CN201830258U - 时间信号传输系统和设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种时间信号传输系统和设备，涉及无线通信领域，用于降低实现基站时间同步的复杂度和成本，提高网络安全性。本实用新型中，光线路终端OLT将接收到的时间信号封装为时间包后发送给光网络单元ONU，ONU从时间包中解析出时间信号后输出给基站，供基站进行时间同步。采用本实用新型，有效的降低了实现基站时间同步的复杂度和成本，提高了网络安全性。

Description

时间信号传输系统和设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及一种时间信号传输系统和设备。

背景技术

目前，基站通过安装的卫星信号接收模块，从卫星接收时间信号，进而根据该时间信号进行时间同步。

基站所在通信网络的组网结构如图1所示，其中，基站通过传输网络(同步数字体系(SDH)传输网或分组数据网)与RNC相连，基站的传输链路为反多路异步传输模式(Inverse Multiplexing for ATM，IMA)E1或以太网(FE)。

基站从卫星接收的时间信号的精度较高，时间偏差小于100ns，但同时也存在以下缺点：

每个基站都需要安装卫星天线，天线必须安装防雷保护，使得成本较高；

天线需露空安装，必须能够看到一定角度的天空，有些基站在地铁内或大型建筑内部，使得卫星天线安装复杂或不可能；

卫星信号不可用时，会导致全网络瘫痪，使得安全上存在隐患。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种时间信号传输系统和设备，用于降低实现基站时间同步的复杂度和成本，提高网络安全性。

一种时间信号传输系统，该系统包括光线路终端OLT、光网络单元ONU和基站，OLT与ONU相连，ONU与基站相连，其中：

所述OLT，用于接收时间信号，将所述时间信号封装为时间包，通过千兆无源光网络GPON向ONU发送所述时间包；

所述ONU，用于接收所述时间包，从该时间包中解析出时间信号，向基站输出该时间信号；

所述基站，用于接收所述时间信号，利用该时间信号进行时间同步。

一种光线路终端，该光线路终端包括时间信号接收单元、时间包封装单元和时间包发送单元，所述时间信号接收单元与所述时间包封装单元相连，所述时间包封装单元与所述时间包发送单元相连，其中：

所述时间信号接收单元，用于接收时间信号；

所述时间包封装单元，用于将所述时间信号封装为时间包；

所述时间包发送单元，用于通过千兆无源光网络GPON向ONU发送所述时间包。

一种光网络单元ONU设备，该ONU设备包括时间包接收单元、时间解析单元和信号发送单元，所述时间包接收单元与所述时间解析单元相连，所述时间解析单元与所述信号发送单元相连，其中：

所述时间包接收单元，用于接收光线路终端OLT发来的时间包；

所述时间解析单元，用于从所述时间包中解析出时间信号；

所述信号发送单元，用于向基站输出所述时间信号，以供基站利用该时间信号进行时间同步。

本实用新型提供的方案中，OLT将接收到的时间信号封装为时间包后发送给ONU，ONU从时间包中解析出时间信号后输出给基站，供基站进行时间同步。可见，采用本实用新型，基站不需要安装卫星天线和防雷保护，也不存在卫星信号不可用时导致全网络瘫痪的安全隐患，从而有效的降低了实现基站时钟同步的复杂度和成本，提高了网络安全性。

附图说明

图1为现有技术中的无线通信网络组网示意图；

图2为本实用新型提供的系统结构示意图；

图3为本实用新型中的GPON传输时间信号原理示意图；

图4为本实用新型中的GPON下行TC帧结构示意图；

图5为本实用新型中的TC帧物理控制块结构示意图；

图6为本实用新型中的时间包及秒脉冲偏移量示意图；

图7为本实用新型提供的OLT结构示意图；

图8为本实用新型提供的ONU结构示意图。

具体实施方式

为了降低实现基站时间同步的复杂度和成本，提高网络安全性，本实用新型提供一种时间信号传输系统，本系统中，光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)将接收到的时间信号封装为时间包后发送给光网络单元(Optical NetworkUnit，ONU)，ONU从时间包中解析出时间信号后输出给基站，供基站进行时间同步。OLT为千兆无源光网络(GPON)的局端设备，ONU为GPON的用户端设备。

