CN104168639B - 一种通信网络中基站时钟同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基站时钟同步方法，网络中任意基站具有一个与自身的主同步基站连接的光纤接口，和多个与自身的从同步基站连接的光纤接口，选取某一基站为源基站，任意其它基站直联或级联到源基站，任意一对主从同步基站之间按以下步骤同步：a，从基站的初始同步状态置为失步状态，主基站发送本地同步信号；b，从基站接收后进行同步状态检测，若检测成功则进入同步状态；c，主基站得知从同步基站进入同步状态，测量与从基站之间的传输时延，测量完成后提前传输时延的时间将本地同步信号发送给从基站，从基站将本地同步信号切换为接收到的同步信号；d，从基站始终进行同步状态检测，若检测不成功则进入失步状态，返回步骤b。

Description

一种通信网络中基站时钟同步的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种通信网络中基站时钟同步的方法。

背景技术

对于时分多址接入（TDMA）的移动通信系统，为实现基站间的时钟同步，一种方式是采用全球定位系统（GPS）的同步方式，系统中的各个基站都以GPS为基准，从而实现基站间的时钟同步。但是这种方式存在如下缺陷：一方面，每个基站中都需要安装GPS接收模块，这无形中增加了产品成本；另一方面，对于一些特殊的坑道通信场合（如矿井通信中），由于GPS接收机和\或GPS信号不可用，从而导致在所有基站间无法实现同步。

因此，为了解决无GPS条件下的通信网络的基站时钟同步的问题，需要提出一种能将通信网络中的源基站的同步信息传递给处于同一网络中的其它基站的方法。

发明内容

本发明提出一种基站时钟同步的方法，适用于无GPS条件的应用环境，例如某些专网通信（如矿井、煤炭）情形，该方法将源基站的同步信息传递给处于同一网络中的其它基站，实现基站间的同步覆盖。该方法为：

网络中的任意基站具有一个用于与自身的主同步基站连接的光纤接口，和多个用于与自身的从同步基站连接的光纤接口，选取通信网络中的某一个基站作为时钟同步的源基站，然后网络中的基站相互之间通过光纤接口进行组网连接，使得任意其它基站直联或者级联到源基站上，任意一对主从同步基站之间按照以下步骤进行同步：

a，从同步基站的初始同步状态置为失步状态，主同步基站向从同步基站发送本地的同步信号；

b，从同步基站接收到来自主同步基站的光纤帧后，进行同步状态的检测，如果检测成功则进入同步状态，所述检测成功为连续接收到的标准同步信号的个数达到预定值；

c，主同步基站一旦得知从同步基站进入同步状态，立即测量与从同步基站之间的光纤链路上的传输时延，测量完成后提前传输时延的时间将本地的同步信号发送给从同步基站，然后从同步基站将本地的同步信号切换为接收到的同步信号；

d，从同步基站始终进行同步状态的检测，如果检测不成功则进入失步状态，返回步骤b，所述检测不成功为接收到非标准同步信号的次数达到限定值1或者未检测出同步信号的次数达到限定值2。

优选的，上述同步信号为10ms的脉冲信号，所述检测成功为连续接收到100个标准的同步信号，所述检测不成功为接收到非标准同步信号的次数达到10次或者未检测出同步信号的次数达到5次。

优选的，步骤c中，从同步基站接收主同步基站发送的同步信号后，将检测恢复出的同步信号环回给主同步基站，主同步基站针对收到的从同步基站环回的同步信号进行同步状态的检测，如果检测成功则得知从同步基站进入了同步状态。进一步的，可以按照以下方法测量所述传输时延：主同步基站首先记录发送的同步信号的初始位置t₁，然后在收到从同步基站环回的同步信号后，检测恢复出同步信号并记下接收位置t₂，计算光纤链路上的传输时延为Δt=(t₁-t₂)/2。

优选的，网络中的任意基站中可以设有一个从同步信号处理模块、多个主同步信号处理模块和一个自适应时延测量及补偿模块，所述从同步信号处理模块用于检测来自自身的主同步基站的光纤帧中承载的同步信号，和将检测出的同步信号环回转发给主同步基站；所述主同步信号处理模块用于将本地的同步信号发送至自身的从同步基站；所述自适应时延测量及补偿模块用于进行基站间传输时延的测量。

