CN106604383A - 时间同步方法、主时间同步装置及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步方法、主时间同步装置及通信系统，主时间同步装置通过空口同步模块将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步，然后将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；在同步时，主时间同步装置获取本地当前的PTP时间插入时间同步报文后发给待同步的从基站；从基站接收到后则根据该时间同步报文中的PTP时间完成时间同步。可见，本发明可直接利用与宿主基站连接的主时间同步装置通过空口同步实现帧信息同步后，转换成PTP时间后为待同步的从基站提供PTP时钟同步服务，不需要额外进行天馈布线，节约了部署成本，且适用于待同步的从基站不能直接从宿主基站接收无线数据的场景，提升了同步的通用性。

Description

时间同步方法、主时间同步装置及通信系统

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种时间同步方法、主时间同步装置及通信系统。

背景技术

基站使用无线中继器的一种应用场景如图1所示。基站(Base Station，BS，包括无线各制式和各种形态的基站)到核心网间无物理传输通道，与核心网(Evolved Packet Core)，EPC)间的通信通过一个宿主基站(Donor eNodeB)和一个无线中继(Wireless Relay)器设备来完成。

TD-LTE(Time Division Long Term Evolution，分时长期演进)系统要求全网帧同步，要实现帧同步，业界现有的技术是给基站直接接时钟参考源，包括GNSS(Global Navigation Satellite System，包括美国的GPS、中国的北斗和俄罗斯的GLONASS和欧洲的Galieo等)时钟源、PTP(Precision TimeProtocol，精确时间同步)时钟源或者空口同步(NWL，Network Listening)等。但是GNSS铺设成本高，并且铺设条件严格，有些场景不能或者无法铺设GNSS天馈系统；例如，要使用PTP实现帧同步，要求传输网为IP网络，并且全网都支持PTP，显然使用无线中继器的基站无法直接使用PTP同步；而要使用空口同步实现帧同步，则要求基站BS能直接接收宿主基站的无线数据，但如图1的基站BS无法直接获取宿主基站的无线数据显然也无法使用空口同步实现帧同步。可见，现有GNSS同步方式存在部署成本高，通用性差的问题。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种时间同步方法、主时间同步装置及通信系统，解决现有GNSS同步方式存在部署成本高，通用性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种主时间同步装置，包括：