如图2所示，本实用新型提供的时间信号传输系统包括OLT20、ONU21和基站22，OLT20与ONU21相连，ONU21与基站22相连，其中：

所述OLT20，用于接收时间信号，将所述时间信号封装为时间包，通过GPON向ONU发送所述时间包；

所述ONU21，用于接收OLT发来的时间包，从该时间包中解析出时间信号，向基站输出该时间信号；

所述基站22，用于接收ONU发来的时间信号，利用该时间信号进行时间同步。

所述OLT20还与时间设备相连；该OLT接收到的时间信号来自所述时间设备。具体的：

所述OLT20包括时间接口，该OLT通过该时间接口与时间设备(如BITS)相连。

所述OLT20还连接有卫星天线；该OLT接收到的时间信号来自所述卫星天线。

当然，OLT接收到的时间信号并不局限于来自时间设备或卫星天线，OLT接收到的时间信号可以来自任何其它网络或设备。

所述OLT20包括：

时间信号接收单元，用于接收时间信号；

时间包封装单元，与时间信号接收单元相连，用于将所述时间信号中的世界时UTC信息封装到时间包中；将秒脉冲偏移量封装在时间包中，所述秒脉冲偏移量表示所述时间信号中秒脉冲PPS信号的位置与所述时间包第一个发送比特位置的偏差；

时间包发送单元，与时间包封装单元相连，用于通过千兆无源光网络GPON向ONU发送所述时间包。

所述OLT20还包括：

校正单元，与时间信号接收单元和时间包封装单元相连，用于在时间包封装单元将所述UTC信息封装在时间包中之前，利用本OLT的设备时延对所述UTC信息进行校正，即将UTC减去本OLT的设备时延；

在时间包封装单元将所述秒脉冲偏移量封装在时间包中之前，利用本OLT的设备时延对所述秒脉冲偏移量进行校正，即将秒脉冲偏移量减去本OLT的设备时延。

所述时间包发送单元包括：

插入单元，用于将所述时间包插入到下行传输会聚(TC)帧的物理层管理维护(PLOAM)域中；

发送单元，与插入单元相连，用于通过GPON向ONU发送所述TC帧。

所述ONU21包括：

时间包接收单元，用于接收来自OLT的时间包；

时间解析单元，与时间包接收单元相连，用于按照如下公式一确定PPS信号的位置，按照如下公式二确定UTC：

公式一：PPS位置＝接收时间包的第一个比特位置+秒脉冲偏移量-OLT与ONU间的光纤传输时延-ONU设备时延；

公式二：UTC＝时间包中携带的UTC+秒脉冲偏移量-OLT与ONU间的光纤传输时延-ONU设备时延；

信号发送单元，与时间解析单元相连，用于向基站输出时间解析单元得到的PPS信号和UTC，以供基站进行时间同步。

所述OLT20还包括：

业务数据传输单元，与无线网络控制器(RNC)相连，用于将来自RNC的业务数据通过ONU发送给基站，以及将基站通过ONU发来的业务数据发送给RNC。

下面对本实用新型进行具体说明：

GPON(Gigabit PON)属于传输网络的接入层，为用户提供光接入服务即FTTx(Fiber To The Home/Building)，提供宽带数据传输；GPON同样也可以用于无线网络的回程传输，即从骨干传输机房到基站的数据接入，见图2。

