專利名稱：一種基于ip網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通訊領(lǐng)域中的無線基站的時鐘同步，具體的說，涉及一種基于IP 網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全球移動通信(GlobalSystem For Mobile Communication，簡稱為 GSM)是移動通訊中使用最廣泛的一種通訊標準。GSM系統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡(luò)通常稱為基站子系統(tǒng)(Base Station Subsystem, BSS)，由基站控制器(BSC)和BTS基站收發(fā)信機組成，通過無線接口同 移動臺相接，進行無線信號發(fā)送、接收及無線資源管理。無線基站要求精確的時鐘信號以便在多種應(yīng)用，例如空口傳輸中提供精確的定 時。通常的，無線基站使用 TCXO (Temperature CompensatedCrystal Osci 1 Iator，溫度補償 晶振)壓控晶振產(chǎn)生26MHz振蕩頻率作為本地時鐘信號，但隨著時間和溫度的變化，26MHz 振蕩頻率會有比較大的變化，從而影響空口無線傳輸質(zhì)量，并帶來對其它基站干擾和影響 手機接入。為此，需要對晶振的頻偏進行校正，也即對無線基站的時鐘進行校正。目前，對于 傳統(tǒng)的基于TDM傳輸方式的無線接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，BTS是從TDM的E1/T1鏈路中提取同步時 鐘信號，用以校對本地時鐘的振蕩頻率，以確?？湛跓o線傳輸質(zhì)量，解決由于頻偏導致的干 擾問題。但是在面臨全網(wǎng)IP化的今天，IP網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)多樣、靈活等優(yōu)勢，已經(jīng)使IP組網(wǎng)方式 逐漸成為主流。對于IP組網(wǎng)方式，則無法通過El鏈路獲取時鐘信號，而僅僅單純的通過IP 網(wǎng)絡(luò)物理層獲取的時鐘精度無法滿足無線通訊設(shè)備的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述背景，本發(fā)明提供了一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正方法及系 統(tǒng)，以便在IP網(wǎng)絡(luò)中為無線基站提供更加精確的時鐘。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正方法，包括校正數(shù)據(jù)采集過程無線基站獲取至少兩組校正數(shù)據(jù)，每一組校正數(shù)據(jù)包括第一 時間戳、第二時間戳、第三時間戳、第四時間戳；所述第一時間戳為無線基站向時鐘同步服 務(wù)器發(fā)送時鐘同步請求的時間，所述第二時間戳為時鐘同步服務(wù)器接收到所述時鐘同步請 求的時間；所述第三時間戳為時鐘同步服務(wù)器向無線基站發(fā)送時鐘同步響應(yīng)的時間；所述 第四時間戳為無線基站接收到所述時鐘同步響應(yīng)的時間；時鐘校正過程無線基站利用所述校正數(shù)據(jù)計算校正頻率差，根據(jù)校正頻率差對
本地時鐘進行校正，其中，校正頻率差根據(jù)公式/<= ’ +，-l x/JI到，式中，υ上述的方法，當無線基站通過多個校正頻率差進行校正時，還包括對所述校正頻 率差中的壞值進行過濾的步驟。上述的方法，當無線基站通過多個校正頻率差進行校正時，無線基站通過多個校 正頻率差的均值對本地時鐘進行校正。上述的方法，所述時鐘同步服務(wù)器為NTP同步源或PTP同步源。本發(fā)明還公開了一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正系統(tǒng)，包括校正數(shù)據(jù)采集模塊用于獲取至少兩組校正數(shù)據(jù)，一組校正數(shù)據(jù)包括第一時間戳、 第二時間戳、第三時間戳、第四時間戳；所述第一時間戳為無線基站向時鐘同步服務(wù)器發(fā) 送時鐘同步請求的時間，所述第二時間戳為時鐘同步服務(wù)器接收到所述時鐘同步請求的時 間；所述第三時間戳為時鐘同步服務(wù)器向無線基站發(fā)送時鐘同步響應(yīng)的時間；所述第四時 間戳為無線基站接收到所述時鐘同步響應(yīng)的時間；時鐘校正模塊利用所述校正數(shù)據(jù)采集模塊獲取的校正數(shù)據(jù)計算校正頻率差，根