空口同步模块，用于将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步；

时间转换模块，用于将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；

同步服务模块，用于从时间转换模块获取当前的PTP时间加入时间同步报文下发给待同步的从基站进行时间同步。

在本发明的一种实施例中，所述空口同步模块包括本地帧头帧号产生子模块、帧获取子模块、基带处理子模块、同步处理子模块；

所述本地帧头帧号产生子模块用于产生本地帧头、帧号；

所述帧获取子模块用于从宿主基站获取帧头、帧号；

所述基带处理子模块用于分别将本地的帧头、帧号与宿主基站的帧头、帧号进行比较，将比较结果发给时钟处理子模块；

所述同步处理子模块用于根据所述比较结果分别调整本地帧头、帧号，使本地帧头、帧号分别与所述宿主基站的帧头、帧号同步。

在本发明的一种实施例中，所述时间转换模块包括帧查找子模块、时钟处理子模块和PTP时间计数子模块；

所述帧查找子模块用于以所述同步处理子模块同步后的帧号为基准，选取所述本地帧头帧号产生子模块后面产生的一个帧号作为目标帧号；

所述时钟处理子模块用于将所述目标帧号换算成PTP时间对所述PTP时间计数子模块进行设置，并将所述目标帧号的帧头作为PTP的1脉冲秒的起始。

在本发明的一种实施例中，所述帧查找子模块选取所述本地帧头帧号产生子模块后面产生的一个帧号作为目标帧号包括：

选取所述本地帧头帧号产生子模块产生的下一个帧号作为目标帧号；

或，选取所述本地帧头帧号产生子模块产生的一个为100的整数倍的帧号为目标帧号；

或，采用随机选取的方式从选取所述本地帧头帧号产生子模块后面产生的帧号中随机选择一个帧号作为目标帧号。

在本发明的一种实施例中，所述同步服务模块包括PTP协议子模块和时间同步子模块；

所述PTP协议子模块用于判断当前下发给所述待同步的从基站的报文是否是时间同步报文；

所述时间同步子模块用于在所述PTP协议子模块判断为是时，从所述时间转换模块获取当前的PTP时间插入所述时间同步报文后发给所述待同步的从基站。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种通信系统，包括待同步的从基站、宿主基站以及如上所述的主时间同步装置；

所述主时间同步装置用于将本地的帧信息与所述宿主基站的帧信息进行同步，将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时，向所述从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文对所述从基站进行时间同步；

所述从基站用于接收所述时间同步报文，从所述时间同步报文中提取所述PTP时间，根据提取的PTP时间对本地时间进行同步处理。

在本发明的一种实施例中，还包括设置于所述从基站和所述主时间同步装置之间的PTP传输装置；所述PTP传输装置用于接收来自所述主时间同步装置的所述时间同步报文，并转发给所述从基站进行时间同步。

在本发明的一种实施例中，所述PTP传输装置为支持PTP的边界时钟装置或支持PTP的透明时钟装置。

在本发明的一种实施例中，所述主时间同步装置为无线中继器或基站。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种时间同步方法，包括：

主时间同步装置将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步；

所述主时间同步装置将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；

所述主时间同步装置向待同步的从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文对所述从基站进行时间同步。

在本发明的一种实施例中，所述主时间同步装置将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步包括：

主时间同步装置本地产生帧头和帧号；

主时间同步装置获取宿主基站的帧头和帧号；

主时间同步装置分别将本地产生的帧头和帧号与宿主基站的帧头和帧号进行比较，根据比较结果完成同步。

在本发明的一种实施例中，所述主时间同步装置根据同步后的帧信息转换得到的PTP时间后开始计时包括：

主时间同步装置以同步后的帧号为基准，选取后面产生的一个本地帧号作为目标帧号；

将所述目标帧号换算成PTP时间进行PTP计时设置；

将所述目标帧号的帧头作为PTP的1脉冲秒的起始。

在本发明的一种实施例中，选取后面产生的一个帧号作为目标帧号包括：

选取后面产生的下一个帧号作为目标帧号；

或，选取后面产生的一个为100的整数倍的帧号为目标帧号；

或，采用随机选取的方式从后面产生的帧号中随机选择一个帧号作为目标帧号。

在本发明的一种实施例中，所述主时间同步装置向所述从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文包括：

判断当前下发给所述待同步的从基站的报文是否是时间同步报文；如是，获取当前的PTP时间插入所述时间同步报文后发给所述待同步的从基站。

本发明的有益效果是：

本发明提供的时间同步方法、主时间同步装置及通信系统，主时间同步装置通过空口同步模块将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步，然后将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；在同步时，主时间同步装置获取本地当前的PTP时间插入时间同步报文后发给待同步的从基站；从基站接收到后则根据该时间同步报文中的PTP时间完成时间同步。可见，本发明可直接利用与宿主基站连接的主时间同步装置通过空口同步实现帧信息同步后，转换成PTP时间后为待同步的从基站提供PTP时钟同步服务，不需要额外进行天馈布线，节约了部署成本，且适用于待同步的从基站不能直接从宿主基站接收无线数据的场景，提升了同步的通用性。

