CN101465686A - 一种实现td-scdma基站同步的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现TD－SCDMA基站同步的方法，用于在GPS信号丢失时同步基站，包括：步骤1，GPS接收机接收GPS卫星信号，传输秒脉冲信号给同步模块，同步模块应用秒脉冲信号测量出晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，计算出晶体振荡器的频率偏差补偿量；步骤2，GPS接收机未接收到GPS卫星信号后，通知同步模块，同步模块获知GPS接收机未接收到GPS卫星信号，应用频率偏差补偿量补偿根据晶体振荡器的时钟信号产生的帧定时信号，帧定时信号用于同步基站。本发明能够有效消除由于晶体振荡器频率偏差而引起的随时间不断累计的相位偏差，使得基站帧定时信号在较长时间内和其它基站的帧定时信号基本同步。

Description

一种实现TD-SCDMA基站同步的方法和装置

技术领域

本发明涉及通讯领域的时钟同步技术，尤其涉及一种实现TD-SCDMA基站同步的方法和装置。

背景技术

TD-SCDMA是一种将时分和码分结合的第三代移动通信技术，从其本身技术特点可以知道，网络的同步性能对***容量和服务质量影响很大。因此，需要选择高稳定度、高精度的时钟作为网络时钟基准，以确保整个网络的时间稳定。在目前TD-SCDMA***中采用最多的同步技术是GPS(Global PositioningSystem，全球定位***)同步方式，小区基站接收GPS的定时信号，通过调整基站上下行开关使能信号与GPS秒脉冲下降沿之间的相位差，使基站信号和GPS秒脉冲下降沿之间的相位差恒定不变，并且网内所有基站都和GPS时钟信号锁定，而且GPS的频率精度达到1×10^-11，从而实现同步网内所有基站。

但是使用上述方法的问题是基站有时候会因为卫星信号过弱或者GPS接收机故障而接收不到GPS的定时信号，因此失去同步源的基站时钟成为自由运转时钟，通常基站使用的晶体振荡器的精度为(10^-9～10^-10)，经过数十个小时后，该基站将可能和其它基站失去同步，其帧边界和其它基站不能对齐，将造成对邻小区的严重干扰。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种实现TD-SCDMA基站同步的方法和装置，其目的在于，在TD-SCDMA基站接收不到GPS卫星信号时，提供更高的频率稳定度，延长***保持同步的时间，从而降低小区间干扰，提高了***的容量和可靠性。

本发明公开了一种实现TD-SCDMA基站同步的方法，用于在GPS信号丢失时同步所述TD-SCDMA基站，包括：

步骤1，GPS接收机接收GPS卫星信号，传输秒脉冲信号给同步模块，所述同步模块应用秒脉冲信号测量出晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量；

步骤2，所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号后，通知所述同步模块，所述同步模块获知所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号，应用所述频率偏差补偿量补偿根据所述晶体振荡器的时钟信号产生的帧定时信号，所述帧定时信号用于同步所述TD-SCDMA基站。

所述步骤1进一步包括：

步骤21，所述同步模块的可编程逻辑器件接收所述GPS接收机发送的秒脉冲信号，同步所述秒脉冲信号并根据所述同步模块的中央处理器的指示产生电平信号，将所述电平信号作为使能信号传输给所述同步模块的计数器，所述晶体振荡器的时钟信号作为计数脉冲传输给所述同步模块的计数器；

步骤22，所述同步模块的计数器在所述使能信号有效时间内对所述计数脉冲个数进行计数，在所述使能信号无效时停止计数，产生中断，并将所述中断发送给所述中央处理器；

步骤23，所述中央处理器接收到所述中断后，读取所述计数器的计数，测量出所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量；

步骤24，所述中央处理器根据所述偏差量计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

所述可编程逻辑器件传输给所述计数器的使能信号的电平持续时间，由所述中央处理器配置给所述可编程逻辑器件。

所述步骤23和步骤24之间还包括步骤41，所述中央处理器将所述计数器清零，重新配置所述可编程逻辑器件的使能信号的电平持续时间，以使所述可编程逻辑器件重新同步所述秒脉冲信号产生所述使能信号，再执行步骤22和步骤23，据此执行步骤41数次；

