CN1457159A - Gps定时系统的时钟改进方法和装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在同步码分多址系统中的GPS定时系统的时钟改进方法及装置，GPS时钟信号经过CON板处理，再给塔放和基站提供时序控制信号；在GPS时钟正常时，输出GPS信号；在GPS时钟失步期间，CON板的时钟输出模块输出时序控制信号；基站在CON板输出的时序控制信号继续维持正常工作；GPS时钟恢复正常后，切换为GPS提供时序控制信号。GPS时钟失步时间超过一定时间，控制基站死机。时钟输出模块输出时钟信号至GPS信号的检测与处理模块，完成数字锁相，并随时校准锁相时钟。

Description

GPS定时系统的时钟改进方法和装置及其应用

技术领域

本发明涉及通信领域的全球定位系统(GPS)，尤其涉及GPS定时系统的时钟改进方法及在同步码分多址系统中的应用。

背景技术

在同步码分多址(TD-SCDMA)系统的组网中，一般各个基站是通过GPS的定时系统实现互相同步的。具体做法是设置GPS的工作模式，使其能输出周期为10ms的脉冲信号，基站的收发时序就是同步在这个脉冲信号上的。由于各个基站的GPS输出的脉冲信号是同步的，这样基站之间的收发就完全同步了。

同步码分多址系统中，基站的同步方式中有GPS同步，还有E1同步，如果选用GPS同步，同时选择E1备份时，如果GPS失步，基站自动切换为E1同步，这在实验环境下没有问题，但在实际组网中不行。因为这个E1同步的基站和其他GPS同步的基站之间收发不同步，而同步码分多址系统中，是采用TDD方式，收发同频、时分复用，这样E1同步的基站将会成为一个干扰源，干扰同频的基站，严重影响系统的运行。所以实际应用中，只能采用GPS同步方式，不做E1备份。

见图1所示，现有系统中，CON板1中的GPS模块11输出的时钟信号直接经时钟输出模块12输出，这样如果GPS失步，基站其他电路板和塔放就没有时钟，基站就会复位。

如果通过更换更好的GPS天线和接收机来大大减少GPS失步的情况，但是成本要增加几千元，也不能完全避免GPS会偶尔失步。

现有方法是将GPS信号直接引入基站使用，但是经常出现由于GPS天线安装位置不当，或者强干扰存在，或者其他未知原因，导致GPS失步，使得GPS时钟短暂时间(几秒～几十秒)没有输出，这样基站就会复位，该基站下的所有用户暂时无法正常使用，直到基站恢复正常。经常出现这样的现象，显得基站系统很不稳定，必须进行改进。现有的方法无法解决这个问题，需要寻求一种新的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GPS定时系统的时钟改进方法，应用在同步码分多址系统中，在GPS失步期间，继续提供基站同步时钟，基站应该正常工作，当GPS时钟恢复以后，则继续使用GPS时钟作为基站同步时钟。

本发明的另一目的在于提供一种GPS定时系统的时钟改进方法，应用在同步码分多址系统中，在GPS失步期间过长，一般不超过5分钟，GPS失步所在基站死机。

本发明的还一目的在于提供一种GPS定时系统的时钟改进装置，应用在同步码分多址系统中，在GPS失步期间，继续提供基站同步时钟，基站应该正常工作，当GPS时钟恢复以后，则继续使用GPS时钟作为基站同步时钟。

本发明的目的是这样实现的：

由于基站的复位是因为GPS的短暂失步引起的，失步时间也较短，一般几秒钟到几十秒钟，所以在GPS失步期间，继续提供基站同步时钟，基站应该正常工作，当GPS时钟恢复以后，则继续使用GPS时钟作为基站同步时钟。

由于同步码分多址系统中，GPS时钟信号首先经过CON板，在分给塔放和基站其他各板提供时序控制，所以可以在GPS失步期间，利用CON板上的晶振来继续提供时钟，这个时钟是需要和GPS时钟同步的，利用该时钟继续维持基站正常工作，直到GPS时钟恢复正常后，立即切换为GPS时钟。

具体地讲，本发明公开一种GPS定时系统的时钟改进方法，包括：

(1)GPS时钟信号经过CON板处理，再给塔放和基站提供时序控制信号；

(2)在GPS时钟正常时，输出GPS信号；在GPS时钟失步期间，CON板输出时序控制信号，基站在CON板输出的时序控制信号继续维持正常工作，GPS时钟恢复正常后，切换为GPS提供时序控制信号。