优选的，源基站丢失后，以通信网络中的任意其它基站作为源基站，重新做全网的时钟同步。

本发明所提供的基站时钟同步的方法，具有以下优点：1，可解决无GPS条件下的基站同步覆盖问题；2，基站上不必安装GPS接收模块，节约了制造成本；3，组网方式灵活，任一基站均可作为源基站，可支持链型、星型等多种组网模式；4，同步信号传输网络采用光口接入方式，可方便应用于环境复杂、具有防爆要求（如煤矿等）的坑道通信环境中；5，采用自适应的时延测量及补偿机制，测量及补偿过程实时且精度高；6，从同步基站在同步时延补偿后继续进行同步状态的检测，在检测过程中设计了主同步基站进行同步信号切换情形的容错机制，可以保证自身工作状态的稳定；7，源基站断开时，其它基站与终端之间的通信不会中断，可以实现终端和基站间的无缝链接。

附图说明

图1是本发明实施例采用的基站组网示意图；

图2是本发明实施例主从同步基站之间进行同步的流程图；

图3是本发明实施例的自适应时延测量过程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明。

本实施例的通信网络中共有A、B、C、D4台基站，这些基站无需在基站中安装GPS接收模块，而是通过在不同基站间铺设光纤同步传输网络，即可方便的实现基站间的时钟同步。每台基站均具有1个用于与自身的主同步基站连接的光纤接口，和2个用于与自身的从同步基站连接的光纤接口，可任意与其它3台基站连接。每台基站内部设有1个从同步信号处理模块、2个主同步信号处理模块和1个自适应时延测量及补偿模块，从同步信号处理模块用于检测来自自身的主同步基站的光纤帧中承载的同步信号，和将检测出的同步信号环回转发给主同步基站；主同步信号处理模块用于将本地的同步信号发送至自身的从同步基站；自适应时延测量及补偿模块用于进行基站间传输时延的测量。

本实施例采用的基站组网如图1所示，选取A为时钟同步的源基站，其它基站通过光纤接口进行组网连接，最终直联或者级联到A基站上。B和D是A的从同步基站，同时B又是C的主同步基站，A基站的本地同步信号即为全网络的同步信号，最终要将A基站的同步信息传递给处于同一网络中的B、C、D基站。任意一对主从同步基站（A-B，A-D，B-C）之间按照以下步骤进行同步，如图2所示：

（一）主同步基站发送同步信号

基站上电启动后，从同步基站的初始同步状态置为失步状态，主同步基站向从同步基站发送本地的同步信号，本实施例的同步信号为10ms的脉冲信号。

（二）从同步基站进行同步状态的检测

从同步基站接收到来自主同步基站的光纤帧后，首先检测其同步帧头，当接收数据等于同步帧头时，开始计数，当连续接收到100个标准10ms同步信号时（标准10ms信号的抖动偏差不超过100ns），同步状态检测成功，此时将同步标志置为高表示进入同步状态。通过上层软件上报的方式，网管可方便的获取到同步标志。

（三）主同步基站进行自适应时延测量及补偿

在基站同步信号网络中，同步信号时延主要来源于基站与基站之间的光纤传输延时。因此主同步基站得知从同步基站进入同步状态后，立即测量与从同步基站之间的光纤链路上的传输时延，以便后续对发送出去的同步信号进行补偿。基站A和B、基站A和D、基站B和C分别进行线路时延的测量，假设A-B之间的线路延时为Δt_AB，A-D之间的延时为Δt_AD，B-C之间的延时为Δt_BC，那么源基站A会分别提前Δt_AB和Δt_AD给基站B和D发送同步信号，这样基站A、B、D三者会率先实现全网同步；对于基站B和C，B会提前Δt_BC将其本地同步信号发往基站C，此时基站B和C会暂时实现本地同步；对于基站B，当B和A实现全网同步后，基站B会对发往基站C的同步信号进行切换，即由基站B的本地同步信号切换为基站A的全网同步信号。

本实施例中，从同步基站接收主同步基站发送的同步信号后，将检测恢复出的同步信号环回给主同步基站，主同步基站针对收到的从同步基站环回的同步信号进行如步骤（二）所述的同步状态的检测，如果检测成功则得知从同步基站进入了同步状态，立即开始测量与从同步基站之间的光纤链路上的传输时延。在实际应用中，还可以通过协议通知等方式来得知从同步基站的状态。

本实施例主从同步基站之间的时延测量流程如图3所示，主同步基站在发送10ms同步信号时，记下同步信号帧头的初始位置为t₁，从同步基站接收10ms同步信号并检测恢复出10ms脉冲后，完成同步信号的环回（该过程认为不存在时间延时），主同步基站收到从同步基站环回的10ms同步信号后，检测恢复出同步信号并记下帧头的接收位置t₂，计算光纤链路上的传输时延为Δt=(t₁-t₂)/2。根据延时测量结果，主同步基站在发送10ms同步信号时，需提前Δt=(t₁-t₂)/2将信号发送出去，这样在从同步基站内恢复出来的10ms信号即与主同步基站同步。

