CN115309031A - 北斗/gps双模数字高精度同步授时设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备及系统，该设备包含：射频授时组件、高精度网络授时组件、电源组件和UI组件；其中，高精度网络授时组件包含：两个射频接收机组件一，用于接收射频信号；有源放大组件一，连接至两个射频接收机组件一，用于增强射频信号的强度；射频信号转数字信号组件，连接至有源放大组件一，用于将射频信号转化成数字信号；FPGA组件，用于接收数字信号，并实现PTP协议栈和SyncE功能；对外接口组件，连接至FPGA组件，用于提供授时接口输出功能；核心管理组件，用于提供设备管理功能。本发明的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备及系统，利用现有的A设备作为时钟传递对BBU设备进行北斗&GPS双模数字高精度授时。
Description
技术领域
本发明属于卫星授时技术领域，具体涉及一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备及系统。
背景技术
目前4G基站的同步授时系统主要依赖于GPS卫星，但现网4G基站BBU设备不支持北斗授时，且存量大，如果对每一台BBU设备进行升级改造，不仅改造成本高且施工量大。
目前，市场上现有设备功能单一，只支持PTP授时或只支持射频(GPS)授时。支持PTP授时的设备授时能力相对较弱，频率偏差相对较大，时间精准度不高，不能满足移动网络需求。支持射频授时设备只支持GPS授时，不能解决现网4G基站BBU设备需支持北斗授时的现状。
发明内容
本发明提供了一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备及系统解决上述提到的技术问题，具体采用如下的技术方案：
一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，包含：
射频授时组件，用于接收射频信号并进行射频授时；
高精度网络授时组件，用于接收射频信号并进行网络授时；
电源组件，连接至射频授时组件和高精度网络授时组件，用于为北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备提供电能；
UI组件，连接至射频授时组件和高精度网络授时组件，用于提供人机交互；
高精度网络授时组件包含：
两个射频接收机组件一，用于接收射频信号；
有源放大组件一，连接至两个射频接收机组件一，用于增强射频信号的强度；
射频信号转数字信号组件，连接至有源放大组件一，用于将射频信号转化成数字信号；
FPGA组件，用于接收数字信号，并实现PTP协议栈和SyncE功能；
对外接口组件，连接至FPGA组件，用于提供授时接口输出功能；
核心管理组件，连接至有源放大组件一、射频信号转数字信号组件、FPGA组件和对外接口组件，用于提供设备管理功能；
射频授时组件包含：
两个射频接收机组件二，用于接收射频信号；
有源放大组件二，连接至两个射频接收机组件二，用于增强射频信号的强度；
分配器组件，连接至有源放大组件二，用于将放大后的射频信号进行输出。
进一步地，射频接收机组件一和射频接收机组件二的结构相同，射频接收机组件一和射频接收机组件二均包含：
低噪声放大模块一，用于增益接收到的射频信号的强度；
供电模块一，连接至低噪声放大模块一为其供电。
进一步地，有源放大组件一和有源放大组件二的结构相同，有源放大组件一和有源放大组件二均包含：
低噪声放大模块二，用于增益接收到的射频信号的强度；
带通滤波模块，连接至低噪声放大模块二，用于抑制带宽外的射频信号；
双通道切换模块，连接至低噪声放大模块二，用于切换主备双通道射频信号；
供电模块二，连接至低噪声放大模块二、带通滤波模块和双通道切换模块，为以上模块供电。
进一步地，射频信号转数字信号组件包含：
射频接收模块，用于接收射频信号；
射频解析模块，连接至射频接收模块，用于解析射频信号内容，并将其转换为数字信号；
授时模块，连接至射频解析模块，用于将数字信号转换为高精度的网络授时信号；
对外接口模块，连接至授时模块，用于输出网络授时信号；
电源模块三，连接至射频接收模块、射频解析模块、授时模块和对外接口模块，为以上模块供电。
进一步地，核心管理组件包括：
检测功能模块，用于检测分配器组件连接授时设备的状态；
控制功能模块，连接至对外接口组件，输出设备干接点告警信息，还连接至有源放大组件，控制射频信号的输入；
显示功能模块，连接至UI组件，用于显示设备信息。
进一步地，FPGA组件包括：
协议栈模块，接收射频信号转数字信号模块输出的网络授时信息，实现完整的PTP协议栈功能；
锁相环模块，连接至协议栈模块，用于实现高精度的时间同步以太网技术。
进一步地，对外接口组件包括：
干接点告警模块，用于接收干接点告警信息，并进行双电源及双射频输入异常告警；
高精度网络授时输出模块，用于提供授时接口输出功能。
