一种时钟同步的方法和系统、端站与流程

本发明涉及通信领域，具体涉及一种时钟同步的方法和系统、端站。

背景技术：

在远洋出海的船上，长时间出海却需要和陆地保持通信，但由于海运环境限制无法使用有线通信，只能通过卫星转发方式实现地面和船上终端之间的通信，基于卫星通信的基站有多种，如收发信机基站(Base Transceiver Station,BTS)或其他类型基站。

BTS基站是一种基于多频时分多址(Multi Frequency Time Division Multiple Access MF-TDMA)方式的基站，在BTS基站的工作过程中，需要保持端站的时钟和主站的时钟同步或频率同步，如果端站和主站之间的频率偏差较大，则会造成频偏，使用户无法接入，甚至出现掉话、通话超时等故障。目前对BTS基站进行时钟同步是利用全球定位卫星(Global Positioning System,GPS)接收机实现，但使用GPS接收机进行时钟同步(频率同步)有以下缺点：保证GPS接收机正常使用，接收到来自上方天空至少三颗卫星的信号是必要条件。当然在需要同步的时候，头顶肯定不会总是“一整片蓝天”，所以信号强度不足是GPS的硬伤之一。在BTS基站安装GPS接收机，增加了成本。

技术实现要素：

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种时钟同步的方法和系统、端站，解决现有通过GPS进行时钟同步需要安装GPS接收机导致成本高以及信号强度不差的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种时钟同步的方法，包括：

端站接收主站通过数字广播卫星转发的无线信号，所述无线信号包括所述主站时间信息；

所述端站从所述无线信号中提取到所述主站时间信息；

所述端站根据所述主站时间信息与所述主站进行时钟同步。

在本发明的一种实施例中，所述主站时间信息包括：

所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间

或

所述主站时间信息包括所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间和传输延迟时间。

在本发明的一种实施例中，当所述主站时间信息包括所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间时；所述端站从所述无线信号中提取到所述主站时间信息包括：所述端站从所述无线信号中提取到所述主站时间信息所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间；所述端站根据所述主站时间信息与所述主站进行时钟同步包括：所述端站获取传输延迟时间；将所述发送时间和所述传输延迟相加之和作为同步标准时间；将所述端站的本地时间设置为所述同步标准时间。

在本发明的一种实施例中，当所述主站时间信息包括所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间和传输延迟时间时；所述端站从所述无线信号中提取到所述主站时间信息包括：所述端站从所述无线信号中提取到所述主站时间信息所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间和传输延迟时间；所述端站根据所述主站时间信息与所述主站进行时钟同步包括：将所述发送时间和所述传输延迟相加之和作为同步标准时间；将所述端站的本 地时间设置为所述同步标准时间。

在本发明的一种实施例中，在将所述端站的本地时间设置为所述同步标准时间之前还包括：获取接收所述无线信号的接收时间；判断所述接收时间与所述同步标准时间是否相同；如果不同，则将所述端站的本地时间设置为所述同步标准时间。

在本发明的一种实施例中，所述无线信号的数据格式为数据帧；所述数据帧包括串行描述数据总线的数据头；所述获取接收所述无线信号的接收时间包括：将所述端站识别输出所述串行描述数据总线的数据头的时间作为所述接收时间。

在本发明的一种实施例中，所述无线信号的数据格式为数据帧；所述数据帧包括数据总线上的有效数据的数据主体；所述端站从所述无线信号中提取到所述主站时间信息包括：从所述数据总线上的有效数据的数据主体解析得到所述主站时间信息。

为解决上述问题，本发明还提供一种时钟同步的方法，包括：

主站通过数字广播卫星转发的无线信号给端站，所述无线信号包括所述主站时间信息；

所述端站接收所述无线信号；

所述端站从所述无线信号中提取到所述主站时间信息；

所述端站根据所述主站时间信息与所述主站进行时钟同步。

为解决上述问题，本发明还提供一种端站，包括发送模块、提取模块和同步模块：

所述发送模块用于接收主站通过数字广播卫星转发的无线信号，所述无线信号包括所述主站时间信息；

所述提取模块用于从所述无线信号中提取到所述主站时间信息；

所述同步模块用于根据所述主站时间信息与所述主站进行时钟同步。

在本发明的一种实施例中，所述主站时间信息包括：

所述发送模块向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间

或

所述主站时间信息包括所述发送模块向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间和传输延迟时间。

在本发明的一种实施例中，当所述主站时间信息包括所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间时；所述提取模块还用于从所述无线信号中提取到所述主站时间信息所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间；所述同步模块还用于获取传输延迟时间；将所述发送时间和所述传输延迟相加之和作为同步标准时间；将所述端站的本地时间设置为所述同步标准时间。

