CN105228240A - 一种定时同步方法、设备及基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定时同步方法，包括：定时同步设备获取基站广播的系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16；根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号。本发明实施例还提供了一种定时同步设备及基站。

Description

一种定时同步方法、设备及基站

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种定时同步方法、设备及基站。

背景技术

时钟同步系统是通信网络的重要组成部分。对于2G、3G、4G网络，特别是时分双工(Time－divisionduplex，简称TDD)系统，如果时钟满足不了要求，会对整个网络造成较大的影响。2G、3G、4G网络对频率精度和时间精度要求如下表所示。

无线通信系统制式	频率精度	时间精度
			GSM	0.05ppm	±11uS
WCDMA	0.05ppm	NA
			TD－SCDMA	0.05ppm	±1.5uS
CDMA2000	0.05ppm	±3uS
			LTE－FDD	0.05ppm	±1.5uS
LTE－TDD	0.05ppm	±1.5uS

在当前4G网络中，基站常用的同步源为全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GNSS)，GNSS包括全球定位系统(GlobalPositioningSystem，简称GPS)、北斗、格洛纳斯系统、伽利略、1588V2等，这些同步源经常使用受限。比如，地下室无GNSS信号、支持1588V2需要传输设备支持等。

为了解决上述问题，可以通过空中接口进行无线授时和提供同步源。现有技术是通过增加系统广播SIB14消息类型或者通过无线资源控制(RadioResourceControl，简称RRC)信令在空口发送日时间(TimeofDay，简称TOD)信息。但是，用SIB14在空口发送TOD信息，这和3GPP标准相违背，3GPP是利用SIB16发送TOD信息；此外，通过RRC信令(具体为RRC连接重配置消息)配置TOD信息，也存在和标准冲突的可能性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种定时同步方法、设备及基站，以在保证协议兼容性的前提下，通过空中接口实现定时同步。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种定时同步方法，包括：

定时同步设备获取基站广播的系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16；

根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号。

可选的，所述根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，包括：

根据所述TOD信息的发送位置更新本地时间；

根据接收所述TOD信息的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号。

可选的，

承载SIB16的无线帧在基站的发送时刻为第一时刻T1，T1与SIB16携带的TOD信息相同；

定时同步设备接收所述无线帧帧头的时刻为第二时刻T2；

定时同步设备接收SIB16所携带TOD信息的时刻为第三时刻T3：

距离T3对应绝对时间最近的下一整秒为第四时刻T4；

从T3到T4的时间段内，脉冲计数器需要产生的脉冲计数为N₄；

其中，

T3＝T_SIB16+TA/2，T_SIB16为SIB16所携带的TOD信息，TA＝T2－T1，TA为定时同步设备的定时提前量；

N₄＝(T₄-T₃)*N/T，T为SIB16的调度周期时长，N为所述调度周期时长对应的脉冲计数个数；

所述根据所述TOD信息的发送位置更新本地时间，包括：

从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，生成本地时钟上升沿，并利用所述上升沿使T4生效；或从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，直接使T4生效；

所述根据接收所述TOD信息的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号，包括：

根据相邻两次T3时刻的时间间隔，调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出调整后的本地时钟信号。

可选的，所述定时同步设备包括主控时钟和高层协议处理模块、至少一路射频通路和一路侦听通路；所述定时同步设备获取基站广播的SI消息之前，还包括：

所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路搜索信号最好的小区，并使定时同步设备驻留在所述信号最好的小区；

利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站，所述第一射频通路为所述至少一路射频通路中的一路；

控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式。

可选的，所述控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式之后，还包括：

所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路持续检测定时同步设备所驻留小区的信号，若检测到所驻留小区故障或所驻留小区未广播SIB16，则所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路重新搜索信号最好的小区并驻留在重新搜索到的信号最好小区，继续执行所述利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站的步骤。

可选的，所述信号最好的小区是与所述定时同步设备工作频点不同、且广播SIB16、信号强度和质量最优的相邻小区；或者，在无异频邻区情况下，所述信号最好的小区是为广播SIB16、信号质量最好的相邻同频小区。

本发明实施例还提供了一种定时同步方法，包括：

基站广播系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16，以便定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步、且输出同步时间信号和同步时钟信号。

可选的，所述基站广播系统信息SI消息之前，还包括：

基站配置SIB16的调度周期，并将SIB16映射到一个系统信息SI消息中；

所述基站广播系统信息SI消息，包括：

基站在所述SI消息对应的SI窗口内，按照所述调度周期周期性的发送所述SI消息。

可选的，所述按照所述调度周期周期性的发送所述SI消息，包括：

基站将从自己的同步源中获取的TOD信息写入本地寄存器中，并实时更新所述寄存器中存储的TOD信息以及与所述TOD信息对应的系统帧号SFN；

在所述调度周期内，当产生SFN中断时，从所述寄存器中读取所述SFN中断对应的SFN和TOD信息，并根据读取的SFN发送携带读取的TOD信息的SIB16。

可选的，所述方法还包括：

基站配置第一空口授时开关和第二空口授时开关；

通过打开所述第一空口授时开关以调度发送SIB16，或通过关闭所述第一空口授时开关以停止调度发送SIB16。

可选的，所述方法还包括：

若所述第一空口授时开关打开且基站时钟源丢失，则通过关闭所述第二空口授时开关以停止调度发送SIB16，或通过打开所述第二空口授时开关以继续调度发送SIB16。

本发明实施例还提供了一种定时同步设备，包括：

消息获取单元，用于获取基站广播的系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16；

信号同步单元，用于根据所述消息获取单元获取的TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号。

可选的，所述信号同步单元，包括：

时间更新模块，用于根据所述消息获取单元获取的TOD信息的发送位置更新本地时间；

时钟输出模块，用于根据接收所述消息获取单元获取的TOD信息的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号。

