CN110798277A - 一种基于射频光纤网络的时间同步系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及时间同步领域，公开一种射频光纤网络的时间同步系统，包括GNSS信号接收天线、基于光纤的射频信号分配网络、至少一个时间同步单元；GNSS信号接收天线用于接收GNSS射频信号；基于光纤的射频信号分配网络将GNSS信号接收天线输出的GNSS射频信号转换为光信号，通过光纤网络传输至安装远端后，将光信号重新恢复为GNSS射频信号输入至时间同步单元，时间同步单元接收GNSS射频信号进行处理，恢复GNSS时间并对本地时间进行驯服。还提供射频光纤网络的时间同步方法。通过本发明，可以解决如隧道、地下停车场等收不到真实GNSS信号的环境中，需要时间同步设备的时间同步问题。

Description

一种基于射频光纤网络的时间同步系统和方法

技术领域

本发明涉及时间同步领域，尤其涉及一种基于射频光纤网络的时间同步系统和方法。

背景技术

卫星导航系统可以提供高精度的时间基准，是目前传统高精度时间同步技术的主要实现方法，具体包括GNSS共视、卫星双时间比对等。但是均需要直接观测GNSS卫星，无法满足室内的大量分布式设备对时间同步的需求。

随着光网络技术的迅猛发展，光纤具有通路稳定性高、损耗低、受外界环境影响小、带宽高等优点，基于光纤的时间同步引起了越来越多的研究者的关注，取得了相当大的进展和应用。目前，基于GNSS和光纤的时间同步系统主要通过光纤时间同步中心接收 GNSS信号，实现与GNSS时间的同步和时钟驯服，然后通过光纤网络将时间、频率信息发送到远端设备，然后远端设备通过时钟恢复模块从光信号中恢复时钟供本地使用。如图1所示，GNSS接收天线接收导航卫星的无线10射频信号，将GNSS射频信号通过有线射频线20传输给光纤时间同步中心，光纤时间同步中心包括GNSS接收模块和时钟发送模块，GNSS接收模块接收并处理射频信号，解析出秒脉冲信号PPS和时间信息TOD，时钟发送模块将PPS和TOP通过光纤30传输给远端的时钟恢复模块，时钟恢复模块接收光信号，恢复出PPS和TOD，并输出给时钟处理模块，实现时间同步。这种方法导致系统严重依赖于光纤时间同步中心，一旦光纤时间同步中心发生故障，整个系统将失去时间同步功能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于射频光纤网络的时间同步系统和方法，通过光纤将GNSS射频信号传递到远端，远端时间同步单元对GNSS信号进行处理，实现与GNSS的时间同步，从而解决各种需要时间同步设备，包括通信系统基站、微基站、皮基站等的时间同步问题，以降低现有方案无GNSS信号的问题。

本发明提供一种基于射频光纤网络的时间同步系统和方法，其实现如下：

一种基于射频光纤网络的时间同步系统，一种基于射频光纤网络的时间同步系统，包括GNSS信号接收天线、基于光纤的射频信号分配网络、至少一个时间同步单元；所述GNSS信号接收天线用于接收GNSS射频信号；所述基于光纤的射频信号分配网络将 GNSS信号接收天线输出的GNSS射频信号转换为光信号，通过光纤网络传输至安装所述时间同步单元的位置后，将所述光信号重新恢复为GNSS射频信号输入至所述时间同步单元，所述时间同步单元接收所述GNSS射频信号进行处理，恢复GNSS时间并对本地时钟进行驯服。

进一步地，所述的基于光纤的射频信号分配网络包括网络拓扑结构连接的GNSS射频信号转光信号模块、光纤、光信号转GNSS射频信号模块。

进一步地，所述网络拓扑结构为星型光纤网络拓扑结构连接时，一个所述GNSS射频信号转光信号模块通过光纤连接多个所述光信号转GNSS射频信号模块，所述光信号转GNSS射频信号模块通过有线射频线连接所述时间同步单元。

进一步地，所述网络拓扑结构为菊花链光纤网络拓扑结构连接时，包括一个射频信号转光信号模块和多个光转射频中继模块，所述射频信号转光信号模块通过光纤连接一个所述光转射频中继模块，所述光转射频中继模块再通过光纤依次连接其他光转射频中继模块，所述光转射频中继模块通过有线射频线连接各时间同步单元。

