CN112954787A - 一种添加5g通信模块的多模授时系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种添加5G通信模块的多模授时系统及方法，本发明提供的添加5G通信模块的多模授时系统，由5G通信模块，GPS或BD接收模块，授时处理系统，时钟源几个部分组成。按照本发明提供的方法步骤，可根据不同场景，采用5G网络授时，GPS或BD授时或自身时钟源的授时，适应不同场景下的需求，真正实现多模授时功能。

Description

一种添加5G通信模块的多模授时系统及方法

技术领域

本发明主要涉及一种添加5G(5th generation wireless systems)通信模块的多模授时系统及方法具体地说，主要是授时系统在添加了5G通信模块后，可以使其充分地利用5G网络进行授时，扩展其使用范围，本发明属于授时技术领域。

背景技术

授时系统工作时，为了获得比较高的精度，一般都会安装GPS(Global PositionSystem)或者是BD(北斗)天线，来接收卫星产生的时间信号，这种利用GPS或BD天线的方式来直接获取时间的方法固然可以得到很高的时间的精度，但是GPS或BD天线安装比较麻烦，需要架设线缆安装在特殊位置，有的地方由于位置原因可能不适合架设天线，如果此时再采用GPS或BD天线的方式进行授时不可行了。另一方面，有的专利想到采用5G模块来进行授时，比如专利《一种通过空口从5G基站获取高精度时间的方法及系统》(申请号202010531506)，该专利的授时方式是从5G通信系统的信令中活得时间信息，进行授时，这中方式巧妙地借用了5G无线通信的功能以及5G网络的覆盖来获得授时的。但是这种授时方式获取的授时精度没有安装GPS或BD天线直接获取时间信息的精度高，而且也会受到使用环境的限制，在没有5G无线网络或信号很弱的环境下，该授时方式也会受到限制。

因此单独采用安装GPS或BD天线直接获取时间的方式，精度虽然高，但是会受到施工条件限制，而单独采用5G网络来进行授时，虽然可以借用无线网络获取时间信息来进行授时，5G网络目前覆盖还不是很全。因此单独采用两种方式中的任何一种进行授时，都有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的：首先是提出一种添加5G通信模块的授时系统，该系统能够完成授时功能。

其次该设备能够利用GPS或BD天线直接获取时间信息，或者是借助5G通信网络得到时间信息进行授时，或者在两者都不具备实施条件下采用本身时钟系统进行授时。借助本系统的装置，可以对来自5G通信模块提供的基于5G无线网络的时间信息以及来自GPS或BD天线直接获取的时间信息进行处理比对，根据系统所处的环境条件选择授时方式。或者在两者都不具备实施条件下，采用本系统的时钟源进行授时，确保系统授时功能不发生中断，增强授时系统在不同场景下的授时运用范围，实现不同场景下的多模授时功能。

实现本发明所涉及的一种添加5G通信模块的多模授时系统，其装置主要有以下几个部分组成：5G通信模块，GPS或BD接收模块，授时处理系统，时钟源几个部分组成。其中5G通信模块，就是5G通信的网络设备，没有特殊要求，可完成5G无线通信任务，可提供与基站的通信的时间同步信息。GPS或BD接收模块主要由GPS或BD天线，接收机，它主要接收GPS或BD卫星传送的高精度时间信息，为授时系统提供高精度时间源。授时处理系统主要由时间信息解析模块，时间误差判定模块，选择模块，时钟调控单元，计数器几个功能模块。时间信息解析模块可以由可编程逻辑器件构成，可编程逻辑器件可以在线编程按照一定的协议格式主要对5G通信模块提供的时间同步信息进行解析，提取时间信息。或者解析GPS或BD接收机传送来的时间信息，时间误差判定模块主要由比较器构成，将接收到的时间信息与标准时间进行比对，从精度方面给出判定结果。由选择模块可由多路选择开关构成，将根据误差判定模块输出的判定结果进行判定，选择误差比较小或者说精度比较高的那一路时间。这里的时间来源，有从5G通信模块解析出的时间信息，有从GPS或BD解析来的时间信息，还有从计数器送来的时间信息，谁的误差小，精度高，就取谁的时间信息作为授时的参考时间。时钟调控单元主要由运算放大器和比较器和存储器构成，当授时处理系统接收到GPS或BD提供的秒信号后，它能以秒脉冲信号为参考，通过对时钟源输出的时钟信号进行计数，将计数值送入时钟源的数字压控系统，调整其频率输出，产生相对于秒信号误差最小的时钟信号，从而驯服时钟源作为授时输出单元的授时时钟。计数器的作用是通过对时钟源产生的一定频率的时钟进行计数，产生时间信息，只要时钟源产生的频率准确，产生的时间就是准的。时钟源，它是一种可以进行数控反馈的时钟晶振。它的输入端接时钟调控单元的输出，具体的说可以根据输出时钟信号与参考源的时钟误差，通过给它写入一组数据调整其工作电压间接调整其输出频率，可以作为计数器产生时间的时钟源。当授时处理系统没有检测到5G通信模块下发的时间信息，也没有检测到GPS或BD输出的秒脉冲信号和时间信息，说明外部的参考源都不工作或者参考源发出的信息很弱，不足以被授时处理系统检测到，这时候时钟源将为用户提供时间信息，在没有参考源的条件下，为了减少时钟源提供的时间信息的偏差，授时处理系统中时钟调控单元将存在其存储器中的历史记录里写入时钟源的数据调出进行平均，然后将平均值写入时钟调控单元，得到一个相对稳定的时间输出信息给用户端。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1)该设备充分利用了5G通信网络的便利进行授时，不需要单独搭建网络，在安装GPS或BD不方便的区域，使用5G无线网络进行授时能大大降低成本简化工程安装。

