CN102098776A - 一种实现多扇区bts时钟级联同步的方法及网络 - Google Patents

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Abstract

一种实现多扇区BTS时钟级联同步的方法及网络，所述方法包括：在由多个基站收发台(BTS)联合组成的网络中，包括一个主BTS和至少一个从BTS；其中，仅主BTS上配备有全球定位***(GPS)天线；主BTS通过其上GPS天线获取到GPS信号后，将GPS信号转换为本地同步时钟信号，并将该同步时钟信号分别传递给各从BTS；从BTS在接收到主BTS的同步时钟信号后，进行本地时钟同步。所述网络由多个BTS联合组成，包括一个主BTS和至少一个从BTS；其中，仅主BTS上配备有GPS天线。采用本发明可以省掉从BTS所需的GPS相关设备(包括GPS天线及GPS接收机)，从而节约了大量工程成本及物料成本。

Description

一种实现多扇区BTS时钟级联同步的方法及网络
技术领域
本发明涉及蜂窝通信领域，尤其涉及一种实现多扇区BTS(BaseTransceiver Station，基站收发台)时钟级联同步的方法及网络。
背景技术
现在的蜂窝通信领域，普遍采用1个BSC(Base Station Controller，基站控制器)加上3个BTS的方式进行联合组网，对于分布式基站，称为1BBU(Building Baseband Unit，室内基带处理单元)+3RRU(Radio Remote Unit，射频拉远单元)方式。BSC放置在机房环境，配备GPS(Global PositioningSystem，全球定位***)进行时钟同步；BTS放置在室外环境，与BSC距离可能长达几公里甚至几十公里，采用光纤与BSC进行通信与时钟同步。每个BTS配备定向天线，向某一特定方向进行信号覆盖，即一个扇区，三个BTS联合在一起即可达到信号的全向覆盖。
由于BSC需要配备机房和人员维护，成本普遍很高，所以业内出现了BSC和BTS合一的基带射频一体化BTS。每个一体化BTS都配备GPS进行时钟同步，在配备全向天线时只需要一台一体化BTS，组网简单、成本低；在配备定向天线时则需要由三台BTS进行联合组网。
问题在于三台一体化BTS联合组网时，每台BTS都要配备GPS，外部都需要安装GPS天线，BTS内部都需要安装GPS接收机及相关电路，因此工程、物料成本都很高。
由于基带射频合一的一体化BTS刚刚出现不久，而传统分布式基站RRU可通过光纤与BBU进行时钟同步，无需GPS同步，所以目前尚无三扇区多更多扇区BTS时钟级联同步的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现多扇区BTS时钟级联同步的方法及网络，以解决现有网络架构下时钟同步过程中成本过高的缺陷。
为解决上述问题，本发明提供了一种实现多扇区BTS时钟级联同步的方法，包括：
在由多个基站收发台(BTS)联合组成的网络中，包括一个主BTS和至少一个从BTS；其中，仅所述主BTS上配备有全球定位***(GPS)天线；
所述主BTS通过其上所述GPS天线获取到GPS信号后，将所述GPS信号转换为本地同步时钟信号，并将该同步时钟信号分别传递给各从BTS；
所述从BTS在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，进行本地时钟同步。
进一步地，上述方法还可具有以下特征：
所述主BTS将接收到的所述GPS信号转换为本地同步时钟是指：所述主BTS将接收到的所述GPS信号解析为时钟基准后，将所述时钟基准通过锁相环控制转换为本地同步时钟信号。
进一步地，上述方法还可具有以下特征：
所述从BTS在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，进行本地时钟同步是指：所述从BTS通过锁相环控制将所述主BTS的同步时钟信号转换为本地同步时钟信号。
进一步地，上述方法还可具有以下特征：
所述从BTS在进行本地时钟同步之前，还对接收到的主BTS的同步时钟信号进行延迟补偿；
则在进行本地时钟同步过程中用到的所述主BTS的同步时钟信号为经过延迟补偿的时钟信号。
进一步地，上述方法还可具有以下特征：
所述主BTS在进行同步时钟信号传递之前，还包括：对所述同步时钟信号的电平形式进行转换，转换成便于传递的电平形式；
所述主BTS将所述同步时钟信号分别传递给各从BTS是指：所述主BTS将经过电平转换的同步时钟信号发送给各从BTS；