可选的，

承载SIB16的无线帧在基站的发送时刻为第一时刻T1，T1与SIB16携带的TOD信息相同；

定时同步设备接收所述无线帧帧头的时刻为第二时刻T2；

定时同步设备接收SIB16所携带TOD信息的时刻为第三时刻T3：

距离T3对应绝对时间最近的下一整秒为第四时刻T4；

从T3到T4的时间段内，脉冲计数器需要产生的脉冲计数为N₄；

其中，

T3＝T_SIB16+TA/2，T_SIB16为SIB16所携带的TOD信息，TA＝T2－T1，TA为定时同步设备的定时提前量；

N₄＝(T₄-T₃)*N/T，T为SIB16的调度周期时长，N为所述调度周期时长对应的脉冲计数个数；

所述时间更新模块，具体用于从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，生成本地时钟上升沿，并利用所述上升沿使T4生效；或从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，直接使T4生效；

所述时钟输出模块，具体用于根据相邻两次T3时刻的时间间隔，调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出调整后的本地时钟信号。

可选的，所述消息获取单元为侦听通路，所述信号同步单元为主控时钟和高层协议处理模块，所述定时同步设备还包括至少一路射频通路；

所述主控时钟和高层协议处理模块，用于在所述侦听通路获取基站广播的SI消息之前，控制所述侦听通路搜索信号最好的小区，并使定时同步设备驻留在所述信号最好的小区；利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站，所述第一射频通路为所述至少一路射频通路中的一路；控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式。

可选的，所述主控时钟和高层协议处理模块，还用于在控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式之后，控制所述侦听通路持续检测定时同步设备所驻留小区的信号，若检测到所驻留小区故障或所驻留小区未广播SIB16，则控制所述侦听通路重新搜索信号最好的小区并驻留在重新搜索到的信号最好小区，继续利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站。

可选的，所述信号最好的小区是与所述定时同步设备工作频点不同、且广播SIB16的相邻小区、信号强度和质量最优的相邻小区；或者，在无异频邻区情况下，所述信号最好的小区是广播SIB16、信号质量最好的相邻同频小区。

本发明实施例还提供了一种基站，包括：

消息广播单元，用于广播系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16，以便定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步、且输出同步时间信号和同步时钟信号。

可选的，所述基站还包括：

配置映射单元，用于在所述消息广播单元广播SI消息之前，配置SIB16的调度周期，并将SIB16映射到一个系统信息SI消息中；

所述消息广播单元，具体用于在所述配置映射单元映射的SI消息对应的SI窗口内，按照所述配置映射单元配置的调度周期周期性的发送所述SI消息。

可选的，所述消息广播单元，包括：

信息更新模块，用于将从基站同步源中获取的TOD信息写入本地寄存器中，并实时更新所述寄存器中存储的TOD信息以及与所述TOD信息对应的系统帧号SFN；

信息发送模块，用于在所述调度周期内，当产生SFN中断时，从所述寄存器中读取所述SFN中断对应的SFN和TOD信息，并根据读取的SFN发送携带读取的TOD信息的SIB16。

可选的，所述基站还包括：

开关配置单元，用于配置第一空口授时开关和第二空口授时开关；

第一控制单元，用于通过打开所述开关配置单元配置的第一空口授时开关以调度发送SIB16，或通过关闭所述开关配置单元配置的第一空口授时开关以停止调度发送SIB16。

可选的，所述基站还包括：

第二控制单元，用于若所述开关配置单元配置的第一空口授时开关打开且基站时钟源丢失，则通过关闭所述开关配置单元配置的第二空口授时开关以停止调度发送SIB16，或通过打开所述开关配置单元配置的第二空口授时开关以继续调度发送SIB16。

本发明实施例提供的定时同步方法、设备及基站，定时同步设备通过获取基站广播的SI消息，该SI消息中承载了携带TOD信息的SIB16，并根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号，恢复出满足指标要求的1PPS+TOD信号。可见，本发明实施例采样SIB16承载TOD信息，具有较好的协议兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例定时同步方法的流程示意图之一；

图2为本发明实施例基站设备组网示意图；

图3为本发明实施例时刻对照示意图；

图4为本发明实施例定时同步方法的流程示意图之二；

图5为本发明实施例定时同步方法的流程示意图之三；

图6为本发明实施例定时同步设备的组成示意图；

图7为本发明实施例基站的组成示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，进行数据交互的两个设备包括定时同步设备和基站。所述定时同步设备可以是基站、中继站以及其它需要输出精确时间信息和时钟信号的终端(比如智能电网中使用的行业性智能终端、密集组网的小基站SmallCell等)；所述基站是所述定时同步设备的同步源，为所述定时同步设备提供准确的时间和时钟信息。