據(jù)校正頻率差對本地時鐘進行校正，其中，校正頻率差根據(jù)公式& = :1+二4-小,得
、AN2 + AN3 )
至IJ，式中，f。ff為校正頻率差，f。為標準頻率，ΔN” ΔN2, ΔΝ3、八隊分別是兩組校正數(shù)據(jù)的 第一時間戳、第二時間戳、第三時間戳、第四時間戳的差值。上述的系統(tǒng)，還包括壞值過濾模塊用于當無線基站通過多個校正頻率差進行校正時，對所述校正頻 率差中的壞值進行過濾。上述的系統(tǒng)，當無線基站通過多個校正頻率差進行校正時，無線基站是通過多個 校正頻率差的均值對本地時鐘進行校正的。上述的系統(tǒng)，所述時鐘同步服務(wù)器為NTP同步源或PTP同步源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢本發(fā)明通過采集無線基站的時鐘同步請求的發(fā)送時間、時鐘同步服務(wù)器收到該請 求的時間、發(fā)送時鐘同步響應(yīng)的時間、無線基站收到該響應(yīng)的時間等數(shù)據(jù)對無線基站的本 地時鐘進行校正，從而提供精確的時鐘定時。


圖1是本發(fā)明示例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明示例的校正處理流程示意圖；圖3是本發(fā)明示例的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明示例的校正數(shù)據(jù)采集流程圖。
具體實施例方式下面對照附圖并結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做詳細說明。圖1示例性的描述 了本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖1僅描述了與本發(fā)明相關(guān)的部分，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，無線基站具有其他功能和結(jié)構(gòu)，但這些不在本發(fā)明的討論范圍內(nèi)。 圖1所示的示例性系統(tǒng)包括無線基站1、時鐘同步服務(wù)器2。無線基站1包含本地時鐘11、 校正數(shù)據(jù)采集模塊12、時鐘校正模塊13。
在圖1中，無線基站1通過校正數(shù)據(jù)采集模塊12向時鐘同步服務(wù)器2發(fā)送時鐘同 步請求3，并記錄下該時鐘同步請求3的發(fā)送時間作為第一時間戳Tl。其中，第一時間戳Tl 可以利用無線基站1的本地時鐘11，例如26M壓控晶振來獲取。
時鐘同步服務(wù)器2在收到時鐘同步請求3時，記錄下當前時間，作為第二時間戳 T2。而后，當時鐘同步服務(wù)器2向無線基站1發(fā)送時鐘同步響應(yīng)4時，同樣記錄下當前時 間，即以時鐘同步響應(yīng)4的發(fā)送時間作為第三時間戳T3。時鐘同步服務(wù)器2向無線基站1 發(fā)送的時鐘同步響應(yīng)4將包含第二時間戳T2和第三時間戳T3。第二時間戳T2和第三時間 戳T3的獲取，根據(jù)應(yīng)用場景的不同，可以具有不同的方式。例如時鐘同步服務(wù)器2可以從 自身攜帶的基準時鐘來獲取第二時間戳T2和第三時間戳T3，或者也可以通過GPS接收設(shè)備 由UTC(協(xié)調(diào)世界時)標準時鐘來獲取。無線基站1收到時鐘同步響應(yīng)4時，記錄下當前時間，即無線基站1的時鐘同步響 應(yīng)4的接收時間將作為第四時間戳T4。同樣的，第四時間戳T4可通過本地時鐘11來獲取。無線基站1的校正數(shù)據(jù)采集模塊11采集到校正數(shù)據(jù)(第一時間戳Tl、第二時間戳 T2、第三時間戳T4、第四時間戳T4)后，交給時鐘校正模塊13進行校正處理。數(shù)據(jù)采集過程在一次同步中需要反復進行，可以通過定時器的定時方式使得數(shù)據(jù) 采集得以周期性的進行，這種方式下，下一次的數(shù)據(jù)采集將可能與上一次的數(shù)據(jù)采集具有 一定的時間間隔；或者以無線基站收到時鐘同步響應(yīng)的事件觸發(fā)方式使得下一次的數(shù)據(jù)采 集緊隨著上一次的數(shù)據(jù)采集的結(jié)束而開始。