所述从BTS在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，先将所述同步时钟信号进行电平转换，转换成便于本地使用的电平形式后再进行本地时钟同步过程。
本发明还提供了一种实现多扇区BTS时钟级联同步的网络，该网络由多个基站收发台(BTS)联合组成，包括一个主BTS和至少一个从BTS；其中，仅所述主BTS上配备有全球定位***(GPS)天线；
所述主BTS用于通过其上所述GPS天线获取到GPS信号后，将所述GPS信号转换为本地同步时钟信号，并将该同步时钟信号分别传递给各从BTS；
所述从BTS用于在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，进行本地时钟同步。
进一步地，上述网络还可具有以下特征：
所述主BTS中包括GPS接收机和第一锁相环模块；
所述GPS接收机用于将GPS天线接收到的所述GPS信号解析为时钟基准后，发送到所述第一锁相环模块；
所述第一锁相环模块用于将接收到的所述时钟基准转换为本地同步时钟信号。
进一步地，上述网络还可具有以下特征：
所述从BTS中包括第二锁相环模块，用于将所述主BTS的同步时钟信号转换为本地同步时钟信号。
进一步地，上述网络还可具有以下特征：
所述从BTS中还包括延迟补偿模块，该模块用于将接收到的主BTS的同步时钟信号进行延迟补偿后，发送到第二锁相环模块；
所述第二锁相环模块用于将经过延迟补偿的主BTS的时钟信号转换为本地同步时钟信号。
进一步地，上述网络还可具有以下特征：
所述主BTS中还包括第一电平转换模块，其用于将本地产生的同步时钟信号的电平形式转换成便于传递的电平形式后再发送给所述各从BTS；
所述从BTS中还包括第二电平转换模块，其用于在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，将所述同步时钟信号的电平形式转换成便于本地使用的电平形式。
与现有技术相比较，采用本发明可以省掉从BTS所需的GPS相关设备(包括GPS天线及GPS接收机)，从而节约了大量工程成本及物料成本。本发明中采用的各模块业界均有成熟的解决方案，因此可靠性高，方便实现，且成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例中实现多扇区BTS时钟级联同步的方法流程图；
图2为本发明实施例中实现多扇区BTS时钟级联同步的网络功能模块示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
本发明所述方法的基本构思是：在由多个BTS联合组成的网络中，包括一个主BTS和至少一个从BTS；其中，仅主BTS上配备有GPS天线；
主BTS通过其上GPS天线获取到GPS信号后，将该GPS信号转换为本地同步时钟信号，并将该同步时钟信号分别传递给上述各从BTS；
从BTS根据接收到的主BTS的同步时钟信号进行本地时钟同步。
具体地，主BTS将接收到的GPS信号转换为本地同步时钟可通过以下方式实现：主BTS将接收到的GPS信号解析为时钟基准后，将该时钟基准通过锁相环控制转换为本地同步时钟信号。而从BTS上进行的本地时钟同步过程也可以通过锁相环控制实现。
由于在同步时钟信号的传递过程中存在一定的链路时延，因此从BTS通过执行上述时钟同步流程得到的同步时钟与主BTS上的同步时钟相比，会有些许延迟。因此，在对精度要求比较高的网络中，从BTS在收到主BTS的同步时钟信号后，还需要对链路时延进行补偿，并用补偿后的主BTS的同步时钟进行本地时钟同步。补偿量可预设在从BTS中。
为了保证能将本地同步时钟信号有效、可靠的传递给各从BTS，主BTS在进行同步时钟信号的传递之前，还可以对同步时钟信号的电平形式进行转换，转换成便于传递的电平形式后再传递给各从BTS。通常是将LVCMOS(Low Voltage Complementary Metal Oxide Semiconductor，低压互补金属氧化半导体)形式的电平转换成MLVDS(Multipoint Low Voltage DifferentialSignaling，多点低电压差分信令)形式的电平。相应地，从BTS在接收到主BTS发来的同步时钟信号后，对该信号进行电平转换，转换成便于本地使用的电平形式后再进行本地时钟的同步过程。从上述过程可以看出，主从BTS上进行的电平转换过程相逆。
综上所述，多扇区BTS时钟级联同步的方法，可包括以下步骤：
1、主BTS通过其上GPS天线获取到GPS信号；
2、主BTS将上述GPS信号解析为时钟基准，再将该时钟基准通过锁相环控制转换为本地同步时钟信号；
