CN207603652U - 一种授时系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施方式涉及通信系统技术领域，特别是涉及一种授时系统。该授时系统包括：天线；邻近天线设置并连接的接收机，接收机通过天线获取标准授时信息，并将标准授时信息转换为数字时钟参考源信息进行传输；与接收机连接的本地授时装置，本地授时装置用于接收数字时钟参考源信息，并根据数字时钟参考源信息为外界的通信系统提供标准的时钟信息。由于天线和接收机相邻设置，且接收机将标准授时信息转换为数字时钟参考源信息后再进行传输，所以天线和接收机之间的传输路径很短，避免了较长的同轴电缆带来的授时偏差，且将标准授时信息转换为数字时钟参考源信息进行传输,大大提升了授时精度。
Description
技术领域
本实用新型实施方式涉及通信系统技术领域，特别是涉及一种授时系统。
背景技术
随着科学技术和国民经济的快速发展，各种电子设备得到广泛的使用。时钟是包括通讯设备在内的所有电子设备的心脏，由于通讯领域里信息的传递是通过频分复用和时分复用技术实现的，因此无论是对传输效率还是传输质量来说，定时的准确度等各项指标都是至关重要的，一旦时钟指标不符合要求，通讯设备轻则异常，重则瘫痪。
请参阅图1，图1是现有技术中基于GNSS卫星定位系统的授时方案，该授时方案采用GNSS天线和GNSS接收机来获取时钟参考源，GNSS天线和GNSS接收机之间通过同轴线缆连接，其中，时钟参考源包括1PPS(Pulse Per Second，秒脉冲)和TOD(Time of Day，标准当前时刻),GNSS接收机获取到的时钟参考源并不能直接满足通信系统的应用，因此会首先通过锁相环电路进行驯服，驯服后的时钟通过时钟分发模块提供给通信系统的各个模块。
请参阅图2，图2是现有技术中基于GNSS的授时系统的应用场景，通常情况下，为保证GNSS卫星定位系统的正常工作并保证时钟参考源的更好性能，GNSS天线放置的位置需要保证三分之二的天空是可见的，在城市建筑的密集区域，高建筑物的楼顶就成为比较理想的GNSS天线安装位置。而为了保证授时设备或者通信设备的可靠的工作环境，这些设备通常放置在室内。这种应用场景下，就需要同轴线缆来实现GNSS天线和本地授时系统的连接，同轴线缆的长度可以达到几十米。
本实用新型的发明人在实现本实用新型的过程中，发现现有技术中存在以下问题：在现有技术中，4G及4G以前的无线通信系统对于时钟相位的同步要求都是us级的，只要本地主时钟授时小于100ns或者50ns的就可以满足需求，但着眼于5G通信系统的授时需求将达到ns级，而目前由于天线与接收机之间都通过较长的同轴线缆连接，同轴线缆中的延时对本地时钟授时的精度造成较大影响，因此，因此能够提供一种授时系统以满足更高的授时精度是尤为必要的。
实用新型内容
本实用新型实施方式主要解决的技术问题是提供一种授时系统以及方法，该系统中天线与接收机之间相邻设置，避免了现有技术中天线与接收机之间通过较长的同轴线缆连接而产生较大的授时偏差。
为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种授时系统，包括：
天线；
接收机，其邻近所述天线设置，并与所述天线连接，所述接收机通过所述天线获取标准授时信息，并将所述标准授时信息转换为数字时钟参考源信息进行传输；
本地授时装置，其与所述接收机连接，所述本地授时装置用于接收所述数字时钟参考源信息，并根据所述数字时钟参考源信息为外界的通信系统提供标准的时钟信息。
可选的，所述数字时钟参考源信息包括秒脉冲和标准当前时刻。
可选的，所述本地授时装置包括测量补偿模块和锁相环电路，所述测量补偿模块与所述接收机连接，所述测量补偿模块用于接受所述数字时钟参考源信息，以及，根据从所述接收机传输至所述本地授时装置所需的时间差对所述秒脉冲进行时间补偿；
所述锁相环电路与所述测量补偿模块连接，所述锁相环电路用于接受经过时间补偿后的所述秒脉冲，并将经过时间补偿后的所述秒脉冲进行驯服并得到驯服后的第一时钟。
可选的，所述从所述接收机传输至所述本地授时装置所需的时间差为：所述测量补偿模块在接收到所述接收机发送出的第一脉冲时记录接收到所述第一脉冲的第一接收时刻，并且根据所述第一脉冲，获取所述接收机发送出所述第一脉冲的第一发送时刻，将所述第一接收时刻减去所述第一发送时刻得到的。
