WO2012058992A1

WO2012058992A1 - 一种基准时钟信号的获取方法和系统

Info

Publication number: WO2012058992A1
Application number: PCT/CN2011/080091
Authority: WO
Inventors: 胡志琥; 陶发; 凌晨
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-05-10
Also published as: CN102457956A

Description

一种基准时钟信号的获取方法和系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种基准时钟信号的获取方法和系统。

背景技术

TD-SCDMA ( Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access, 时分同步码分多址，简称 TD ) 网络是一个需要精确时间同步的系统，目前绝大多数 TD 基站的同步通过在每个基站安装 GPS ( Global Positioning System , 全球定位系统 )接收设备来实现同步。 GPS接收设备通过接收若干颗卫星发出的信号，解算出位置信息和时间信息，发送日时间信号和秒脉冲信号到 TD基站，基站以此为基准进行时间同步。

GPS接收设备一般分为 GPS天线和接收机两部分， GPS天线需要架设在开阔的室外环境以保证信号接收，而接收机一般位于室内基站内，天线与接收机之间采用同轴电缆相连。实际 TD基站中，因为环境或建筑等因素，有时需要将 GPS天线架设在距离基站几百米甚至几公里之外的地方。如果采用同轴电缆进行这种远距离的信号传输，由于信号在线缆上的衰减非常大，造成接收端信号质量差，将严重影响系统的时间同步；且同轴线缆价格较高，不利于降低产品的成本，使产品在价格上失去竟争力。

发明内容

本发明的目的是提出一种基准时钟信号的获取方法和系统，以克服目前 TD基站中需要远距离外接 GPS天线时，而造成接收机信号质量差、安装成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种基准时钟信号的获取方法，包括：全球定位系统（ GPS )接收设备接收 GPS卫星信号，产生日时间（ TOD ) 信号和秒脉冲（ IPPS )信号，将电信号形式的所述 TOD信号和 1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给还原装置；以及所述还原装置接收光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，将光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号分别恢复成电信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，并对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿，将电信号形式的 TOD信号和补偿后的 1PPS信号作为基准时钟信号。

对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿的步骤中，所述还原装置是利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿。

所述方法还包括：所述还原装置第一次接收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号之后，向所述 GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻 Ta;

所述 GPS接收设备返回光纤时延测量应答消息，其中携带 Tc和 Tb的差值，其中， Tc为发送所述光纤时延测量应答消息的时刻， Tb为接收到所述光纤时延测量消息的时刻；以及

所述还原装置记录接收到所述光纤时延测量应答消息的时刻 Td,计算所述时延测量值为（(Td-Ta ) - (Tc-Tb))/2。

所述转换时延为将电信号形式的 1PPS信号转换成光信号并发出而产生的时延，且所述转换时延由所述 GPS接收设备通过发送消息告知所述还原装置。

所述还原装置为时分同步码分多址基站。

为了解决上述问题，本发明还提供一种基准时钟信号的获取系统，包括依次相连的 GPS接收设备、光纤和还原装置，

所述 GPS接收设备设置成：接收 GPS卫星信号，产生 TOD信号和 1PPS 信号，并将电信号形式的所述 TOD信号和 1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给所述还原装置；

所述还原装置设置成：接收光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，将光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号分别恢复成电信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，并对电信号形式的 1PPS 信号进行时延补偿，将电信号形式的 TOD信号和补偿后的 1PPS信号作为基准时钟信号。所述还原装置是设置成利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿。

所述还原装置还设置成：第一次接收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS 信号之后，向所述 GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻 Ta; 以及，记录接收到所述 GPS接收设备返回的光纤时延测量应答消息的时刻 Td, 计算所述时延测量值为（(Td-Ta ) - (Tc-Tb))/2; 其中，所述光纤时延测量应答消息中携带 Tc和 Tb的差值， Tc为 GPS接收设备发送所述光纤时延测量应答消息的时刻， Tb为 GPS接收设备接收到所述光纤时延测量消息的时刻；

