一种通信基站时间同步系统

技术领域

本发明属于基带池时间同步技术领域，具体涉及一种通信基站时间同步系统。

背景技术

由于用户数量、通信容量和技术限制等原因，在早期的移动通信基站配置解决方案中，基站通常只有一套基带处理单元（BBU），配合若干远端射频单元（RRU）进行工作。这种通信基站结构简单，并且通信基站内的时间同步方案有多种选择，常见的是将本地时间通过晶振驯服的方式同步到卫星的参考时间上。近年来，随着移动通信业务量的急速增加，常规的基站配置方案已无法满足实际需求。

如今，一个移动通信基站不仅需要支持2G~5G多种通信制式，还需满足诸如700M、900M和2600M等特殊频段。随着5G技术的成熟，4G时代的普通多输入多输出MIMO方案已进一步的大规模应用，从而对基站的信息吞吐能力的要求也更高。因此，目前在4G/5G通信基站的建设中，将RRU与天线系统结合在一起，构成有源天线（AAU），同时配备多套BBU设备构成基带池，并统一布置在中心机房里，通过光纤或电缆连接到AAU。在面临多个BBU设备构成的基带池时，常规的时间同步方案将会面临诸多方面的限制。

首先，通信基站的时间同步技术主要有基于全球卫星导航系统（GNSS）的授时技术以及基于IEEE1588的精确时间同步协议（PTP）技术。基于GNSS的授时技术通过单向或双向时间比对实现卫星接收机的高精度同步，同步精度在百纳秒量级。精确时间同步协议（PTP）技术在通信基站上的运用需要与高精度光纤时间传递相结合，通过有限跳数实现站点间的时间同步，同步精度在数纳秒量级。卫星授时和精确时间同步协议（PTP）技术可以满足通信基站的基本时间同步需求，但对于5G中对时间同步精度有更高需求的应用而言，例如高精度定位、载波聚合和多点协作等，现有的时间同步方案的同步精度以及时间同步架构中的设备精度均需要提升。

其次，在移动终端数量密集的地区，当前以及未来大部分通信基站均采用基带池结合AAU的结构。如果在基站的机房内，依然采用一个BBU设备配置一套卫星接收机系统，存在工程量大且成本高的问题。由于基站的基带池集中在机房内，自然想到的方案是利用功率分配器从一套卫星天线通过分路获得多路卫星信号，再将这些信号输送到每一个BBU，BBU侧的时间同步方案保持与传统的做法一致，此处BBU侧时间同步方案传统的做法为通过恒温晶振驯服进行时间同步，此种方案存在的问题是需要多个模拟功分器，每一个BBU都要配置卫星接收机和恒温晶振，同步精度并没有提高，整体成本却较高。另外基于IEEE1588的精确时间同步协议（PTP）技术只能在有限的距离内保持较好的时间同步精度，对于长距离或超长距离的应用场景，节点的同步误差会逐步累积进而降低了同步精度。

综上，如何确定一种兼顾时间同步精度高、时间同步系统内的结构简单不臃肿，并且成本低或成本折中可接受的基带池时间同步方案是目前研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种通信基站时间同步系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种通信基站时间同步系统，所述通信基站的机房内设置有基带池，所述基带池包括多个BBU设备，所述时间同步系统用于与各个所述BBU设备连接，所述时间同步系统包括时钟参考源、SyncE时钟同步模块、时间同步模块、现场总线、第一总线控制模块和多个辅助模块，各个所述辅助模块用于分别与各个BBU设备一一对应连接，每个所述BBU设备均具有由所述第一总线控制模块分配的总线设备地址；

所述时钟参考源用于生成标准时间信号，并将生成的标准时间信号发送至SyncE时钟同步模块和时间同步模块；

所述SyncE时钟同步模块用于根据所述标准时间信号生成第一频率，并根据所述第一频率生成第一报文，然后将所述第一报文经第一总线控制模块发送至现场总线，其中，所述第一报文为SyncE时钟同步报文；