圖4描述了兩次數(shù)據(jù)采集的過程，圖中，客戶端 即無線基站1，服務(wù)器端即時鐘同步服務(wù)器2，數(shù)據(jù)T10、T20、T30、T40是第一次采集的時間 戳數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)Τ11、Τ21、Τ31、Τ41是第二次采集的時間戳數(shù)據(jù)，ul = T20-T10，D1 = Τ40-Τ30 ； u2 = T21-T11，D2 = T41-T31。下面說明如何利用時間戳數(shù)據(jù)計算頻率差。1)按照客戶端和服務(wù)端的時間戳來計算ΔΤ1 = Tll-TlOΔΤ2 = T21-T20ΔΤ3 = T31-T30ΔΤ4 = T41-T402)按照發(fā)送時延來計算ΔΤ2 = ATl-ul+u2ΔΤ3 = AT4-D2+D1ΔΤ2+ΔΤ3 = Δ Tl+Δ T4_ul+u2_D2+Dl= Δ Tl+ Δ Τ4+ (u2+Dl) - (ul+D2)在本發(fā)明的示例中，采用FPGA計數(shù)時間，因此，在下面的推導中，時間數(shù)據(jù)采用計 數(shù)形式來表示。3)根據(jù)計數(shù)N =時間T X頻率F
AN2 AN3 _ AN1 AN4 AD--1--二--1---1
fc fc fc + foff fc + foff fc + foff其中，ΔN”ΔN2, ΔΝ3、ΔN4, AD 分別是 ΔΤ1、ΔΤ2、ΔΤ3、ΔΤ4、以及(u2+Dl)-(ul+D2)的計數(shù)形式表示。 其中，fc =標準頻率26MHz，foff為實際頻率與標準頻率的差值。4)考慮到網(wǎng)絡(luò)時延和抖動帶來的影響，在公式 —-Λ可以看作是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境造成的誤差，當該值小于IHz時，可以忽 也就是說-—----X fc < 1的時候，可以忽略網(wǎng)絡(luò)因素帶
^N2 + AN3
來的影響。則可以得到校正的頻率差為 依據(jù)TCXO晶振頻偏補償方式，將校正頻率差f。ff映射為TCXO晶振頻偏校正電壓， 晶振在校正電壓的控制下進行頻率校正。對于數(shù)據(jù)采集而言，兩次采集的間隔，即Tll-Tio 定時間隔越大，引入誤差越小。此外，為提高測量精度，可采用多次測量，然后對這些測量值 求均值。圖2示例性的描述了本發(fā)明的校正處理流程。圖2中，首先，在步驟S201，系統(tǒng)啟 動。在步驟S202，無線基站1的校正數(shù)據(jù)采集模塊12通過與時鐘同步服務(wù)器2的數(shù)據(jù)交 互，采集獲取到用于校正的數(shù)據(jù)并保存。此后，流程正式進入校正處理。在步驟S203，校正處理首先需要對采集到的數(shù)據(jù)進行過濾算法分析(可以通過無 線基站1中的壞值過濾模塊進行，該壞值過濾模塊未在說明書附圖中標示出)，以便將壞值 過濾ο
AD ,在步驟S204，根據(jù)前述頻率差計算過程，根據(jù)g +AN xJc判斷其是否滿
足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量門限要求。在判斷該數(shù)據(jù)滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量門限要求，即—ΧΛ <1時，
流程將向步驟S205進行，否則，流程則跳轉(zhuǎn)至步驟S209。在步驟S205，滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量門限要求的數(shù)據(jù)將被保存到合理數(shù)據(jù)區(qū)。通過網(wǎng)絡(luò)質(zhì) 量門限要求的篩選，可以過濾掉精度受網(wǎng)絡(luò)抖動、延時等因素影響較大的數(shù)據(jù)，而保存下比 較合理的數(shù)據(jù)。在步驟S206，當合理數(shù)據(jù)區(qū)中保存的合理數(shù)據(jù)的數(shù)量尚未達到預(yù)定的數(shù)值時，流 程將會回到步驟S202，繼續(xù)上述的數(shù)據(jù)采集、過濾、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量門限要求判斷等過程，一旦合理數(shù)據(jù)區(qū)中的合理數(shù)據(jù)量達到預(yù)定的數(shù)值(通常設(shè)定為10)時，流程將向步驟S207進行。在步驟S207，將以預(yù)定數(shù)據(jù)量的合理數(shù)據(jù)作為校正參考，采用頻偏計算算法，計算 出校正的頻率差，并將該校正頻率差通過D/A轉(zhuǎn)換算法，轉(zhuǎn)換為壓控電壓值對無線基站1的 26M壓控晶振進行校正控制，實現(xiàn)無線基站1的頻偏校正。