所述 GPS接收设备还设置成向所述还原装置发送光纤时延测量应答消息，其中携带 Tc和 Tb的差值。

所述 GPS接收设备还设置成向所述还原装置发送消息，告知所述转换时延。

所述还原装置为时分同步码分多址基站。

本发明的有益效果是：由于本发明中，将室外 GPS接收设备的 GPS时间信号转换成光信号，通过光纤传输到室内基站，这使得在信号传输过程中，信号衰减小，抗干扰能力强，适合远距离传输， GPS天线的可安装距离因此扩大，克服了因地形、环境等不利因素造成的 GPS卫星信号差、 GPS天线安装不便等问题，保证了 GPS卫星信号的接收质量；并且光纤价格便宜，长距离的光纤价格远低于同轴电缆，有利于降低 GPS天线的架设成本。

附图概述

图 1为本发明实施例的 TD基站获取基准时钟信号的流程图；

图 2为本发明实施例的光纤时延测量示意图；

图 3 为本发明实施例的 1PPS信号的恢复过程示意图。

本发明的较佳实施方式本发明的基本思想是，用光纤实现 GPS时钟信号的传输，并在接收端恢复出精准的基准时钟信号，以用于时间同步。

具体地， GPS接收设备接收 GPS信号，产生 TOD ( Time Of Day, 日时间）信号和 1PPS ( 1 Pulse Per Second, 秒脉冲）信号，将电信号形式的所述 TOD信号和 1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给还原装置；所述还原装置接收光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，恢复成电信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，并对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿，将电信号形式的 TOD信号和补偿后的 1PPS信号作为基准时钟信号。

该电信号形式的 TOD信号和补偿后的 1PPS信号作为基准时钟信号，可用于时间同步。

虽然本发明是针对 TD基站出现的问题提出的，但是，同样可以适用于其他需要精确基准时钟信号的情况，所以，上述还原装置可以是 TD基站，也可以是其他类型的基站或者其他需要精确基准时钟信号的装置或系统。

由于传输距离远，且进行了光电转换，还原装置接收到的 1PPS信号与原始的 1PPS信号有一定的时延误差，该时延包括两个部分：一部分是将 1PPS 信号转换成光信号并发出而产生的转换时延，该时延值由电子器件的硬件特性决定，一般较为固定，可由 GPS接收设备自行发送消息告知还原装置；另一部分是光纤传输线路时延，该时延可通过光纤时延测量消息测出。

当还原装置第一次接收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号之后，向所述 GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻 Ta;

所述 GPS接收设备返回光纤时延测量应答消息，其中携带 Tc和 Tb的差值，其中， Tc为发送所述光纤时延测量应答消息的时刻， Tb为接收到所述光纤时延测量消息的时刻；

还原装置如果没有接收到光纤时延测量应答消息，则周期性发送该光纤时延测量消息，直到接收到光纤时延测量应答消息。

还原装置通常是在第一次接收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号之后，发送光纤时延测量消息，但实际应用时，也可以在收到光信号形式的 TOD 信号和 1PPS信号之前，即发送该光纤时延测量消息，或者，周期性地（可较长时间发送一次）发送光纤时延测量消息，以经常矫正该时延测量值。

还原装置得到上述两个时延值后，将两个时延值相加，然后利用锁相环对 1PPS信号进行时延补偿，从而得到精准的原始 1PPS信号。补偿后的 1PPS 信号和 TOD信号输出即可作为基准时钟信号，用于时间同步。

下面结合附图，以一具体的实施例详细说明本发明。在该实施例中，还原装置为 TD基站，当然，如上所述，本发明并不限于此。

如图 1所示， TD基站获取基准时钟信号包括如下步骤：

步骤 101 ,室外的 GPS接收设备接收 GPS卫星信号，经过解算产生 TOD 信号和 1PPS信号；

其中， GPS接收设备属于成熟产品，种类较多，可选用较常用的、精确度高的 GPS模块，用于输出时钟信号；

GPS接收设备产生的时钟信号分为 TOD和 1PPS两路信号，其中 1PPS 信号是基站用于同步的基准信号，对其准确性要求非常严格，误差不得大于 100ns;

