景，以实现跨域的互联互通，例如：对于SDH传送网，定时质量标记位于MSOH复用段的S1字节。对于ITU-T G.707协议，定时质量标记位于STM-N帧结构的复用开销S1字节。对于SDH传送网，定时质量标记位于SDH帧结构中S1字节。定时质量标记可以位于S1字节的第5-8比特。在2048kbit/s信号帧结构中，通过TS0字节的空余比特和复帧的方式来表示定时质量标记。本实施例中，定时质量标记可以采用4个比特编码，可表示16种时钟质量等级，如下表1所示。

表1

以GSM网络为例，MSC和BSC之间、BSC和BTS之间通过SDH传递时钟信号。对于MSC来说，其时钟来自于BITS，根据国际标准ITU-T G.811，其时钟质量等级为PRC或LPR(我国通信行业标准规定为一级节点时钟)，设定其定时质量标记为0010（十六进制表示为02）。

对于BSC来说，设定当接收到时钟质量等级为一级时，才进行时钟同步处理。当接收到包含定时质量标记为0010的时钟信号时，判断该定时质量标记对应的时钟质量等级为一级，则进行后续的时钟质量检测。

时钟质量检测与无线网络节点设备采用的现有技术相同，即检测上游网元时钟（参考时钟）与本网元时钟的频率偏差。具体地，由鉴频鉴相器检测出参考时钟和分频时钟的相位差，通过模数转化器将该偏差转换为数字量，再经由数字滤波器过滤高频扰动等形成控制字，并用控制字来调控数控振荡器的信号频率，进而分频形成负反馈，并再一次检测相位差。通过这种不断的循环往复，测量出其与参考时钟的频率偏差。如果该频率偏差小于或等于预设的阈值，则将该频率偏差换算为基站晶振时钟偏差，并通过基站晶振偏置电压修正，使基站晶振的输出时钟、载波频率频偏与参考时钟一致。从而达到本网元时钟与上游网元时钟同步。

BSC与一级时钟同步锁定后，即将稳定接收到的包含定时质量标记0010的时钟信号，并将该信号发送给其下游的BTS。

本实施例的无线通信网时钟同步方法，通过在时钟信号中加入定时质量标记，采用该定时质量标记对上游网元的时钟的质量等级进行判断，只有在上游网元时钟质量等级满足设定条件时，才采用该上游网元的时钟进行同步，这样，可以准确地同步时钟，避免出现本地的高级时钟被外部的低级时钟同步的情形。

为了避免在通信环网中出现时钟环的现象，更进一步地，在时钟信号中加入网元的时钟ID。在步骤204之前还包括步骤203，将上游网元的时钟ID与本网元的时钟ID进行比较，如果两者不同，执行步骤204；如果两者相同，执行步骤208。这样，通过在时钟信号中加入网元的时钟ID，在通信环网内的时钟同步过程中，不会出现某个网元的时钟被自身的时钟同步的现象，进一步提高了时钟同步的准确性和可靠性。

基于上述发明构思，本发明还提供一种时钟同步装置和包含该时钟同步装置的网元。

如图4所示，该时钟同步装置实施例包括：接收模块41、时钟质量检测模块42、同步模块43。其中，接收模块接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；时钟质量检测模块根据包含定时质量标记的时钟信号对上游网元的时钟质量进行检测；同步模块当上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与上游网元的时钟进行同步。

如图5所示，时钟质量检测模块包括：解析子模块51、第一比较子模块52、计算子模块53、第二比较子模块54。其中，解析子模块从时钟信号中解析出上游网元的定时质量标记；第一比较子模块根据上游网元的定时质量标记所代表的时钟质量等级与预设的第一阈值进行比较；计算子模块当对上游网元的时钟质量等级达到预设的第一阈值时，根据上游网元的时钟信号检测上游网元时钟与本网元时钟的频率偏差；第二比较子模块将频率偏差与预设的第二阈值进行比较；当频率偏差小于或等于预设的第二阈值时，上游网元的时钟质量符合预先设定的要求。

另外，该时钟同步装置还包括：时钟信号生成模块44，用于生成包含本网元定时质量标记的时钟信号发送到下游网元。

优选地，该时钟同步装置还包括：时钟ID检测模块45。接收模块接收上游网元发送的包含定时质量标记和时钟ID的时钟信号；时钟ID检测模块将上游网元的时钟ID与本网元的时钟ID进行比较，如果两者不同，将包含定时质量标记和时钟ID的时钟信号发送到时钟质量检测模块；如果两者相同，舍弃上游网元的时钟。

本发明网元实施例包括时钟同步装置，接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；根据包含定时质量标记的时钟信号对上游网元的时钟质量进行检测；当上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与上游网元的时钟进行同步。

该时钟同步装置还生成包含本网元定时质量标记的时钟信号发送到下游网元。

该时钟同步装置还接收上游网元发送的包含定时质量标记和时钟ID的时钟信号；将上游网元的时钟ID与本网元的时钟ID进行比较，如果两者不同，对上游网元的时钟质量进行检测；如果两者相同，舍弃上游网元的时钟。

