CN110518934B - 一种光传送网的同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光传送网的同步方法，首先主结构接收卫星的授时信号，并根据授时信号与卫星完成时间同步，继而向若干从结构发送同步信号；其中，同步信号通过LDPC码进行编码且以LDPC码作为同步信标；主结构在发送同步信号时，通过扩频码对同步信号进行扩频调制并将同步信号加载到载波上；从结构接收同步信号，并从扩频码的起始位置对同步信号进行解码；其中，从结构在对同步信号进行解码时，在同步信标所在的位置引入偏移因子，进行迭代修正；从结构判断同步信号延时量是否超过一个周期，若是则通过时延整定实现与主结构的同步。通过实施本发明的实施例能减少同步过程中的不确定性且不需要建立双向比对数据交换传输链路，降低复杂度和成本。

Description

一种光传送网的同步方法
技术领域
本发明涉及光传送网技术领域，尤其涉及一种光传送网的同步方法。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5G)的到来，集中式无线接入网(CRAN)将会更广泛应用，其中，基带处理部分(BBU/DU)被集中到一个区域中(BBU/DU池)，这时需要承载网络将无线射频部分(RRU/AAU)与BBU/DU池连接起来，即为前传网络。前传承载网要求网络提供的时间同步精度为：经过30跳PTN设备引入的时间误差不能超过1us。
前传网络需要解决低时延业务的区分识别和快速转发、高精度同步等问题，在单向双向时钟可能存在不同步，并由不对称造成信号缺陷。5G时代，基站对同步的要求比4G时代要求更严。由于5G时代基站数量远大于4G时代的基站数量，3G/4G时代主要依靠直接部署GPS接收机来实现基站之间频率和时间同步的方法在5G时代变得极为不经济，通过地面传送网传送频率和时间同步成为必然。在通信设备部署过程中，为了节省光纤资源，会把基带池和多个射频拉远模块间的链路复用在一根光纤上进行传输，目前现有的方案中采用双向比对的方法进行同步，具体的采用单纤双向的方法进行同步，两时钟域同时发送自己的时间信息，将该时间信息作为本地时间的开始信号，两站接收对端发送的时间信息，当做本地的停止信号，通过测量本地时间后对端发送时间差，计算钟差，以其中一端钟源作为基准调整另一钟源完成同步。但在双向比对过程中时频信号相位的编码和恢复比对精度，增加同步的不确定性，而且在比对的过程中不仅需要在终端建立时钟，还需要另外建立双向比对数据交换传输链路，导致复杂度和成本增加。
发明内容
本发明实施例提供一种光传送网的同步方法，能减少同步过程中的不确定性且不需要建立双向比对数据交换传输链路，降低复杂度和成本。
本发明一实施例提供一种光传送网的同步方法，包括：主结构接收卫星的授时信号，并根据所述授时信号与所述卫星完成时间同步，继而向若干从结构发送同步信号；其中，所述同步信号通过LDPC码进行编码且以LDPC码作为同步信标；所述主结构在发送所述同步信号时，通过扩频码对所述同步信号进行扩频调制并将所述同步信号加载到载波上，发送至各所述从结构；
每一所述从结构接收所述同步信号，对所述同步信号进行解调去除所述载波，并从所述扩频码的起始位置对所述同步信号进行解码；其中，所述从结构在对所述同步信号进行解码时，在所述同步信标所在的位置引入偏移因子，进行迭代修正；所述偏移因子为相位偏移量的归一化参量；所述相位偏移量为所述主结构发送同步信号时同步信标的相位，与所述从结构接收同步信号时同步信标的相位的相位差；
每一所述从结构判断所述同步信号延时量是否超过一个周期，若是则通过时延整定实现与所述主结构的同步。
进一步的，所述同步信号为所述授时信号。
进一步的，所述授时信号为GPS-L1C信号。
进一步的，所述通过以下公式计算所述相位偏移量：
Figure 471659DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 760558DEST_PATH_IMAGE003
为相位偏移量，xi为解码后符号数据，si为系统发送符号数据，k为观察数据长度。
进一步的，所述主结构发送同步信号至各所述从结构的过程，是在非固定分配模式的资源映射机制下进行的。