所述步骤(2)后还包括定时步骤，对GPS时钟失步时间进行记时。

所述GPS时钟失步时间超过一定时间，控制基站停止工作。

所述给基站提供的时序控制信号与其他GPS同步的基站最大偏差小于60μs。

所述的CON板处理包括：

(1)GPS信号的检测与处理步骤；

(2)输出时钟信号。

所述GPS信号的检测与处理包括复杂可编程逻辑器件检测GPS信号是否失步。

所述CON板处理还包括数字锁相步骤，以随时校准锁相时钟。

所述时钟输出模块为晶振，输出方波信号。

所述晶振为温补晶振。

所述温补晶振的振荡频率为12MHZ、精度为0.5ppm。

所述时序控制信号为时钟方波信号。

所述时序控制信号与GPS时钟信号同步。

所述GPS再次同步时，时钟信号无缝切换。

所述适用于同步码分多址系统中。

本发明还公开了一种GPS定时系统的时钟改进装置，用于同步码分多址系统中，该装置包括：GPS信号接收模块、GPS信号的检测与处理模块、时钟输出模块，GPS信号接收模块连接GPS信号的检测与处理模块、GPS信号的检测与处理模块接时钟输出模块。

该装置还包括：定时模块，与基站连结。

所述GPS信号的检测与处理模块为复杂可编程逻辑器件。

所述时钟输出模块产生与GPS信号同步的时钟方波信号。

在同步码分多址系统中使用该技术后，可带来的好处和效果是：能够解决GPS失步情况下基站复位的情况，使系统正常稳定运行。而且，如果GPS失步时间较长，这个基站与其他基站不能完全同步，该基站死机，不会干扰其他基站。

附图说明

图1为现有技术中CON板模块方框图；

图2为本发明中改进后的CON板模块方框图；

图3为本发明中CPLD内部GPS信号处理过程的框图；

图4为本发明中CPLD内部GPS信号处理过程的时序图。

具体实施方式

在升级后的设计中，GPS时钟信号(GPS)首先送到复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)处理，输出信号(GPS_CPLD)送至时钟输出模块，如果GPS同步，GPS有输出信号，则GPS_CPLD输出GPS信号，如果GPS信号消失，GPS_CPLD输出方波信号。

如图2和图3所示，CPLD内部GPS信号处理过程为：GPS信号是指GPS接收机输出的100HZ时钟信号(占空比为20％～40％)，GPS失步时这个信号将会消失，以前的系统中直接使用GPS信号作为基站的同步信号，GPS失步后，由于GPS信号消失，将会引起基站复位，无法正常工作，所有这个基站的用户无法工作。

GPS工作正常时(有GPS信号)，如图4所示的时序图所示，输出信号就是GPS信号，GPS失步期间，输出信号输出由12M时钟信号维持的100HZ方波信号(占空比为50％，因为基站使用同步信号只需要信号的上升沿，信号的脉冲宽度没有影响)。

本发明就是对GPS信号进行处理，利用一片CPLD和一个12M温补晶振来实现，处理后的输出信号提供给基站作为同步信号。

CPLD可以替代几十甚至几百块通用IC芯片，这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点，在数字集成电路中有广泛应用。经过几十年的发展，许多公司都有多种类型的可编程逻辑器件，比较典型的就是Xilinx公司的FPGA器件系列和Altera公司的CPLD器件系列。本发明中所用的CPLD是Altera公司的MAX7000系列中的EPM7128S，是一片共84条引脚、PLCC封装的芯片，内部有2500个可用门。

CPLD内部处理过程中，GPS信号的检测与处理模块产生一个与GPS信号上升沿同步的窄脉冲信号(宽度为40ns)，同时监测GPS是否失步；与GPS同步的100HZ信号产生模块将产生一个与GPS同步的方波信号，当GPS同步的时候，每一个时钟周期都用GPS信号对上升沿进行校准，GPS失步后继续输出，但是已不能校准，只能靠12M晶振的精度来保证输出的精度；GPS失步3分钟定时器产生模块在GPS失步以后启动，3分钟以后输出一脉冲信号；信号选择输出模块则确定最后输出信号的控制与选择，如果GPS同步，则输出信号就是GPS信号，如果GPS失步，输出的将是100HZ的方波信号，如果GPS失步超过3分钟，定时器产生模块输出的脉冲将关断输出信号，这样做的原因是因为输出的100HZ信号的精度由12M晶振的精度提供，但是晶振不可能是整12MHZ，累计误差会随着时间越来越大，失步3分钟以后，可能使这个基站与其他GPS同步的基站时钟偏差过大，影响其他基站的工作。当然，3分钟之内精度没问题。