进一步地，分配器组件包含:
电源检测模块，用于判断是否连接有授时设备；
阻抗匹配模块，用于保证射频授时信号无损输出。
进一步地，的电源组件包括第一电源组件和第二电源组件；
第一电源组件和第二电源组件结构相同；
第一电源组件和第二电源组件均包含：
电源转换模块，将输入的第一电压降低为所需的第二电压；
电源隔离模块，保证输入异常电源时的稳定性。
一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统，包含：A设备、若干BBU设备以及前述任一的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备；
A设备连接至北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备；
若干BBU设备连接至A设备。
本发明的有益之处在于所提供的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备及系统，利用现有的A设备作为时钟传递对BBU设备进行北斗&GPS双模数字高精度授时，其将IPRAN组网中A设备看作一个具有PTP功能的交换机，利用该交换机进行时钟传递，将授时设备接收到的北斗或GPS高精度时钟信号转发到BBU设备。该方法创新的提出在不断网的前提下利用现有网络设备和资源进行北斗授时能力改造，改造成本及施工难度大幅度降低。
本发明的有益之处还在于所提供的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备及系统，仅需安装一套授时设备，通过以太网线(或光纤)连接现有A设备即可，无需复杂布线，施工难度低。
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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备的示意图；
图2是本发明的高精度网络授时组件的示意图；
图3是本发明的射频授时组件的示意图；
图4是本发明的一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示为本申请的一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1，其包含：射频授时组件12、高精度网络授时组件11、电源组件14和UI组件13。北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1通过卫星接收机组件2接收北斗、GPS、SBAS等卫星射频信号。
其中，射频授时组件12用于接收射频信号并进行射频授时。高精度网络授时组件11用于接收射频信号并进行网络授时。高精度网络授时组件11主要完成北斗信号接收、时间解析及转换作用，将接收到的北斗时间信息转换成标准的PTP时间信息，实现PTP+SyncE授时功能。射频授时组件12和高精度网络授时组件11相辅相成，保证现有设备的授时需求，同时也满足后续升级设备的授时需求。电源组件14连接至射频授时组件12和高精度网络授时组件11，用于为北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1提供电能。UI组件13连接至射频授时组件12和高精度网络授时组件11，用于提供人机交互，便于用户进行设备状态查询及设置。
具体而言，卫星接收机组件2接收射频授时信号(北斗/GPS/SBAS等)，分别传送到高精度网络授时组件11和射频授时组件12使用。高精度网络授时组件11将射频授时信号转换成数字信息，再通过内部协议转换输出PTP+SyncE高精度网络授时信息输出。同时射频授时组件12接收射频授时信号，经过有源放大及公分之后转换为射频信号进行射频授时信息输出。同时电源组件14为该授时设备供电。UI组件13保证良好的人机交互，方便进行该授时设备的状态查询、信息查阅及参数设置等。本申请的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1同时具备高精度网络授时和射频授时两种授时方式。
如图2所示，高精度网络授时组件11包含：两个射频接收机组件一、有源放大组件一、射频信号转数字信号组件114、FPGA组件116、对外接口组件117和核心管理组件115。