通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种光传送网的同步方法，首先由主结构接收卫星的授时信号，实现主结构与卫星的时间同步，紧接着主结构向与其连接的各从结构发送同步信号，上述同步信号由扩频码进行扩频调制后加载到载波上，发送至各从结构，且上述同步信号由LDPC码进行信道编码且以LDPC码作为同步信标；从结构在接收到同步信号时去除载波，并从扩频码的起始位置开始对同步信号进行解码。在解码的过程中引入偏移因子进行迭代修正，逐步对其码相位，在解码完整后即可实现相位同步即相对同步。此时若信号延迟在一个周期内即可完成主结构与各从结构的同步，但若此时信号延时大于一个周期时则主结构与从结构之间只是实现了相对同步，此时从结构在完成对所述同步信号的解码后，还需通过时延整定实现与主结构的同步。通过本发明的实施例在进行主结构与从结构的同步时，不需要建立双向的比对数据交换传输链路，同步信号以LDPC码进行编码并且在在解码的过程中通过引入偏移因子进行迭代修正，实现码相位补偿，避免像其他编码方式那样在检测与解码之间开销过高，减少了接收模块引入的相对延迟，因此可明显减小不确定度分量。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种光传送网的同步方法的流程示意图。
图2是本发明一实施例提供的光传送网的同步系统的系统架构图。
图3是本发明一实施例提供的对同步信号进行解码时的流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
如图1所示，是本发明一实施例提供的一种光传送网的同步方法的流程示意图，包括：
步骤S101、主结构接收卫星的授时信号，并根据所述授时信号与所述卫星完成时间同步，继而向若干从结构发送同步信号；其中，所述同步信号通过LDPC码进行编码且以LDPC码作为同步信标；所述主结构在发送所述同步信号时，通过扩频码对所述同步信号进行扩频调制并将所述同步信号加载到载波上，发送至各所述从结构；
步骤S102、每一所述从结构接收所述同步信号，对所述同步信号进行解调去除所述载波，并从所述扩频码的起始位置对所述同步信号进行解码；其中，所述从结构在对所述同步信号进行解码时，在所述同步信标所在的位置引入偏移因子，进行迭代修正；所述偏移因子为相位偏移量的归一化参量；所述相位偏移量为所述主结构发送同步信号时同步信标的相位，与所述从结构接收同步信号时同步信标的相位的相位差；
步骤S103、每一所述从结构判断所述同步信号延时量是否超过一个周期，若是则通过时延整定实现与所述主结构的同步。
以下对每个步骤进行具体的说明：
对于步骤S101、首先主结构锁定卫星，接收卫星的授时信号，授时信号完成与卫星的时间同步；
在一个可选的实施例中，上述卫星可以为GPS或北斗的卫星信号；
在一个优选的实施例中，上述授时信号采用GPS-L1C信号；
此外，所述授时信号还可以为：BDS3-B1C或BDS3-B2a。
B1C每帧电文长度为1800符号位。每帧电文由3个子帧组成，子帧2采用64进制LDPC(200,100)编码后，长度为1200符号位；子帧3采用64进制LDPC(88,44)编码后，长度为528符号位。
B2a每帧电文长度为600符号位，电文部分采用64进制LDPC(96,48)编码后，长度为576符号位。
然后主结构向与其连接的各从结构发送同步信号，并且该同步信号是以LDPC码进行信道编码的。同步信号以超帧的形式进行发送，并以同步信号内的LDPC码为唯一码型标识，将同步信号中的LDPC码作为同步信标。同时主结构在发送信号时，将同步信号由扩频码进行扩频调整然后加载到载波中。以GPS-L1C信号为例：GPS-L1C信号由L1CP和L1CD两部分组成。L1CD又分为子帧，帧和超帧。帧分成3个长度不等的子帧。为了向用户广播完整的消息，需发送多个帧，即超帧。子帧2和子帧3分别包含600比特和274数据。两个子帧都要用码率为1/2的LDPC编码器编码，得到总长度为1748个符号序列。这1748个符号接着送到交织器进行交织，1748个符号按行写入38行46的矩阵，然后按列读出。交织后的输出进行二进制偏移载波调制(BOC(1,1))，即先以1.023Mbps的码片速率进行直接序列扩频(DSSS)，再用1.023MHz的方波副载波调制扩频后的信号，最后再将基带BOC(1,1)信号通过BPSK调制到L1射频链路上传输。
在一个优选的实施例中，同步信标出现周期tc应大于所用传输方案中端到端由于设备造成的时延(WDM方案在微秒级别，光纤直连在亚微秒级别)。
在一个优选的实施例中主结构在发送同步信号之前还确认与其连接的从结构的数量。
对于步骤S102:各从结构接收主结构发送的同步信号，以下以其中一个从结构的同步过程进行说明；