在步驟S208，當頻偏校正完成，則清空所有的數(shù)據(jù)區(qū)。在步驟S209，不滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量門限要求的數(shù)據(jù)將不會被保存，并在本次同步結(jié)束 后被清除。圖3示例性的描述了本發(fā)明的無線基站1的硬件結(jié)構(gòu)。應(yīng)當了解，圖3僅描述了 與本發(fā)明相關(guān)的部分，無線基站所應(yīng)當具有的其他結(jié)構(gòu)，并不在圖3的描述范圍內(nèi)。同時， 圖3也僅僅作為本發(fā)明的一個示例，而不限制必需采用圖3所示的硬件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)本發(fā)明。 圖3中，無線基站1包括的主要組件及其功能有微處理器芯片CPU 用于IP協(xié)議棧的實現(xiàn)和系統(tǒng)各模塊的功能控制?？删幊踢壿嬯嚵蠪PGA 用于對壓控振蕩器的輸出信號計數(shù)；26M壓控振蕩器OCXO模塊電壓可控的晶振，受溫漂和時漂影響較?。豢墒蹸PU控制的D/A高精度轉(zhuǎn)換芯片，用于輸出壓控值。在系統(tǒng)啟動完成硬件電路自檢后，CPU激活FPGA運行程序，完成各硬件模塊參數(shù) 初始化。FPGA對26M晶振輸出振蕩信號計數(shù)(如前所述，在本例中，系統(tǒng)采用的時間戳并不 是標準時間格式的時鐘，而是1至2~32的計數(shù)，是由26M振蕩器高低電平震蕩，由FPGA判斷 高低電平提供計數(shù)值)，轉(zhuǎn)換為64位格式(由于FPGA只能提供32位的計數(shù)，無法滿足精度 要求，因此做32到64位的轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換是在CPU中完成的)，單位假設(shè)為1/26000000S， 定時向提供IP時鐘同步源的時鐘同步服務(wù)器發(fā)送時間同步消息，協(xié)議可采用NTP(Network Time Protocol,網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議)或PTP(IEEE1588協(xié)議)，待收集齊一定數(shù)量的數(shù)據(jù)后，可 以根據(jù)統(tǒng)計學方法，例如去除偏移值最大最小數(shù)據(jù)，求取最優(yōu)的多組數(shù)據(jù)，而后對這些多組 數(shù)據(jù)求平均，計算出一定時間內(nèi)FPGA計數(shù)的偏差，轉(zhuǎn)換為電壓壓控值，校準26M晶振振蕩信 號。本發(fā)明的技術(shù)效果在于針對性強解決了當前IP組網(wǎng)環(huán)境下，時鐘和頻率同步的問題。組網(wǎng)靈活本發(fā)明可以完全集成于基站軟件中；且同一設(shè)備既可以作為客戶端進 行頻偏校正，同時可以作為校準的同步源提供給其他客戶端使用；實現(xiàn)成本低本發(fā)明可以全部用軟件實現(xiàn)，不需要其它外接設(shè)備；精度高通過以穩(wěn)定的時鐘同步源作為時鐘同步服務(wù)器，過濾掉受網(wǎng)絡(luò)抖動影響 較大的壞值，采用篩選后的數(shù)據(jù)計算壓控電壓值，可以獲得internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下0. Ippm精 度，局域網(wǎng)下0. Olppm精度的時鐘。