在本发明的一种实施例中，当所述主站时间信息包括所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间和传输延迟时间时；所述提取模块还用于从所述无线信号中提取到所述主站时间信息所述主站向所述数字广播卫星发送所述无线信号的发送时间和传输延迟时间；所述同步模块还用于将所述发送时间和所述传输延迟相加之和作为同步标准时间；将所述端站的本地时间设置为所述同步标准时间。

在本发明的一种实施例中，所述同步模块还用于在将所述端站的本地时间设置为所述同步标准时间之前，获取接收所述无线信号的接收时间；判断所述接收时间与所述同步标准时间是否相同；如果不同，则将所述端站的本地时间设置为所述同步标准时间。

为解决上述问题，本发明还提供一种时钟同步的系统，其特征在于，包括主站和端站：

所述主站用于通过数字广播卫星转发的无线信号给所述端站，所述无线信号包括所述主站时间信息；

所述端站用于接收所述无线信号，从所述无线信号中提取到所述主站时间信息；以及根据所述主站时间信息与所述主站进行时钟同步。

本发明的有益效果是：

本发明提供的时钟同步的方法和系统、端站，端站接收主站通过数字广播卫星转发的无线信号，无线信号包括主站时间信息；端站从无线信号中提取到主站时间信息；端站根据主站时间信息与主站进行时钟同步。与现有技术相比，不需要通过GPS进行同步，而是直接将主站时间信息携带在主站发送的无线信号中，能够基于主站与端站进行网络通信实际调制编码器和接收解调解码器就能够实现主站和端站的时钟同步，避免了需要安装GPS接收机，能够降低成本；进一步，通过主站与端站直接进行时钟同步，信号强度好，能够避免GPS卫星高空带来的信号强度弱的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的时钟同步的方法流程图；

图2-1为本发明实施例二提供的时钟同步的方法流程图；

图2-2为本发明实施例二提供的时钟同步的方法中的帧的帧结构示意图；

图2-3为本发明实施例二提供的时钟同步的方法中的端站上调谐器和解调器芯片的连接示意；

图2-4为本发明实施例二提供的时钟同步的方法中端站上解析数据信号流 程图；

图2-5为本发明实施例二提供的时钟同步的方法中串行描述数据总线输出信号的时间顺序示意图；

图2-6为本发明实施例二提供的时钟同步的方法中数据总线输出信号的时间顺序示意图；

图2-7为本发明实施例二提供的时钟同步的方法中形成同步时钟序列的流程图；

图3为本发明实施例三提供的端站结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的钟同步的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

实施例一：

本申请实施例的时钟同步的方法，如图1所示，该方法包括：

S101：端站接收主站通过数字广播卫星转发的无线信号，无线信号包括主站时间信息；

在该步骤中，这里的数字广播卫星主要指的是以作为DVB-S(Digital Video Boradcasting System for satellite broadcasting)，以及使带宽利用更有效的DVB-S2(second generation DVB System for satellite broadcasting and unicasting)进行传输的卫星，这里的无线信号主要是指通过卫星传输高品质视频和高级服务的无线信号，这里的主站时间信息是指能够为端站进行时钟同步的所有时间。优选的，主站时间信息包括主站发送无线信号的时间。即将发送无线信号的时间携带在无线信号中，这里让端站可以根据该时间来进行时钟同步。具体的，由于端站和主站之间有一定的延迟时间，端站在得到发送无线信号的时间后还得知道他与主站之间的延迟时间，一般的该延迟时间是相对固定的值，端站根据发送无线信号的时间和该延时时间就可以得到一个同步的时间，就将本地时钟根据该同步的时间进行同步。进一步，为了便于端站直接进行时钟同步，主站时间信息还包括无线信号到达端站的延迟时间，即直接将发送无线信号的时间和延迟时间都携带在无线信号中，让端站直接得到进行后续的时钟同步。这里的无线信号指的是各种能够携带主站时间信息的信号，具体的无线数据信号的数据格式可以是数据报文、数据包和数据帧等。