附图说明

图1为带有无线中继器的网络构架示意图；

图2为本发明实施例一提供的时间同步方法流程图；

图3为图2中帧信息同步过程的流程图；

图4为图2中转换得到PTP时间过程的流程图；

图5为本发明实施例二提供的主时间同步装置结构示意图；

图6为图5中空口同步模块结构示意图；

图7为图5中时间转换模块结构示意图；

图8为图5中同步服务模块结构示意图；

图9为本发明实施例二提供的从基站结构示意图；

图10为本发明实施例三提供的通信系统结构示意图一；

图11为本发明实施例三提供的通信系统结构示意图二；

图12为本发明实施例三提供的通信系统结构示意图三。

具体实施方式

本发明利用具有空口同步功能且能与宿主基站进行通信的主时间同步装置，先实现本地帧信息与宿主基站帧信息的同步，然后将本地帧信息转换成PTP时间，并基于该PTP时间对待同步的从基站完成同步。不需要额外进行天馈布线，可节约成本，且由其适用于从基站不能直接从宿主基站接收无线数据的场景，通用性更好。下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

请参见图2所示，本实施例中提供的时间同步方法包括以下步骤：

步骤201：主时间同步装置将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步；

步骤202：主时间同步装置将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；

步骤203：主时间同步装置向待同步的从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文对从基站进行时间同步。

本实施例中的主时间同步装置可利用空口同步功能实现将本地帧信息与宿主基站的帧信息进行同步。应当理解的是，该主时间同步装置可以是具有空口同步功能的无线中继器或者具有空口同步功能的基站。

本实施例中的帧信息可包含帧头和帧号，上述步骤201中主时间同步装置将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步的过程请参见图3所示，包括：

步骤301：主时间同步装置本地产生帧头和帧号；

步骤302：主时间同步装置获取宿主基站的帧头和帧号；

步骤303：主时间同步装置分别将本地产生的帧头和帧号与宿主基站的帧头和帧号进行比较，根据比较结果完成同步。具体的，可先比较本地帧头与宿主基站的帧头的偏差，然后通过调整本地帧头的位置实现与宿主基站帧头的同步，然后计算出宿主基站的帧号，将本地帧号与宿主的帧号进行比较，调整本地帧号实现与宿主帧号进行同步。

实现帧头和帧号的同步后，上述步骤202主时间同步装置根据同步后的帧信息转换得到的PTP时间后开始计时的过程请参见图4所示，包括：

步骤401：主时间同步装置以同步后的帧号为基准，选取后面产生的一个本地帧号作为目标帧号Fn；

步骤402：主时间同步装置将得到的目标帧号Fn换算成PTP时间进行PTP计时设置，具体可对PTP计时的秒位进行设置；

步骤403：主时间同步装置将得到的目标帧号的帧头作为PTP的1PPS(脉冲秒)的起始；且此时还可将PTP时间的纳秒位清零。

上述步骤402中根据得到的目标帧号Fn换算成PTP时间的过程为：目标帧号除以100为GPS时间，由于GPS时间和PTP时间的起始点不一样，再加上315964819即为PTP时间。也即Fn/100+315964819即得到转换后的PTP时间。上述步骤401中选择目标帧号的方式理论上可以随意设置，根据上述转换公式可优选后面产生的一个为100的整数倍的帧号为目标帧号。当然，也可采用其他的选择方式，例如选取后面产生的下一个帧号作为目标帧号，或，采用随机选取的方式从后面产生的帧号中随机选择一个帧号作为目标帧号。当选择的帧号不是100的整数倍时，可将选择的目标帧号采用非标准协议的格式进行传递。

上述步骤203中，主时间同步装置向从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文包括：

判断当前下发给待同步的从基站的报文是否是时间同步报文；如是，获取当前的PTP时间插入时间同步报文后发给待同步的从基站。从基站收到该时间同步报文后，计算本端与该时间同步报文中的PTP时间之间的偏差，调整本端PTP计数模块使得本端与主时间同步装置同步，进而保证与主时间同步装置帧号同步，由于主时间同步装置的帧号是与宿主基站的帧号同步的，因此保证了从基站与宿主基站之间帧号的同步。下面以一个示例进行说明。设选择的目标帧号Fn为100的整数倍。则起始的GPS时间为Fn/100，假设过了N秒后，从基站同步了主时间同步装置的PTP时间，即从基站和主时间同步装置设备的时间都为Fn/100+N秒，主时间同步装置设备上的帧号为式(1)，从基站上的帧号为式(2)。