下面分别以定时同步设备(图1)、基站(图2)为执行主体介绍本发明实施例。

参见图1，为本发明实施例提供的定时同步方法的流程示意图之一，该方法包括：

步骤101：定时同步设备获取基站广播的系统信息(SystemInformation，简称SI)消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16。

为便于理解，下面对SI消息进行相关介绍：

通常小区会向接入该小区内的终端广播系统信息，有3种类型的RRC消息用于传输系统信息，包括：MIB消息、SIB1消息、一个或多个SI消息。其中，每个SI消息包含了一个或多个除SIB1外的拥有相同调度需求的SIB(这些SIB有相同的传输周期)，且每个SI消息只在一个SI窗口(SI－windows)中传输，SIB的调度周期是固定的，且在该调度周期内可重复发送SIB。基站会通过SIB1告诉终端有哪些SI，每个SI包含了哪些SIB，这些SI会在哪个SI窗口发送以及SI窗口的时域位置和长度，但不会告诉终端在SI窗口的哪些子帧调度了该SI。当终端需要某个SIB时，它就会在承载SIB的SI消息对应的SI窗口的每个子帧(不包含那些不能调度SI的子帧)，使用SI－RNTI去尝试解码，直到成功接收到SI消息为止。

在本发明实施例中，步骤101中的SI消息中只包含SIB16。

步骤102：定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号。

在本发明实施例中，定时同步设备利用接收SIB16的固定周期性和SIB16发送位置的唯一性(通过基站为SIB16配置单独的SI来保证)，通过记录SIB16对应数据到达时刻对应的计数，采用和传统GPS时钟源类似的锁相算法以保证时钟频率精度，通过定时同步设备的定时提前量和SIB16中承载的精确时间信息，能生成精确的时间信息。

下面以所述定时同步设备为两通道小基站(SmallCell)、所述基站为同步源基站为例，参见图2所示的基站设备组网示意图。小基站包括射频通路1、射频通路2、侦听通路、基带模块和主控时钟和高层协议处理模块。其中：

(1)、射频通路1、射频通路2在下行方向(即从小基站到终端UE方向)负责把基带信号变换成射频信号并将射频信号从空中接口发送出去，在上行方向(即从UE到小基站方向)负责接收UE发过来的射频信号并将射频信号变换成基带信号后传输给基带模块。每个射频通路能独立工作，比如每个射频通路工作的频点可以不同，也可以相同。

(2)、侦听通路用来侦听其它基站的信号以便能够实现定时同步。侦听通路只具有信号接收功能，即只能接收射频信号并将射频信号变换成基带信号后传输给基带模块。侦听通路可以独立工作，比如能独立设置工作频点。

(3)、基带模块主要负责基带处理，其具体实现与采用的无线技术体制有关系，通常的功能包括解调、信道估计、信道编译码等。

(4)、主控时钟和高层协议处理模块主要负责层2及高层协议的处理、实现和安全网关之间的业务转发等；该模块还负责控制管理其它模块，保证小基站按照一定的策略协调一致地工作；此外，该模块还负责给小基站提供满足指标要求的时钟定时。

需要说明的是，常规基站没有侦听通路，此外，常规基站中用作正常业务收发的射频通路之间可能存在一定的相关性(这种相关性使得射频通路无法独立工作，比如多个射频通路必须同时工作在统一频点)。而本发明实施例中的小基站与常规基站的区别在于，本发明实施例中的小基站有侦听通路，而且每个射频通路能独立工作。

在具有空口侦听功能的小基站内部，若主控时钟和高层协议处理模块确定需要绝对时间(TOD信息)，则通知基带模块通过侦听通路接收并上报同步源基站发送的SIB16。同时，基带模块内部维持一个周期性的脉冲计数器，该计数器定时由本地晶体振荡器输出的时钟驱动，由于SIB16的调度周期时长对应的计数个数为N，所以脉冲计数器取值为0～N－1，N值越大，锁相精度越高。以LTE制式为例，小基站恢复出准确定时的具体步骤为：

(1)、小基站获取系统消息并记录SIB16对应数据的到达时刻

基带模块通过侦听通路接收同步源基站广播的系统消息，该系统消息是同步源基站以SI消息的形式广播的，SI消息在一个SI窗口(SI－windows)中传输，基带模块可以从此SI窗内获取SIB16、与SIB16对应的SFN号和子帧号。基带模块还要记录SIB16携带时间信息(SIB16中传送的TOD信息)到达小基站的时刻对应的计数值N3，并将N3上报给主控时钟和高层协议处理模块。