3、主BTS将本地同步时钟信号转换成便于传递的电平形式的同步时钟信号后分别传递给各从BTS；
4、从BTS在接收到主BTS发来的同步时钟信号后，对该信号进行电平转换，转换成便于本地使用的电平形式；
5、从BTS对经过电平转换的同步时钟信号按照预设的补偿量进行链路时延补偿；
6、从BTS通过锁相环控制将经过补偿的同步时钟信号转换为本地同步时钟信号。
如图2所示，本发明采用时钟级联同步方法的多扇区BTS包括：
1个主BTS，包括依次相连的GPS天线101、GPS接收机102、锁相环模块103和电平转换模块104。主BTS功能为同步GPS信号，获取本地同步时钟，并将本地同步时钟分别送给2个从BTS作为同步时钟参考。
GPS天线101，是主BTS的外部配置设备，用于接收GPS卫星发射的GPS信号，并输送给主BTS内部的GPS接收机102；
GPS接收机102，用于接收并解析GPS天线101送来的GPS信号，输出时钟基准信号，送给锁相环模块103。根据不同的基站***、不同的GPS接收机类型，输出的时钟基准信号也不尽相同，比如有PP1S、10MHz等。
锁相环模块103，用于同步GPS接收机102输出的时钟基准，并输出本地同步时钟。本地同步时钟既为主BTS***所用，还可以送给电平转换模块104。由于考虑到GPS信号易受外界条件影响而丢失，所以主BTS的锁相环模块103需要一定的Holdover(保持)能力，一般都是采用一颗本地高稳晶体(如OCXO(Oven-controlled Crystal Oscillator，恒温控制式晶体振荡器)、TCXO(Temperature Compensate Crystal Oscillator，温度补偿型石英晶体谐振器)来提供Holdover能力。锁相环模块103有2种实现方案。一种是用可编程逻辑器件(如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件))对时钟基准和本地高稳晶体进行鉴相操作，计算相位差及超前滞后关系，上报处理器，处理器用软件算法实现相位差到控制字的转变，再通过DAC(Digital-to-Analog Converter，数模转换器)将控制字转换成模拟电压，控制本地高稳晶体的压控端，从而形成锁相环。另一种是用内置鉴相器、DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)、DAC的锁相环芯片来实现，本地高稳晶体用于为DDS和DAC提供工作、采样时钟。比如ADI公司的AD9549、AD9548等。
电平转换模块104，用于把本地同步时钟转成利于主从BTS之间传递的电平形式，通常为LVCMOS到MLVDS电平的转换。National Semiconductor(NS，国家半导体)公司的DS91C176、Texas Instruments Incorporated(TI，德州仪器)公司的SN65MLVD206等芯片都可以实现该功能。
至少一个从BTS(图2中以两个从BTS为例，但从BTS的数量不限于为两个)，当***中包括多个从BTS时，该多个从BTS的地位完全相等，内部实现也完全相同。包括依次相连的电平转换模块106、延迟补偿模块107、锁相环模块108。从BTS需要同步主BTS发来的同步时钟信号。
电平转换模块106，用于将接收到的信号电平转换成利于本板使用的形式，通常为MLVDS电平到LVCMOS电平的转换。NS公司的DS91C176、TI公司的SN65MLVD206等芯片都可以实现该功能。
延迟补偿模块107，可以由可编程逻辑器件来实现，目的是将锁相环模块103的输出到锁相环模块108的输入这一段链路造成的延迟进行补偿。如果主从BTS内部的电平转换模块104、106采用的芯片型号一定，连接主从BTS的电平转换模块的外部线缆材质、长度一定，那么链路延迟就是可以预知的定值。例如：锁相环模块103输出到电平转换模块104之间PCB(PrintedCircuit Board，印制电路板)造成的信号延迟t1，电平转换模块104本身延迟t2，电平转换模块104、106之间线缆延迟t3，电平转换模块106本身延迟t4，电平转换模块106到延迟补偿模块107之间PCB造成信号延迟t5，延迟补偿模块107到锁相环模块108之间的PCB延迟t6，那么计算t＝t1+t2+t3+t4+t5+t6，作为延迟补偿模块107所需补偿的链路总延迟。由于常见板材如FR4的PCB上信号传递速度接近光速的1/2，即0.15m/ns，电平转换芯片本身延迟也多在几个ns，电信号在铜线中的传递速度也是接近光速，所以，如果电平转换模块104、106之间的线缆较短，只有几米，可以完全忽略链路延迟，不需要做链路延迟补偿；如果线缆很长，比如几十米，则可以粗略的只计算t3进行补偿。延迟补偿精度视***需求而定。
