用于在没有完全或部分定时支持的传统IP核心网络上进行独立于卫星的相位和频率同步的时间传递系统和方法

技术领域

本发明和方法涉及在传统核心载波IP/MPLS网络上进行独立于从卫星接收的信号的相位和频率同步传递。

本发明具体涉及一种相位和频率同步传递方法，该方法基于将从原子时钟源接收的时间信息转换为PPS(Pulse Per Second秒脉冲)或PPS Plus串，然后使用在传统核心载波IP/MPLS网络上创建的点对点虚拟电路DTM(Dynamic Synchronous Transfer Mode动态同步传输模式)协议将时间信息传送到远对端。

背景技术

当前技术要求的主要部分是满足所需的相位和频率要求。基于时分双工TDD(时分双工time division duplex)和C-RAN以及未来其它技术的数字网络也需要相位和频率同步。“相位和频率同步”意味着通常将相位同步应用于具有与每个周期相同的相位角的相同频率的两个波形。频率同步是基于另一信号的频率基准来调整一个或多个信号的相对频率的过程。“相位和频率同步”是提供适当的5G和5G以上技术的关键因素。[1][2][3]

相关技术标准化中的相位和频率同步由ITU-T(1588)和IEEE G8275.1(完全定时支持)和IEEE G8275.2(部分定时支持)标准执行。所述标准依赖于作为主要源的经由卫星接收的GPS/GNSS信号，并且这些标准仅定义了一个很一般的基于网络的解决方案。由于提供GPS/GNSS信号的卫星对于大多数国家是完全属于国外的并且一些是军事管理的，因此对于相位和频率同步产生外部依赖性。另外，卫星信号为弱～-160dBm和/或当存在不利的天气条件时，当使用干扰发射机时，同步也可能容易失败(通常用于军事演练)。

由这些IEEE和ITU-T标准提出的相关技术是在GPS/GNSS同步失败的情况下的备用措施。为了应付IEEE和ITU-T所提出的这些标准，备用测量协议的应用需要高水平的投资和运营成本[4]。尽管有这些投资，但由于核心网络的特性而出现低效率表明这种备用措施并不是完全安全的。GPS/GNSS需要失效备援系统，然而该失效备援系统也必须是稳健的，IEEE和ITU-T确定的标准也不是稳健的，由此，以一个半安全系统作为另一个半安全系统的备用不能满足特别关键的网络的要求，并且在文献中到处都看到不安全的情况。[5][6][7][8]

因此，由于现有解决方案的上述缺点和不足，需要开发相关技术。

发明内容

本发明是在现有情况的启示下开发的，并且旨在消除上述缺点。

本发明的主要目的是通过在IP/MPLS网络上操作的DTM层中传递相位和频率同步，而不是如当前的IP/MPLS网络中使用由ITU-T 8275.x定义的PTP(IEEE 1588)传递相位和频率同步。

本发明的另一个目的是提供相位和频率同步，而不会对现有网络造成任何额外的投资和运营成本。

为了实现上述目的，本发明是一种新方法，用于在IP/MPLS网络中提供相位和频率同步，而不需要ITU-T G8275.1(完全定时支持)和IEEE G8275.2(部分定时支持)标准，并且不需要应用这些标准的任何投资。本发明的方法包括如下过程步骤：采用DTM协议切换PPS/PPS Plus串的信号，通过虚拟电路向网络的另一端传输PPS/PPS Plus串信号，采用DTM协议再次切换传输的PPS/PPS Plus串信号，将到达另一端的PPS/PPS Plus串信号转换为ToD(Time of Day当日时间)和PTP(Precision Time Protocol精确时间协议)数据,并将其传输到终端组件。

使用上述方法的系统包括：时钟时间，其提供ToD(Time of Day当日时间)输出，PPS/PPS Plus串和/或PTP或ToD输出；发射机机构，其在网络一端将ToD和PTP数据转换为PPS/PPS Plus串信号，然后通过DTM协议进行切换；接收机机构，其在网络另一端通过DTM协议切换PPS/PPS Plus串信号并转换为ToD和PTP数据，从而向终端组件传输PPS/PPS Plus串信号；以及虚拟电路，其提供从一端到另一端的PPS信号的传送。

通过下面给出的附图并参考附图的详细描述将更好地理解本发明的结构和特性特征以及所有优点，因此，应当在评估时考虑所述附图和详细说明。

附图说明

图1是提供本发明的相位和频率同步的系统的实施例的示意图。

图2是提供本发明的相位和频率同步的系统的另一个实施例的示意图。

图3是提供本发明的相位和频率同步的系统的测试结果的视图。

100 原子钟

210 发射机机构

211 主转换器设备

212 主切换设备

220 接收机机构

221 次级转换器设备

222 次级切换设备

300 虚拟电路

400 终端组件

具体实施方式

在本详细描述中，仅为了更好地理解本主题的目的而公开了根据本发明公开的提供相位和频率同步的方法和系统的优选实施例。

下面公开的方法基本上是关于将从原子钟(100)接收的ToD(Time of Day当日时间)和/或PTP协议数据或PPS信号传输到位于接收器部分中的终端组件(400)。ToD和PTP数据在传输过程中被转换为PPS，并通过虚拟电路(300)传送。在所述过程期间通过DTM协议执行切换操作。

