CN103516423B - 一种用于光纤时钟拉远的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于光纤时钟拉远的方法和装置，该方法包括：远端时钟设备的卫星接收机产生PPS脉冲信号；远端时钟设备的组帧模块将PPS脉冲信号编码组帧通过光纤发送至近端时钟设备；计算光纤时延测量值；近端时钟设备将第一次接收到的PPS脉冲信号和所计算出的光纤时延测量值发送至时钟恢复模块进行恢复处理以获得与卫星接收机输出的PPS脉冲信号相位一致的PPS脉冲信号。本发明的方法和装置可以使恢复出来的时钟具有较高的精度和可靠性，能够满足各种消息在组帧发送实时性上的要求，有效避免组帧复杂度，并减少缓存的使用，降低成本，避免丢失PPS脉冲信号，提高***可靠性。

Description

一种用于光纤时钟拉远的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及基站设备中用于时钟拉远授时的方法和装置。

背景技术

在无线通信中，各个NB(基站)为了保持时间同步，需要配置和接入时钟参考源，比较常用的时钟参考源有NB内置卫星接收机、1588、与其它基站级联的时钟源以及光纤时钟拉远等方式。

光纤时钟拉远是其中较为重要的一种方式，它使卫星接收机及其天线与NB分离，中间使用光纤相连，使其可以远距离传输，同时提高了NB布局的灵活性。

光纤时钟拉远***包括远端时钟设备和近端时钟设备两部分，远端时钟设备中的卫星接收机在与卫星进行信号交互后生成时钟定时(PPS脉冲)信号和日期时间(Time ofDate，TOD)消息，并通过与近端时钟设备之间的光纤将PPS和TOD消息发送给近端时钟设备。近端时钟设备根据接收到的PPS脉冲信号和TOD消息得到与卫星同步的时间信息。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

在远端时钟设备内，有四种消息需要经过编码然后通过光纤传送到近端时钟设备，分别是卫星接收机产生的PPS脉冲及TOD消息，微处理器产生的信令消息，以及近端时钟设备发起的光纤时延测量的返回消息，其中PPS脉冲及光纤时延测量的返回消息有较高的实时性要求，传送的时候会记录下在远端时钟设备滞留的时间，在近端时钟设备恢复PPS脉冲时再将这些时间补偿掉，但由于补偿是作用于下一秒的PPS，所以如果在远端时钟设备记录的滞留时间是随机的、不断变化的，那么恢复出的PPS性能及精度会受到影响，时钟的抖动也会变大。

现行的光纤时延测量方式是近端时钟设备发起测量，远端时钟设备进行配合，光纤链路通后，如果测量成功便不会再测量，除非链路状态出现变化，测量时要求近端时钟设备及远端时钟设备分别记录时间，由于两者是两个不同的设备，所以工作时钟会有频差，影响时钟精度，远端时钟设备在组帧编码时如果没有及时响应光纤时延测量的返回消息的组帧编码请求，会导致光纤时延测量超时而失败。

最后，远端时钟设备的组帧仲裁比较复杂，占用较多资源且容易出错，由于频差的原因，近端的传统的PPS补偿恢复技术在少数异常情况下会出现丢失PPS的情况，影响整个***的可靠性。

发明内容

为解决上述所述的技术缺陷，本发明提供一种用于光纤时钟拉远的方法和装置，目的在于使恢复出来的时钟具有较高的精度和可靠性，能够满足各种消息在组帧发送实时性上的要求，有效避免组帧复杂度，并减少缓存的使用，降低成本，避免丢失PPS脉冲信号，提高***可靠性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于光纤时钟拉远的方法，包括：

远端时钟设备的卫星接收机产生PPS脉冲信号；

远端时钟设备的组帧模块将所述PPS脉冲信号编码组帧通过光纤发送至近端时钟设备；

计算光纤时延测量值，其中计算光纤时延测量值包括：远端时钟设备收到近端时钟设备编码后发回的PPS脉冲信号后再发送至近端时钟设备；近端时钟设备将第二次接收到的PPS脉冲信号与第一次接收到的PPS脉冲信号进行鉴相，得到一个相位差，将相位差换算成时间然后除以2以得到光纤时延测量值；

近端时钟设备将第一次接收到的PPS脉冲信号和所计算出的光纤时延测量值发送至时钟恢复模块进行恢复处理以获得与卫星接收机输出的PPS脉冲信号相位一致的PPS脉冲信号。