可选的，从所述接收机传输至所述本地授时装置所需的时间差为：所述测量补偿模块从所述接收机获取得的，其中，所述接收机用于向测量补偿模块发送的第二脉冲，并且记录发送所述第二脉冲的第二发送时刻，所述测量补偿模块在接收到所述接收机发送的第二脉冲时，直接向所述接收机反射或者环回所述第二脉冲，所述接收机接收反射或者环回的所述第二脉冲，并记录第二接收时刻，以及将所述第二接收时刻减去所述第二发送时刻的差值再除以二，得到所述时间差。
可选的，所述本地授时装置还包括时钟分发模块，其分别与所述测量补偿模块和所述锁相环电路连接，所述时钟分发模块用于接收从所述测量补偿模块发送出的所述标准当前时刻，并接收从所述锁相环电路发送出的经过驯服后的所述第一时钟，以及，根据接收到的所述标准当前时刻和经过驯服后的所述第一时钟为外界的通信系统提供标准的时钟信息。
可选的，所述天线包括GNSS天线。
可选的，所述接收机包括GNSS接收机。
可选的，所述接收机与所述本地授时装置之间的连接关系包括光纤连接。
本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，在本实用新型实施方式中，授时系统包括：天线；接收机，其邻近所述天线设置，并与所述天线连接，所述接收机通过所述天线获取标准授时信息，并将所述标准授时信息转换为数字时钟参考源信息进行传输；本地授时装置，其与所述接收机连接，所述本地授时装置用于接收所述数字时钟参考源信息，并根据所述数字时钟参考源信息为外界的通信系统提供标准的时钟信息。由此，本实用新型实施方式的授时系统中的天线和接收机相邻设置，且所述接收机将所述标准授时信息转换为数字时钟参考源信息后再进行传输，所以，天线和接收机之间的传输路径很短，从而避免了现有技术中较长的同轴电缆带来的较大的授时偏差，且将所述标准授时信息转换为数字时钟参考源信息后再进行传输，大大提升了授时精度。
附图说明
一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是现有技术中基于GNSS卫星定位系统的授时方案；
图2是现有技术中基于GNSS的授时系统的应用场景；
图3是本实用新型授时系统实施方式的结构框图；
图4是本实用新型授时系统实施方式中通过单向延时测量获取时间差的示意图；
图5是本实用新型授时系统实施方式中通过双向延时测量获取时间差的示意图；
图6是关于现有技术中通用授时方案的授时精度的测试结果；
图7是关于本实用新型授时系统实施方式中授时系统的授时精度的测试结果；
图8是本实用新型授时方法实施方式的流程图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图3，本实用新型实施方式的授时系统100包括：天线10、接收机20和本地授时装置30；
其中，接收机20邻近天线10设置，并与天线10连接，即接收机20设置在天线10侧，由此接收机20和天线10间的信号传输近似于零延迟、零衰减，从而避免了路径延时和信号衰减带来的授时性能的劣化，在天线10安装条件理想的情况下达到接收机20授时的最优性能，比如授时精度可达15ns，所以优化了授时的精度，此外，因为天线10和接收机20之间的传输路径很短，从而还保证天线10能够安装在空旷的位置。具体的，接收机20通过天线10获取标准授时信息，并将标准授时信息转换为数字时钟参考源信息进行传输。
可选的，数字时钟参考源信息包括1PPS(1Pulse Per Second，秒脉冲)和TOD(Timeof Day，标准当前时刻)。可选的，天线10包括GNSS天线，接收机20包括GNSS接收机，本实用新型的授时系统可为基于GNSS卫星定位系统的授时系统，其中，接收机20通过天线10获取的标准授时信息来源于GNSS卫星定位系统，接收机20通过天线10获取GNSS卫星定位系统的卫星信息，再从卫星信息中获取标准授时信息。
本地授时装置30与接收机20连接，本地授时装置30用于接收数字时钟参考源信息，并根据数字时钟参考源信息为外界的通信系统提供标准的时钟信息。可选的，接收机20与本地授时装置30之间的连接关系包括光纤连接，大大提高了时间信号传输的距离，光纤传输可达到几十公里的传输距离，从而确保天线10和接收机20的安装更加理想、更加自由，用户可以根据需求随意选取天空条件理想的位置进行安装，尤其是在城市建筑的密集区，安装将更加灵活。可选的，接收机20与本地授时装置30之间的连接关系包括电缆连接。