(2)、小基站根据SIB16完成与同步源基站的时钟同步

由于SIB16的调度周期是固定的，且在该调度周期内可以以固定时间间隔重复发送SIB16，因此，小基站本次接收SIB16的时刻与上一次接收SIB16的时刻之间存在一个固定的时间间隔，主控时钟和高层协议处理模块通过每次计算出的SIB16到达小基站时对应的计数值N₃，便可确定先后接收SIB16的间隔时间，据此精确的间隔时间，主控时钟和高层协议处理模块可以很容易地根据该固定时间间隔调整本地晶体振荡器控制电压，使本地晶体振荡器输出的时钟信号满足频率精度指标要求，即使本地时钟与同步源基站侧时钟是同步的，此外，调整小基站本地晶体振荡器控制电压的方法与时钟源为GPS的情况类似。

基于上述内容可知，按照下述方式实现步骤102中的“定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时钟同步”：

定时同步设备(比如小基站)是根据接收TOD信息(由SIB16承载)的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号。具体是根据相邻两次T3(T3即为接收SIB16所携带TOD信息的时刻，对应的计数值为N₃)时刻的时间间隔，调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出调整后的本地时钟信号。

(3)、小基站根据SIB16完成与同步源基站的时间同步

小基站从SIB16中得到的时间为SIB16对应无线帧在同步源基站天线口的发送时刻，小基站要恢复出精确的本地TOD，需要考虑到定时提前量等内容，具体如图3所示的时刻对照示意图。在图3中：

承载SIB16的无线帧在同步源基站的发送时刻为第一时刻T1；

小基站接收所述无线帧帧头的时刻为第二时刻T2，对应的计数器值为N2；

小基站接收SIB16所携带TOD信息的时刻为第三时刻T3，对应的计数器值为N3；

距离T3对应绝对时间最近的下一整秒为第四时刻T4，T4是小基站在本地恢复时钟上升沿的时刻。

其中，T2－T1＝同步源基站到小基站的单向传输时延＝小基站维护的定时提前量TA的一半，即TA/2。

设T_SIB16为SIB16中携带的绝对时间，则应有T3＝T_SIB16+TA/2，据此可以推算出T4。

设T为SIB16的调度周期时长，且设N₄为从T3到T4这段时间内脉冲计数器需要产生的脉冲计数，则N₄＝(T₄-T₃)*N/T。

在T3时刻，小基站把T4和N4提前准备好存储在寄存器中，并配置使能本地生成秒秒冲(1PulseperSecond，简称1PPS)。T3时刻后再经过N₄次脉冲计数时，当小基站发现已配置使能本地生成1PPS时，则生成1PPS信号的上升沿，通过此上升沿把提前写在寄存器中的时间信息T4生效，或直接使写在寄存器中的时间信息T4生效。此外，对于本地输出的1PPS信号待时钟锁定后再输出。

基于上述内容可知，基于上述内容可知，按照下述方式实现步骤102中的“定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步”：

定时同步设备(比如小基站)是根据TOD信息(由SIB16承载)的发送位置更新本地时间。具体是从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，生成本地时钟上升沿，并利用所述上升沿使T4生效；或从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，直接使T4生效。

其中，T3＝T_SIB16+TA/2，N₄＝(T₄-T₃)*N/T，T_SIB16为SIB16所携带的TOD信息，TA＝T2－T1，TA为定时同步设备的定时提前量，T为SIB16的调度周期时长，N为所述调度周期时长对应的脉冲计数个数，，从T3到T4的时间段内脉冲计数器需要产生的脉冲计数为N₄，承载SIB16的无线帧在基站的发送时刻为第一时刻T1，T1与SIB16携带的TOD信息相同，定时同步设备接收所述无线帧帧头的时刻为第二时刻T2，定时同步设备接收SIB16所携带TOD信息的时刻为第三时刻T3，距离T3对应绝对时间最近的下一整秒为第四时刻T4。

通过以上处理，能实现精确的频率同步和时间同步，小基站可以输出时钟和时间信息(比如通过1PPS+TOD串口的方式输出同步)。

进一步地，为实现上述方法，需要小基站与同步源基站之间保证通信连接，具体实现步骤如下。

(1)、在小基站上电且启动后，如果小基站的同步源配置成通过侦听无线空口实现定时同步或者配置成其它模式但其同步源故障，则执行后续步骤(2)，否则跳出后续步骤。

(2)、小基站工作在终端模式。具体工作方式为：主控时钟和高层协议处理模块控制通过侦听通路搜索信号最好的小区并驻留，随后通过正常工作的射频通路中的一路(比如射频通路2)模仿终端尝试接入信号最好小区对应的基站(即同步源基站)以获取定时提前量TA，获取定时提前量TA的目的是为了计算小基站与同步源基站之间的传播时延。

具体实现时，可优先选择驻留在与小基站工作频点不同、且有SIB16广播的相邻小区。

需要说明的是，侦听通路只有接收功能，没有发射功能，因此，为了模仿终端UE，只能用正常工作的射频通路中的一路接入信号最好的小区。考虑到射频通路1为主通路，在丢失同步的时候会仍然工作在基站模式，因此可优先选择射频通路2工作在终端模式。

(3)、小基站切换到正常工作模式(基站模式)。具体工作方式为：侦听通路继续工作在驻留的频点，主控时钟和高层协议处理模块利用侦听通路经由基带模块上报的数据(SIB16承载的TOD信息)进行定时同步操作，以便给全系统提供满足指标要求的时钟定时；射频通路1和射频通路2工作到正常模式(基站模式)，按照用户需求设定频点和建立小区，以便用户UE能接入。