其中，两个射频接收机组件一用于接收射频信号。两个射频接收机组件一为第一射频接收机组件111和第二射频接收机组件112。第一射频接收机组件111和第二射频接收机组件112为主备两路射频输入接口，在任意一路射频接收机组件故障时不影响该授时设备的正常运行。有源放大组件一连接至两个射频接收机组件一，其用于增强射频信号的强度。有源放大组件一为有源放大组件113，其同时还具备双通道备份功能。射频信号转数字信号组件114连接至有源放大组件一，用于将射频信号转化成数字信号，完成射频信号转换为数字信号的功能。FPGA组件116用于接收数字信号，并实现PTP协议栈和SyncE功能。FPGA组件116接收到的信息主要是秒脉冲(PPS)和时间信息(TOD)。PPS主要用于相位同步，TOD主要用于当前时间同步。FPGA组件116完成PPS和TOD信号的解析，并通过协议处理器完成标准IEEE1588V2协议转换，将PPS+TOD信息打包成以太网标准接口。对外接口组件117连接至FPGA组件116，用于提供授时接口输出功能。核心管理组件115连接至有源放大组件一、射频信号转数字信号组件114、FPGA组件116和对外接口组件117，用于提供设备管理功能。
如图3所示，射频授时组件12包含：两个射频接收机组件二、有源放大组件二和分配器组件124。
其中，两个射频接收机组件二用于接收射频信号。两个射频接收机组件二为第一射频接收机组件121和第二射频接收机组件122。第一射频接收机组件121和第二射频接收机组件122为主备两路射频输入接口，在任意一路射频接收机组件故障时不影响该授时设备的正常运行。有源放大组件二连接至两个射频接收机组件二，用于增强射频信号的强度。有源放大组件二为有源放大组件123。分配器组件124连接至有源放大组件二，用于将放大后的射频信号进行输出。优选的，该输出不少于12路射频信号输出。
射频接收机组件一和射频接收机组件二的功能模块结构相同。具体地，射频接收机组件一和射频接收机组件二均包含：低噪声放大模块一和供电模块一。
其中，低噪声放大模块一用于增益接收到的射频信号的强度。供电模块一连接至低噪声放大模块一为其供电，保证整个接收机组件正常工作。
有源放大组件一和有源放大组件二的功能模块结构也是相同的。具体地，有源放大组件一和有源放大组件二均包含：低噪声放大模块二、带通滤波模块、双通道切换模块和供电模块二。
低噪声放大模块二用于增益接收到的射频信号的强度。带通滤波模块连接至低噪声放大模块二，用于抑制带宽外的射频信号。双通道切换模块连接至低噪声放大模块二，用于切换主备双通道射频信号，即根据情况切换两个射频接收机组件一与有源放大组件一的连接关系，或切换两个射频接收机组件二与有源放大组件二的连接关系。供电模块二连接至低噪声放大模块二、带通滤波模块和双通道切换模块，为以上模块供电。
作为一种优选的实施方式，射频信号转数字信号组件114包含：射频接收模块、射频解析模块、授时模块、对外接口模块和电源模块三。
其中，射频接收模块用于接收射频信号。射频解析模块连接至射频接收模块，用于解析射频信号内容，并将其转换为数字信号。授时模块连接至射频解析模块，用于将数字信号转换为高精度的网络授时信号，其不限于1PPS+TOD信息。对外接口模块连接至授时模块，用于输出网络授时信号。可以理解的是，对外接口不限于UART、GPIO、USB及I2C等。电源模块三连接至射频接收模块、射频解析模块、授时模块和对外接口模块，为以上模块供电。
作为一种优选的实施方式，核心管理组件115包括：检测功能模块、控制功能模块和显示功能模块。
检测功能模块用于检测分配器组件124连接授时设备的状态。检测分配器组件124连接授时设备的状态是指对下级设备是否开机或者有故障进行实时监测，其目的是为了保证能够对下级设备进行正常授时，如果下级设备出现故障或者掉电可以实时进行故障上报。控制功能模块连接至对外接口组件117，输出设备干接点告警信息。控制功能模块还连接至有源放大组件，控制射频信号的输入。显示功能模块连接至UI组件13，用于显示设备信息，包含设备基本信息及参数配置等。
作为一种优选的实施方式，FPGA组件116包括：协议栈模块和锁相环模块。
协议栈模块接收射频信号转数字信号模块输出的网络授时信息，实现完整的PTP协议栈功能。协议栈模块可根据具体使用环境设置为OC(主时钟)或BC(从时钟)模式，其授时精度≤10ns。锁相环模块连接至协议栈模块，用于实现高精度的时间同步以太网技术。具备PLL锁相环，频率误差≤50ppb。具体而言，协议栈模块收到网络授时信息主要是PPS和TO)。PPS主要用于相位同步，TOD主要用于当前时间同步。协议栈模块收到PPS后通过内部锁相环模块对频率相位进行实时跟踪并锁定，同时对收到的串行TOD信息数据进行解析。解析后通过协议转换模块转换成标准的PTP协议后通过以太网接口输出。
对外接口组件117包括：干接点告警模块和高精度网络授时输出模块。
干接点告警模块用于接收干接点告警信息，并进行双电源及双射频输入异常告警。高精度网络授时输出模块用于提供授时接口输出功能。高精度网络授时输出模块具备100M/1000M自适应授时口输出，具备SFP光口及RJ45电口输出，满足不同的授时接口需求。
分配器组件124包含:电源检测模块和阻抗匹配模块。
电源检测模块用于判断是否连接有授时设备。电源检测模块判断是否有授时设备是指检测是否有BBU设备(详见下述描述)、级联授时端机(从机)设备连接。判断的依据是在线通过检测对应端口阻抗、电压及信号的变化。
阻抗匹配模块用于保证射频授时信号无损输出。具体而言，阻抗匹配模块通过将射频信号进行放大信号放大、滤波、整形保证射频型号无损输出。