所述步骤24进一步包括，所述中央处理器根据数次测量获得的所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，通过统计计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

所述步骤2进一步包括：

步骤51，所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号后，通过同所述中央处理器连接的串口通知所述中央处理器；

步骤52，所述中央处理器获知后，将所述频率偏差补偿量写入所述可编程逻辑器件；

步骤53，所述可编程逻辑器件根据所述频率偏差补偿量每隔一定时间对所述帧定时信号进行调整。

本发明还公开了一种实现TD-SCDMA基站同步的装置，用于在GPS信号丢失时同步所述TD-SCDMA基站，包括GPS接收机，用于接收GPS卫星信号，输出秒脉冲信号，晶体振荡器，用于输出时钟信号，还包括：

所述GPS接收机，还用于在未接收到GPS卫星信号后，通知同步模块；

所述同步模块，用于接收所述GPS接收机输出的秒脉冲信号，应用所述秒脉冲信号测量出所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量，并在获知所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号时，应用所述频率偏差补偿量补偿根据所述晶体振荡器的时钟信号产生的帧定时信号，所述帧定时信号用于同步TD-SCDMA基站。

所述同步模块进一步包括：可编程逻辑器件、计数器和中央处理器，

所述晶体振荡器，还用于将所述时钟信号作为计数脉冲传输给所述计数器；

所述可编程逻辑器件，用于接收所述秒脉冲信号，同步所述秒脉冲信号并根据所述中央处理器的指示产生电平信号，将所述电平信号作为使能信号传输给所述计数器；

所述计数器，用于在所述使能信号有效时间内对所述计数脉冲个数进行计数，在所述使能信号无效时停止计数，产生中断，并将所述中断发送给所述中央处理器；

所述中央处理器，用于接收到所述中断后，读取所述计数器的计数，测量出所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，并根据所述偏差量计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

所述中央处理器，进一步用于对所述可编程逻辑器件配置传输给所述计数器的使能信号的电平持续时间。

所述中央处理器，还用于在所述计数器计数结束后，将所述计数器清零，重新配置所述可编程逻辑器件的使能信号的电平持续时间，以使所述可编程逻辑器件重新同步所述秒脉冲信号产生所述使能信号，从而对所述晶体振荡器的频率偏差量进行数次测量；

所述中央处理器，进一步用于根据数次测量获得的所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，通过统计计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

所述GPS接收机，进一步用于在未接收到GPS卫星信号后，通过同所述中央处理器连接的串口通知所述中央处理器；

所述中央处理器，进一步用于获知所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号后，将所述频率偏差补偿量写入所述可编程逻辑器件；

所述可编程逻辑器件，进一步用于根据所述频率偏差补偿量，每隔一定时间对所述帧定时信号进行调整。

本发明的有益效果在于，能够有效消除由于晶体振荡器频率偏差而引起的随时间不断累计的相位偏差，使得基站帧定时信号在较长时间内和其它基站的帧定时信号基本同步；通常高精度晶体振荡器的工作频率和标准频率间频率偏差量为10^-10，采用本发明后等效于控制该频率偏差量在0.5×10^-10以内，从而在20小时内帧定时信号偏差在4us以内，达到在长时间内该基站仍可以保持和其它基站的同步关系，提高了TD-SCDMA基站的同步可靠性，提高了***的服务质量；并且本发明实施简单，实施投入成本低，实施效果显著。