基于上述内容可知，参见图4所示的定时同步方法的流程示意图之二，当所述定时同步设备包括主控时钟和高层协议处理模块、至少一路射频通路和一路侦听通路时，上述步骤101之前，还包括：

步骤401：所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路搜索信号最好的小区，并驻留在所述信号最好的小区。其中，所述信号最好的小区是与所述定时同步设备工作频点不同、且广播SIB16的相邻小区、信号强度和质量最优的相邻小区；或者，在无异频邻区情况下，所述信号最好的小区是广播SIB16、信号质量最好的相邻同频小区。

步骤402：所述主控时钟和高层协议处理模块利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站，所述第一射频通路为所述至少一路射频通路中的一路。

步骤403：所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式。

进一步地，若小基站处于正常工作模式并按照上述步骤已实现定时同步，则按照下述方式维持定时同步：

(1)、小基站通过侦听通路持续检测驻留小区信号，一旦发现该小区故障(比如无信号)或者无SIB16广播，则小基站的时钟进入保持模式，并进行后续操作(2)。

其中，所述保持模式是时钟源丢失后进入的一种状态，在该模式下，因为时钟源不可用导致无法根据时钟源来调整本地时钟，所以，只能根据存储在本地的历史数据和当前时钟运行环境(比如温度)调整本地时钟。

(2)、主控时钟和高层协议处理模块控制侦听通路进入扫频模式，在该模式下搜索信号最好的小区并驻留，如果驻留成功则进行后续操作(3)。

具体实现时，可优先选择驻留在与小基站工作频点不同、且有SIB16广播的相邻小区。

(3)、主控时钟和高层协议处理模块对小区进行重配，只提供一路射频通路(比如射频通路1)进行正常业务，控制另外一路射频通路(和基站上电后通过侦听实现定时同步的射频通路保持一致)模仿终端接入到新驻留小区对应的基站(即新的同步源基站)，以便获得新的定时提前量TA。

(4)、当成功获取定时提前量TA并且满足指标要求后，主控时钟和高层协议处理模块利用侦听通路经由基带模块上报的数据进行定时同步操作，使时钟进入正常锁定模式；此外，射频通路1和射频通路2工作到正常模式(基站模式)，按照用户需求设定频点和建立小区，以便用户UE能接入，侦听通路则持续侦听新驻留的小区信号。

基于上述内容，在上述步骤403之后，还包括：

所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路持续检测定时同步设备所驻留小区的信号，若检测到所驻留小区故障或所驻留小区未广播SIB16，则所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路重新搜索信号最好的小区并驻留在重新搜索到的信号最好小区，继续执行步骤402。其中，所述信号最好的小区是与所述定时同步设备工作频点不同、且广播SIB16的相邻小区、信号强度和质量最优的相邻小区；或者，在无异频邻区情况下，所述信号最好的小区是广播SIB16、信号质量最好的相邻同频小区。

在本发明实施例中，射频通路和基带模块不仅支持常规业务的收发处理，还同时支持侦听以获取定时；用于常规业务处理的每个射频通路能独立工作，也可以和侦听通路联合，以在提供业务的情况下重新实现空口定时同步。

参见图5，为本发明实施例提供的定时同步方法的流程示意图之三。与上述方法实施例不同，其执行主体是基站(比如上述同步源基站)，该方法包括：

步骤501：基站广播系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16，以便定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步、且输出同步时间信号和同步时钟信号。

在本发明实施例中，3GPPR11协议支持空口授时，具体是利用SIB16实现空口授时。SIB16消息中包含GPS时间和对应的UTC时间，定时同步设备能通过SIB16消息确定GPS时间、UTC时间和本地时间。关于SIB16的内容和具体解释参考文献3GPPR11及其更高版本的TS36.331协议。

参见图2，如果同步源基站支持SIB16，具有空口侦听功能的小基站就能通过SIB16中的时间信息获取绝对时间并恢复出满足指标要求的时钟信号和时间值。同步源基站可实现以下功能：

(1)、SIB16中传送的时间，从同步源基站当前正常工作的时钟源(同步源)获取。

(2)、为了便于小基站实现准确的定时同步，同步源基站需要为SIB16配置合适的调度周期(比如不能太小)，还要完成SIB16到系统信息(SystemInformation，简称SI)消息的映射，使SI消息中承载SIB16，通过在SI消息对应的SI窗口内，按照调度周期周期性的发送SI消息，以便小基站在SI消息对应的SI窗内接收到系统信息且该系统信息中只有SIB16。

基于上述内容，在步骤501之前，还包括：

步骤502：基站配置SIB16的调度周期，并将SIB16映射到一个系统信息SI消息中。

步骤503：基站在所述SI消息对应的SI窗口内，按照所述调度周期周期性的发送所述SI消息。

(3)、按照上述配置计算SIB16调度发送的时刻并在该时刻发送SIB16。注意要保证SIB16携带的时间和它在空口真正出现的时间精确一致、SIB16携带的时间和系统帧号(SystemFrameNumber，简称SFN)保持精确的对应关系。

