一种卫星通信网络时钟同步方法、装置及基站与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种卫星通信网络时钟同步方法、装置及基站。

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铺设光纤，传统的基站无法部署，只能通过卫星通信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,，简称BTS)或其他类型基站。

BTS是一种基于多频时分多址(Multi Frequency Time Division Multiple Access，简称MF-TDMA)方式的基站，在BTS基站的工作过程中，需要保持作为端站的BTS的时钟与作为主站的BTS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。目前在端站上进行与主站的时钟同步是利用全球定位卫星(Global Positioning System，简称GPS)接收机实现，但使用GPS接收机进行时钟同步或频率同步，存在以下缺点：

1、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。

2、在作为端站的BTS上安装GPS接收机，增加了成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种卫星通信网络时钟同步方法、装置及基站，克服现有的端站利用GPS接收机进行时钟同步时信号强度不足及成本高的缺陷。

本发明采用的技术方案是，所述卫星通信网络时钟同步方法，包括：

一旦接收到主站通过卫星转发来的数据帧，就从所述数据帧中获取标准时钟信息，并基于所述标准时钟信息在端站本地进行时钟同步。

进一步的，所述数据帧是基于第二代数字卫星广播系统标准(second generation DVB System for satellite broadcasting，简称DVB-S2)协议进行封装的。

进一步的，接收到主站通过卫星转发来的数据帧的确定方式，包括：

根据接收到的数据帧的帧头部分的帧起始信息，判定已接收到主站通过卫星转发来的相应的数据帧。

进一步的，所述一旦接收到主站通过卫星转发来的数据帧，就从所述数据帧中获取标准时钟信息，包括：

通过解调芯片对接收到的数据帧进行处理，对数据帧的帧头部分的处理结果由串口数据描述信息总线输出，对数据帧的数据部分的处理结果由数据总线输出；

每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息。

进一步的，所述每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息，包括：

每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，执行以下步骤：

从串口数据描述信息总线输出的处理结果中提取出数据帧的帧头部分的帧计数器数值，称为第一帧计数器数值；从数据总线输出的处理结果中提取出数据帧的数据部分的帧计数器数值，称为第二帧计数器数值；

若第一帧计数器数值与第二帧计数器数值相等，则从数据总线输出的相应 数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息；

若第一帧计数器数值大于第二帧计数器数值，则记录第一帧计数器数值大于第二帧计数器数值之间的差值，等到所述差值数量的数据帧到来后，从数据总线输出的该数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息。

本发明还提供一种卫星通信网络时钟同步装置，设置于作为端站的BTS中，该装置包括：

时钟同步模块，用于一旦接收到主站通过卫星转发来的数据帧，就从所述数据帧中获取标准时钟信息，并基于所述标准时钟信息在端站本地进行时钟同步。

进一步的，所述数据帧是基于DVB-S2协议进行封装的。

进一步的，所述时钟同步模块，具体用于：

根据接收到的数据帧的帧头部分的帧起始信息，判定已接收到主站通过卫星转发来的相应的数据帧。

进一步的，所述时钟同步模块，具体用于：

通过解调芯片对接收到的数据帧进行处理，对数据帧的帧头部分的处理结果由串口数据描述信息总线输出，对数据帧的数据部分的处理结果由数据总线输出；

每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息。

本发明还提供一种BTS，作为端站运行，该BTS中包括上述卫星通信网络时钟同步装置。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述卫星通信网络时钟同步方法、装置及基站，在端站上通过接收 从主站上周期性的发来的携带有标准时钟信息的数据帧，从数据帧中获取标准始终信息在本地进行时钟同步，可以代替GPS进行时钟同步，降低了在端站上使用GPS接收机的成本且保证了时钟同步过程所需的信号的强度。

附图说明

图1为本发明第一实施例的BTS的端站和主站间进行时钟同步的系统组成示意图；

图2为本发明第一实施例的卫星通信网络时钟同步方法流程图；

图3为本发明第一实施例的DVB-S2格式的数据帧结构示意图；

图4为本发明第三实施例的卫星通信网络时钟同步装置组成结构示意图；

图5为本发明第六实施例的端站内部组成连接示意图；

图6为本发明第六实施例的解调芯片的输出数据总线输出信号的时序示意图；

图7为本发明第六实施例的SDD总线输出信号的时序示意图；

图8为本发明第六实施例的端站解析并匹配SDD总线的SOF和数据总线上的Data的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