附图说明

图1是本发明实施例的装置示意图。

具体实施方式

当TD-SCDMA基站丢失掉GPS同步后，其晶体振荡器将处于自由运转状态。在这种状况下，晶体振荡器实际频率与标称频率的偏差主要来源于晶体振荡器本身的制造误差、晶体振荡器老化频漂误差以及工作过程中温度变化造成的温度频差，通常为几个PPM(百万分之一)。自由运转的晶体振荡器频率偏差可以分为两类，一类是因为晶体振荡器短期不稳定，而造成的其工作频率在一个中心频率附近波动，根据长时间统计平均分析，此类短期偏差不会导致晶体振荡器时钟相位偏差累计，因此经历长时间后不会导致基站的定时帧信号和其它基站帧头相位偏差积累，因而不会造成失同步。另外一类是晶体振荡器的频率漂移，此为晶体振荡器实际工作频率与标称频率的频率偏差量。在使用GPS时钟信号锁定晶体振荡器的时候，该频率偏差量会被不断纠正，因此相位偏差不会累计。但是当失去GPS时钟信号校准后，该频率偏差会使相位偏差随时间而不断积累，导致基站帧定时信号不断漂移，经过长时间累计后会积累一定量的偏差，从而导致该基站和其它基站失同步。

本发明根据上面的分析，主要克服第二类频率偏差。本发明的方法是：在基站能够接收到GPS卫星信号的时候，使用GPS时钟信号测量基站的晶体振荡器工作频率和标准频率间的偏差量，计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量；在基站接收不到GPS卫星信号时，使用所述频率偏差补偿量补偿根据晶体振荡器的时钟信号产生的帧定时信号，从而提高基站晶体振荡器的时钟稳定度，延长***在失去GPS时钟信号锁定情况下维持同步的时间。

本发明所述的实现TD-SCDMA基站同步的装置包括：

GPS接收机1，用于接收卫星信号，输出1PPS(Plus Per Second，秒脉冲)信号给可编程逻辑器件2，GPS接收机1未接收到GPS卫星信号后通过同CPU5连接的串口通知CUP5。

晶体振荡器3，为一个高精度恒温晶体振荡器，用于产生10MHz的时钟信号传输给可编程逻辑器件2用于产生帧定时信号，并将该10MHz时钟信号传输给计数器4，作为计数脉冲。

可编程逻辑器件2，用于输出基站所需的帧定时信号，并同步1PPS信号产生电平信号，将所述电平信号作为使能信号传输给所述计数器4，在接收不到GPS卫星信号时，根据CPU5发送的频率偏差补偿量，每隔一定时间对所述帧定时信号调整若干个晶体振荡器3的时钟周期。

计数器4，用于在使用信号有效时，对晶体振荡器3发出的计数脉冲进行计数，当在所述使能信号无效时停止计数，产生中断，并将所述中断发送给CPU5。

CPU5，通过地址线和数据线读取和写入可编程逻辑器件2，计数器4，并通过串口和GPS接收机1通信。CPU5用于对所述可编程逻辑器件2配置使能信号的电平持续时间，在接收到计数器4发送的中断后，读取计数器4的计数，测量出晶体振荡器3的工作频率和标准频率间的偏差量。CPU5还用于在所述计数器4计数结束后，将所述计数器4清零，重新配置所述可编程逻辑器件2的使能信号的电平持续时间，以使所述可编程逻辑器件2重新同步所述1PPS信号产生所述使能信号，从而对所述晶体振荡器3的频率偏差量进行数次测量，并根据数次测量的偏差量计算出晶体振荡器3的频率偏差补偿量，通过所述串口判断出GPS接收机1未接收到GPS卫星信号后，将所述补偿量写入所述可编程逻辑器件2。

本发明所述TD-SCDMA基站同步实现的方法如下：

步骤101，在GPS接收机1能够正确接收到GPS卫星信号情况下，使用GPS接收机1输出的1PPS信号作为同步源，在可编程逻辑器件2中以晶体振荡器3输出的10MHz时钟信号作为时钟源，根据接收的1PPS信号调整基站所需帧定时信号的输出相位，使输出的帧定时信号和1PPS信号保持固定相位差，从而基站和GPS时钟信号锁定，实现和网内其它基站的同步。

步骤102，在GPS接收机1接收GPS卫星信号的时，对晶体振荡器3进行连续的频率偏差量测量。可编程逻辑器件2输出的计数器4的使能信号是由1PPS信号同步的电平信号，该信号有效电平持续时间可以通过CPU5对可编程逻辑器件2配置获得，当使能信号从无效变为有效时，计数器4启动计数，使用晶体振荡器3输出的10MHz时钟信号作为计数脉冲，当计数器4的使能信号从有效变为无效时计数器4停止计数，并产生中断通知CPU5处理，CPU5读取计数器4的计数值，作为对晶体振荡器3频率偏差量的一次测量，然后再重新启动下一次对晶体振荡器3频率偏差量的测量，经过数次测量和软件统计平均后，得到晶体振荡器3的频率偏差补偿量。