为保证SIB16携带的时间和它在空口真正出现的时间精确一致，无线资源控制层(RadioResourceControl，简称RRC)需要提前准备好数据发送给媒体接入控制层(MediaAccessControl，简称MAC)，该数据中携带的时间信息并非当前时间，而是SIB16在空口真正出现的时间。

保证SIB16携带的时间和SFN保持精确对应关系的方法为：

当同步源基站获取准确的定时且锁定参考源(参考源是同步源基站的同步源，比如GPS或者1588，从中可以获取同步)后，把从参考源中获取的时间信息写入寄存器，以本地时钟(经过锁相)为源驱动时间信息更新，本地时钟同时还驱动系统帧号(SystemFrameNumber，简称SFN)的更新，即对于系统消息中通过SIB16发送出去的时间信息和系统消息中的SFN，驱动这二者更新的时间源都是同步源基站晶振经过锁相输出的时钟。

当主控时钟和高层协议处理模块硬件逻辑产生SFN中断信号给主控时钟和高层协议处理模块上层程序，主控时钟和高层协议处理硬件逻辑同时锁存该中断信号对应的时间信息。即，硬件逻辑每产生一个SFN中断，需要提供一个寄存器让上层程序读取对应的SFN号，并提供另外一个寄存器让上层程序读取该SFN号对应的绝对时间信息(TOD信息)。在SFN中断处理函数中，主控时钟和高层协议处理模块上层程序获取到SFN号和对应的绝对时间后，按照SIB16的系统信息更新配置调度SIB16的发送。

基于上述内容，按照下述方式实现步骤503“按照所述调度周期周期性的发送所述SI消息”：

基站将从自己的同步源中获取的TOD信息写入本地寄存器中，并实时更新所述寄存器中存储的TOD信息以及与所述TOD信息对应的系统帧号SFN；基站在所述调度周期内，当产生SFN中断时，从所述寄存器中读取所述SFN中断对应的SFN和TOD信息，并根据读取的SFN发送携带读取的TOD信息的SIB16。

(4)、基站还配置了第一空口授时开关和第二空口授时开关，其中，第一空口授时开关是调度发送SIB16的总开关，第二空口授时开关是当同步源基站的时钟源丢失时，是否仍然发送SIB16的开关。需要说明的是，在GNSS或者1588V2都不可用时，一般不调度发送SIB16，此时关闭第二空口授时开关。

基于此，本发明实施例还包括：

基站配置第一空口授时开关和第二空口授时开关；通过打开所述第一空口授时开关以调度发送SIB16，或通过关闭所述第一空口授时开关以停止调度发送SIB16。

进一步地，本发明实施例还包括：

若所述第一空口授时开关打开且基站时钟源丢失，则通过关闭所述第二空口授时开关以停止调度发送SIB16，或通过打开所述第二空口授时开关以继续调度发送SIB16。

参见图6，为本发明实施例提供的定时同步设备的组成示意图，包括：

消息获取单元601，用于获取基站广播的系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16；

信号同步单元602，用于根据所述消息获取单元602获取的TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号。

在本发明实施例中，所述信号同步单元602，包括：

时间更新模块，用于根据所述消息获取单元获取的TOD信息的发送位置更新本地时间；

时钟输出模块，用于根据接收所述消息获取单元获取的TOD信息的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号。

在本发明实施例中，

承载SIB16的无线帧在基站的发送时刻为第一时刻T1，T1与SIB16携带的TOD信息相同；

定时同步设备接收所述无线帧帧头的时刻为第二时刻T2；

定时同步设备接收SIB16所携带TOD信息的时刻为第三时刻T3：

距离T3对应绝对时间最近的下一整秒为第四时刻T4；

从T3到T4的时间段内，脉冲计数器需要产生的脉冲计数为N₄；

其中，

T3＝T_SIB16+TA/2，T_SIB16为SIB16所携带的TOD信息，TA＝T2－T1，TA为定时同步设备的定时提前量；

N₄＝(T₄-T₃)*N/T，T为SIB16的调度周期时长，N为所述调度周期时长对应的脉冲计数个数；

所述时间更新模块，具体用于从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，生成本地时钟上升沿，并利用所述上升沿使T4生效；或从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，直接使T4生效；

所述时钟输出模块，具体用于根据相邻两次T3时刻的时间间隔，调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出调整后的本地时钟信号。

在本发明实施例中，所述消息获取单元601为侦听通路，所述信号同步单元602为主控时钟和高层协议处理模块，所述定时同步设备还包括至少一路射频通路；

所述主控时钟和高层协议处理模块，用于在所述侦听通路获取基站广播的SI消息之前，控制所述侦听通路搜索信号最好的小区，并使定时同步设备驻留在所述信号最好的小区；利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站，所述第一射频通路为所述至少一路射频通路中的一路；控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式。

在本发明实施例中，

所述主控时钟和高层协议处理模块，还用于在控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式之后，控制所述侦听通路持续检测定时同步设备所驻留小区的信号，若检测到所驻留小区故障或所驻留小区未广播SIB16，则控制所述侦听通路重新搜索信号最好的小区并驻留在重新搜索到的信号最好小区，继续利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站。