2)该设备具有5G无线网络授时，GPS或BD授时的方式，用户可以根据所处的实际环境进行选择，即使在这两种参考源都缺失的情况下，也能通过时钟源晶体获得相对稳定的授时。这种方式无论在什么环境条件下都系统都可以自动进行授时的方式，无疑增强了授时的可靠性和适用性，保证了授时的不间断性，实现多模授时功能。

附图说明

图1：是与本发明相关的添加5G通信模块的完整系统示意图。

图2：通过5G通信模块或GPS或BD接收模块的进行授时的示意图

图3.：通过时钟源进行授时的示意图

图4：授时处理系统主要组成

图5：5G通信模块，GPS或BD接收模块与可编程逻辑器件连接图

图6：时间信息产生的流程图

图7：频率产生流程图

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步地详细描述。

如图1所示的本发明涉及的添加5G通信模块完整的授时系统，包括5G通信模块，GPS或BD接收模块，授时处理系统，时钟源几个部分组成。其中5G通信模块是用于5G通信的网络设备，与一般的5G通信设备相比，功能上没有特殊区别。可以完成5G无线通信收发信令和数据的功能。在本系统中，它通过无线网络提供时间同步信息，借助无线网络来实现授时功能，它通过串行接口与授时处理系统相连接。GPS或BD接收模块主要包括GPS或BD接收天线及接收机等构成，与一般的GPS或BD接收装置在构成和功能上没有本质区别。它主要接收GPS或BD卫星传送的高精度时间信息，它通过串行接口与授时处理系统相连接，为授时处理系统提供时间和秒脉冲信息。授时处理系统主要由时间信息解析模块，时间误差判定模块，选择模块，时钟调控单元，计数器几个功能模块构成，参考图4。时间信息解析模块可以由可编程逻辑器件构成，可编程逻辑器件与5G通信模块，GPS或BD都通过串行接口相连接，如图5所示。该器件可进行在线编程，按照一定的协议格式主要对5G通信模块提供的时间同步信息进行解析，提取时间信息。或者解析GPS或BD接收机传送来的时间信息，并将时间信息送给时间误差判定模块如图4所示。时间误差判定模块主要由比较器构成，对接收到来自5G通信模块时间信息，以及来自GPS或BD的时间信息，以及来自计数器的时间信息从精度方面进行比对，并将比对的结果送给选择模块。选择模块可由多路选择开关构成，选择误差比较小或者说精度比较高的那一路时间。这里的时间来源，有从5G通信模块解析出的时间信息，有从GPS或BD解析来的时间信息，还有从计数器送来的时间信息，谁的误差小，精度高，就取谁的时间信息作为授时的参考时间。时钟调控单元主要由运算放大器和比较器和存储器构成，当授时处理系统接收到GPS或BD提供的秒信号后，它能以秒脉冲信号为参考，通过对时钟源输出的时钟信号进行计数，将计数值与参考信号的差值写入时钟源，调整其频率输出，产生相对于秒信号误差最小的时钟信号，从而驯服时钟源作为授时输出单元的授时时钟。计数器的作用是通过对时钟源产生的一定频率的时钟进行计数，产生时间信息，只要时钟源产生的频率准确，产生的时间就是准的。时钟源，它是一种可以进行数字控制的时钟晶振。它的输入端接时钟调控单元的输出，具体的说可以根据输出时钟信号与参考源的时钟误差，通过给它写入一组数据调整其工作电压从而间接调整其输出频率，可以作为计数器产生时间的时钟的源。同时它也直接输出一定的频率，提供给用户端使用。当授时处理系统可以检测到5G通信模块下发的时间信息，或者检测到GPS或BD输出的秒脉冲信号和时间信息，可以根据它们的时间精度高低来选择其中一路产生的时间信息提供给用户。如图2所示。如果没有检测到5G通信模块下发的时间信息，也没有检测到GPS或BD输出的秒脉冲信号和时间信息，说明外部的参考源都不工作或者参考源的信息很弱，不足以被授时处理系统检测到，这时候时钟源将为用户提供时间信息.参考图3在没有参考源的条件下，为了减少时钟源提供的时间信息的偏差，授时处理系统中时钟调控单元将存在其存储器中的历史记录里写入时钟源的数据调出进行平均，然后将平均值写入时钟调控单元，得到一个相对稳定的时间信息提供给用户端。时钟源，它是一种可以进行数控反馈的时钟晶振。它的输入端接时钟调控单元的输出，具体的说可以根据输出时钟信号与参考源的时钟误差，通过给它写入一组数据调整其工作电压间接调整其输出频率，可以作为计数器产生时间的时钟源。