优选地，在PPS脉冲信号在远端时钟设备和近端时钟设备之间传送的过程中，在远端时钟设备的组帧模块的组帧调度中，将收到卫星接收机PPS脉冲信号的前10ms到后10ms的时间段划分给PPS脉冲信号组帧编码使用，将收到卫星接收机PPS脉冲信号的10ms之后且600ms之前的时间段划分给TOD消息组帧编码使用，剩余的时间段划分给微处理器向外发送信令消息以使PPS脉冲信号在远端时钟设备和近端时钟设备上不做停留。

优选地，在近端时钟设备恢复所述PPS脉冲信号时，采用PPS冗余备份恢复方法，其中使用主备两组计数器，其中，主计数器工作，一旦发现异常，检测到主计数器未计满到预定值，而下一个PPS脉冲信号到达，则备用计数器开始工作，此时，两组计数器同时工作，待主计数器计满输出之后，则停止计数，转为备用计数器，而备用计数器则转为主计数器。

优选地，远端时钟设备包括本地PPS脉冲信号产生模块，在没有卫星接收机所产生的PPS脉冲信号的情况下，本地PPS脉冲信号产生模块产生PPS脉冲信号以保证远端时钟设备与近端时钟设备通讯畅通。

优选地，从远端时钟设备的卫星接收机获取PPS脉冲信号开始到近端时钟设备恢复出PPS脉冲信号结束每秒执行一次以实时更新光纤时延测量值。

一种用于光纤时钟拉远的远端时钟设备，包括：

信号发生模块，用于产生PPS脉冲信号；

组帧模块，用于将该PPS脉冲信号编码组帧通过光纤发送至近端时钟设备；

发送模块，用于在收到近端时钟设备编码后发回的PPS脉冲信号后再发送至近端时钟设备；

调度模块，用于将PPS脉冲信号的前10ms到后10ms的时间段划分给PPS脉冲信号组帧编码使用，将PPS脉冲信号的10ms之后且600ms之前的时间段划分给TOD消息组帧编码使用，剩余的时间段划分给微处理器向外发送信令消息。

优选地，还包括本地PPS脉冲信号产生模块，用于在没有卫星接收机所产生的PPS脉冲信号的情况下产生PPS脉冲信号。

一种用于光纤时钟拉远的近端时钟设备，包括：

接收模块，用于接收来自远端时钟设备的PPS脉冲信号；

编码模块，用于将从远端时钟设备接收到的PPS脉冲信号进行编码并再发送至远端时钟设备；

鉴相模块，用于将第二次接收到的PPS脉冲信号与第一次接收到的PPS脉冲信号进行鉴相，得到一个相位差；

光纤时延测量模块，用于将该相位差换算成时间然后除以2以得到光纤时延测量值；

发送模块，用于将第一次接收到的PPS脉冲信号和所计算出的光纤时延测量值发送至时钟恢复模块进行恢复处理。

一种用于光纤时钟拉远的装置，包括前述远端时钟设备和近端时钟设备。

本发明由于采取以上所述的技术方案，其具有以下优点：采用一种新的光纤时延测量的方法，远端时钟设备和近端时钟设备均在接收PPS脉冲信号后立即发送，简单易行，获得的光纤时延测量值准确度高且是实时更新的。在PPS脉冲信号在远端时钟设备和近端时钟设备之间传送的过程中，在远端时钟设备的组帧模块的组帧调度中，远端时钟设备将各种需要组帧的消息的组帧请求按照实时性的要求划分时间段，保证实时性的同时，确保同一时间只响应一种组帧请求，减少调度的复杂性，降低了远端时钟设备的成本。在近端时钟设备恢复PPS脉冲信号时采用PPS冗余备份恢复方法，提高了可靠性，避免PPS脉冲信号在恢复的时候丢失的情况。

附图说明

图1为依据本发明实施方式的远端时钟设备和近端时钟设备示意图；

图2为光纤时延测量示意图；

图3为远端时钟设备组帧时间段划分示意图；

图4为近端时钟设备组帧时间段划分示意图；

图5为近端时钟设备PPS脉冲信号补偿恢复处理流程图。

具体实施方式

本发明提供一种用于光纤时钟拉远的方法和装置，该装置使远端时钟设备简化的同时，提高设备的可靠性，该方法和装置中的光纤时延测量具有方法简单、精度高的特点，近端时钟设备的时钟恢复方法可提高恢复的可靠性。

如图1所示，光纤时钟拉远装置包括远端时钟设备和近端时钟设备两部分，两者之间使用光纤相连接，远端时钟设备包括卫星接收机、微处理器、第一组帧解帧模块，第一光口处理模块及本地PPS脉冲信号产生模块等，在没有卫星接收机所产生的PPS脉冲信号的情况下，本地PPS脉冲信号产生模块产生PPS脉冲信号以保证所述远端时钟设备与所述近端时钟设备通讯畅通。近端时钟设备包括第二光口处理模块、第二组帧解帧模块及PPS脉冲信号补偿恢复模块。