作为一种优选的实施方式，的电源组件14包括第一电源组件141和第二电源组件142。
第一电源组件141和第二电源组件142结构相同。
第一电源组件141和第二电源组件142均包含：电源转换模块和电源隔离模块。
电源转换模块将输入的第一电压降低为所需的第二电压。具体地，电源转换模块将输入的48V转换为所需的5V。电源隔离模块保证输入异常电源时的稳定性。
UI组件13包括：显示屏功能模块、按键功能模块和指示灯功能模块。
其中，显示屏功能模块配合按键功能模块使用，用于查阅状态，参数信息及参数配置等。指示灯功能模块用于显示设备的基本运行状态。
其中，高精度网络授时组件11的工作原理为：第一射频接收机组件111和第二射频接收机组件112接收射频授时信号，将接收到的射频信号传送至有源放大组件113进行信号放大降噪及调制处理。射频信号转数字信号组件114将处理之后的射频授时信号进行解调转换处理，将转换的数字信号送至核心管理组件115。核心管理组件115通过接收到的数字信号进行管理，同步在UI组件13显示设备信息，参数信息及参数设置。同时将处理之后授时信息及频率信息传送给FPGA组件116。FPGA组件116接收到的授时信息和频率，再通过完整的PTP协议栈，完成整个高精度网络授时功能，同时输出高精度的SyncE频率信息至对外接口组件117。对外接口组件117接收核心管理组件115的告警信息输出继电器告警，同时接收FPGA组件116传送的高精度网络授时信息(PTP+SyncE)对外授时，完成该设备的整个高精度网络授时流程。
射频授时组件12的工作原理为：第一射频接收机组件121和第二射频接收机组件122接收射频授时信号，将接收到的射频信号传送至有源放大组件123进行信号放大降噪及调制处理。分配器组件124接收处理之后的射频授时信息并输出，完成该设备的整个射频授时流程。
如图4所示，本申请还公开一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统，包含：A设备、若干BBU设备以及前述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1。A设备连接至北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1，若干BBU设备连接至A设备。
具体而言，在本申请中，A设备是指基站现有的基站数据传输设备，BBU设备指室内基带处理单元。北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1通过千兆以太网与A设备连接。A设备通过千兆以太网与BBU设备连接。
现网的4G BBU设备仅支持GPS卫星授时，不支持北斗授时。现有的A设备支持PTP功能。本申请的北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统将A设备作为北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1和BBU设备之间时钟传递的桥梁，将北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1的高精度时钟传送到BBU设备。该北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统通过接收A设备的高精度PTP时钟信号解决了北斗授时能力的改造，建设维护成本低。
北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统的整体的流程为：北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1接收射频北斗授时信号，经过协议转换之后输出PTP+SyncE高精度网络授时信息。北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1作为OC设备，将高精度网络授时信息(高精度的网络授时-PTP+SyncE授时)传送至A设备。A设备作为BC端向上接收该北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备1的高精度网络授时信息，向下将高精度网络授时信息下发至BBU设备。BBU设备作为TC端接收高精度网络授时信息完成整个授时流程。本申请的北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统，PTP授时时间误差为2ns，SyncE频率误差为-2ppb，精度要求远超过移动通信标准要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，包含：
射频授时组件，用于接收射频信号并进行射频授时；
高精度网络授时组件，用于接收射频信号并进行网络授时；