S102：端站从无线信号中提取到主站时间信息；

在该步骤中，由于主站时间信息是携带在无线信号中的，那么要具体得到该主站时间信息就得对无线信号处理，得到对应的主站时间信息。具体的，由于地面主站通过网关接入互联网，在主站上，原始的数据报文被封装成DVB-S2格式，经过调制器调制到和卫星对应的频点，主站产生射频信号通过天线发给卫星转发器，信号经过转发器放大，转发给船上的端站；端站接收到射频信号经过下变频变成基带信号，然后经过解调和解码恢复出原始的数据。即如权利要求1的时钟同步的方法，其特征在于，端站接收主站通过数字广播卫星转发的无线信号包括：端站接收主站通过数字广播卫星转发无线信号对应的射频信号；端站将射频信号进行信号转换处理得到对应的数字正交信号；端站对数字正交信号进行解调解码后得到对应的无线信号。无线信号包括数据总线上的有 效数据的数据主体；数据总线上的有效数据的数据主体包括主站时间信息；端站解析无线信号得到主站时间信息包括：从据总线上的有效数据的数据主体解析得到主站时间信息。

S103：端站根据主站时间信息与主站进行时钟同步。

在该步骤中，具体的可以是直接根据主站时间信息对端站的本地时钟进行时钟同步；即不管本地时钟是否出错，都进行与主站的时钟进行同步。这样就可能会存在大量了同步操作，为了降低该部分的处理，优选的，还以是先判断端站的本地时钟与主站时钟是否相同，如不相同，则进行时钟同步。也就是说只有在于主站时钟不同步的情况下才对本地时钟进行时钟同步处理。具体的，判断端站的本地时钟与主站时钟是否相同包括：获取接收无线信号的接收时间；根据主站时间信息和接收时间判断所本地时钟与主站时钟是否相同。进一步，由于正常处理过程中，端站在接收无线信号后还要进行相关的处理才能得到具体的主站时间信息，在该处理过程中具有一定的延迟，并且该延迟的时间很难确定，为了准确的确定具体接收无线信号的接收时间，减小判断误差，优选的，无线信号包括串行描述数据总线的数据头；获取接收无线信号的接收时间包括：将端站识别输出串行描述数据总线的数据头的时间作为接收时间。即由于端站在接收无线信号后，马上就能识别输出串行描述数据总线的数据头，没有后续处理过程，这样就可以很好确定具体收到无线信号的时间，当然其他可以确定无线信号的时间的方式也可以实现。

进一步，为了时刻保证主站与端站之间的时钟是同步的，也就是说主站会通过数字广播卫星不断转发的无线信号给端站，优选的，让主站根据预设周期通过数字广播卫星不断转发的无线信号给端站，这里为了减小物理层的开销，又能达到网络同步的目的，主站是以80毫秒为预设周期发送带有主站时间信息 的无线信号。那么端站就是周期性的得到这些无线信号，为了便于对这些无线信号对应的主站时间信息进行后续时间同步，优选的，形成同步时钟序列；具体的，根据多少无线信号形成同步时钟序列可以是各无线信号还包括串行描述数据总线的数据主体和数据总线上的有效数据的数据主体；串行描述数据总线的数据主体包括第一物理帧计数器；数据总线上的有效数据的数据主体包括第二物理帧计数器和主站时间信息；根据多少无线信号形成同步时钟序列包括：根据各无线信号的第一物理帧计数器形成队列；根据各第一物理帧计数器找到对应的各第二物理帧计数器；根据各第二物理帧计数器找到对应的数据总线上的有效数据的数据主体，从数据总线上的有效数据的数据主体中提取各主站时间信息形成同步时钟序列。例如，该无线信号为数据帧，那么在端站接收解调解码之前，检测到达的帧头部分SOF，然后从帧数据部分中解析主站时间信息NCR，就知道了主站的同步时间戳，周期收到的NCR信息对应的SOF序列形成一个稳定的同步时钟序列，然后我们就可以像一般基站那样处理同步，把这个同步时钟序列送到锁相环进行校准，就可以代替GPS，实现和主站保持时钟同步的目的。