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，但這只是 為便于理解而舉的實例，不應(yīng)認為本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，可以做出各種可能的等同 改變或替換，這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正方法，其特征在于，包括校正數(shù)據(jù)采集過程無線基站獲取至少兩組校正數(shù)據(jù)，每一組校正數(shù)據(jù)包括第一時間戳、第二時間戳、第三時間戳、第四時間戳；所述第一時間戳為無線基站向時鐘同步服務(wù)器發(fā)送時鐘同步請求的時間，所述第二時間戳為時鐘同步服務(wù)器接收到所述時鐘同步請求的時間；所述第三時間戳為時鐘同步服務(wù)器向無線基站發(fā)送時鐘同步響應(yīng)的時間；所述第四時間戳為無線基站接收到所述時鐘同步響應(yīng)的時間；時鐘校正過程無線基站利用所述校正數(shù)據(jù)計算校正頻率差，根據(jù)校正頻率差對本地時鐘進行校正，其中，校正頻率差根據(jù)公式得到，式中，foff為校正頻率差，fc為標準頻率，ΔN1、ΔN2、ΔN3、ΔN4分別是兩組校正數(shù)據(jù)的第一時間戳、第二時間戳、第三時間戳、第四時間戳的差值。F2009101065750C0000011.tif
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當無線基站通過多個校正頻率差進行校正 時，還包括對所述校正頻率差中的壞值進行過濾的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當無線基站通過多個校正頻率差進行校正 時，無線基站通過多個校正頻率差的均值對本地時鐘進行校正。
4.如權(quán)利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述時鐘同步服務(wù)器為NTP同步源 或PTP同步源。
5.一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正系統(tǒng)，其特征在于，包括校正數(shù)據(jù)采集模塊用于獲取至少兩組校正數(shù)據(jù)，一組校正數(shù)據(jù)包括第一時間戳、第二 時間戳、第三時間戳、第四時間戳；所述第一時間戳為無線基站向時鐘同步服務(wù)器發(fā)送時鐘 同步請求的時間，所述第二時間戳為時鐘同步服務(wù)器接收到所述時鐘同步請求的時間；所 述第三時間戳為時鐘同步服務(wù)器向無線基站發(fā)送時鐘同步響應(yīng)的時間；所述第四時間戳為 無線基站接收到所述時鐘同步響應(yīng)的時間；時鐘校正模塊利用所述校正數(shù)據(jù)采集模塊獲取的校正數(shù)據(jù)計算校正頻率差，根據(jù)校正頻率差對本地時鐘進行校正，其中，校正頻率差根據(jù)公式+X/JI到，式中，& 為校正頻率差，f。為標準頻率，ANp AN2、AN3、AN4分別是兩組校正數(shù)據(jù)的第一 時間戳、第二時間戳、第三時間戳、第四時間戳的差值。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括壞值過濾模塊用于當無線基站通過多個校正頻率差進行校正時，對所述校正頻率差 中的壞值進行過濾。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，當無線基站通過多個校正頻率差進行校正 時，無線基站是通過多個校正頻率差的均值對本地時鐘進行校正的。
8.如權(quán)利要求5至7任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘同步服務(wù)器為NTP同步源 或PTP同步源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于IP網(wǎng)絡(luò)的無線基站時鐘校正方法及系統(tǒng)，包括校正數(shù)據(jù)采集過程無線基站獲取至少兩組校正數(shù)據(jù)，每一組校正數(shù)據(jù)包括第一時間戳、第二時間戳、第三時間戳、第四時間戳；所述第一時間戳為無線基站向時鐘同步服務(wù)器發(fā)送時鐘同步請求的時間，所述第二時間戳為時鐘同步服務(wù)器接收到所述時鐘同步請求的時間；所述第三時間戳為時鐘同步服務(wù)器向無線基站發(fā)送時鐘同步響應(yīng)的時間；所述第四時間戳為無線基站接收到所述時鐘同步響應(yīng)的時間；時鐘校正過程無線基站利用所述校正數(shù)據(jù)計算校正頻率差，根據(jù)校正頻率差對本地時鐘進行校正，其中，校正頻率差根據(jù)公式得到。本發(fā)明能夠為無線基站的頻偏進行校正，從而提供更精確的時鐘。
文檔編號H04W56/00GK101860952SQ20091010657
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者周輝, 姚幸林, 楊鋒, 邰春玲 申請人:中興通訊股份有限公司