步骤 102, GPS接收设备通过电光转换模块将该 TOD信号和 1PPS信号转换成光信号，通过光纤将光信号输出到 TD基站；

其中，光纤可采用普通的单模光纤；

本步骤中， GPS接收设备 (发送方）可以采用某种协定的方法对待发送的数据进行编码、组帧，转换成比特流发送出去；

步骤 103 , TD基站的光接口板将光信号恢复成原始电信号形式的 TOD 信号和 1PPS信号；

本步骤中， TD基站（接收方）将比特流转换成码组，再解码，恢复成原始数据；

在步骤 102和步骤 103中，发送方的电光转换和接收方的光电转换已有标准的物理特性规范，可采用常见的集成电路模块实现；步骤 104, TD基站向 GPS接收设备发送光纤时延测量消息，如果收到 GPS接收设备的时延测量信号应答消息，则结束测量，若未收到则周期性发送时延测量信号；

由于对 1PPS信号要求非常严格，误差不得大于 100ns, 因此，在恢复该信号过程中需采用特殊处理以消除传输过程所造成的延时误差。

由于传输距离远，且进行了光电转换，基站接收到的 1PPS信号与原始的 1PPS 信号有一定的时延误差，该时延包括两个部分：一部分是将 1PPS 信号转换成光信号发出而产生的转换时延，该时延值由电子器件的硬件特性决定，一般较为固定，由 GPS接收设备自行发送消息告知基站；另一部分是光纤传输线路时延，该时延可通过光纤时延测量消息测出。

因此，光纤的时延测量对于保证信号的精确性非常重要。线路时延测量的消息分为两种，一种是基站发给 GPS接收设备的消息 (Delay— meas— bs), 可称为光纤时延测量消息，另一种是 GPS 接收设备发给基站的消息 (delay— meas—bd), 可称为光纤时延测量应答消息。其中 delay— meas—bd 消息包含一个 DelayTime字段，表示 GPS接收设备收到 Delay— meas—bs消息的第一个比特与发出 delay— meas—bd消息的第一个比特之间的时间差。

测量光纤时延的过程是通过 Delay— meas—bs和 delay— meas—bd消息交互实现的。如图 2所示，首先基站发送 Delay— meas—bs消息，并记录发送时刻时间 Ta; GPS接收设备收到 Delay— meas—bs消息，并记录收到时刻 Tb; GPS 接收设备再发送 delay— meas—bd消息，记录发送时刻 Tc, 同时将 Tc-Tb的时间间隔填到 delay— meas—bd的 DelayTime域；基站接着收到 delay— meas—bd 消息，并记录收到时刻 Td。基站可以通过公式 Delay= ( Tb-Ta+Td-Tc ) /2=( ( Td-Ta ) - (Tc-Tb ) )12, 计算出线路时延（双向的光纤需要等长，若不等长则会引入测量误差）。延时测量中用来记录时间所用的计时频率应当优于 50ppm, 即<50 111。 GPS接收设备侧， Tc-Tb的时延值 DelayTime应当小于 lOOus, 若不小于 lOOus则基站视为无效值。 DelayTime准确度应当小于 20ns„

步骤 105 , 时延测量成功后， TD基站将上述两个时延值相加， TD基站利用本地锁相环（PLL ) , 对 1PPS信号进行时延补偿；补偿后的 1PPS信号和 TOD信号即可作为基准时钟信号，发送给时间同步系统进行时间同步，如图 3所示。

需要说明的是，上述步骤 104并不是每次都执行，而是通常在 TD基站第一次接收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号执行，测量结束后不再重复进行。当然，也可以在收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号之前，即发送该光纤时延测量消息，或者，周期性地（可较长时间发送一次）发送光纤时延测量消息，以经常矫正该时延测量值。而步骤 101 ~ 103、 105为顺序执行步骤，通常每秒钟执行一次（即每秒钟传输一次 TOD信号和 1PPS信号）。