进一步的，由于数字时钟参考源信息在光纤或者其他传输介质中的传输也存在路径延迟，为了补偿了接收机20和本地授时装置30之间的路径延迟，以使授时系统100实现了更高精度的授时，因此，本实用新型实施方式中授时系统100的本地授时装置30包括测量补偿模块31，测量补偿模块31与接收机20连接，测量补偿模块31用于接受数字时钟参考源信息，以及，根据从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差对秒脉冲进行时间补偿。
可选的，在一些实施方式中，通过采用打时间戳的方式来获取接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差，其中，时间差即路径延迟的时间长度，本地授时装置30通过延时测量获取时间差。请进一步参阅图4，具体的，从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差为：测量补偿模块31在接收到接收机20发送出的第一脉冲时记录接收到第一脉冲的第一接收时刻，并且根据第一脉冲，获取接收机20发送出第一脉冲的第一发送时刻，将第一接收时刻减去第一发送时刻得到的。此过程为单向延时测量，以下为该单向延时测量的公式：
Td＝t2-t1；
其中，Td为接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差，t2为第一接收时刻，t1为第一发送时刻。
可选的，在一些实施方式中，通过采用环回或者反射的方式来获取接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差，本地授时装置30通过延时测量获取时间差。请进一步参阅图5，具体的，从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差为：测量补偿模块31从接收机20获取得的，其中，接收机20用于向测量补偿模块31发送的第二脉冲，并且记录发送第二脉冲的第二发送时刻，测量补偿模块31在接收到接收机20发送的第二脉冲时，直接向接收机20反射或者环回第二脉冲，接收机20接收反射回来或者环回的第二脉冲，并记录第二接收时刻，以及将第二接收时刻减去第二发送时刻的差值再除以二，得到时间差。此过程为双向延时测量，以下为该双向延时测量的公式：
Td＝(t4-t3)/2；
其中，Td为接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差，t4为第二接收时刻，t3为第二发送时刻。
需要说明的是：目前数字信号传输的测量技术可以达到几十ps精度的测量，从而实现数字信号延迟的精确补偿，使得本地授时装置30的授时精度大大提高；此外，由于在双向延时测量方式中，第二接收时刻和第二发送时刻均由同一侧的时钟参考系获取，而在单向延时测量方式中，第一接收时刻和第一发送时刻分别由不同侧的两个时钟参考系获取，所以，相比于上述单向延时测量方式，双向延时测量方式得到的时间差将更加准确。
进一步的，由于接收机20获取到的数字时钟参考源信息并不能直接满足外界的通信系统的应用，因此，需要先数字时钟参考源信息中的秒脉冲进行驯服，驯服后的秒脉冲才能提供给外界的通信系统的各个模块。所以，本实用新型实施方式中授时系统100的本地授时装置30还包括锁相环电路32，锁相环电路32与测量补偿模块31连接，锁相环电路32用于接受经过时间补偿后的秒脉冲，并将经过时间补偿后的秒脉冲进行驯服并得到驯服后的第一时钟，第一时钟是通过驯服秒脉冲得到的；当然，在其他一些实施方式中，当测量补偿模块31计算出时间差时，也可以交由锁相环电路32进行时间补偿并得到时间补偿后的秒脉冲，锁相环电路32再将经过时间补偿后的秒脉冲进行驯服并得到驯服后的第一时钟。
进一步的，本地授时装置30还包括时钟分发模块33，时钟分发模块33分别与测量补偿模块31和锁相环电路32连接，时钟分发模块33用于接收从测量补偿模块31发送出的标准当前时刻，并接收从锁相环电路32发送出的经过驯服后的第一时钟，以及，根据接收到的标准当前时刻和经过驯服后的第一时钟为外界的通信系统提供标准的时钟信息。
值得说明的是：请参阅下表1，以及图6和图7，其中，表1为现在各种无线通信系统时钟的同步需求；图6是关于现有技术中通用授时方案的授时精度的测试结果；图7是关于本实用新型实施方式中授时系统100的授时精度的测试结果。从表1无线通信系统时钟的同步需求中可以看到，4G(LTE FDD)及4G以前的无线通信系统对于时钟相位的同步要求都是us级，在这种应用中，本地主时钟授时小于100ns或者50ns的就可以满足需求，但着眼于5G通信系统ns级的授时需求，业界对于本地主时钟的相位授时需求已经提高到30ns甚至20ns。请结合图6和图7，现有技术中通用授时系统的授时精度的为+/-80ns，而本实用新型实施方式中授时系统100的授时精度可以达到大约+/-20ns，所以本实用新型实施方式中授时系统100大大提升了授时精度。