本发明的无线通信网时钟同步方法、装置及系统，通过在无线通信网络的时钟信号中加入定时质量标记，采用该定时质量标记对上游网元的时钟的质量等级进行判断，只有在上游网元时钟质量等级满足设定要求时，才采用该上游网元的时钟进行同步，这样，可以准确地同步时钟，避免出现本地的高级时钟被外部的低级时钟同步的情形，同时可以规划或设计备用参考时钟,实现参考时钟的自动切换,全面提高无线网络的定时质量和可靠性，且可以快速实现参考时钟源的倒换。

本发明的无线通信网时钟同步方法、装置及系统不仅适用于GSM系统，也可以应用的所有需要进行时钟同步的各种网络类型的系统中，如TD-CDMA、W-CDMA、CDMA2000、LTE等。

应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (15)

1.一种无线通信网时钟同步方法，其特征在于，包括：

接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；

根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测；

当所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与所述上游网元的时钟进行同步。

2.根据权利要求1所述的无线通信网时钟同步方法，其特征在于，根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测包括：

从所述时钟信号中解析出所述上游网元的定时质量标记；

将所述上游网元的定时质量标记所代表的时钟质量等级与预设的第一阈值进行比较；

当所述对所述上游网元的时钟质量等级达到预设的第一阈值时，根据所述上游网元的时钟信号检测所述上游网元时钟与本网元时钟的频率偏差，将所述频率偏差与预设的第二阈值进行比较；

当所述频率偏差小于或等于预设的第二阈值时，所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求。

3.根据权利要求2所述的无线通信网时钟同步方法，其特征在于，还包括：

当所述上游网元的时钟质量等级未达到第一阈值或时或上游网元时钟与本网元时钟的频率偏差大于第二阈值时，舍弃所述上游网元的时钟，对备用网元时钟的时钟质量进行检测或保持本网元时钟。

4.根据权利要求1所述的无线通信网时钟同步方法，其特征在于，还包括：

生成包含本网元定时质量标记的时钟信号发送到下游网元。

5.根据权利要求1-4任一所述的无线通信网时钟同步方法，其特征在于，所述时钟信号中还包括所述上游网元的时钟ID；

根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测之前还包括：

将所述上游网元的时钟ID与本网元的时钟ID进行比较，如果两者不同，执行后续操作；如果两者相同，舍弃所述上游网元的时钟之一。

6.根据权利要求1-4任一所述的无线通信网时钟同步方法，其特征在于，

对于SDH传送网，所述定时质量标记位于MSOH复用段的S1字节；

或对于ITU-T G.707协议，所述定时质量标记位于STM-N帧结构的复用开销S1字节；

或对于SDH传送网，所述定时质量标记位于SDH帧结构中S1字节。

7.根据权利要求6所述的无线通信网时钟同步方法，其特征在于，所述定时质量标记采用4个比特编码。，

8.根据权利要求7所述的无线通信网时钟同步方法，其特征在于，所述定时质量标记位于所述S1字节的第5-8比特。

9.一种时钟同步装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；

时钟质量检测模块，用于根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测；

同步模块，用于当所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与所述上游网元的时钟进行同步。

10.根据权利要求9所述的时钟同步装置，其特征在于，所述时钟质量检测模块包括：

解析子模块，用于从所述时钟信号中解析出所述上游网元的定时质量标记；

第一比较子模块，用于根据所述上游网元的定时质量标记所代表的时钟质量等级与预设的第一阈值进行比较；

计算子模块，用于当所述对所述上游网元的时钟质量等级达到预设的第一阈值时，根据所述上游网元的时钟信号检测所述上游网元时钟与本网元时钟的频率偏差；

第二比较子模块，用于将所述频率偏差与预设的第二阈值进行比较；当所述频率偏差小于或等于预设的第二阈值时，所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求。

11.根据权利要求9所述的时钟同步装置，其特征在于，还包括：

时钟信号生成模块，用于生成包含本网元定时质量标记的时钟信号发送到下游网元。

12.根据权利要求9-11任一所述的时钟同步装置，其特征在于，还包括：时钟ID检测模块，

所述接收模块，用于接收上游网元发送的包含定时质量标记和时钟ID的时钟信号；

所述时钟ID检测模块，用于将所述上游网元的时钟ID与本网元的时钟ID进行比较，如果两者不同，将所述包含定时质量标记和时钟ID的时钟信号发送到时钟质量检测模块；如果两者相同，舍弃所述上游网元的时钟。

13.一种网元，其特征在于，包括时钟同步装置，用于接收上游网元发送的包含定时质量标记的时钟信号；根据所述包含定时质量标记的时钟信号对所述上游网元的时钟质量进行检测；当所述上游网元的时钟质量符合预先设定的要求时，将本网元的时钟与所述上游网元的时钟进行同步。

14.根据权利要求13所述的网元，其特征在于，所述时钟同步装置，还用于生成包含本网元定时质量标记的时钟信号发送到下游网元。

15.根据权利要求13所述的网元，其特征在于，所述时钟同步装置，还用于接收上游网元发送的包含定时质量标记和时钟ID的时钟信号；将所述上游网元的时钟ID与本网元的时钟ID进行比较，如果两者不同，对所述上游网元的时钟质量进行检测；如果两者相同，舍弃所述上游网元的时钟。

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