所述时间同步模块用于根据所述标准时间信号生成第一标准时间，然后生成包含有所述第一标准时间的第二报文，并将所述第二报文经第一总线控制模块发送至现场总线；

各个所述辅助模块用于根据对应BBU设备的总线设备地址依序从现场总线获取所述第一报文和第二报文，并从第一报文中提取出所述第一频率，然后将提取出的第一频率发送至对应的BBU设备，还基于第二报文中的第一标准时间和对应BBU设备的本地时间获得时间偏差，然后根据所述时间偏差校正对应BBU设备的本地时间。

优选地，所述时钟参考源包括卫星授时模块和/或位于所述通信基站的机房内的高等级时钟源；

所述卫星授时模块包括位于所述通信基站的机房内的卫星接收机和所述通信基站机房外

安装的卫星天线，所述卫星接收机分别与卫星天线、SyncE时钟同步模块和时间同步模块连接；

所述高等级时钟源分别与SyncE时钟同步模块和时间同步模块连接。

优选地，所述时间同步模块为IEEE1588时间同步服务器，所述IEEE1588时间同步服务器包括时间生成单元、第一PTP协议栈、第一时标标记单元、第一MAC单元和第一PHY单元，所述第一时标标记单元分别与所述时间生成单元和所述第一PTP协议栈连接，所述第一MAC单元分别与所述第一时标标记单元和所述第一PHY单元连接，所述第一PHY单元与所述第一总线控制模块连接；

所述时间生成单元用于接收所述时钟参考源生成的标准时间信号，并根据所述标准时间信号生成第一标准时间，然后将生成的第一标准时间发送至第一时标标记单元；

所述第一时标标记单元用于基于所述第一标准时间对第一PTP协议栈输出的第二报文打上时间戳，并将包含有时间戳的所述第二报文发送至第一MAC单元。

优选地，所述第一总线控制模块包括第一总线控制器和第一总线收发器，所述第一总线收发器分别与所述SyncE时钟同步模块、时间同步模块、现场总线和所述第一总线控制器连接。

优选地，所述辅助模块包括第二总线控制器、第二总线收发器、辅助SyncE同步模块和辅助PTP同步模块；所述第二总线控制器和所述第二总线收发器连接，所述第二总线收发器还分别与现场总线、所述辅助SyncE同步模块和所述辅助PTP同步模块连接，辅助SyncE同步模块和辅助PTP同步模块分别与该辅助模块对应的BBU设备连接；

所述第二总线收发器用于从现场总线获取所述第一报文和第二报文，并将获取的第一报文和第二报文发送至所述辅助SyncE同步模块和辅助PTP同步模块；

所述辅助SyncE同步模块用于从第一报文中提取出所述第一频率，并将所述第一频率发送至对应的BBU设备；

所述辅助PTP同步模块用于基于第二报文中的时间戳和对应BBU设备的本地时间获得所述时间偏差，然后根据时间偏差校正对应BBU设备的本地时间。

优选地，所述辅助PTP同步模块包括接口模块、PTP报文处理模块和时间调整模块；

所述接口模块用于接收所述第二总线收发器发送的第二报文，以及接入该辅助PTP同步模块所对应BBU设备的本地时间，并将所述第二报文和该本地时间发送至所述PTP报文处理模块；

所述PTP报文处理模块用于进行PTP协议处理，并计算得到第二报文中的时间戳和该辅助PTP同步模块所对应BBU设备的本地时间之间的时间偏差，然后将所述时间偏差发送至时间调整模块；