本发明实施例的基准时钟信号的获取系统，包括依次相连的 GPS接收设备、光纤和还原装置，

所述 GPS接收设备设置成：接收 GPS信号，产生 TOD信号和 1PPS信号，将电信号形式的所述 TOD信号和 1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给所述还原装置；

所述还原装置设置成：接收光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，恢复成电信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，并对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿，将电信号形式的 TOD信号和补偿后的 1PPS信号作为基准时钟信号。

优选地，所述还原装置是设置成利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿。

优选地，所述还原装置还设置成：第一次接收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号之后，向所述 GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻 Ta; 以及，记录接收到所述 GPS接收设备所返回的光纤时延测量应答消息的时刻 Td, 计算所述时延测量值为（(Td-Ta ) - (Tc-Tb))/2; 其中，所述光纤时延测量应答消息中携带 Tc和 Tb的差值， Tc为 GPS接收设备发送所述光纤时延测量应答消息的时刻， Tb为 GPS接收设备接收到所述光纤时延测量消息的时刻；所述 GPS接收设备还设置成向所述还原装置发送光纤时延测量应答消息，其中携带 Tc和 Tb的差值。优选地，所述 GPS接收设备还设置成向所述还原装置发送消息，告知所述转换时延。

优选地，所述还原装置为 TD基站。

使用本发明，可以获取精确的时间同步信号，以保证时间同步系统的运行，同时摆脱了地形、建筑等外界环境因素对 GPS 天线架设的限制，使得 GPS天线的可架设范围显著增大，降低了施工难度，节约了安装成本。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块 /单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

工业实用性

与现有技术相比，本发明克服了因地形、环境等不利因素造成的 GPS 卫星信号差、 GPS天线安装不便等问题，保证了 GPS卫星信号的接收质量，同时有利于降低 GPS天线的架设成本。

Claims

权利要求书

1、一种基准时钟信号的获取方法，包括：

全球定位系统（ GPS )接收设备接收 GPS卫星信号，产生日时间（ TOD ) 信号和秒脉冲（ IPPS )信号，将电信号形式的所述 TOD信号和 1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给还原装置；以及

所述还原装置接收光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，将所述光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号分别恢复成电信号形式的 TOD信号和 1PPS 信号，并对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿，将电信号形式的 TOD信号和补偿后的 1PPS信号作为基准时钟信号。

2、如权利要求 1所述的方法，其中，对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿的步骤中，

所述还原装置利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿。

3、如权利要求 2所述的方法，还包括：

所述还原装置第一次接收到光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号之后，向所述 GPS接收设备发送光纤时延测量消息，并记录发送的时刻 Ta;

4、如权利要求 2所述的方法，其中，

所述转换时延为将电信号形式的 1PPS信号转换成光信号并发出而产生的时延，所述转换时延由所述 GPS接收设备通过发送消息来告知所述还原装置。

5、如权利要求 1 ~ 4中任意一项所述的方法，其中，

所述还原装置为时分同步码分多址基站。

6、一种基准时钟信号的获取系统，包括依次相连的全球定位系统（ GPS ) 接收设备、光纤和还原装置，其中，

所述 GPS接收设备设置成：接收 GPS卫星信号，产生日时间（TOD ) 信号和秒脉冲（ IPPS )信号，并将电信号形式的所述 TOD信号和 1PPS信号转换成光信号形式，通过光纤发送给所述还原装置；

所述还原装置设置成：接收光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，将所述光信号形式的 TOD信号和 1PPS信号分别恢复成电信号形式的 TOD信号和 1PPS信号，并对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿，将电信号形式的 TOD信号和补偿后的 1PPS信号作为基准时钟信号。

7、如权利要求 6所述的系统，其中，

所述还原装置是设置成利用本地锁相环，根据时延测量值和转换时延之和，对电信号形式的 1PPS信号进行时延补偿。

8、如权利要求 7所述的系统，其中，

9、如权利要求 7所述的系统，其中，

所述 GPS接收设备还设置成通过向所述还原装置发送消息，告知所述转换时延。

10、如权利要求 6 ~ 9中任意一项所述的系统，其中，

所述还原装置为时分同步码分多址基站。