由于GPON的上行数据传输都使用TDMA(时分复用)的方式传输数据，上行链路被分成不同的时隙；每个ONU分配不同的上行时隙，所有的ONU按照一定的秩序发送自己的数据；为了避免各ONU发送数据在时间上冲突，GPON需要使用测距技术。测距技术测量光纤传播时延Tpd，即测量信号在OLT到ONU间的光纤中的传输时间Tpd。GPON上行指从ONU到OLT的数据传输，下行指OLT到ONU的数据传输。

GPON传输时间信号见图2。GPON的OLT从卫星或时间接口接收时间信号，OLT将时间信号封装为时间包，OLT下发数据时，将时间包封装在GPON的操作维护(Operate And Maintaince，OAM)通道中，定期发给ONU。ONU收到时间包之后，将时间解出，该时间减去光纤传播时延Tpd和设备时延Ted，即可得到精确时间。

ONU用GPON的测距结果：光纤传播时延Tpd来校正，为基站提供精确时间信号。OLT在测距结束后将Tpd发给ONU；当Tpd因温度或环境变化时OLT将新的Tpd发给ONU，其他时间不再重复发送；ONU收到Tpd后用应答(Acknowledge)消息答复OLT；OLT收到Acknowledge消息后确认ONU已经收到Tpd；否则重发Tpd。

OLT的时间信号来自卫星时间，或通过时间接口接收机房BITS设备或其他时间设备的时间信号。

GPON传输时间信号原理如图3所示。OLT从卫星或时间接口接收时间信号包括秒脉冲1PPS和UTC时间(世界时)。时间信号分发给OLT的各GPON口，GPON口将时间信号封装为时间包通过GPON的OAM发送给ONU；时间包用固定频率(例如每秒一包)发送，用广播方式发给所有的ONU；ONU收到时间包后解出时间信号，通过时间接口输出秒脉冲信号和UTC时间给基站。BITS为通信楼时钟供给系统，给各通信设备提供准确的时钟和时间信号；

设OLT接收时间为Time1，该时间经过PON传送给基站后增加了以下延时，参见图3：OLT设备延时Ted1、光纤时延Tpd1、ONU设备延时Ted2、ONU到基站传输延时Ted2。其中设备延时Ted1、Ted2是固定时延，OLT，ONU可以自行校正；ONU与基站在同一地点，距离很短。长度固定，Tpd2也是固定延时，基站能自行修正；Tpd1使用ONU与OLT之间的测距结果，GPON的Tpd延时测量通常能精确到10ns以内；因此所有的时延都能精确修正。因此ONU能为基站提供精确的时间信号：UTC时间和秒脉冲1PPS。

基站收到的时间/秒脉冲与OLT输入的到时间/秒脉冲的最大偏差ΔTime1^*：

ΔTime1^*＝ΔTed1+ΔTpd1+ΔTed2+ΔTpd2

ΔTed1、ΔTed2是OLT、ONU的修正时延误差，各自可以控制在10ns以内；

ΔTpd2是Tpd2的修正时延误差，可以控制在10ns以内；

ΔTpd1是Tpd1的修正时延误差，PON设备的测距精度偏差通常小于10ns，因此ΔTpd1小于10ns；

综合以上分析，ΔTime1^*小于40ns；即给基站提供的时间信号精度优于100ns，远高于基站时间同步要求：时间偏差小于3us。

本实用新型的实施参考如下：

时间包的定义如下：

GPON下行TC帧结构如图4所示；下行帧由下行物理控制块(PCBd)和净荷组成。PCBd的结构见图5所示，其中PLOAM携带OAM消息，PLOAM域长13字节。时间包即安排在PLOAM域中，OLT用广播方式发送时间信息给各ONU；每秒发送一次。

GPON协议(ITU-T G.984.3(2004.2))定义的PLOAM消息格式如下表1

字节1	ONU ID
		字节2	Message ID

字节3～12	Data
		字节13	CRC

表1

ONU ID用于标识具体的ONU，Message ID用于标识消息类型。ITU已经定义了19种消息，本实用新型定义两种新的消息类型用来传送时间包和光纤传播时延Tpd。格式如下