表1
在本实用新型实施方式中，授时系统100包括：天线10；接收机20，其邻近天线10设置，并与天线10连接，接收机20通过天线10获取模拟时钟参考源信息，并将模拟时钟参考源信息转换为数字时钟参考源信息进行传输；本地授时装置30，其与接收机20连接，本地授时装置30用于接收数字时钟参考源信息，并根据数字时钟参考源信息为外界的通信系统提供标准的时钟信息。由此，本实用新型实施方式的授时系统中的天线10和接收机20相邻设置，且接收机20将模拟时钟参考源信息转换为数字时钟参考源信息后再进行传输，所以，天线10和接收机20之间的传输路径很短，从而避免了较长的同轴电缆带来的较大的授时偏差，且将模拟时钟参考源信息转换为数字时钟参考源信息后再进行传输，提升了授时精度。此外，授时系统100还包括测量补偿模块31，测量补偿模块31用于接受数字时钟参考源信息，以及，根据从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差对秒脉冲进行时间补偿，大大提升了本地授时装置30的授时精度。
请参阅图8，本实用新型提供的另一实施方式是：一种授时方法，应用于如上所述的授时系统100，该方法包括：
步骤101：获取模拟时钟参考源信息，并将模拟时钟参考源信息转换为数字时钟参考源信息进行传输，数字时钟参考源信息包括秒脉冲和标准当前时刻；
其中，结合如上的授时系统100，本步骤中通过接收机20和天线10从卫星定位系统中获取模拟时钟参考源信息，再将时钟参考源信息通过数字信号的方式进行传输，可选的，天线10包括GNSS天线，接收机20包括GNSS接收机，本实用新型的授时系统可为基于GNSS卫星定位系统的授时系统，其中，接收机20通过天线10获取的模拟时钟参考源信息来源于GNSS卫星定位系统。
步骤102：测量数字信号从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差；
其中，数字信号可以是上述数字时钟参考源信息，也可以是预设的测试脉冲。
具体的，本步骤中测量时间差的方式可以为以下两种方式中的任意一种：
第一种方式：通过采用打时间戳的方式来获取接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差，时间差即路径延迟的时间长度。具体可选的，从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差为：测量补偿模块31在接收到接收机20发送出的第一脉冲时记录接收到第一脉冲的第一接收时刻，并且根据第一脉冲，获取接收机20发送出第一脉冲的第一发送时刻，将第一接收时刻减去第一发送时刻得到的。此过程为单向延时测量，以下为该单向延时测量的公式：
Td＝t2-t1；
其中，Td为接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差，t2为第一接收时刻，t1为第一发送时刻。
第二种方式：通过采用环回或者反射的方式来获取接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差。具体可选的，从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差为：测量补偿模块31从接收机20获取得的，其中，接收机20用于向测量补偿模块31发送的第二脉冲，并且记录发送第二脉冲的第二发送时刻，测量补偿模块31在接收到接收机20发送的第二脉冲时，直接向接收机20反射或者环回第二脉冲，接收机20接收反射回来或者环回的第二脉冲，并记录第二接收时刻，以及将第二接收时刻减去第二发送时刻的差值再除以二，得到时间差。此过程为双向延时测量，以下为该双向延时测量的公式：
Td＝(t4-t3)/2；
其中，Td为接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差，t4为第二接收时刻，t3为第二发送时刻。
步骤103：根据时间差对秒脉冲进行时间补偿；
根据上一步骤102测量出的时间差对时钟参考源信息中的秒脉冲进行时间补偿。
步骤104：对经过时间补偿后的秒脉冲进行驯服并得到驯服后的第一时钟；
