一种基于多种授时系统的5G网络时钟同步方法与流程

一种基于多种授时系统的5g网络时钟同步方法
技术领域
1.本发明属于5g移动通信技术领域，是一种基于多种授时系统的5g网络时钟同步方法。


背景技术：

2.信息通信是当今社会发展最快的领域之一，各运营商建设5g网络的进程加快，2020年前亟需建成5g商用网络。与4g网络时代相比，5g时代具有如下新的同步需求特点：
3.1、同步需求精度更高，基站直接通过普通卫星接收机单站授时难以满足需求。
4.2、同步应用场景更加复杂，随着中国城市化的发展，室内基站的增加，将会存在大量无法获取卫星信号的5g基站部署场景。
5.3、同步的安全可靠性更加严格，由于卫星受到无意或有意的干扰导致失效的情况时有发生，5g同步完全依赖卫星授时会产生安全隐患。
6.4、成本方面更加敏感，5g基站部署强大，若每个基站加装卫星接收机，设备和投资成本巨大。
7.鉴于以上分析，为满足5g系统的同步需求，提高授时精度，解决卫星覆盖的盲点问题，提升安全可靠性，解决建设和运维成本，因此，有必要建立自主可控、安全可靠的高精度时间同步组网。


技术实现要素：

8.本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提供自主可控、安全可靠的高精度5g时间同步组网。
9.为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
10.本发明提供了一种基于多种授时系统的5g网络时钟同步方法，其特征在于，所述多种授时系统为北斗/gps双星授时系统，采用北斗导航系统和gps作为同步网的时钟源，所述方法包括：
11.守时模块基于时钟源输出时钟信号；分别采集gps和北斗导航系统的1pps信号，分别将采集到的1pps信号与守时模块输出的1pps信号进行对比确定第一时钟误差和第二时钟误差；
12.根据采集到的gps和北斗导航系统的1pps信号确定系统的守时状态，根据守时状态确定系统时钟误差，所述系统时钟误差包括采用第一时钟误差或第二时钟误差；
13.将确定的时钟误差和时钟源输入数据处理模块进行校验确定守时模块最终的时钟信号。
14.进一步地，确定第一时钟误差和第二时钟误差的方法包括：
15.s1：守时模块分别接收gps和北斗导航系统的1pps信号，并分别产生比两者1pps信号提前预设时间δt的1pps信号；
16.s2：连续存储两组相邻周期t的误差：
17.①
gps的1pps信号与守时模块产生的1pps信号之间的时钟误差；
18.②
北斗导航系统的1pps信号与守时模块产生的1pps信号之间的时钟误差。
19.分别计算步骤
①
和步骤
②
时钟误差的平均值，记为第一时钟误差t1和第二时钟误差t2。
20.进一步地，根据采集到的gps和北斗导航系统的1pps信号确定系统的守时状态的方法如下：
21.系统上电运行后，分别对gps和北斗导航系统两个系统产生的1pps信号进行检测；
22.若gps和北斗导航系统的1pps信号均通过检测，则进入守时状态1，将gps系统信号作为守时参考信号而北斗导航系统信号作为备用守时信号；若只有gps的1pps信号通过检测，则进入守时状态2，将gps信号作为守时参考信号；
23.若只有北斗导航系统的1pps信号通过检测，则进入守时状态3，将北斗导航系统信号作为守时参考信号；
24.若同时无法接收到gps信号和北斗导航信号，则进入内部守时状态。
25.再进一步地，还包括守时状态的切换，具体切换方法如下：
26.在守时状态1，若gps和北斗导航系统信号一直存在，由gps信号作为守时参考信号；若同时无法接收到gps信号和北斗导航信号，则进入内部守时状态；若只丢失北斗导航信号，进入守时状态2，继续采用gps信号作为守时参考信号；若只丢失gps信号，则进入守时状态3，此时采用北斗导航系统信号作为守时参考信号；
27.进入守时状态2以后，采用gps信号作为守时参考信号，若接收到北斗导航系统信号，则进入守时状态1；若丢失了gps信号，则进入内部守时状态；
28.进入守时状态3以后，采用北斗导航系统信号作为守时参考信号；若接收到gps信号，则进入守时状态1；若丢失了北斗导航系统信号，则进入内部守时状态；
29.处于内部守时状态，若同时接收到gps和北斗导航系统的1pps信号，则进入守时状态1；若只接收到gps的1pps信号，则进入守时状态2；若只接收到北斗导航系统的1pps信号，则进入守时状态3。