下面简要描述本发明公开的方法的过程步骤。

通过DTM协议切换PPS/PPS Plus串信号；

通过虚拟电路将PPS/PPS Plus串信号传送到网络另一端(300)；

通过DTM协议再次切换传递的PPS/PPS Plus串信号；

通过将在另一端处接收到的PPS/PPS Plus串信号转换为ToD(Time of Day当日时间)和/或PTP数据来将其传递到终端组件(400)。

在下面公开的方法中，PPS信号可以从原子时钟(100)接收，原子时钟(100)可以直接给出PPS信号，PPS信号也可以通过将从原子时钟(100)接收的ToD和PTP数据转换为PPS/PPS Plus串信号而获得，而在此情况下原子时钟(100)给出的是ToD(Time of Day当日时间)。

图1是提供本发明的相位和频率同步的系统的实施例的示意图。这里示出的原子钟(100)接收ToD(Time of Day当日时间)并且可以输出PTP，如IEEE(1588v2)所描述的。首先利用专门为(210)设计的PCB(印刷电路板)用于将接收到的PTP数据转换为PPS/PPS Plus串信号，并通过DTM协议对转换后的信号进行切换。切换后的PPS信号借助于DTM虚拟电路(300)传送到网络的另一端。由DTM虚拟电路(300)传送到网络另一端的PPS信号首先在DTM协议下借助于其中的接收机机构(220)被切换，然后借助于专门设计的PCB(印刷电路板)用于再转换成包含相位和频率同步以及附加ToD的PTP数据。之后，转换后的数据被递送到作为接收器部分的最后一个组件，即终端组件(400)。

除了本实施例之外，可以在系统中使用给出PPS/PPS Plus串输出的原子钟(100)。在这样的实施例中，发射机机构(210)只执行由发射机机构(210)接收到的PPS信号的切换。

图2是提供本发明的相位和频率同步的系统的另一个实施例的示意图。在本实施例中，与图1所示的实施例不同，PTP-PSP的转换和DTM协议下的切换是通过独立分开的设备而不是为此专门设计的内部附加PCB(印刷电路板)来进行的。在本实施例中，在系统的初始部分中的发射机机构(210)包括将ToD和PTP数据转换为PPS信号的主转换器设备(211)和通过DTM协议切换PPS信号的主切换设备(212)。在本实施例中，类似地，在系统的其他部分中提供的接收机机构(220)包括通过DTM协议切换PPS信号的次级切换设备(222)和将PPS信号转换为ToD和PTH数据并传递到终端组件(400)的次级转换器设备(221)。可见，在本发明公开的系统中，PTP-PPS转换和通过DTM协议进行切换的操作可以由集成的单个设备进行，每个操作也可以由独立分开的设备进行。

图3是提供本发明的相位和频率同步的系统的测试结果的视图。如图所示，与现有技术中可用的系统相比，获得了至少10倍更高的效率。

[1]移动网络中基于分组的云无线接入网络前传中的同步挑战(Synchronizationchallenges in packet-based Cloud-RAN fronthaul for mobile networks)

公布：2015年，IEEE国际通信研讨会(ICCW)

作者：Aleksandra Checko，Anders Christian Juul，Henrik L.Christiansen，Michael S.Berger。

[2]对5G的同步要求：蜂窝网络的标准或规范概述(SynchronizationRequirements for 5G:An Overview of Standards or Specifications for CellularNetworks)

公布：IEEE车辆技术杂志

作者：Jia-Chin Lin

[3]使用LTE-A的精确定时协议分组同步的辅助部分定时支持的个案(ACase forAssisted Partial Timing Support Using Precision Timing ProtocolPacketSynchronization for LTE-A)

公布：2014年，IEEE

作者：Tim Pearson，Kishan Shenoi

[4]走向5G的道路：基础设施成本的必然增长(The road to 5G:Theinevitablegrowth of infrastructure cost)

公布：2018年，麦肯锡公司

作者：Grijpink，Alexandre Ménard，Halldor Sigurdsson，Nemanja Vucevic

[5]全球导航空间系统：可靠性和脆弱性(Global Navigation Space Systems:Reliance and Vulnerabilities)

公布：2011年，皇家工程学院

作者：Martyn Thomas博士

[6]对GNSS的破坏对英国的经济影响(The economic impact on the UK ofadisruption to GNSS)

公布：2017年，伦敦经济

作者：Greg Sadlier，Rasmus

[7]国家风险估计：由全球定位系统中断对美国关键基础设施造成的风险(National Risk Estimate:Risks to United States Critical InfrastructurefromGlobal Positioning System Disruptions)

公布：2011年，美国国土安全局

作者：Brandon D.Wales

[8]实时海上干扰条件下GNSS/IMU/DVL综合的性能表征(PerformanceCharacterization of GNSS/IMU/DVL Integration under Real Maritime JammingConditions)

公布：2018年，MDPI，瑞士巴塞尔

作者：Ralf Ziebold，Daniel Medina，Michailas Romanovas，Christoph Lass，Stefan Gewies