其中，所述PTP协议为该辅助PTP同步模块与所述IEEE1588时间同步服务器之间的PTP对时协议；

所述时间调整模块用于根据所述时间偏差校正该辅助PTP同步模块所对应BBU设备的本地时间。

优选地，所述SyncE时钟同步模块、时间同步模块、现场总线、第一总线控制模块和各个辅助模块均位于所述通信基站的机房内。

优选地，所述第一标准时间包括1PPS信号和TOD信息。

优选地，所述第一标准时间包括BDC信息。

本发明带来的有益效果如下：

（1）、通过时间同步模块接入通信基站中的时钟参考源，并生成作为时间基准的第一标准时间，然后通过对现场总线的分时复用，将各个BBU设备的本地时间均同步到第一标准时间；通过SyncE时钟同步模块接入通信基站中的时钟参考源，并生成作为频率基准（时钟基准）的第一频率，然后通过对现场总线的分时复用，经辅助模块恢复出第一频率后，将恢复出的第一频率发送给各个BBU设备；

其中通信基站内的时钟参考源采用三种方案：1、卫星天线加卫星接收机组成的卫星授时模块；2、通信基站内设置的高等级时钟源，所述高等级时钟源用于生成高等级的标准时间信号；3、以卫星授时模块为主时钟源，高等级时钟源作为备选时钟源；

整个时间同步系统实现对基带池的时间同步最多只需要一个卫星天线的架设，以及一个卫星接收机，节省了卫星天线选址的时间，极大了缩减了BBU基带池的建立工期和成本；基于以太网同步SyncE技术实现频率（时钟）的同步，以及基于IEEE1588精确时间同步协议技术或1PPS+TOD时间同步技术或BDC时间同步技术实现时间的同步，结合现场总线，整个时间同步系统的结构简单不臃肿；将卫星授时的高精度或高等级时钟源的高精度转移到各个BBU设备时误差累积较小，从而使得针对基带池的时间同步整体精度较高；

综上所述，本发明实施例实现的通信基站时间同步系统具备了低成本、高精度且结构简单的特点，同时相较于背景技术中将IEEE1588精确时间同步协议技术与通信承载网中的光纤相结合来实现节点间的时间同步而言，灵活性更强。

（2）、将第一时标标记单元生成的硬件时间戳设置在PTP协议栈之后第一MAC单元之前，消除了协议栈和操作系统带来的延时和抖动，提高了第二报文中时间戳的精度，从而也提高了对各个BBU设备进行时间同步的精度。

附图说明

图1为实施例一对应的通信基站时间同步系统的一种组成框图；

图2为实施例二对应的通信基站时间同步系统的一种组成框图；

图3为SyncE时钟同步模块的一种逻辑框图；

图4为IEEE1588时间同步服务器的一种逻辑框图；

图5为辅助模块的一种组成框图；

图6为辅助PTP同步模块的一种逻辑框图。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一和实施例二涉及的多个技术术语统一解释如下：

SyncE：Synchronous Ethernet，同步以太网；

PTP: Precision Time Protocol，精确时间协议；

TOD：Time of Day，时间信息/天时；

BDC：Inter-Range Instrumentation Group-B(DC)，IRIG-B直流码。

实施例一

参阅图1，本实施例提供了一种通信基站时间同步系统，应用于包含有基带池的通信基

站，其中基带池设置在通信基站机房内部，基带池包括多个BBU设备，时间同步系统用于与各个BBU设备连接，完成各个BBU设备的时间同步。

具体的，如图1所示，一种通信基站时间同步系统包括时钟参考源、SyncE时钟同步模块、时间同步模块、现场总线、第一总线控制模块和多个辅助模块，各个辅助模块用于分别与各个BBU设备一一对应连接，每个BBU设备均具有由第一总线控制模块分配的总线设备地址。其中，现场总线为高速现场总线；SyncE时钟同步模块、时间同步模块、现场总线、第一总线控制模块和各个辅助模块均位于通信基站的机房内部。

时钟参考源用于生成标准时间信号，并将生成的标准时间信号发送至SyncE时钟同步模块和时间同步模块。

SyncE时钟同步模块用于根据标准时间信号生成第一频率，并根据第一频率生成第一报文，然后将第一报文经第一总线控制模块发送至现场总线，其中，第一报文为SyncE时钟同步报文。