Fn′＝(Fn+N×100)％1024…………………………(1)

Fn″＝Fn′

所以按照本实施例提供的方案从基站一直和空口同步后的主时间同步装置帧号同步，进而保证与宿主基站的帧号同步。与现有技术相比，节约了天馈布线成本，在不增加任何硬件成本的条件下，解决了基站使用无线中继时，无法铺设GNSS天馈线缆情况下的基站同步问题。

实施例二：

本实施例提供了一种主时间同步装置，该主时间同步装置可以是具有空口同步功能的无线中继器或者具有空口同步功能的基站，请参见图5所示，其包括：

空口同步模块1，用于将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步；

时间转换模块2，用于将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；

同步服务模块3，用于从时间转换模块2获取当前的PTP时间加入时间同步报文下发给待同步的从基站进行时间同步。

本实施例中的主时间同步装置可利用空口同步功能实现将本地帧信息与宿主基站的帧信息进行同步。请参见图6所示，空口同步模块1包括本地帧头帧号产生子模块11、帧获取子模块12、基带处理子模块13、同步处理子模块14；

本地帧头帧号产生子模块11用于产生本地帧头、帧号；

帧获取子模块12用于从宿主基站获取帧头、帧号，其具体可通过射频模块实现；

基带处理子模块13用于分别将本地的帧头、帧号与宿主基站的帧头、帧号进行比较，将比较结果发给时钟处理子模块；

同步处理子模块14用于根据比较结果分别调整本地帧头、帧号，使本地帧头、帧号分别与宿主基站的帧头、帧号同步。

具体的，基带处理子模块13可先比较本地帧头与宿主基站的帧头的偏差，然后同步处理子模块14通过寄存器设置调整本地帧头的位置实现与宿主基站帧头的同步，然后基带处理子模块13计算出宿主基站的帧号，将本地帧号与宿主的帧号进行比较，同步处理子模块14通过寄存器设置调整本地帧号实现与宿主帧号进行同步。

请参见图7所示，时间转换模块2包括帧查找子模块21、时钟处理子模块22和PTP时间计数子模块23；

帧查找子模块21用于以同步处理子模块14同步后的帧号为基准，选取本地帧头帧号产生子模块11后面产生的一个帧号作为目标帧号Fn；

时钟处理子模块22用于将目标帧号Fn换算成PTP时间对PTP时间计数子模块23进行设置，并将目标帧号Fn的帧头作为PTP的1PPS的起始。

时钟处理子模块22根据得到的目标帧号Fn换算成PTP时间的过程为：时钟处理子模块22将目标帧号Fn除以100得到GPS时间，由于GPS时间和PTP时间的起始点不一样，再加上315964819即为PTP时间。也即Fn/100+315964819即得到转换后的PTP时间。帧查找子模块21中选择目标帧号的方式理论上可以随意设置，根据上述转换公式可优选后面产生的一个为100的整数倍的帧号为目标帧号。当然，也可采用其他的选择方式，例如选取后面产生的下一个帧号作为目标帧号，或，采用随机选取的方式从后面产生的帧号中随机选择一个帧号作为目标帧号。当选择的帧号不是100的整数倍时，可将选择的目标帧号采用非标准协议的格式传递给时钟处理子模块22。

本实施例中，同步处理子模块14可为时钟处理子模块22的一部分，也即可复用时钟处理子模块22实现帧头和帧号的同步。

请参见图8所示，本实施例中的同步服务模块3包括PTP协议子模块31和时间同步子模块32；

PTP协议子模块31用于判断当前下发给待同步的从基站的报文是否是时间同步报文(也即事件报文)；

时间同步子模块32用于在PTP协议子模块判断为是时，从时间转换模块2获取当前的PTP时间插入时间同步报文后发给待同步的从基站。具体可通过打时间戳的方式将PTP时间插入该时间同步报文，打时间戳的方式根据硬件环境不同而有差异，具体可根据实际需求灵活选择设置；