电源组件，连接至所述射频授时组件和所述高精度网络授时组件，用于为所述北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备提供电能；
UI组件，连接至所述射频授时组件和所述高精度网络授时组件，用于提供人机交互；
所述高精度网络授时组件包含：
两个射频接收机组件一，用于接收射频信号；
有源放大组件一，连接至两个所述射频接收机组件一，用于增强射频信号的强度；
射频信号转数字信号组件，连接至所述有源放大组件一，用于将射频信号转化成数字信号；
FPGA组件，用于接收数字信号，并实现PTP协议栈和SyncE功能；
对外接口组件，连接至所述FPGA组件，用于提供授时接口输出功能；
核心管理组件，连接至所述有源放大组件一、所述射频信号转数字信号组件、所述FPGA组件和所述对外接口组件，用于提供设备管理功能；
所述射频授时组件包含：
两个射频接收机组件二，用于接收射频信号；
有源放大组件二，连接至两个所述射频接收机组件二，用于增强射频信号的强度；
分配器组件，连接至所述有源放大组件二，用于将放大后的射频信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述射频接收机组件一和所述射频接收机组件二的结构相同，所述射频接收机组件一和所述射频接收机组件二均包含：
低噪声放大模块一，用于增益接收到的射频信号的强度；
供电模块一，连接至所述低噪声放大模块一为其供电。
3.根据权利要求2所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述有源放大组件一和所述有源放大组件二的结构相同，所述有源放大组件一和所述有源放大组件二均包含：
低噪声放大模块二，用于增益接收到的射频信号的强度；
带通滤波模块，连接至所述低噪声放大模块二，用于抑制带宽外的射频信号；
双通道切换模块，连接至所述低噪声放大模块二，用于切换主备双通道射频信号；
供电模块二，连接至所述低噪声放大模块二、所述带通滤波模块和所述双通道切换模块，为以上模块供电。
4.根据权利要求3所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述射频信号转数字信号组件包含：
射频接收模块，用于接收射频信号；
射频解析模块，连接至所述射频接收模块，用于解析射频信号内容，并将其转换为数字信号；
授时模块，连接至所述射频解析模块，用于将数字信号转换为高精度的网络授时信号；
对外接口模块，连接至所述授时模块，用于输出网络授时信号；
电源模块三，连接至所述射频接收模块、所述射频解析模块、所述授时模块和所述对外接口模块，为以上模块供电。
5.根据权利要求4所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述核心管理组件包括：
检测功能模块，用于检测分配器组件连接授时设备的状态；
控制功能模块，连接至所述对外接口组件，输出设备干接点告警信息，还连接至所述有源放大组件，控制射频信号的输入；
显示功能模块，连接至所述UI组件，用于显示设备信息。
6.根据权利要求5所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述FPGA组件包括：
协议栈模块，接收所述射频信号转数字信号模块输出的网络授时信息，实现完整的PTP协议栈功能；
锁相环模块，连接至所述协议栈模块，用于实现高精度的时间同步以太网技术。
7.根据权利要求6所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述对外接口组件包括：
干接点告警模块，用于接收干接点告警信息，并进行双电源及双射频输入异常告警；
高精度网络授时输出模块，用于提供授时接口输出功能。
8.根据权利要求7所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述分配器组件包含:
电源检测模块，用于判断是否连接有授时设备；
阻抗匹配模块，用于保证射频授时信号无损输出。
9.根据权利要求8所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备，其特征在于，
所述的电源组件包括第一电源组件和第二电源组件；
所述第一电源组件和所述第二电源组件结构相同；
所述第一电源组件和所述第二电源组件均包含：
电源转换模块，将输入的第一电压降低为所需的第二电压；
电源隔离模块，保证输入异常电源时的稳定性。
10.一种北斗/GPS双模数字高精度同步授时系统，其特征在于，包含：A设备、若干BBU设备以及权利要求1-9任一所述的北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备；
所述A设备连接至所述北斗/GPS双模数字高精度同步授时设备；
若干所述BBU设备连接至所述A设备。
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