表2

表3

OLT插入时间包过程如下：

OLT从卫星或时间接口接收秒脉冲1PPS和时间信息。OLT将1PPS和时间信息分发给各GPON接口。GPON接口在1PPS脉冲位置，在下行数据的TC帧中插入时间信息；秒脉冲偏移量的计算见图6和表2说明。秒脉冲偏移量计算时应校正OLT接收时间过程中的设备时延Ted1；秒脉冲偏移量最高精度为1ns，实现中可以适当降低，例如可选为10ns。

GPON下行TC帧是定长帧，每125us一帧，连续发送。GPON接口每秒在TC帧的PLOAM中插入一个时间包，即每隔8K个TC帧发送一个携带时间包的PLOAM消息。时间包相比其他的OAM消息有最高优先级，优先插入。

ONU提取时间包过程如下：

ONU收到时间包后，恢复出秒脉冲1PPS，ONU输出的1PPS位置如下：

1PPS位置＝接收时间包的第一个Bit位置+秒脉冲偏移量-光纤时延Tpd1-ONU设备时延Ted2

ONU使用GPON的测距结果光纤时延Tpd1来校准输出秒脉冲的位置；

秒脉冲偏移量最高精度为1ns，实现中可以适当降低，例如可选为10ns。

参见图7，本实用新型还提供一种光线路终端，可以应用于上述时间信号传输系统中，该光线路终端包括时间信号接收单元70、时间包封装单元71和时间包发送单元72，所述时间信号接收单元70与所述时间包封装单元71相连，所述时间包封装单元71与所述时间包发送单元72相连，其中：

所述时间信号接收单元70，用于接收时间信号；

所述时间包封装单元71，用于将所述时间信号封装为时间包；

所述时间包发送单元72，用于通过GPON向ONU发送所述时间包。

所述时间信号接收单元70包括时间接口，用于接收来自时间设备的时间信号。

所述时间信号接收单元70包括卫星天线，用于接收来自卫星的时间信号。

所述时间包封装单元71用于：

将接收到的时间信号中的世界时UTC信息封装在时间包中；

将秒脉冲偏移量封装在时间包中，所述秒脉冲偏移量表示接收到的时间信号中秒脉冲PPS信号的位置与所述时间包第一个发送比特位置的偏差。

该光线路终端还包括：

校正单元73，与时间信号接收单元和时间包封装单元相连，用于在时间包封装单元将所述UTC信息封装在时间包中之前，利用本OLT的设备时延对所述UTC信息进行校正；

在时间包封装单元将所述秒脉冲偏移量封装在时间包中之前，利用本OLT的设备时延对所述秒脉冲偏移量进行校正。

所述时间包发送单元72包括：

插入单元，用于将所述时间包插入到下行传输会聚TC帧的物理层管理维护PLOAM域中；

发送单元，与插入单元相连，用于通过GPON向ONU发送所述TC帧。

该光线路终端还包括：

业务数据传输单元74，与RNC相连，用于将来自RNC的业务数据通过ONU发送给基站，以及将基站通过ONU发来的业务数据发送给RNC。

参见图8，本实用新型还提供一种ONU设备，可以应用于上述时间信号传输系统中，该ONU设备包括时间包接收单元80、时间解析单元81和信号发送单元82，所述时间包接收单元80与所述时间解析单元81相连，所述时间解析单元81与所述信号发送单元82相连，其中：

所述时间包接收单元80，用于接收光线路终端OLT发来的时间包；

所述时间解析单元81，用于从所述时间包中解析出时间信号；

所述信号发送单元82，用于向基站输出所述时间信号，以供基站利用该时间信号进行时间同步。

所述时间解析单元81用于：

按照如下公式解析得到PPS信号的位置：

PPS位置＝接收时间包的第一个比特位置+秒脉冲偏移量-OLT与ONU设备间的光纤传输时延-ONU设备时延；

按照如下公式解析得到UTC：

UTC＝时间包中携带的UTC+秒脉冲偏移量-OLT与ONU间的光纤传输时延-ONU设备时延；所述秒脉冲偏移量为所述时间包中携带的表示秒脉冲PPS信号的位置与所述时间包第一个发送比特位置的偏差的数据。