时间同步子模块32还用于接收来自从基站或其他中间传输设备的报文是否是事件报文(PTP报文)，如果是，从时间转换模块2获取当前的PTP时间插入该报文中，具体可也通过打时间戳的方式插入；

PTP协议子模块31还用于对时间同步子模块32发送的报文进行解析，发现是事件报文，则从中提取相应的接收时间戳；该接收时间戳可用于判断发送该报文的发送方与本端是否同步。

请参见图9所示，本实施例中的从基站包括锁相环4、时钟恢复算法模块5和PTP计数模块6；锁相环4用于锁定相位；时钟恢复算法模块5用于收到时间同步报文后，计算本端与该时间同步报文中的PTP时间之间的偏差，调整本端PTP计数模块6使得本端与主时间同步装置同步，进而保证与主时间同步装置帧号同步，由于主时间同步装置的帧号是与宿主基站的帧号同步的，因此保证了从基站与宿主基站之间帧号的同步。

实施例三：

本实施例提供了一种通信系统，请参见图10所示，待同步的从基站1001、宿主基站1002以及主时间同步装置1003，该实施例中的主时间同步装置可为无线中继器，也可以为具有空口同步功能的基站。

主时间同步装置1003用于将本地的帧信息与宿主基站1002的帧信息进行同步，将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时，向从基站1001下发包含当前的PTP时间的时间同步报文对从基站1001进行时间同步；

从基站1001接收时间同步报文，从时间同步报文中提取PTP时间，根据提取的PTP时间对本地时间进行同步处理。

请参见图11所示，该图所示的通信系统在图10的基础上还包括设置于从基站1001和主时间同步装置1003之间的PTP传输装置1004；PTP传输装置1004与从基站和主时间同步装置1003之间的传输介质可以使五类网线或者光纤等。PTP传输装置1004用于接收来自主时间同步装置1003的时间同步报文，并转发给从基站1001进行时间同步。当存在PTP传输装置1004时，从基站1001可以有多个，通过PTP传输装置1004进行转发，这样就可以实现多个从基站与主时间同步装置同步，且可支持较远距离传输。当然，从基站1001也可以仅有一个。

应当理解的是，本实施例中的PTP传输装置1004可以是支持PTP的边界时钟(Boundary Clock)装置或支持PTP的透明时钟(Transparent Clock)装置；请参见图12所示的通信系统，PTP传输装置1004为支持PTP的边界时钟装置10041，其具有同步时钟接收模块100411和PTP同步服务模块10042；同步时钟接收模块100411用于先同步主时间同步装置1003的时钟，然后通过PTP同步服务模块10042给从基站1001提供时钟同步服务。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种主时间同步装置，其特征在于，包括：