30.进一步地，根据守时状态确定采用第一时钟误差或第二时钟误差作为系统时钟误差的方法如下：
31.若处于守时状态1和守时状态2，则通过串口根据约定的帧协议将第一时钟误差t1作为系统时钟误差；若处于守时状态3，则将第二时钟误差t2作为系统时钟误差。
32.再进一步地，其特征在于，若处于内部守时状态，则将上一次确定的时钟误差作为系统时钟误差。
33.进一步地，所述北斗/gps双星授时系统设置直接与基站互联的接口，用于实现所述北斗/gps双星授时系统作为基站时钟源或外部时钟刚输入。
34.进一步地，所述接口自动判别基站类型实现协议切换。
35.进一步地，所述接口用于传输1pps脉冲信号和串口时间信息。
36.有益技术效果：
37.本发明通过构建时间同步组网模型，以北斗/gps智能双星授时系统作为源头设，该方法根据北斗导航系统和gps的信号质量，自主确定守时状态，确保了5g时间同步组网的自主可控，使5g时钟同步组网在多种授时系统的支持下稳定、高效的运营；
38.本发明通过守时状态的切换，进一步地可以保证在一个卫星失效的情况下，采用其他可用卫星定位系统提供的定时信息，以维持系统的正常工作，大大提高5g高精度时间同步通信网络的安全。
附图说明
39.图1是本发明具体实施例基于多种授时系统的5g高精度时钟同步组网框架示意图；
40.图2是本发明具体实施例北斗与gps授时数据产生过程示意图；
41.图3是本发明具体实施例北斗/gps智能双星系统模式切换过程示意图。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
43.本发明构建的一种基于多种授时系统的5g网络时钟同步方法，其特征在于，通过构建时间同步组网模型，以北斗/gps智能双星授时系统作为源头设备的高精度服务器，并在卫星不可用时，采用光纤授时溯源至国家守时单位，通过地面获取超高精度时间同步信号。该方法确保了5g时间同步组网的自主可控，使5g时钟同步组网在多种授时系统的支持下稳定、高效的运营，
44.实施例、参见图1，北斗/gps智能双星授时系统在5g时钟同步组网中的应用有两种方式，一种是作为基站时钟源直接与基站互联，另一种是作为地面同步网的时钟源与地面同步网相连，通过地面同步网向基站提供时钟信息，并在卫星不可用时，采用光纤授时溯源至国家守时单位，通过地面获取超高精度时间同步信号。
45.本实施例提供的一种基于多种授时系统的5g网络时钟同步方法包括：
46.守时模块基于时钟源输出时钟信号；分别采集gps和北斗导航系统的1pps信号，分别将采集到的1pps信号与守时模块输出的1pps信号进行对比确定第一时钟误差和第二时钟误差；
47.根据采集到的gps和北斗导航系统的1pps信号确定系统的守时状态，根据守时状态确定系统时钟误差，所述系统时钟误差包括采用第一时钟误差或第二时钟误差；将确定的时钟误差和时钟源输入数据处理模块进行校验确定守时模块最终的时钟信号。
48.在本发明实施例中，北斗/gps智能双星授时系统作为基站时钟源时采用外置基站方式，设计了智能双星授时系统与基站的接口；北斗/gps智能双星授时系统作为地面同步网的时钟源时，由于1pps时钟信号经地面同步网传输后会产生时间偏移，因此，本发明设计了1pps时钟信号完整性测试，并以此决定北斗/gps授时系统的工作模式即守时状态。
49.参见图2，北斗/gps智能双星授时系统主要由北斗接收模块、gps接收模块、数据处理模块(所述数据处理模块包括守时模块)和接口模块等组成，以北斗/gps双系统互为备用设计，同时接收北斗和gps卫星信号。智能双星授时系统会根据卫星信号选择最优的卫星系统，输出秒脉冲1pps时钟信息、tod时间数据信息等，其中，1pps信号负责提供精准的时间同步信息。
50.北斗/gps智能双星授时系统作为地面同步网的时钟源，本发明设计了1pps信号完
整性测试确定系统守时状态。
51.参见图3，步骤a中涉及的北斗/gps智能双星系统1pps信号完整性测试，其步骤包括：
52.s1：北斗/gps智能双星系统上电运行后，分别对两个系统产生的1pps信号进行检测；