由于GPS信号检测与处理模块是实时处理的，所以可以实现实时切换。只要GPS同步信号以后，信号检测模块立即通知信号选择输出模块进行切换。

如图4所示的时序图中：

t2-t1＝10ms±Δt1，t4-t1＝3minute，t4-t3＝10ms±Δt

切换过程为，t1时刻以前，GPS有同步时钟信号，则GPS_CPLD输出GPS时钟信号；到t2时刻，GPS失步，时钟信号消失，GPS_CPLD输出立即切换为方波信号输出，t2-t1＝10ms±Δt1，Δt1＜20ns；可容忍GPS失步时间t4-t1＝3minute，GPS时钟信号在t4恢复，则GPS_CPLD立即切换为GPS时钟信号；可以看出，GPS_CPLD信号的误差在不断累计，在t3时刻误差最大，t4-t3＝10ms±Δt，即GPS_CPLD信号与标准GPS信号最大误差为Δt，也就是这个基站与其他GPS同步的基站最大偏差为Δt。从系统要求来看，Δt必须小于60μs。如果GPS失步时间较长，提供的同步信号的误差由于累计会越来越大，如果误差较大会影响系统工作，首先这个基站与其他基站不能完全同步，会干扰其他基站，同时这个基站的用户应该能在此期间与其他基站成功切换，不掉话，经过理论分析产生的同步信号与GPS同步信号的误差如果小于60μs，系统不会受影响，用户也能正常使用。

GPS信号的处理中，很多都采用HDL硬件描述语言进行电路设计。在HDL语言领域，目前得到广泛应用的产品有VHDL、Verilog HDL及AHDL。本文CPLD的应用是采用AHDL语言来实现的。

另外，由于以前CON板上用的是普通晶振，精度为25ppm，如果要求Δt小于60μs，只能维持十几秒钟，不能满足要求，所以必须更换晶振，提高精度。

升级后采用振荡频率为12MHZ、精度为0.5ppm的温补晶振，市场上可以购买到的。用这种晶振进行测试，如果要求Δt小于60μs，GPS可以失步5分钟，但是处于保守考虑，设置最长GPS失步时间为2分钟。如果GPS失步时间超过1分钟，即GPS时钟信号2分钟还没有恢复，则GPS CPLD信号停止输出，宁可让这个基站死机，也比干扰整个系统的运行好。

另外，使用该技术在成本上只需增加60元，将原来精度为25ppm的晶振更换为0.5ppm的温补晶振，就可以解决GPS失步问题，从批量实验效果来看，非常成功。

Claims (18)

1.一种GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，包括：

(1)GPS时钟信号经过CON板处理，再给相应的塔放和基站提供时序控制信号；

(2)在GPS时钟正常时，该CON板输出GPS信号；在GPS时钟失步期间，该CON板输出时序控制信号，基站依靠该CON板输出的时序控制信号继续维持正常工作，GPS时钟恢复正常后，该CON板切换为输出GPS提供时序控制信号。

2、如权利要求1所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述步骤(2)中还包括定时步骤，对GPS时钟失步时间进行记时。

3、如权利要求2所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述GPS时钟失步时间超过一定时间，控制基站停止工作。

4、如权利要求1所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于给所述基站的时序控制信号与其他GPS同步的基站最大偏差不大于60μs。

5、如权利要求1所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述的CON板处理包括：

(1)GPS信号的检测与处理步骤；

(2)输出时钟信号。

6、如权利要求5所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述GPS信号的检测与处理还包括由复杂可编程逻辑器件检测GPS信号是否失步。

7、如权利要求5所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述的CON板处理还包括数字锁相步骤，以随时校准锁相时钟。

8、如权利要求5所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述时钟输出信号为晶振输出的方波信号。

9、如权利要求8所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述晶振为温补晶振。

10、如权利要求9所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述温补晶振的振荡频率为12MHZ、精度为0.5ppm。

11、如权利要求1所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述时序控制信号为时钟方波信号。

12、如权利要求1或11所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述时序控制信号与GPS时钟信号同步。

13、如权利要求1所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，所述GPS再次同步时，时序控制信号可无缝切换。

14、如权利要求1所述GPS定时系统的时钟改进方法，其特征在于，该方法适用于同步码分多址系统中。

15、一种GPS定时系统的时钟改进装置，用于同步码分多址移动通过系统，其特征在于，包括：GPS信号模块、GPS信号的检测与处理模块、时钟输出模块，GPS信号模块连接GPS信号的检测与处理模块，GPS信号的检测与处理模块接时钟输出模块。

16、如权利要求15所述的GPS定时系统的时钟改进装置，其特征在于，还包括：定时模块，与基站连结。

17、如权利要求15所述的GPS定时系统的时钟改进装置，其特征在于，所述GPS信号的检测与处理模块为复杂可编程逻辑器件。

18、如权利要求15所述的GPS定时系统的时钟改进装置，其特征在于，所述时钟输出模块产生与GPS信号同步的时钟方波信号。

Images