在本发明实施例中，所述信号最好的小区是与所述定时同步设备工作频点不同、且广播SIB16的相邻小区、信号强度和质量最优的相邻小区；或者，在无异频邻区情况下，所述信号最好的小区是广播SIB16、信号质量最好的相邻同频小区。

参见图7，为本发明实施例提供的基站的组成示意图，包括：

消息广播单元701，用于广播系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16，以便定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步、且输出同步时间信号和同步时钟信号。

在本发明实施例中，所述基站还包括：

配置映射单元，用于在所述消息广播单元701广播SI消息之前，配置SIB16的调度周期，并将SIB16映射到一个系统信息SI消息中；

所述消息广播单元，具体用于在所述配置映射单元映射的SI消息对应的SI窗口内，按照所述配置映射单元配置的调度周期周期性的发送所述SI消息。

在本发明实施例中，所述消息广播单元701，包括：

信息更新模块，用于将从基站同步源中获取的TOD信息写入本地寄存器中，并实时更新所述寄存器中存储的TOD信息以及与所述TOD信息对应的系统帧号SFN；

信息发送模块，用于在所述调度周期内，当产生SFN中断时，从所述寄存器中读取所述SFN中断对应的SFN和TOD信息，并根据读取的SFN发送携带读取的TOD信息的SIB16。

在本发明实施例中，所述基站还包括：

开关配置单元，用于配置第一空口授时开关和第二空口授时开关；

第一控制单元，用于通过打开所述开关配置单元配置的第一空口授时开关以调度发送SIB16，或通过关闭所述开关配置单元配置的第一空口授时开关以停止调度发送SIB16。

在本发明实施例中，所述基站还包括：

第二控制单元，用于若所述开关配置单元配置的第一空口授时开关打开且基站时钟源丢失，则通过关闭所述开关配置单元配置的第二空口授时开关以停止调度发送SIB16，或通过打开所述开关配置单元配置的第二空口授时开关以继续调度发送SIB16。

本发明实施例提供的定时同步方法、设备及基站，定时同步设备通过获取基站广播的SI消息，该SI消息中承载了携带TOD信息的SIB16，并根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号，恢复出满足指标要求的1PPS+TOD信号。可见，本发明实施例采样SIB16承载TOD信息，具有较好的协议兼容性。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

需要说明的是，对于实施例公开的设备及基站而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (22)

1.一种定时同步方法，其特征在于，包括：

定时同步设备获取基站广播的系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16；

根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，包括：

根据所述TOD信息的发送位置更新本地时间；

根据接收所述TOD信息的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

承载SIB16的无线帧在基站的发送时刻为第一时刻T1，T1与SIB16携带的TOD信息相同；

定时同步设备接收所述无线帧帧头的时刻为第二时刻T2；

定时同步设备接收SIB16所携带TOD信息的时刻为第三时刻T3：

距离T3对应绝对时间最近的下一整秒为第四时刻T4；

从T3到T4的时间段内，脉冲计数器需要产生的脉冲计数为N₄；

其中，

T3＝T_SIB16+TA/2，T_SIB16为SIB16所携带的TOD信息，TA＝T2－T1，TA为定时同步设备的定时提前量；

N₄＝(T₄-T₃)*N/T，T为SIB16的调度周期时长，N为所述调度周期时长对应的脉冲计数个数；

所述根据所述TOD信息的发送位置更新本地时间，包括：

从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，生成本地时钟上升沿，并利用所述上升沿使T4生效；或从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，直接使T4生效；

所述根据接收所述TOD信息的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号，包括：

根据相邻两次T3时刻的时间间隔，调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出调整后的本地时钟信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定时同步设备包括主控时钟和高层协议处理模块、至少一路射频通路和一路侦听通路；所述定时同步设备获取基站广播的SI消息之前，还包括：

所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路搜索信号最好的小区，并使定时同步设备驻留在所述信号最好的小区；

利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站，所述第一射频通路为所述至少一路射频通路中的一路；

控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式之后，还包括：

所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路持续检测定时同步设备所驻留小区的信号，若检测到所驻留小区故障或所驻留小区未广播SIB16，则所述主控时钟和高层协议处理模块控制所述侦听通路重新搜索信号最好的小区并驻留在重新搜索到的信号最好小区，继续执行所述利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站的步骤。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，

所述信号最好的小区是与所述定时同步设备工作频点不同、且广播SIB16、信号强度和质量最优的相邻小区；

或者，在无异频邻区情况下，所述信号最好的小区是为广播SIB16、信号质量最好的相邻同频小区。

7.一种定时同步方法，其特征在于，包括：

基站广播系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16，以便定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步、且输出同步时间信号和同步时钟信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基站广播系统信息SI消息之前，还包括：

基站配置SIB16的调度周期，并将SIB16映射到一个系统信息SI消息中；

所述基站广播系统信息SI消息，包括：

基站在所述SI消息对应的SI窗口内，按照所述调度周期周期性的发送所述SI消息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述按照所述调度周期周期性的发送所述SI消息，包括：