本发明第一实施例，一种卫星通信网络时钟同步方法，如图2所示，包括以下具体步骤：

步骤S101，一旦接收到主站通过卫星转发来的数据帧，就从所述数据帧中获取标准时钟信息；

具体的，所述数据帧是基于DVB-S2协议进行封装的。作为数字卫星广播系统标准(Digital Video Broadcasting System for satellite broadcasting，简称 DVB-S)的继任者，使带宽利用更有效的DVB-S2是为应对通过卫星传输高品质视频和高级服务而设计的。支持DVB-S2，只需要很少的资金投入，因为它只涉及到广播前端的两个方面：调制编码器和接收解调解码器，调制编码器可以位于主站上，接收解码器可以位于端站上。

BTS的端站和主站间进行时钟同步的系统组成如图1所示，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格式的数据帧，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，转发给海面船上的端站；端站接收到射频信号后，经过下变频处理变成基带信号，然后经过解调和解码恢复出原始的数据报文。如果端站再接上WiFi模块，把手机安装特定的App，就能在远洋船上实现打电话、上网、看视频等功能。

主站上，经过调制编码并封装后的DVB-S2格式的数据帧如图3所示，帧头部分PLHEADER分成SOF(Start Of Frame，帧起始信息)段和PLSCODE(Physical Layer Signaling Code，物理层信号码)段，其中XFECFRAME(complex Forward Error Correction Frame，复杂前向纠错帧)表示数据部分。帧头共由90个符号组成，其中SOF占有26个符号，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，可以在主站上周期性的发送携带标准时钟信息的DVB-S2格式的数据帧，在端站接收解调解码之前，检测到达的数据帧的帧头部分的SOF，就可以代替GPS作为定时源，将标准时钟信息送到端站的锁相环进行校准，到达和主站保持时钟同步的目的。故，接收到主站通过卫星转发来的数据帧的确定方式可以是：根据接收到的数据帧的帧头部分的帧起始信息SOF，判定已接收到主站通过卫星转发来的相应的数据帧。

进一步的，步骤S101包括：

通过解调芯片对接收到的数据帧进行处理，对数据帧的帧头部分的处理结果由串口数据描述信息总线输出，对数据帧的数据部分的处理结果由数据总线输出；对数据帧的数据部分的处理，包括：通过解调芯片对接收到的数据帧的 数据部分进行解调解码。

每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息。

更进一步的，对于具体的解调芯片，在解调芯片中通过配置GPIO交换矩阵选择固定的GPIO管脚作为串口数据描述信息总线的输出管脚；

采用解调芯片对接收到的数据帧的数据部分进行处理，并通过传输流管理模块在数据总线上输出原始的数据报文；从原始的数据报文中可以获取标准时钟信息。

步骤S102，基于所述标准时钟信息在端站本地进行时钟同步。

具体的，可以将标准时钟信息送到锁相环进行校准，到达和主站保持时钟同步的目的。

本发明第二实施例，一种卫星通信网络时钟同步方法，本实施例所述方法与第一实施例大致相同，区别在于，在步骤S101中，每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息，具体包括：

每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，执行以下步骤：

从串口数据描述信息总线输出的处理结果中提取出数据帧的帧头部分的帧计数器数值，称为第一帧计数器数值；从数据总线输出的处理结果中提取出数据帧的数据部分的帧计数器数值，称为第二帧计数器数值；第一帧计数器数值和第二帧计数器数值均用于记录当前数据帧的个数编号，即当前帧是第几帧；

若第一帧计数器数值与第二帧计数器数值相等，则从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息；

设第一帧计数器数值和第二帧计数器数值均从小到大计数，若第一帧计数器数值大于第二帧计数器数值，则记录第一帧计数器数值大于第二帧计数器数值之间的差值，等到所述差值数量的数据帧到来后，从数据总线输出的该数据 帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息，用于在端站本地进行时钟同步。

本实施例中之所以要分别提取两个总线中的帧计数器数值进行比较进而确定应该从哪个数据帧中获取标准时钟信号，是考虑到通过解调芯片对接收到的数据帧进行处理时，对数据帧的帧头部分的处理无需经过解调解码，而对数据帧的数据部分的处理须经过解调解码处理过程，因此有数据总线输出的信号中的帧计数器的数值可能就晚于串口数据描述信息总线输出的信号中的帧计数器的数值，也就是说，之前凭借以判断数据帧达到的数据帧帧头部分的帧起始信息所在的数据帧与刚解调解码的数据部分所在的数据帧可能不是同一个数据帧，为了保证是同一个数据帧，就需要去看数据帧的帧头部分的帧计数器数值与数据部分经过解调解码后提取出的帧计数器数值是否一致，如果是一致的，才可以从这个数据帧的数据部分提取标准时钟信息，否则，需要根据上述两个帧计数器数值的差值等待相应数量的数据帧达到后，再从到达的数据帧的数据部分提取标准时钟信息。