具体的，主站时间信息包括：主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间或主站时间信息包括主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间和传输延迟时间。

当主站时间信息包括主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间时；端站从无线信号中提取到主站时间信息包括：端站从无线信号中提取到主站时间信息主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间；端站根据主站时间信息与主站进行时钟同步包括：端站获取传输延迟时间；将发送时间和传输延迟相加之和作为同步标准时间；将端站的本地时间设置为同步标准时间。

当主站时间信息包括主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间和传输延迟时间时；端站从无线信号中提取到主站时间信息包括：端站从无线信号中提取到主站时间信息主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间和传输延迟时间；端站根据主站时间信息与主站进行时钟同步包括：将发送时间和传输延迟相加之和作为同步标准时间；将端站的本地时间设置为同步标准时间。

进一步，在将端站的本地时间设置为同步标准时间之前还包括：获取接收无线信号的接收时间；判断接收时间与同步标准时间是否相同；如果不同，则将端站的本地时间设置为同步标准时间。

具体的，无线信号的数据格式为数据帧；数据帧包括串行描述数据总线的数据头；获取接收无线信号的接收时间包括：将端站识别输出串行描述数据总线的数据头的时间作为接收时间。

具体的，无线信号的数据格式为数据帧；数据帧包括数据总线上的有效数据的数据主体；端站从无线信号中提取到主站时间信息包括：从数据总线上的有效数据的数据主体解析得到主站时间信息。

实施例二：

本申请实施例的时钟同步的方法，如图2-1所示，该方法包括：

S201：主站周期性通过数字广播卫星转发的无线信号，该无线信号包括主站时间信息；

在该步骤中，具体的，以数据帧为例，主站上经过调制编码并封装后的DVB-S2帧如图2-2所示，帧头部分分成SOF段和PLSC(Physical LayerSignaling Code)段，其中XFECFRAME(complex Forward Error Correction Frame)表示数据部分。帧头共有90个符号组成，其中SOF占有26个符号，转换成十六进制 是18D2E82HEX，这一段数据信息在DVB-S2协议中是固定不变的，针对DVB-S2协议帧格式的这一特点，我们可以在主站上把网络时钟参考NCR(Network Clock Reference)封装在XFECFRAME里面，并周期的发送承载NCR的数据帧。这里的网络时钟参考是主站时间信息的一种具体例子，当然其他的时钟信息也可以。

S202：端站接收无线信号，并根据该数字信号解析得到主站时间信息，并形成同步时钟序列；

S203：端站根据同步时钟序列进行与主站的时钟同步。

在上述步骤S202中，具体的，在接收端站上，我们使用了独立的调谐器Tuner和解调芯片Demod，2-3所示，为端站上调谐器和解调器芯片的连接示意。这里推荐采用意法半导体公司的STV6111B加STV0910ADB芯片组，外部控制器uController和Tuner和Demod是按照I2C(Inter-Integrated Circuit)协议进行通信。Tuner负责把天线接收的射频信号搬移到零频附近，然后把模拟正交IQ(Inphase and Quadrature)信号送给Demod。整个Demod的处理流程由图2-4所示，为时钟同步的方法中端站上解析无线信号流程图，具体的为端站上解析并匹配串行描述数据SDD(Serial data description)总线SOF和数据总线上的有效数据的流程，在Demod内部，模拟IQ信号经过模数转换器ADC(Analog-to-Digital Converter)采样、量化转化为数字IQ信号，然后经过解调、解码，最后由传输流管理模块Transport stream manager在数据总线输出原始的数据帧，数据总线包括输出时序CLKOUT、数据总线上的有效数据的数据STROUT、D/P、数据总线上的有效数据的数据主体DATA等，其中，数据总线上的有效数据的数据STROUT中包含数据总线上的有效数据的数据头STROUT_SOF具体的时序图如图2-5所示。

为了正确地使Demod输出SOF，我们可以通过配置图2-3中通用输入输出 GPIO(General Purpose Input Output)交换矩阵，选择固定的GPIO管脚作为SDD总线输出，SDD总线输出串行描述数据总线的数据头SDD_SOF、Symbol Clock和串行描述数据总线的数据主体SD_data,SDD总线输出信号时序如图2-6所示。