基站将从自己的同步源中获取的TOD信息写入本地寄存器中，并实时更新所述寄存器中存储的TOD信息以及与所述TOD信息对应的系统帧号SFN；

在所述调度周期内，当产生SFN中断时，从所述寄存器中读取所述SFN中断对应的SFN和TOD信息，并根据读取的SFN发送携带读取的TOD信息的SIB16。

10.根据权利要求7至9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基站配置第一空口授时开关和第二空口授时开关；

通过打开所述第一空口授时开关以调度发送SIB16，或通过关闭所述第一空口授时开关以停止调度发送SIB16。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述第一空口授时开关打开且基站时钟源丢失，则通过关闭所述第二空口授时开关以停止调度发送SIB16，或通过打开所述第二空口授时开关以继续调度发送SIB16。

12.一种定时同步设备，其特征在于，包括：

消息获取单元，用于获取基站广播的系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16；

信号同步单元，用于根据所述消息获取单元获取的TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步，并输出同步时间信号和同步时钟信号。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述信号同步单元，包括：

时间更新模块，用于根据所述消息获取单元获取的TOD信息的发送位置更新本地时间；

时钟输出模块，用于根据接收所述消息获取单元获取的TOD信息的固定时间间隔调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出本地时钟信号。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，

承载SIB16的无线帧在基站的发送时刻为第一时刻T1，T1与SIB16携带的TOD信息相同；

定时同步设备接收所述无线帧帧头的时刻为第二时刻T2；

定时同步设备接收SIB16所携带TOD信息的时刻为第三时刻T3：

距离T3对应绝对时间最近的下一整秒为第四时刻T4；

从T3到T4的时间段内，脉冲计数器需要产生的脉冲计数为N₄；

其中，

T3＝T_SIB16+TA/2，T_SIB16为SIB16所携带的TOD信息，TA＝T2－T1，TA为定时同步设备的定时提前量；

N₄＝(T₄-T₃)*N/T，T为SIB16的调度周期时长，N为所述调度周期时长对应的脉冲计数个数；

所述时间更新模块，具体用于从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，生成本地时钟上升沿，并利用所述上升沿使T4生效；或从T3时刻开始再经过N₄个脉冲计数后，直接使T4生效；

所述时钟输出模块，具体用于根据相邻两次T3时刻的时间间隔，调整本地时钟频率，并待时钟锁定后输出调整后的本地时钟信号。

15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述消息获取单元为侦听通路，所述信号同步单元为主控时钟和高层协议处理模块，所述定时同步设备还包括至少一路射频通路；

所述主控时钟和高层协议处理模块，用于在所述侦听通路获取基站广播的SI消息之前，控制所述侦听通路搜索信号最好的小区，并使定时同步设备驻留在所述信号最好的小区；利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站，所述第一射频通路为所述至少一路射频通路中的一路；控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，

所述主控时钟和高层协议处理模块，还用于在控制所述至少一路射频通路中的每个通路工作在用于常规业务收发处理的正常模式之后，控制所述侦听通路持续检测定时同步设备所驻留小区的信号，若检测到所驻留小区故障或所驻留小区未广播SIB16，则控制所述侦听通路重新搜索信号最好的小区并驻留在重新搜索到的信号最好小区，继续利用第一射频通路使定时同步设备接入所驻留小区对应的基站。

17.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，

所述信号最好的小区是与所述定时同步设备工作频点不同、且广播SIB16的相邻小区、信号强度和质量最优的相邻小区；

或者，在无异频邻区情况下，所述信号最好的小区是广播SIB16、信号质量最好的相邻同频小区。

18.一种基站，其特征在于，包括：

消息广播单元，用于广播系统信息SI消息，所述SI消息中承载了携带日时间TOD信息的SIB16，以便定时同步设备根据所述TOD信息完成与基站的时间同步和时钟同步、且输出同步时间信号和同步时钟信号。

19.根据权利要求18所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：

配置映射单元，用于在所述消息广播单元广播SI消息之前，配置SIB16的调度周期，并将SIB16映射到一个系统信息SI消息中；

所述消息广播单元，具体用于在所述配置映射单元映射的SI消息对应的SI窗口内，按照所述配置映射单元配置的调度周期周期性的发送所述SI消息。

20.根据权利要求19所述的基站，其特征在于，所述消息广播单元，包括：

信息更新模块，用于将从基站同步源中获取的TOD信息写入本地寄存器中，并实时更新所述寄存器中存储的TOD信息以及与所述TOD信息对应的系统帧号SFN；

信息发送模块，用于在所述调度周期内，当产生SFN中断时，从所述寄存器中读取所述SFN中断对应的SFN和TOD信息，并根据读取的SFN发送携带读取的TOD信息的SIB16。

21.根据权利要求18至20任一项所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：

开关配置单元，用于配置第一空口授时开关和第二空口授时开关；

第一控制单元，用于通过打开所述开关配置单元配置的第一空口授时开关以调度发送SIB16，或通过关闭所述开关配置单元配置的第一空口授时开关以停止调度发送SIB16。

22.根据权利要求21所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：

第二控制单元，用于若所述开关配置单元配置的第一空口授时开关打开且基站时钟源丢失，则通过关闭所述开关配置单元配置的第二空口授时开关以停止调度发送SIB16，或通过打开所述开关配置单元配置的第二空口授时开关以继续调度发送SIB16。