空口同步模块，用于将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步；

时间转换模块，用于将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；

同步服务模块，用于从时间转换模块获取当前的PTP时间加入时间同步报文下发给待同步的从基站进行时间同步。

2.如权利要求1所述的主时间同步装置，其特征在于，所述空口同步模块包括本地帧头帧号产生子模块、帧获取子模块、基带处理子模块、同步处理子模块；

所述本地帧头帧号产生子模块用于产生本地帧头、帧号；

所述帧获取子模块用于从宿主基站获取帧头、帧号；

所述基带处理子模块用于分别将本地的帧头、帧号与宿主基站的帧头、帧号进行比较，将比较结果发给时钟处理子模块；

所述同步处理子模块用于根据所述比较结果分别调整本地帧头、帧号，使本地帧头、帧号分别与所述宿主基站的帧头、帧号同步。

3.如权利要求2所述的主时间同步装置，其特征在于，所述时间转换模块包括帧查找子模块、时钟处理子模块和PTP时间计数子模块；

所述帧查找子模块用于以所述同步处理子模块同步后的帧号为基准，选取所述本地帧头帧号产生子模块后面产生的一个帧号作为目标帧号；

所述时钟处理子模块用于将所述目标帧号换算成PTP时间对所述PTP时间计数子模块进行设置，并将所述目标帧号的帧头作为PTP的1脉冲秒的起始。

4.如权利要求3所述的主时间同步装置，其特征在于，所述帧查找子模块选取所述本地帧头帧号产生子模块后面产生的一个帧号作为目标帧号包括：

选取所述本地帧头帧号产生子模块产生的下一个帧号作为目标帧号；

或，选取所述本地帧头帧号产生子模块产生的一个为100的整数倍的帧号为目标帧号；

或，采用随机选取的方式从选取所述本地帧头帧号产生子模块后面产生的帧号中随机选择一个帧号作为目标帧号。

5.如权利要求1-4任一项所述的主时间同步装置，其特征在于，所述同步服务模块包括PTP协议子模块和时间同步子模块；

所述PTP协议子模块用于判断当前下发给所述待同步的从基站的报文是否是时间同步报文；

所述时间同步子模块用于在所述PTP协议子模块判断为是时，从所述时间转换模块获取当前的PTP时间插入所述时间同步报文后发给所述待同步的从基站。

6.一种通信系统，其特征在于，包括待同步的从基站、宿主基站以及如权利要求1-5任一项所述的主时间同步装置；

所述主时间同步装置用于将本地的帧信息与所述宿主基站的帧信息进行同步，将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时，向所述从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文对所述从基站进行时间同步；

所述从基站用于接收所述时间同步报文，从所述时间同步报文中提取所述PTP时间，根据提取的PTP时间对本地时间进行同步处理。

7.如权利要求6所述的通信系统，其特征在于，还包括设置于所述从基站和所述主时间同步装置之间的PTP传输装置；所述PTP传输装置用于接收来自所述主时间同步装置的所述时间同步报文，并转发给所述从基站进行时间同步。

8.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述PTP传输装置为支持PTP的边界时钟装置或支持PTP的透明时钟装置。

9.如权利要求6-8任一项所述的通信系统，其特征在于，所述主时间同步装置为无线中继器或基站。

10.一种时间同步方法，其特征在于，包括：

主时间同步装置将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步；

所述主时间同步装置将同步后的帧信息进行转换得到PTP时间后进行计时；

所述主时间同步装置向待同步的从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文对所述从基站进行时间同步。

11.如权利要求10所述的时间同步方法，其特征在于，所述主时间同步装置将本地的帧信息与宿主基站的帧信息进行同步包括：

主时间同步装置本地产生帧头和帧号；

主时间同步装置获取宿主基站的帧头和帧号；

主时间同步装置分别将本地产生的帧头和帧号与宿主基站的帧头和帧号进行比较，根据比较结果完成同步。

12.如权利要求11所述的时间同步方法，其特征在于，所述主时间同步装置根据同步后的帧信息转换得到的PTP时间后开始计时包括：

主时间同步装置以同步后的帧号为基准，选取后面产生的一个本地帧号作为目标帧号；

将所述目标帧号换算成PTP时间进行PTP计时设置；

将所述目标帧号的帧头作为PTP的1脉冲秒的起始。

13.如权利要求12所述的时间同步方法，其特征在于，选取后面产生的一个帧号作为目标帧号包括：

选取后面产生的下一个帧号作为目标帧号；

或，选取后面产生的一个为100的整数倍的帧号为目标帧号；

或，采用随机选取的方式从后面产生的帧号中随机选择一个帧号作为目标帧号。

14.如权利要求10-13任一项所述的时间同步方法，其特征在于，所述主时间同步装置向所述从基站下发包含当前的PTP时间的时间同步报文包括：

判断当前下发给所述待同步的从基站的报文是否是时间同步报文；如是，获取当前的PTP时间插入所述时间同步报文后发给所述待同步的从基站。