由于无线信号从主站发射到卫星，从卫星再到端站接收，中间过程存在传播延时。另外在接收端处理过程中，Tuner和Demod内部处理也会带来硬件运算的延时，我们希望所有延时加起来是一个固定值，这样端站处理起来不会引入太大误差。

对比图2-5和图2-6，需要特别注意的是，数据总线STROUT也有标识起始帧的STROUT_SOF，它是表示整个DVB-S2数据帧经过解调和译码才输出的，而SDD总线上的SOF是DVB-S2数据头被识别即输出，没有经过后面的解调和译码过程。我们知道，DVB-S2支持码率范围从1/4到9/10,支持QPSK、8PSK、16PSK和32APSK四种解调方式，不同码率和解调方式组合花的时间都有变化。如果我们使用STROUT上的SOF当做定时同步时钟源，由于不同码率下的物理帧长不同，不同解调方式造成处理延迟不固定，这样到达的时刻点就不是一个固定值，所以时钟同步一定要用SDD总线上的SOF输出。

主站发射端，单个帧上的SOF和数据XFECFRAME是一一对应的，可是在端站接收端，串行描述数据总线的数据头SDD_SOF是在SDD总线上输出，数据是在数据总线DATA上输出，同一帧的SOF和数据输出时刻也有偏差，SOF总是先于数据，为了保证SOF和数据的不发生错位，我们发现SD_data和数据总线Data都有一个指示当前属于哪个物理帧的计数器PLFRAME_counter，把这两个字段提取出来，然后比较，可以判断串行描述数据总线的数据头SDD_SOF和DATA是否是同一帧，具体如图2-7所示，包括：

步骤S2021：开辟两块足够大的缓存Buffer，不断收取SDD_SOF、SD_data 以及数据总线上的STROUT和DATA；

具体的，Buffer0读取SDD总线上的SOF、SD_data；Buffer1读取数据总线上的STROUT_SOF、DATA。

步骤S2022：从SDD_SOF的时间戳得到帧到达的精确时刻，提取SD_data中的第一物理帧的计数器PLFRAME_couter1，存在队列中；

步骤S2023：数据总线检测到STROUT_SOF后，从DATA取到数据，并提取包含在DATA中的第二物理帧的计数器PLFRAME_couter2；

步骤S2024：比较PLFRAME_couter2和队列中的PLFRAME_couter1，如果大小相等，就判断是同一帧，如果两个PLFRAME_couter有差值，根据差值在队列移动对应步长，找到当前数据在队列中对应的SDD_SOF。

实施例三：

本申请实施例提供一种端站300，如图3所示，包括发送模块301、提取模块302和同步模块303：发送模块301用于接收主站通过数字广播卫星转发的无线信号，无线信号包括主站时间信息；提取模块302用于从无线信号中提取到主站时间信息；同步模块303用于根据主站时间信息与主站进行时钟同步。

具体的，主站时间信息包括：发送模块向数字广播卫星发送无线信号的发送时间或主站时间信息包括发送模块向数字广播卫星发送无线信号的发送时间和传输延迟时间。

具体的,当主站时间信息包括主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间时；提取模块302还用于从无线信号中提取到主站时间信息主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间；同步模块303还用于获取传输延迟时间；将发送时间和传输延迟相加之和作为同步标准时间；将端站的本地时间设置为同步 标准时间。

具体的，当主站时间信息包括主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间和传输延迟时间时；提取模块还用于从无线信号中提取到主站时间信息主站向数字广播卫星发送无线信号的发送时间和传输延迟时间；同步模块还用于将发送时间和传输延迟相加之和作为同步标准时间；将端站的本地时间设置为同步标准时间。

进一步，同步模块303还用于在将端站的本地时间设置为同步标准时间之前，获取接收无线信号的接收时间；判断接收时间与同步标准时间是否相同；如果不同，则将端站的本地时间设置为同步标准时间。

本申请实施例提供一种时钟同步的系统，包括主站400和端站300：

主站400用于通过数字广播卫星转发的无线信号给端站300，无线信号包括主站时间信息；

端站300用于接收无线信号，从无线信号中提取到主站时间信息；以及根据主站时间信息与主站进行时钟同步。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均 应涵盖在本发明的权利要求范围当中。