从结构接收同步信号后利用伪码延时锁相环路，使本地复制的跟踪码和接收到的伪码(扩频码)在码元上对齐；例如系统将1毫秒分成103数量级的码片(时钟脉冲速率为1.023Mbit/s)，各码片可以精确同步其相位到码长的几十分之一，这样在计数准确的情况下精度基本在亚纳秒级别，采用这种基于稀疏矩阵线性码，可以使多个从结构共享主结构同步信息，在一定间隔时间后也能进行同步。在对齐扩频码后，在扩频码的起始位置对同步信号进行信道编码的译码即解码，并在解码的过程中，在同步信标的位置引入偏移因子进行迭代修正，具体过程如图3所示，首先从结构的解码模块初始化，然后读取各检验节点连接关系以及变量节点信息，紧接着引入偏移因子更新检验节点信息，随后将检验节点信息累加到变量节点信息，计算变量节点判决消息输出判决结果，若迭代次数达到预设次数或
Figure 471025DEST_PATH_IMAGE004
则完成解码，实现码相位同步，若否则进一步估算偏移因子并对变量节点消息进行更新，继续解码。
引入偏移因子为
Figure 591821DEST_PATH_IMAGE005
进行修正，在每次解码过程进行一次时延参数估计，并通过估计参数解码模块下一次解码进行修正，逐渐完成相对同步。需要说明的是对于初始的偏移因子是根据估计相位差t1n–t00进行归一化得到的。
由于系统中各结构均包含鉴相器或计时器之类的模块可以直接获得所有粗略的相位值，因此可以根据各结构获得的粗略的相位值，计算初始偏移因子；节点消息更新公式为：
Figure 704133DEST_PATH_IMAGE006
，L(ri)表示校验点给第i个变量节点的对数似然比消息，
Figure 632775DEST_PATH_IMAGE007
为符号函数，L(ri)表示偏移最小和算法中校验点给第i个变量节点的对数似然比消息。采用LDPC避免像其他编码方式那样在检测与解码之间开销过高，减少了接收模块引入的相对延迟，因此可明显减小不确定度分量。
需要说明的是，此处的偏移因子是主结构与从结构之间的相位偏移量的归一化参量，例如主结构发送同步信号时同步信标的相位为t00、从结构接收同步信号时同步信标的相位为t1n、上述相位偏移量
Figure 564959DEST_PATH_IMAGE008
，偏移因子
Figure 987981DEST_PATH_IMAGE009
为
Figure 954800DEST_PATH_IMAGE011
的归一化参量。
在一个优选的实施例中，通过以下公式计算所述相位偏移量：
Figure 319922DEST_PATH_IMAGE012
；其中，
Figure 739402DEST_PATH_IMAGE011
为相位偏移量，xi为解码后符号数据，si为系统发送符号数据，k为观察数据长度。
通信时间段内信号模型表示为：
Figure 887487DEST_PATH_IMAGE013
，i＝0,1,…,K-1，xi为解码后符号数据，si为系统发送符号数据，wi是均值为零、方差为2σ2的高斯白噪声，K为观察数据长度。观察数据联合概率密度为
Figure 82714DEST_PATH_IMAGE014
通过符号数据运算得出相位偏移
Figure 228524DEST_PATH_IMAGE016
即估计相位差
Figure 525513DEST_PATH_IMAGE017
Figure 414972DEST_PATH_IMAGE018
Figure 231749DEST_PATH_IMAGE016
Figure 814041DEST_PATH_IMAGE019
Figure 67167DEST_PATH_IMAGE020
，其中arg{·}表示取复数的幅角。
对于步骤S103,在解码完成后，需要判断同步信号的延时量是否大于一个周期，若不超过一个周期则在解码过程中完成相位同步之后，主结构与从结构已经实现了精准的同步，则同步步骤完成。
若超过一个周期则需要通过时延整定实现与所述主结构的精准同步。
通过以下方式计算同步信号的时延量：
记录从结构解码模块完成同步时间t2n(已包含电光/光电转换时延，电光转换时延可通过提高码元速率，时延抖动随着码元速率每提高一倍而降低一倍，例如线路速率为25Gbps，一个mUI仅为0.04ps。)。
事先根据信号到达时间或时域反射所用时间测量传输链路引入的时延t3n，
设置自然数mn满足|(t2n+t3n)/tc–mn|<1关系。tc为同步信标出现的周期；
则从结构的延时量或者说同步时间