综上，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的方案中，OLT将接收到的时间信号封装为时间包后发送给ONU，ONU从时间包中解析出时间信号后输出给基站，供基站进行时间同步。可见，采用本实用新型，基站不需要安装卫星天线和防雷保护，也不存在卫星信号不可用时导致全网络瘫痪的安全隐患，从而有效的降低了实现基站时钟同步的复杂度和成本，提高了网络安全性。

本实用新型提供的方案中，使用GPON作为基站的回程传输；同时使用GPON传输时间信号给基站，技术简单，省去了基站的卫星信号接收部分。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种时间信号传输系统，其特征在于，该系统包括光线路终端OLT、光网络单元ONU和基站，OLT与ONU相连；ONU与基站相连；其中：

所述OLT，用于接收时间信号，将所述时间信号封装为时间包，通过千兆无源光网络GPON向ONU发送所述时间包；

所述ONU，用于接收所述时间包，从该时间包中解析出时间信号，向基站输出该时间信号；

所述基站，用于接收所述时间信号，利用该时间信号进行时间同步。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述OLT还与时间设备相连；所述OLT接收到的时间信号来自所述时间设备。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述OLT还连接有卫星天线；所述OLT接收到的时间信号来自所述卫星天线。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述OLT包括：

时间信号接收单元，用于接收时间信号；

时间包封装单元，与时间信号接收单元相连，用于将所述时间信号中的世界时UTC信息封装到时间包中；将秒脉冲偏移量封装在时间包中，所述秒脉冲偏移量表示所述时间信号中秒脉冲PPS信号的位置与所述时间包第一个发送比特位置的偏差；

时间包发送单元，与时间包封装单元相连，用于通过千兆无源光网络GPON向ONU发送所述时间包。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述OLT还包括：

校正单元，与时间信号接收单元和时间包封装单元相连，用于在时间包封装单元将所述UTC信息封装在时间包中之前，利用本OLT的设备时延对所述UTC信息进行校正；

在时间包封装单元将所述秒脉冲偏移量封装在时间包中之前，利用本OLT的设备时延对所述秒脉冲偏移量进行校正。 

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述时间包发送单元包括：

插入单元，用于将所述时间包插入到下行传输会聚TC帧的物理层管理维护PLOAM域中；

发送单元，与插入单元相连，用于通过GPON向ONU发送所述TC帧。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述OLT还包括：

业务数据传输单元，与无线网络控制器RNC相连，用于将来自RNC的业务数据通过ONU发送给基站，以及将基站通过ONU发来的业务数据发送给RNC。

8.一种光线路终端，其特征在于，该光线路终端包括时间信号接收单元、时间包封装单元和时间包发送单元，所述时间信号接收单元与所述时间包封装单元相连，所述时间包封装单元与所述时间包发送单元相连，其中：

所述时间信号接收单元，用于接收时间信号；

所述时间包封装单元，用于将所述时间信号封装为时间包；

所述时间包发送单元，用于通过千兆无源光网络GPON向ONU发送所述时间包。

9.一种光网络单元ONU设备，其特征在于，该ONU设备包括时间包接收单元、时间解析单元和信号发送单元，所述时间包接收单元与所述时间解析单元相连，所述时间解析单元与所述信号发送单元相连，其中：

所述时间包接收单元，用于接收光线路终端OLT发来的时间包；

所述时间解析单元，用于从所述时间包中解析出时间信号；

所述信号发送单元，用于向基站输出所述时间信号，以供基站利用该时间信号进行时间同步。 

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