时间同步模块用于根据标准时间信号生成第一标准时间，然后生成包含有第一标准时间的第二报文，并将第二报文经第一总线控制模块发送至现场总线。

各个辅助模块用于根据对应BBU设备的总线设备地址依序从现场总线获取第一报文和第二报文，并从第一报文中提取出第一频率，并将提取出的第一频率发送至对应的BBU设备，且还基于第二报文中的第一标准时间和对应BBU设备的本地时间获得时间偏差，然后根据时间偏差校正对应BBU设备的本地时间。其中，第一总线控制模块为每一个BBU设备都分配一个总线设备地址，通过分时复用高速现场总线的方式，第一总线控制模块依序指定进行时间同步的BBU设备，被指定的BBU设备将接收到第一报文和第二报文。

可选的，如图3所示，基于以太网同步SyncE技术的SyncE时钟同步模块包括ITUG.8262 SyncE设备时钟、SyncE定时单元、SyncE_PHY单元和第二MAC单元。SyncE_PHY单元内包括第一数字锁相环和第二PHY单元。

ITU G.8262 SyncE设备时钟用于接收时钟参考源生成的标准时间信号，并根据标准时间信号生成第一频率，然后将第一频率发送至SyncE定时单元。

SyncE定时单元用于根据第一频率生成SyncE时钟同步传输信号，并将生成的SyncE时钟同步传输信号输入第一数字锁相环。

第一数字锁相环用于跟踪和同步SyncE时钟同步传输信号，将同步后的SyncE时钟同步传输信号发送至第二PHY单元。

第二PHY单元用于根据同步后的SyncE时钟同步传输信号生成第一报文。

可选的，如图1所示，时钟参考源包括卫星授时模块和/或位于通信基站机房内的高等级时钟源。高等级时钟源是指可生成高精度标准时间信号的时钟源，在普通实施例中，高等级时钟源多应用于一些重要且核心的通信节点中，作为这些通信节点的本地备选时钟源，具有与卫星授时同等精度，是非普通等级的时钟源。当时钟参考源既包含卫星授时模块，又包含高等级时钟源时，将卫星授时模块作为主时钟源，将高等级时钟源作为备用时钟源，当主时钟源故障时启用备用时钟源，提高了通信基站时间同步系统的可靠性。

卫星授时模块包括位于通信基站机房内的卫星接收机和通信基站机房外安装的卫星天线，卫星接收机分别与卫星天线、SyncE时钟同步模块和时间同步模块连接。

高等级时钟源分别与SyncE时钟同步模块和时间同步模块连接。

可选的，第一标准时间包括1PPS信号和TOD信息，即第一标准时间为1PPS+TOD标准时间。

可选的，第一标准时间包括BDC信息，即第一标准时间为BDC标准时间。

可选的，第一总线控制模块包括第一总线收发器和第一总线控制器，第一总线收发器分别与第一总线控制器、时间同步模块、SyncE时钟同步模块和高速现场总线连接。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：第一标准时间通过硬件时间戳表征，第二报文为PTP报文，相应的，时间同步模块为IEEE1588时间同步服务器。

具体的，如图4所示，IEEE1588时间同步服务器包括时间生成单元、第一PTP协议栈、第一时标标记单元、第一MAC单元和第一PHY单元，第一时标标记单元经通信接口与时间生成单元连接，第一时标标记单元经通信接口与第一PTP协议栈连接，第一MAC单元分别与第一时标标记单元和第一PHY单元连接，第一PHY单元与第一总线控制模块连接。可知的，IEEE1588时间同步服务器一般还包括管理和控制单元，且还预置有PTP同步算法，第一PTP协议栈基于预置的PTP同步算法，以及在管理和控制单元的作用下进行PTP协议处理，生成PTP格式的第二报文。