为了详细说明该系统的工作原理，参考流程图图6.它是一个时间信息产生的流程图。为了进一步说明时间信息的产生流程。结合图6进行说明。

第一步，时间信息送入授时处理系统。

第二步，根据5G无线模块和GPS或BD天线产生的时间信息的情况不同，又分两种情况。第一种情况，5G无线模块和GPS或BD，至少有一个模块产生的时间信息能够检测到。此时转入第三步—第五步。第二种情况，5G无线模块或GPS或BD模块，任何一路都没有输出或输出信号很弱误码很高，可以认为没有输出，此时要产生时间信息，必须借助时钟源产生的频率输出，通过计数器来产生时间信息，送给时间误差判定模块，执行第四步—第五步。而频率输出的流程参考流程图7的过程

第三步，授时处理系统的时间信息解析模块将对接收到时间信息进行解析，取出时间信息。

第四步，时间误差判定模块，根据来自5G无线模块和GPS或BD系统的时间信息，或者是来自计数器的时间信息进行误差判定，将各路时间信息的精度判定结果送给选择模块，当只有一路时间信息时，则不进行误差判定，标记误差为零。

第五步，选择模块根据时间判定模块送来的各路时间信息的精度结果进行选择，选择误差最小的那路时间信息作为时间输出信息。当只有一路时间信息时，就将标记误差为零的这路时间信息作为时间输出信息。

GPS或BD除了产生时间信息外，也能够产生秒信号，即频率输出，频率输出的流程参考图7

第一步：频率信息输入。

第二步：根据频率信息的输入，也分两种情况，第一种情况，当GPS或BD产生的秒信号可以检测到时，送给授时处理系统的时钟调控单元。此时转入第三步—第五步。第二种情况，GPS或BD根本就没有安装导致没有输出，或者产生的秒信号很弱，淹没到噪声里检测不出，此时时间调控单元将其存储器中存储的历史记录里的所有值调出，取平均值作为设定值，写入时钟源，转入第五步。

第三步：时间调控单元计算时钟源的时钟输出信号与作为参考源的秒信号的差值，然后写入时钟源，并对时钟源输出频率与参考源的频率差值进行判断。

第四步：判断时钟源与参考源的频率差值是否满足要求，如果不满足要求，回到第三步继续写入差值进行调整，直到差值满足要求。

第五步：此时的频率输出就是误差最小的频率。

本发明所提出的一种添加5G通信模块的多模授时系统及方法，在5G无线网络的场景下能够充分利用5G网络实现无线网络授时，在GPS或BD接收模块满足接收信号的条件下，能够实现卫星的高精度授时，值得补充的是，如果在以太网存在环境中，通过以太网授时，此时只要将该路接到授时处理系统中，同样可以参照流程图6所示的方式执行授时，因此流程图6所示的授时流程，可以扩展到多种来源的授时，因此只要采用本文涉及的授时流程，进行授时的，都属于本文的涉及范围，都应当受到保护。即使当5G无线网络不存在，或GPS或BD接收模块没有安装导致不能正常工作时，或者是5G无线网络很弱检测不到，或者GPS或BD接收信号很弱检测不到，也能利用本系统中的时钟源进行授时，确保授时的不间断。因此本发明涉及的系统和方法能适应不同场景下的授时功能。授时具有极高的灵活性和适应性，能较好的满足不同客户，不同场景的授时要求，实现多模授时功能。