步骤103，在CPU5判断出GPS接收机1丢失GPS卫星信号，CPU5将晶体振荡器3的频率偏差补偿量写入可编程逻辑器件2的寄存器中，启动可编程逻辑器件2对帧定时信号的周期性补偿，补偿的方法是根据CPU5写入的补偿量，每隔一段时间对帧定时信号调整若干个10MHz时钟周期。

如图1所示实施例。

GPS接收机1接收GPS卫星信号，产生1PPS信号，该信号每隔1秒钟输出一个宽度为50ns的脉冲信号，将1PPS信号发送给可编程逻辑器件2；晶体振荡器3输出的10MHz时钟信号作为可编程逻辑器件2的工作时钟，使用1PPS信号作为参考时间基准调整帧定时信号输出相位，使帧定时信号和1PPS信号保持同步。

晶体振荡器3同时输出10MHz时钟信号给计数器4作为计数脉冲，可编程逻辑器件2输出1PPS信号同步的电平信号给计数器4，作为计数器4的使能信号，该使能信号有效电平持续时间可以通过CPU5对可编程逻辑器件2配置获得，在该使能信号有效时间内，计数器4对计数脉冲进行计数，使能信号无效时，计数器4停止计数，计数器4产生中断传输给CPU5，CPU5读取计数器4的计数，获得频率偏差量。CPU5对计数器4清零，重新配置可编程逻辑器件2，使其重新产生计数器4的使能信号，对晶体振荡器3的频率偏差量进行数次测量。CPU5对数次测量的偏差量进行统计平均，得到晶体振荡器3的频率偏差补偿量，所述频率偏差补偿量为一定时间长度内调整的时钟周期个数。在进行补偿时，如果对帧定时信号调整的时间间隔是所述一定时间长度的N倍，那么调整的时钟周期个数也为所述一定时间长度内调整的时钟周期个数的N倍。

GPS接收机1通过串口通知CPU5未接收到GPS卫星信号后，帧定时信号仍由晶体振荡器3的10MHz时钟信号通过计数累计产生输出。CPU5将频率偏差补偿量写入可编程逻辑器件2，写入后可编程逻辑器件2内部启动一个定时器按照频率偏差补偿量的补偿周期计数，当计数值满的时候可编程逻辑器件2就对帧定时信号调整若干个时钟周期，从而补偿了相位偏差累计量。继续补偿过程，直到GPS接收机1接收到GPS卫星信号为止。

本发明适用于CDMA***，任何具有信号处理，通信等知识背景的工程师，都可以根据本发明设计相应的装置，其均应包含在本发明的思想和范围内。

Claims (10)

1.一种实现TD-SCDMA基站同步的方法，用于在GPS信号丢失时同步所述TD-SCDMA基站，其特征在于，包括：

步骤1，GPS接收机接收GPS卫星信号，传输秒脉冲信号给同步模块，所述同步模块应用秒脉冲信号测量出晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量；

步骤2，所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号后，通知所述同步模块，所述同步模块获知所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号，应用所述频率偏差补偿量补偿根据所述晶体振荡器的时钟信号产生的帧定时信号，所述帧定时信号用于同步所述TD-SCDMA基站。

2.如权利要求1所述的实现TD-SCDMA基站同步的方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：

步骤21，所述同步模块的可编程逻辑器件接收所述GPS接收机发送的秒脉冲信号，同步所述秒脉冲信号并根据所述同步模块的中央处理器的指示产生电平信号，将所述电平信号作为使能信号传输给所述同步模块的计数器，所述晶体振荡器的时钟信号作为计数脉冲传输给所述同步模块的计数器；

步骤22，所述同步模块的计数器在所述使能信号有效时间内对所述计数脉冲个数进行计数，在所述使能信号无效时停止计数，产生中断，并将所述中断发送给所述中央处理器；

步骤23，所述中央处理器接收到所述中断后，读取所述计数器的计数，测量出所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量；