其中，时间生成单元用于接收时钟参考源生成的标准时间信号，并根据标准时间信号生成第一标准时间，然后将生成的第一标准时间发送至第一时标标记单元。

第一时标标记单元用于基于第一标准时间对第一PTP协议栈输出的第二报文打上时间戳，并将包含有时间戳的第二报文发送至第一MAC单元。

进一步的，如图5所示，辅助模块包括第二总线控制器、第二总线收发器、辅助SyncE同步模块和辅助PTP同步模块。第二总线控制器和第二总线收发器连接，第二总线收发器还分别与高速现场总线、辅助SyncE同步模块和辅助PTP同步模块连接，辅助SyncE同步模块和辅助PTP同步模块分别与该辅助模块对应的BBU设备连接。

第二总线收发器用于从高速现场总线获取第一报文和第二报文，并将获取的第一报文和第二报文发送至辅助SyncE同步模块和辅助PTP同步模块。

辅助SyncE同步模块用于从第二总线收发器获取的第一报文中提取出第一频率，并将第一频率发送至对应的BBU设备。辅助SyncE同步模块从第一报文中恢复出第一频率，因此辅助SyncE同步模块与SyncE时钟同步模块内部结构相同。

辅助PTP同步模块用于基于第二总线收发器获取的第二报文中的时间戳和对应BBU设备的本地时间获得时间偏差，然后根据时间偏差校正对应BBU设备的本地时间，至此，辅助PTP同步模块将该辅助PTP同步模块对应的BBU设备的本地时间同步到了IEEE1588时间同步服务器的第一标准时间。

具体的，如图6所示，辅助PTP同步模块包括接口模块、PTP报文处理模块和时间调整模块。

接口模块用于接收第二总线收发器发送的第二报文，以及接入该辅助PTP同步模块所对应BBU设备的本地时间，并将第二报文和该本地时间发送至PTP报文处理模块；

PTP报文处理模块用于进行PTP协议处理，并计算得到第一标准时间和该辅助PTP同步模块所对应BBU设备的本地时间之间的时间偏差，然后将时间偏差发送至时间调整模块。其中，PTP协议为该辅助PTP同步模块与IEEE1588时间同步服务器之间的PTP对时协议。

时间调整模块用于根据时间偏差校正该辅助PTP同步模块所对应BBU设备的本地时间，校正后的BBU设备本地时间实现了与IEEE1588时间同步服务器的第一标准时间同步。

本发明的工作原理为：

通信基站时间同步系统的时钟参考源为卫星授时模块和/或通信基站站内高等级时钟源，因此时间同步系统的参考时钟（标准时间信号）来源于高精度的卫星参考时钟或者高等级时钟源生成的高精度参考时钟，然后分别构建IEEE1588时间同步服务器、SyncE时钟同步模块和辅助模块，结合高速现场总线，以分时复用的方式将SyncE时钟同步模块基于标准时间信号生成的的第一频率发送至各个BBU设备，将第一频率作为各个BBU设备的本地时钟，以及将各个BBU设备的本地时间同步至IEEE1588时间同步服务器基于标准时间信号生成的第一标准时间。

基于IEEE1588时间同步服务器、SyncE时钟同步模块、高速现场总线和辅助模块的时间同步系统架构简单，避免了因时间同步传输网络节点多而造成的误差累积，将高精度的卫星参考时钟或者高等级时钟源生成的高精度参考时钟最小误差化的转移到了各个BBU设备，满足5G通讯对高精度时间同步的要求；同时，一个基带池最多只需一副卫星天线和一个卫星接收机，使得基带池的选址更容易、建设成本更少，成本上相比背景技术中的现有方案具备显著优势，并且卫星天线架设所需的楼面面积明显减少，因此尤其适用于基带池高密度分布的核心业务区。

此外，整个时间同步系统不依赖现有通信承载网络的光纤资源，因此还在下述应用场景凸显了本发明的优势：a、难以架设新光纤，但卫星覆盖满足授时要求的基带池选址处；b、架设新光纤成本较高，但卫星覆盖满足授时要求的基带池选址处。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。