Claims (8)

1.一种添加5G通信模块的多模授时系统，包括5G通信模块，GPS或BD接收模块，授时处理系统，时钟源几个部分组成，其特征在于，5G通信模块以串口的形式和授时处理系统相连接，给授时处理系统提供参考源即时间同步信息，GPS或BD接收模块以串口的形式和授时处理系统相连接，给授时处理系统提供时间和秒脉冲信息。授时处理系统的输出端与时钟源的输入端相连接，授时处理系统的输出端还输出时间信息给用户。

2.如权利要求1所述的一种添加5G通信模块的多模授时系统，其特征在于，所述的授时系统，包括时间信息解析模块，时间误差判定模块，选择模块，时钟调控单元，计数器。时间信息解析模块的输出端接时间误差判定模块的一个输入端。误差判定模块的输出端接选择模块的输入端。

所述时钟调控单元的输出端接时钟源的输入端，时钟源输出的一个输出端口输出时间信息，另一个端口接计数器的输入端，计数器的输出端接上述时间误差判定模块的另一个输入端。

3.如权利要求2所述的一种添加5G通信模块的多模授时系统，

其中时间信息解析模块主要由可编程逻辑器件构成，5G通信模块通过串行接口与可编程逻辑器件相连接，GPS或BD接收模块通过串行接口与可编程逻辑器件相连接。

4.一种添加5G通信模块的多模授时系统，其特征在于，用于对权利要求1-3的任一项权利要求的所述的时间信息产生的方法包括：

步骤1：时间信息送入授时处理系统

步骤2：根据5G无线模块和GPS或BD天线产生的时间信息的情况不同，又分两种情况。第一种情况，5G无线模块和GPS或BD，至少有一个模块产生的时间信息能够检测到。此时转入第三步—第五步。第二种情况，5G无线模块或GPS或BD模块，任何一路都没有输出或输出信号很弱误码很高，可以认为没有输出，此时要产生时间信息，必须借助时钟源产生的频率输出，通过计数器来产生时间信息，送给时间误差判定模块，执行第四步—第五步

步骤3：授时处理系统的时间信息解析模块将对接收到时间信息进行解析，取出时间信息。

步骤4：时间误差判定模块，根据来自5G无线模块和GPS或BD系统的时间信息，或者是来自计数器的时间信息进行误差判定，将各路时间信息的精度判定结果送给选择模块，当只有一路时间信息时，则不进行误差判定，标记误差为零

步骤5：选择模块根据时间判定模块送来的各路时间信息的精度结果进行选择，选择误差最小的那路时间信息作为时间输出信息。当只有一路时间信息时，就将标记误差为零的这路时间信息作为时间输出信息。

5.如权利要求4所述的一种添加5G通信模块的多模授时系统时间信息产生的方法步骤四中，对于只有一路时间信息时，不进行误差判定，标记误差为零。

6.如权利要求5所述的一种添加5G通信模块的多模授时系统时间信息产生的方法中，将步骤四的标记误差为零的这一路时间信息作为时间信息的输出。

7.一种添加5G通信模块的多模授时系统，其特征在于，用于对权利要求1-3的任一项权利要求的所述的频率信息产生的方法包括

步骤1：频率信息输入。

步骤2：根据频率信息的输入，也分两种情况，第一种情况，当GPS或BD产生的秒信号可以检测到时，送给授时处理系统的时钟调控单元。此时转入第三步—第五步。第二种情况，GPS或BD根本就没有安装导致没有输出，或者产生的秒信号很弱，淹没到噪声里检测不出，此时时间调控单元将其存储器中存储的历史记录里的所有值调出，取平均值作为设定值，写入时钟源，转入第五步。

步骤3：时间调控单元计算时钟源的时钟输出信号与作为参考源的秒信号的差值，然后写入时钟源，并对时钟源输出频率与参考源的频率差值进行判断。

步骤4：判断时钟源与参考源的频率差值是否满足要求，如果不满足要求，回到第三步继续写入差值进行调整，直到差值满足要求。

步骤5：此时的频率输出就是误差最小的频率。

8.如权利要求7一种添加5G通信模块的多模授时系统所述的频率信息产生的方法中步骤2，将存储器中存储的历史记录里的所有值调出，取平均值作为设定值，写入时钟源。

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