（四）从同步基站继续进行同步状态的检测，检测过程中设计了主同步基站进行同步信号切换情形的容错机制

从同步基站在整个同步过程中需要始终进行同步状态的检测。同步状态下，在经过同步信号的时延补偿后，如果由于外部原因，导致光纤链路传输异常，则将检测不出同步信号或者接收到非标准的同步信号，则从同步基站将同步标志置为低表示进入失步状态，并且重新跳回至步骤（二）继续进行同步状态的检测，同步状态检测成功后，重复步骤（三）进行自适应时延测量及补偿。

然而，在从同步基站经过同步信号的时延补偿之后，如果主同步基站进行了本地10ms信号和恢复出的同步信号的切换，那么从同步基站在切换瞬间也会检测不出同步信号或者接收到非标准的同步信号，对于该情形如果不进行容错保护而是立即将同步标志置为低，系统就会周期性的进入“同步-失步-同步-失步…”循环往复的状态。为了避免上述状态的出现，本实施例在从同步基站经过同步时延补偿后继续进行同步状态的检测时设计了如下容错机制，分两种情况：

第一，从同步基站检测到10ms帧头并恢复出了10ms同步信号，但该10ms信号不是标准的10ms同步信号，可容许有10次误差，当误差达到10次后，同步标志置为低，进入失步状态，并重新跳回至步骤（二）进行同步状态的检测。

第二，从同步基站未恢复出10ms同步信号，可容许有5次误差，当误差达到5次后，同步标志置为低，进入失步状态，并重新跳回至步骤（二）进行同步状态的检测。

本实施例中，在基站C经过同步信号的时延补偿后，基站B才将本地10ms信号切换为恢复出的同步信号，则基站C在后续同步状态的检测的过程中设计的容错机制，可有效的避免切换瞬间基站B和C之间的瞬时失步现象。对于基站C，相当于将基站A的全网同步信号提前Δt_AC=Δt_AB+Δt_BC发送，至此基站A、B、C、D之间实现全网同步。

当基站A丢失后，基站B、C、D可以以三者中的任意基站为源基站重新组网，进而达到全网同步状态。

采用本发明中的时钟同步传输及恢复方法，对终端和基站进行实际业务测试，在无GPS的条件下，可实现终端和基站间的无缝连接及越区切换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通信网络中基站时钟同步的方法，其特征在于，网络中的任意基站具有一个用于与自身的主同步基站连接的光纤接口，和多个用于与自身的从同步基站连接的光纤接口，选取通信网络中的某一个基站作为时钟同步的源基站，然后网络中的基站相互之间通过光纤接口进行组网连接，使得任意其它基站直联或者级联到源基站上，任意一对主从同步基站之间按照以下步骤进行同步：

a，从同步基站的初始同步状态置为失步状态，主同步基站向从同步基站发送本地的同步信号；

b，从同步基站接收到来自主同步基站的光纤帧后，进行同步状态的检测，如果检测成功则进入同步状态，所述检测成功为连续接收到的标准同步信号的个数达到预定值；

c，主同步基站一旦得知从同步基站进入同步状态，立即测量与从同步基站之间的光纤链路上的传输时延，测量完成后提前传输时延的时间将本地的同步信号发送给从同步基站，然后从同步基站将本地的同步信号切换为接收到的同步信号；

d，从同步基站始终进行同步状态的检测，如果检测不成功则进入失步状态，返回步骤b，所述检测不成功为接收到非标准同步信号的次数达到限定值1或者未检测出同步信号的次数达到限定值2。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述同步信号为10ms的脉冲信号，所述检测成功为连续接收到100个标准的同步信号，所述检测不成功为接收到非标准同步信号的次数达到10次或者未检测出同步信号的次数达到5次。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤c，从同步基站接收主同步基站发送的同步信号后，将检测恢复出的同步信号环回给主同步基站，主同步基站针对收到的从同步基站环回的同步信号进行同步状态的检测，如果检测成功则得知从同步基站进入了同步状态。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，按照以下方法测量所述传输时延：主同步基站首先记录发送的同步信号的初始位置t₁，然后在收到从同步基站环回的同步信号后，检测恢复出同步信号并记下接收位置t₂，计算光纤链路上的传输时延为Δt=(t₁-t₂)/2。

5.根据权利要求3的方法，其特征在于，网络中的任意基站中设有一个从同步信号处理模块、多个主同步信号处理模块和一个自适应时延测量及补偿模块，所述从同步信号处理模块用于检测来自自身的主同步基站的光纤帧中承载的同步信号，和将检测出的同步信号环回转发给主同步基站；所述主同步信号处理模块用于将本地的同步信号发送至自身的从同步基站；所述自适应时延测量及补偿模块用于进行基站间传输时延的测量。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，源基站丢失后，以通信网络中的任意其它基站作为源基站，重新做全网的时钟同步。