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；
在一个优选的实施例中所述主结构发送同步信号至各所述从结构的过程，是在非固定分配模式的资源映射机制下进行的，以减少无参考的时钟域交叉的时延。
本发明另一实施例提供了一种光传送网的同步系统，具体架构图如图2所示，各从结构通过光传送网与主结构连接，主结构与卫星无线连接。该系统内部同步原理与上述方法项实施例相同，在此不再赘述。
通过实施本发明实施例具有如下有益效果：
(1)同步时不需要建立双向比对数据交换传输链路，结合LDPC、WDM技术，由于没有增加外设服务器和接收机等设备，降低线路设备复杂度，系统不但可以满足多节点、灵活带宽粒度的访问的需求，而且可以节省大量的设备成本，降低复杂度。
(2)以以LDPC码进行编码并且在在解码的过程中通过引入偏移因子进行迭代修正实现码相位补偿，避免像其他编码方式那样在检测与解码之间开销过高，减少了接收模块引入的相对延迟，因此可明显减小不确定度分量。
(3)可满足uRLLC业务高可靠性要求，有效防止多址干扰，减少节点处理造成的时延变化以及网络动态变化所造成的时延抖动等因素的影响；
(4)本发明的同步方法可独立部署，并能实现性能监控。在AAU/RRU侧光模块无源化的方案下也可以实施。有效规避了协议层带来的不确定延时。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种光传送网的同步方法，其特征在于，包括：
主结构接收卫星的授时信号，并根据所述授时信号与所述卫星完成时间同步，继而向若干从结构发送同步信号；
其中，所述同步信号通过LDPC码进行编码且以LDPC码作为同步信标；
所述主结构在发送所述同步信号时，通过扩频码对所述同步信号进行扩频调制并将所述同步信号加载到载波上，发送至各所述从结构；
每一所述从结构接收所述同步信号，对所述同步信号进行解调去除所述载波，并从所述扩频码的起始位置对所述同步信号进行解码；
其中，所述从结构在对所述同步信号进行解码时，在所述同步信标所在的位置引入偏移因子，进行迭代修正；所述偏移因子为相位偏移量的归一化参量；在每次解码过程进行一次时延参数估计，并通过估计参数解码模块下一次解码进行修正，逐渐完成相对同步；
初始的偏移因子根据估计相位差进行归一化得到；
所述相位偏移量为所述主结构发送同步信号时同步信标的相位，与所述从结构接收同步信号时同步信标的相位的相位差；
通过以下公式计算所述相位偏移量：
Figure FDA0002912611170000011
其中，
Figure FDA0002912611170000012
为相位偏移量 ；
Figure FDA0002912611170000013
xi为解码后符号数据；
si为系统发送符号数据；
wi是均值为零、方差为2σ2的高斯白噪声；
K为观察数据长度；
arg{·}表示取复数的幅角；
观察数据的联合概率密度为
Figure FDA0002912611170000021
所述在所述同步信标所在的位置引入偏移因子，进行迭代修正具体包括如下步骤：
从结构的解码模块初始化；
读取各检验节点连接关系以及变量节点信息；
引入偏移因子更新检验节点信息；
将检验节点信息累加到变量节点信息，计算变量节点判决消息，输出判决结果；
若迭代次数达到预设次数或
Figure FDA0002912611170000022
则完成解码，实现码相位同步；
否则，进一步估算偏移因子并对变量节点消息进行更新，继续解码；
每一所述从结构判断所述同步信号延时量是否超过一个周期，若是，则通过时延整定实现与所述主结构的同步；
通过以下方式计算同步信号的时延量：
记录从结构解码模块完成同步时间t2n；
根据信号到达时间或时域反射所用时间测量传输链路引入的时延t3n；
设置自然数mn，满足|(t2n+t3n)/tc–mn|<1关系，tc为同步信标出现的周期；则从结构的延时量或者说同步时间为
Figure FDA0002912611170000023
2.如权利要求1所述的光传送网的同步方法，其特征在于，所述同步信号为所述授时信号。
3.如权利要求1所述的光传送网的同步方法，其特征在于，所述授时信号为GPS-L1C信号。
4.如权利要求1所述的光传送网的同步方法，其特征在于，所述主结构发送同步信号至各所述从结构的过程，是在非固定分配模式的资源映射机制下进行的。
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