锁相环模块108，用于同步经过链路延迟补偿的主BTS的同步时钟，输出本地同步时钟，供从BTS***使用。
主BTS中的本地同步时钟和从BTS中的本地同步时钟均与GPS时钟基准相同步，因此达到了3扇区BTS的时钟同步。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现多扇区BTS时钟级联同步的方法，其特征在于，
在由多个基站收发台(BTS)联合组成的网络中，包括一个主BTS和至少一个从BTS；其中，仅所述主BTS上配备有全球定位***(GPS)天线；
所述主BTS通过其上所述GPS天线获取到GPS信号后，将所述GPS信号转换为本地同步时钟信号，并将该同步时钟信号分别传递给各从BTS；
所述从BTS在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，进行本地时钟同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述主BTS将接收到的所述GPS信号转换为本地同步时钟是指：所述主BTS将接收到的所述GPS信号解析为时钟基准后，将所述时钟基准通过锁相环控制转换为本地同步时钟信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述从BTS在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，进行本地时钟同步是指：所述从BTS通过锁相环控制将所述主BTS的同步时钟信号转换为本地同步时钟信号。
4.如权利要1或3所述的方法，其特征在于，
所述从BTS在进行本地时钟同步之前，还对接收到的主BTS的同步时钟信号进行延迟补偿；
则在进行本地时钟同步过程中用到的所述主BTS的同步时钟信号为经过延迟补偿的时钟信号。
5.如权利要1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，
所述主BTS在进行同步时钟信号传递之前，还包括：对所述同步时钟信号的电平形式进行转换，转换成便于传递的电平形式；
所述主BTS将所述同步时钟信号分别传递给各从BTS是指：所述主BTS将经过电平转换的同步时钟信号发送给各从BTS；
所述从BTS在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，先将所述同步时钟信号进行电平转换，转换成便于本地使用的电平形式后再进行本地时钟同步过程。
6.一种实现多扇区BTS时钟级联同步的网络，其特征在于，
该网络由多个基站收发台(BTS)联合组成，包括一个主BTS和至少一个从BTS；其中，仅所述主BTS上配备有全球定位***(GPS)天线；
所述主BTS用于通过其上所述GPS天线获取到GPS信号后，将所述GPS信号转换为本地同步时钟信号，并将该同步时钟信号分别传递给各从BTS；
所述从BTS用于在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，进行本地时钟同步。
7.如权利要求6所述的网络，其特征在于，
所述主BTS中包括GPS接收机和第一锁相环模块；
所述GPS接收机用于将GPS天线接收到的所述GPS信号解析为时钟基准后，发送到所述第一锁相环模块；
所述第一锁相环模块用于将接收到的所述时钟基准转换为本地同步时钟信号。
8.如权利要求6所述的网络，其特征在于，
所述从BTS中包括第二锁相环模块，用于将所述主BTS的同步时钟信号转换为本地同步时钟信号。
9.如权利要8所述的网络，其特征在于，
所述从BTS中还包括延迟补偿模块，该模块用于将接收到的主BTS的同步时钟信号进行延迟补偿后，发送到第二锁相环模块；
所述第二锁相环模块用于将经过延迟补偿的主BTS的时钟信号转换为本地同步时钟信号。
10.如权利要6～9中任意一项所述的网络，其特征在于，
所述主BTS中还包括第一电平转换模块，其用于将本地产生的同步时钟信号的电平形式转换成便于传递的电平形式后再发送给所述各从BTS；
所述从BTS中还包括第二电平转换模块，其用于在接收到所述主BTS的同步时钟信号后，将所述同步时钟信号的电平形式转换成便于本地使用的电平形式。
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