如图2所示，光纤时延测量为实时测量，由卫星接收机产生的PPS脉冲信号发起，远端时钟设备内部不做停留立即发出，记为PPS1，近端时钟设备收到后不做停留立即发回至远端时钟设备，记为PPS2，远端时钟设备收到后同样不做停留发回至近端时钟设备，近端时钟设备收到后对两次收到的PPS脉冲信号进行鉴相，便可得出PPS脉冲信号经光纤传输的延时，将PPS1及光纤时延测量值送入到后级的PPS脉冲信号补偿恢复模块便可得出与远端时钟设备的卫星接收机输出的PPS脉冲信号相位一致的PPS脉冲信号。由于卫星接收机会每秒产生一个PPS脉冲信号，故每秒如此操作，实时更新测量值。

具体的步骤如下：

A.1、卫星接收机产生PPS脉冲信号。

A.2、远端时钟设备的组帧模块将其编码组帧发送，此时PPS脉冲信号记为PPS1。

A.3、近端时钟设备的光口处理模块接收获得PPS1，然后编码发送出去，记为PPS2。

A.4、远端时钟设备获得PPS2，然后编码发送PPS2返回至近端时钟设备。

A.5、近端时钟设备将PPS1和PPS2进行鉴相，得到相位差，进而得到光纤时延测量值。

A.6、近端时钟设备将PPS1和光纤时延测量值送入到后级的PPS脉冲信号补偿恢复模块，得到与卫星接收机输出的PPS脉冲信号同相的PPS脉冲信号。

如图3及图4所示，为了配合PPS1及PPS2传输的高实时性的要求，同时改善远近两端设备，尤其是远端时钟设备的组帧调度的复杂度，避免组帧冲突出错的情况，对各种消息的组帧请求以实时性的要求对1秒的时间段的时间进行分配，在规定的时间段内只响应相应的消息组帧请求，如图3所示，为远端时钟设备的组帧时间段划分，以卫星接收机输出的PPS脉冲信号作为基准，如果异常情况下卫星接收机没有产生PPS脉冲信号，以本地PPS脉冲信号产生模块产生的PPS脉冲信号作为替代，PPS脉冲信号到来的前10ms和后10ms作为PPS1和PPS2的组帧发送时间，之后的600ms作为TOD消息的组帧发送时间，余下的时间段为微处理器发送CMD信令消息的发送时间。如图4所示，为近端时钟设备的组帧时间段划分，以从远端时间设备接收到的PPS1为时间基准，在PPS1到来的前10ms及后10ms为PPS2组帧发送专用时间段，余下的时间为发送到远端时钟设备分别给卫星接收机的CMD_G信令消息和给微处理器的CMD_C信令消息组帧发送时间段。

如图5所示，为PPS脉冲信号补偿恢复处理的流程图，采用PPS脉冲信号冗余备份恢复方法，使用主备两组计数器，平时主补偿计数器工作，一旦发现异常，检测到主补偿计数器未计满到预定值，而下一个PPS脉冲信号到达，则备补偿计数器开始工作，此时，两组计数器同时工作，待主补偿计数器计满输出之后，则停止计数，转为备补偿计数器，而备补偿计数器则转为主补偿计数器，如果发生异常再进行如此操作，从而保证得到稳定可靠的PPS。

具体的步骤如下：

C.1、检测是否有PPS1脉冲信号。如果有跳转到C.2，如果没有跳转到C1。

C.2、主补偿计数器计数，备补偿计数器则等待。跳转到C.3。

C.3、判断主补偿计数器是否计数到预定值，预定值＝1秒需要计数值-补偿计数值。如果是则跳转到C.4，如果不是则跳转到C.5。

C.4、输出主补偿计数器产生的PPS脉冲信号。跳转到C.1。

C.5、检测是否有PPS1脉冲，如果有跳转到C.6，如果没有跳转到C.2。

C.6、主补偿计数器继续计数，备补偿计数器开始计数。跳转到C.7。

C.7、判断主补偿计数器是否计数取预定值，跳转到C.8。

C.8、输出主补偿计数器产生的PPS脉冲信号。跳转到C.9。

C.9、主补偿计数器变备用计数器，备补偿计数器变主补偿计数器，跳转到C.2。

显然，本领域的技术人员刻意对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于光纤时钟拉远的方法，包括：