进一步地，所述网络拓扑结构为混合连接时，包括星型光纤网络拓扑结构连接和菊花链光纤网络拓扑结构。

进一步地，所述时间同步单元包括依次连接的GNSS信号接收模块、时钟驯服模块。本发明还提供一种基于射频光纤网络的时间同步方法，包括以下步骤：

S1、通过GNSS接收天线，接收GNSS射频信号；

S2、将GNSS射频信号转换为光信号后通过光纤传递至远端，并在远端将光信号恢复为射频信号；

S3、远端时间同步单元接收并处理射频信号，获取GNSS时间，并对本地时钟驯服，实现本地时间频率与GNSS时间频率的同步。

进一步地，在步骤S3中，所述时间同步单元输出UTC时间、PPS、基准频率。

进一步地，还包括步骤S4，通过对光纤传递链路的时延进行标定，所述时间同步单元对所述时延进行修正。

现有系统及方法相比，本发明的优点在于：

1、通过本发明提出的基于射频光纤网络的时间同步系统，降低了对原有系统时间同步中心的复杂度，将集中式处理转变为分布式处理，提高了系统的稳定性；

2、通过本发明，可以通过多种网络拓扑结构灵活实现对多个需要时间同步的设备提供基准时间和基准频率。

附图说明

图1是现有技术提供的GNSS时间同步方案网络示意图；

图2为本发明实施例的系统示意图；

图3为本发明实施例的系统示意图；

图4为本发明实施例的时间同步单元组成图；

图5为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种基于射频光纤网络的时间同步系统和方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明实施例中，本发明提供的一种基于射频光纤网络的时间同步系统，包括GNSS 信号接收天线、基于光纤的射频信号分配网络、至少一个时间同步单元；所述GNSS信号接收天线用于接收GNSS射频信号；所述基于光纤的射频信号分配网络将GNSS信号接收天线输出的GNSS射频信号转换为光信号，通过光纤网络传输至安装所述时间同步单元的位置后，将所述光信号重新恢复为GNSS射频信号输入至所述时间同步单元，所述时间同步单元接收所述GNSS射频信号进行处理，恢复GNSS时间并对本地时间进行驯服。如图2所示，GNSS接收天线在室外接收导航卫星发射的无线10射频信号，将接收到射频信号通过有线射频线20传输给射频转关模块，射频转光模块将GNSS射频信号转换为光信号，并将光信号通过光纤30传输给多个远端的设备，每一个远端设备包含一个光转射频模块和一个时钟同步单元，光转射频模块将接收到的光信号转换为射频信号，通过有线射频线传输给时间同步单元，时钟同步单元接收并处理射频信号，获取GNSS时间，并对本地时钟驯服，实现本地时间、频率与GNSS的同步，进而实现所有时间同步单元的时间同步。

本发明另一实施例中，如图3所示，GNSS接收天线在室外接收导航卫星发射的无线射频信号，将接收到射频信号通过有线射频线传输给射频转光模块，射频转光模块将射频信号转换为光信号，并将光信号通过光纤40传输给光转射频中继模块，光转射频中继模块将光信号转换为射频信号，通过有线射频线传输给时钟同步单元1，同时光转射频中继模块将光信号通过光纤传输给下一个光转射频中继模块，从而实现多节点远距离传输。时间同步单元接收并处理射频信号，获取GNSS时间，并对本地时钟驯服，实现本地时间、频率与GNSS的同步，进而实现所有时间同步单元的时间同步。

以下介绍本发明实施提供的一种时间同步单元的一实施例，图4示出了该实施例的示意图，时间同步单元N包括：

GNSS信号接收模块，用于接收并处理GNSS射频信号，获取GNSS时间，输出秒脉冲信号PPS和时间信息TOD；

时钟驯服模块，用于接收并处理PPS和TOD信息，对本地时钟进行调整，实现本地时间、频率与GNSS的同步，输出PPS、TOD和基准频率。基准频率根据连接的需要时间同步的设备而设定。

其中GNSS信号接收模块可以为GNSS接收机。

以下介绍本发明实施例提供的一种射频光纤时间同步方法的一方法实施例，图5示出了该实施例的流程图，包括：

S1：通过GNSS接收天线，接收GNSS射频信号；

所述的GNSS信号可以是GPS、BDS、GLONASS、Galileo、QZSS、IRNSS任意一种或多种卫星导航信号的组合。接收天线应放置在室外开阔环境下，确保接收GNSS信号的实时性和真实性。

S2：将GNSS信号接收天线输出的GNSS射频信号转换为光信号，通过光纤网络传输至远端，将光信号重新恢复为射频信号输入给时间同步单元；

在本发明一实施例中，采用星型光纤网络拓扑结构，该过程包含一个射频信号转光信号模块和多个光转射频模块。射频信号转光信号模块将接收的GNSS射频信号转换为光信号，再将光信号分发给远端多个光转射频模块，光转射频模块将光信号转换为射频信号。这种星型光纤网络拓扑结构适用于地下停车场等集中分布环境。