步骤24，所述中央处理器根据所述偏差量计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

3.如权利要求2所述的实现TD-SCDMA基站同步的方法，其特征在于，所述可编程逻辑器件传输给所述计数器的使能信号的电平持续时间，由所述中央处理器配置给所述可编程逻辑器件。

4.如权利要求3所述的实现TD-SCDMA基站同步的方法，其特征在于，

所述步骤23和步骤24之间还包括步骤41，所述中央处理器将所述计数器清零，重新配置所述可编程逻辑器件的使能信号的电平持续时间，以使所述可编程逻辑器件重新同步所述秒脉冲信号产生所述使能信号，再执行步骤22和步骤23，据此执行步骤41数次；

所述步骤24进一步包括，所述中央处理器根据数次测量获得的所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，通过统计计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

5.如权利要求2、3或4所述的实现TD-SCDMA基站同步的方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：

步骤51，所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号后，通过同所述中央处理器连接的串口通知所述中央处理器；

步骤52，所述中央处理器获知后，将所述频率偏差补偿量写入所述可编程逻辑器件；

步骤53，所述可编程逻辑器件根据所述频率偏差补偿量每隔一定时间对所述帧定时信号进行调整。

6.一种实现TD-SCDMA基站同步的装置，用于在GPS信号丢失时同步所述TD-SCDMA基站，包括GPS接收机，用于接收GPS卫星信号，输出秒脉冲信号，晶体振荡器，用于输出时钟信号，其特征在于，还包括：

所述GPS接收机，还用于在未接收到GPS卫星信号后，通知同步模块；

所述同步模块，用于接收所述GPS接收机输出的秒脉冲信号，应用所述秒脉冲信号测量出所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量，并在获知所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号时，应用所述频率偏差补偿量补偿根据所述晶体振荡器的时钟信号产生的帧定时信号，所述帧定时信号用于同步TD-SCDMA基站。

7.如权利要求6所述的实现TD-SCDMA基站同步的装置，其特征在于，所述同步模块进一步包括：可编程逻辑器件、计数器和中央处理器，

所述晶体振荡器，还用于将所述时钟信号作为计数脉冲传输给所述计数器；

所述可编程逻辑器件，用于接收所述秒脉冲信号，同步所述秒脉冲信号并根据所述中央处理器的指示产生电平信号，将所述电平信号作为使能信号传输给所述计数器；

所述计数器，用于在所述使能信号有效时间内对所述计数脉冲个数进行计数，在所述使能信号无效时停止计数，产生中断，并将所述中断发送给所述中央处理器；

所述中央处理器，用于接收到所述中断后，读取所述计数器的计数，测量出所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，并根据所述偏差量计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

8.如权利要求7所述的实现TD-SCDMA基站同步的装置，其特征在于，所述中央处理器，进一步用于对所述可编程逻辑器件配置传输给所述计数器的使能信号的电平持续时间。

9.如权利要求8所述的实现TD-SCDMA基站同步的装置，其特征在于，

所述中央处理器，还用于在所述计数器计数结束后，将所述计数器清零，重新配置所述可编程逻辑器件的使能信号的电平持续时间，以使所述可编程逻辑器件重新同步所述秒脉冲信号产生所述使能信号，从而对所述晶体振荡器的频率偏差量进行数次测量；

所述中央处理器，进一步用于根据数次测量获得的所述晶体振荡器的工作频率和标准频率间的偏差量，通过统计计算出所述晶体振荡器的频率偏差补偿量。

10.如权利要求7、8或9所述的实现TD-SCDMA基站同步的装置，其特征在于，

所述GPS接收机，进一步用于在未接收到GPS卫星信号后，通过同所述中央处理器连接的串口通知所述中央处理器；

所述中央处理器，进一步用于获知所述GPS接收机未接收到GPS卫星信号后，将所述频率偏差补偿量写入所述可编程逻辑器件；

所述可编程逻辑器件，进一步用于根据所述频率偏差补偿量，每隔一定时间对所述帧定时信号进行调整。