远端时钟设备的卫星接收机产生PPS脉冲信号；

所述远端时钟设备的组帧模块将所述PPS脉冲信号编码组帧通过光纤发送至近端时钟设备；其特征在于，还包括：

计算光纤时延测量值；

其中所述计算光纤时延测量值包括：

所述远端时钟设备收到所述近端时钟设备编码后发回的PPS脉冲信号后再发送至所述近端时钟设备；所述近端时钟设备将第二次接收到的PPS脉冲信号与第一次接收到的PPS脉冲信号进行鉴相，得到一个相位差，将所述相位差换算成时间然后除以2以得到光纤时延测量值；

所述近端时钟设备将第一次接收到的PPS脉冲信号和所计算出的光纤时延测量值发送至时钟恢复模块进行恢复处理以获得与所述卫星接收机输出的PPS脉冲信号相位一致的PPS脉冲信号；

所述远端时钟设备包括本地PPS脉冲信号产生模块，在没有卫星接收机所产生的PPS脉冲信号的情况下，本地PPS脉冲信号产生模块产生PPS脉冲信号以保证所述远端时钟设备与所述近端时钟设备通讯畅通。

2.如权利要求1所述的用于光纤时钟拉远的方法，其特征在于：在所述PPS脉冲信号在所述远端时钟设备和近端时钟设备之间传送的过程中，在所述远端时钟设备的组帧模块的组帧调度中，将收到卫星接收机PPS脉冲信号的前10ms到后10ms的时间段划分给PPS脉冲信号组帧编码使用，将收到卫星接收机PPS脉冲信号的10ms之后且600ms之前的时间段划分给TOD消息组帧编码使用，剩余的时间段划分给微处理器向外发送信令消息以使PPS脉冲信号在所述远端时钟设备和所述近端时钟设备上不做停留。

3.如权利要求1所述的用于光纤时钟拉远的方法，其特征在于：在所述近端时钟设备恢复所述PPS脉冲信号时，采用PPS冗余备份恢复方法，其中使用主备两组计数器，其中，主计数器工作，一旦发现异常，检测到所述主计数器未计满到预定值，而下一个PPS脉冲信号到达，则备用计数器开始工作，此时，两组计数器同时工作，待所述主计数器计满输出之后，则停止计数，转为备用计数器，而所述备用计数器则转为主计数器。

4.如权利要求1所述的用于光纤时钟拉远的方法，其特征在于：从所述远端时钟设备的卫星接收机获取PPS脉冲信号开始到所述近端时钟设备恢复出所述PPS脉冲信号结束每秒执行一次以实时更新光纤时延测量值。

5.一种用于光纤时钟拉远的远端时钟设备，其特征在于，包括：

信号发生模块，用于产生PPS脉冲信号；

组帧模块，用于将所述PPS脉冲信号编码组帧通过光纤发送至近端时钟设备；

发送模块，用于在收到近端时钟设备编码后发回的PPS脉冲信号后再发送至所述近端时钟设备；

调度模块，用于将PPS脉冲信号的前10ms到后10ms的时间段划分给PPS脉冲信号组帧编码使用，将PPS脉冲信号的10ms之后且600ms之前的时间段划分给TOD消息组帧编码使用，剩余的时间段划分给微处理器向外发送信令消息；

所述远端时钟设备包括本地PPS脉冲信号产生模块，在没有卫星接收机所产生的PPS脉冲信号的情况下，本地PPS脉冲信号产生模块产生PPS脉冲信号以保证所述远端时钟设备与所述近端时钟设备通讯畅通。

6.如权利要求5所述的远端时钟设备，其特征在于，还包括本地PPS脉冲信号产生模块，用于在没有卫星接收机所产生的PPS脉冲信号的情况下产生PPS脉冲信号。

7.一种用于光纤时钟拉远的近端时钟设备，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收来自远端时钟设备的PPS脉冲信号；

编码模块，用于将从远端时钟设备接收到的PPS脉冲信号进行编码并再发送至所述远端时钟设备；

鉴相模块，用于将第二次接收到的PPS脉冲信号与第一次接收到的PPS脉冲信号进行鉴相，得到一个相位差；

光纤时延测量模块，用于将所述相位差换算成时间然后除以2以得到光纤时延测量值；

发送模块，用于将第一次接收到的PPS脉冲信号和所计算出的光纤时延测量值发送至时钟恢复模块进行恢复处理；

所述远端时钟设备包括本地PPS脉冲信号产生模块，在没有卫星接收机所产生的PPS脉冲信号的情况下，本地PPS脉冲信号产生模块产生PPS脉冲信号以保证所述远端时钟设备与所述近端时钟设备通讯畅通。

8.一种用于光纤时钟拉远的装置，其特征在于，包括：

如权利要求5或6所述的远端时钟设备；及

如权利要求7所述的近端时钟设备。