在本发明另一实施例中，采用菊花链光纤网络拓扑结构，该过程包含一个射频信号转光信号模块和多个光转射频中继模块。射频信号转光信号模块将接收的GNSS射频信号转换为光信号，再将光信号分发给远端一个光转射频中继模块，光转射频中继模块将光信号转换为射频信号输入本地时间同步单元，同时将光信号转发给下一个光转射频中继模块，以此类推实现串行组网。这种菊花链光纤网络拓扑结构适用于隧道等狭长环境。

当然，还可以根据场景实际需要，网络拓扑结构为混合连接时，即可包括星型光纤网络拓扑结构连接，还包括菊花链光纤网络拓扑结构。

通过本发明，可以通过多种网络拓扑结构灵活实现对多个需要时间同步的设备提供基准时间和基准频率。

S3：远端时间同步单元接收并处理GNSS射频信号，获取GNSS时间，并对本地时钟驯服，实现本地时间和频率与GNSS时间的同步。

在本实施例中，在步骤S3中，所述时间同步单元输出UTC时间、PPS以及基准频率。解析得到PPS和TOD信息，通过PPS的边沿时刻对本地频率进行调整，使本地时钟与GNSS时钟同步。

更进一步地，还包括步骤S4，通过对光纤传递链路的时延进行标定，所述时间同步单元对所述时延进行修正，接收并处理GNSS射频信号，可以进一步提高时间同步精度。

综上，通过本发明提出的基于射频光纤网络的时间同步系统，降低了对原有系统时间同步中心的复杂度，将集中式处理转变为分布式处理，提高了系统的稳定性；实现室外实时接收到的GNSS信号通过光纤分配网络传输到远端不能实时接收到GNSS卫星导航信号的环境，如隧道、地下停车场等，从而解决在这些环境下各种需要时间同步设备，包括通信系统基站、微基站、皮基站等的时间同步问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于射频光纤网络的时间同步系统，其特征在于，包括GNSS信号接收天线、基于光纤的射频信号分配网络、至少一个时间同步单元；所述GNSS信号接收天线用于接收GNSS射频信号；所述基于光纤的射频信号分配网络将GNSS信号接收天线输出的GNSS射频信号转换为光信号，通过光纤网络传输至安装所述时间同步单元的位置后，将所述光信号重新恢复为GNSS射频信号输入至所述时间同步单元，所述时间同步单元接收所述GNSS射频信号进行处理，恢复GNSS时间，对本地时钟进行驯服。

2.根据权利要求1所述的一种基于射频光纤网络的时间同步系统，其特征在于，所述的基于光纤的射频信号分配网络包括网络拓扑结构连接的GNSS射频信号转光信号模块、光纤、光信号转GNSS射频信号模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于射频光纤网络的时间同步系统，其特征在于，所述网络拓扑结构为星型光纤网络拓扑结构连接时，一个所述GNSS射频信号转光信号模块通过光纤连接多个所述光信号转GNSS射频信号模块，所述光信号转GNSS射频信号模块通过有线射频线连接所述时间同步单元。

4.根据权利要求2所述的一种基于射频光纤网络的时间同步系统，其特征在于，所述网络拓扑结构为菊花链光纤网络拓扑结构连接时，包括一个射频信号转光信号模块和多个光转射频中继模块，所述射频信号转光信号模块通过光纤连接一个所述光转射频中继模块，所述光转射频中继模块再通过光纤依次连接其他光转射频中继模块，所述光转射频中继模块通过有线射频线连接各时间同步单元。

5.根据权利要求2所述的一种基于射频光纤网络的时间同步系统，其特征在于，所述网络拓扑结构为混合连接时，包括星型光纤网络拓扑结构连接和菊花链光纤网络拓扑结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于射频光纤网络的时间同步系统，其特征在于，所述时间同步单元包括依次连接的GNSS信号接收模块、时钟驯服模块。

7.一种基于射频光纤网络的时间同步方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、通过GNSS接收天线，接收GNSS射频信号；

S2、将GNSS射频信号转换为光信号后通过光纤传递至远端，并在远端将光信号恢复为射频信号；

S3、远端时间同步单元接收并处理GNSS射频信号，获取GNSS时间，并对本地时钟驯服，实现本地时间频率与GNSS时间频率的同步。

8.根据权利要求7所述的一种基于射频光纤网络的时间同步方法，其特征在于，在步骤S3中，所述时间同步单元输出UTC时间、PPS、基准频率。

9.根据权利要求7或8所述的一种基于射频光纤网络的时间同步方法，其特征在于，还包括步骤S4，通过对光纤传递链路的时延进行标定，所述时间同步单元对所述时延进行修正。

Images