其中，第一时钟是通过驯服秒脉冲得到的。
步骤105：将标准当前时刻和经过驯服后的第一时钟进行输出，从而为外界的通信系统提供标准的时钟信息。
需要说明的是：本方法的实施方式和上述系统的实施方式是基于相同的发明构思，因此，本方法的实施方式的具体内容还可以参照上述系统的实施方式的具体内容，在此不一一赘述。
在本实用新型实施方式中，授时方法包括：获取模拟时钟参考源信息，并将模拟时钟参考源信息转换为数字时钟参考源信息进行传输，数字时钟参考源信息包括秒脉冲和标准当前时刻；测量数字信号从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差；根据时间差对秒脉冲进行时间补偿；对经过时间补偿后的秒脉冲进行驯服并得到驯服后的第一时钟；将标准当前时刻和经过驯服后的第一时钟进行输出，从而为外界的通信系统提供标准的时钟信息。由此，本实用新型实施方式的授时系统中的天线10和接收机20相邻设置，且接收机20将模拟时钟参考源信息转换为数字时钟参考源信息后再进行传输，所以，天线10和接收机20之间的传输路径很短，从而避免了较长的同轴电缆带来的较大的授时偏差，以及，将模拟时钟参考源信息转换为数字时钟参考源信息后再进行传输，提升了授时精度。此外，授时系统100还包括测量补偿模块31，测量补偿模块31用于接受数字时钟参考源信息，以及，根据从接收机20传输至本地授时装置30所需的时间差对秒脉冲进行时间补偿，大大提升了本地授时装置30的授时精度。
以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种授时系统，其特征在于，包括：
天线；
接收机，其邻近所述天线设置，并与所述天线连接，所述接收机通过所述天线获取标准授时信息，并将所述标准授时信息转换为数字时钟参考源信息进行传输；
本地授时装置，其与所述接收机连接，所述本地授时装置用于接收所述数字时钟参考源信息，并根据所述数字时钟参考源信息为外界的通信系统提供标准的时钟信息。
2.根据权利要求1所述的授时系统，其特征在于，
所述数字时钟参考源信息包括秒脉冲和标准当前时刻。
3.根据权利要求2所述的授时系统，其特征在于，
所述本地授时装置包括测量补偿模块和锁相环电路，所述测量补偿模块与所述接收机连接，所述测量补偿模块用于接受所述数字时钟参考源信息，以及，根据从所述接收机传输至所述本地授时装置所需的时间差对所述秒脉冲进行时间补偿；
所述锁相环电路与所述测量补偿模块连接，所述锁相环电路用于接受经过时间补偿后的所述秒脉冲，并将经过时间补偿后的所述秒脉冲进行驯服并得到驯服后的第一时钟。
4.根据权利要求3所述的授时系统，其特征在于，
所述从所述接收机传输至所述本地授时装置所需的时间差为：所述测量补偿模块在接收到所述接收机发送出的第一脉冲时记录接收到所述第一脉冲的第一接收时刻，并且根据所述第一脉冲，获取所述接收机发送出所述第一脉冲的第一发送时刻，将所述第一接收时刻减去所述第一发送时刻得到的。
5.根据权利要求3所述的授时系统，其特征在于，
从所述接收机传输至所述本地授时装置所需的时间差为：所述测量补偿模块从所述接收机获取得的，其中，所述接收机用于向所述测量补偿模块发送第二脉冲，并且记录发送所述第二脉冲的第二发送时刻，所述测量补偿模块在接收到所述接收机发送的所述第二脉冲时，直接向所述接收机反射或者环回所述第二脉冲，所述接收机接收反射或者环回的所述第二脉冲，并记录第二接收时刻，以及将所述第二接收时刻减去所述第二发送时刻的差值再除以二，得到所述时间差。
6.根据权利要求3所述的授时系统，其特征在于，
所述本地授时装置还包括时钟分发模块，其分别与所述测量补偿模块和所述锁相环电路连接，所述时钟分发模块用于接收从所述测量补偿模块发送出的所述标准当前时刻，并接收从所述锁相环电路发送出的经过驯服后的所述第一时钟，以及，根据接收到的所述标准当前时刻和经过驯服后的所述第一时钟为外界的通信系统提供标准的时钟信息。
7.根据权利要求1所述的授时系统，其特征在于，
所述天线包括GNSS天线。
8.根据权利要求7所述的授时系统，其特征在于，
所述接收机包括GNSS接收机。
9.根据权利要求1所述的授时系统，其特征在于，
所述接收机与所述本地授时装置之间的连接关系包括光纤连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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