53.s2：若gps或者北斗导航系统的1pps信号均通过检测，则判断gps系统或者北斗导航系统导航模块均正常工作，进入守时状态1，将gps系统信号作为守时参考信号而北斗导航系统信号作为备用守时信号。若只有gps的1pps信号通过检测，则判断gps正常而北斗导航系统不正常，此时进入守时状态2，将gps信号作为守时参考信号。若只有北斗导航系统的1pps信号通过检测，则判断北斗导航系统信号正常而gps信号不正常，此时进入守时状态3，将北斗导航系统信号作为守时参考信号。
54.s3：在守时状态1，若gps和北斗导航系统信号一直存在，由gps信号作为守时参考信号；若同时无法接收到gps信号和北斗导航信号，则进入内部守时状态。若只丢失北斗导航信号，进入守时状态2，继续采用gps信号作为守时参考信号。若只丢失gps信号，则进入守时状态3，此时采用北斗导航系统信号作为守时参考信号。
55.s4：进入守时状态2以后，采用gps信号作为守时参考信号，若接收到北斗导航系统信号，则进入守时状态1；若丢失了gps信号，则进入内部守时状态。
56.s5：进入守时状态3以后，采用北斗导航系统信号作为守时参考信号。若接收到gps信号，则进入守时状态1；若丢失了北斗导航系统信号，则进入内部守时状态。
57.s6：处于内部守时状态，若同时接收到gps和北斗导航系统的1pps信号，则进入守时状态1；若只接收到gps的1pps信号，则进入守时状态2；若只接收到北斗导航系统的1pps信号，则进入守时状态3。
58.具体实施例中还包括守时状态的切换，具体步骤如下：
59.s1：守时模块分别接收gps和北斗导航系统的1pps信号，并分别产生比两者1pps信号提前预设时间δt的1pps信号；
60.s2：连续存储两组相邻周期t的误差：
①
gps的1pps信号与守时模块产生的1pps信号之间的时钟误差；
②
北斗导航系统的1pps信号与守时模块产生的1pps信号之间的时钟误差。分别计算步骤
①
和步骤
②
时钟误差的平均值，记为t1和t2。
61.s3：若处于守时状态1和守时状态2，则通过串口根据约定的帧协议将t1送入数据处理模块；若处于守时状态3，则将t2送入数据处理模块；若处于内部守时状态，则需要将上一次的通过串口发送到数据处理模块。
62.在以上实施例的基础上北斗/gps智能双星授时系统作为基站时钟源时采用外置基站方式，本实施例设计了智能双星授时系统与基站的接口。
63.北斗/gps双星授时系统作为基站时钟源直接与基站互联的接口，其设计步骤如下：
64.s1：5g基站具备外部时钟接口，包括1pps脉冲信号和串口时间信息。北斗/gps智能双星授时系统支持外部时钟输入，通过基站数据库设置自动切换至外部时钟输入模式。
65.s2：5g基站由gps系统保持严格的时钟同步，gps系统接收gps信号，并产生系统所需的时频基准。
66.s3：鉴于5g基站供应商厂家的不同，接口协议也不同。北斗/gps双星授时系统采用自动判别基站类型实现协议切换的方法，使接口程序适应不同设备的需求。
67.s4：5g基站设备定时对外部时钟接口进行访问，通过对询问信息判别，从而确定设备类型，按设备类型对应的协议进行应答，从而实现时间信息传输。
68.本发明克服了传统基于gps授时同步网络系统的不足，提供了一种基于多种授时系统的5g高精度时钟同步方法。通过构建时间同步组网模型，以gps/北斗双星授时系统作为源头设备的高精度服务器，并提供了两种应用方式，一种是作为基站时钟源直接与基站互联，另一种是作为地面同步网的时钟源与地面同步网相连，通过地面同步网向基站提供时钟信息确保了5g时间同步组网的自主可控，使5g时钟同步组网在多种授时系统的支持下稳定、高效的运营。
69.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
70.本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
71.本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
72.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
73.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
74.以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。