本发明第三实施例，与第一实施例对应，本实施例介绍一种卫星通信网络时钟同步装置，设置于作为端站的BTS中，如图4所示，该装置包括以下组成部分：

1)信息获取模块401，用于一旦接收到主站通过卫星转发来的数据帧，就从所述数据帧中获取标准时钟信息；

具体的，所述数据帧是基于DVB-S2协议进行封装的。

信息获取模块401，具体用于：

根据接收到的数据帧的帧头部分的帧起始信息，判定已接收到主站通过卫星转发来的相应的数据帧。

信息获取模块401通过解调芯片对接收到的数据帧进行处理，对数据帧的帧头部分的处理结果由串口数据描述信息总线输出，对数据帧的数据部分的处理结果由数据总线输出；每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信 息时，从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息。

2)时钟同步模块402，用于基于所述标准时钟信息在端站本地进行时钟同步。

具体的，可以将标准时钟信息送到锁相环进行校准，到达和主站保持时钟同步的目的。

本发明第四实施例，与第二实施例对应的介绍一种卫星通信网络时钟同步装置，本实施例所述装置与第三实施例大致相同，区别在于，信息获取模块401具体用于：每当检测到串口数据描述信息总线输出一个帧起始信息时，执行以下步骤：

从串口数据描述信息总线输出的处理结果中提取出数据帧的帧头部分的帧计数器数值，称为第一帧计数器数值；从数据总线输出的处理结果中提取出数据帧的数据部分的帧计数器数值，称为第二帧计数器数值；第一帧计数器数值和第二帧计数器数值均用于记录当前数据帧的个数编号，即当前帧是第几帧；

若第一帧计数器数值与第二帧计数器数值相等，则从数据总线输出的相应数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息；

设第一帧计数器数值和第二帧计数器数值均从小到大计数，若第一帧计数器数值大于第二帧计数器数值，则记录第一帧计数器数值大于第二帧计数器数值之间的差值，等到所述差值数量的数据帧到来后，从数据总线输出的该数据帧的数据部分的处理结果中获取标准时钟信息，用于在端站本地进行时钟同步。

本发明第五实施例，一种BTS，可以作为实体装置来理解，包括第三实施例或者第四实施例中的卫星通信网络时钟同步装置。

本发明第六实施例，本实施例是在上述实施例的基础上，结合附图5～8介绍一个本发明的应用实例。

本实施例在端站上，使用了独立的调谐器Tuner和解调芯片Demod，如图5所示，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，然后把模拟的IQ(Inphase and Quadrature)信号送给Demod。在Demod内部，模拟IQ信号经过ADC采样、量化转化为数字IQ信号，然后经过解调、解码，最后由Transport stream managers模块在数据总线输出原始的数据帧，数据总线包括CLKOUT、STROUT、D/P、DATA等，具体的时序图如图6所示。

为了正确地使Demod输出SOF，可以通过配置GPIO交换矩阵，选择固定的GPIO管脚作为SDD总线输出，SDD(Serial Data Description，串口数据描述信息)总线输出SOF、Symbol Clock和SD_data，时序如图7所示。

对比图6和图7，需要特别注意的是，数据总线STROUT也有标识起始帧的帧起始信息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数据帧的帧头被识别即输出，没有经过后面的解调和译码过程。公知的，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。如果使用STROUT上的SOF当作定时同步时钟源，不同码率和解调方式造成延迟不固定，所以时钟同步一定要用SDD总线上的SOF输出。为了区分开，这里分别叫做STROUT_SOF和SDD_SOF。

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，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，利用SD_data和数据总线Data都有的一个指示当前属于哪个数据帧的帧计数器PLFRAME_counter，把这两个字段提取出来，然后比较， 可以判断SDD_SOF和DATA是否是同一帧，如图8所示，具体措施如下：

步骤1，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；

步骤2，当检测到SDD总线输出的SDD_SOF时，提取SD_data中的PLFRAME_couter1，存在队列1中；

步骤3，当检测到数据总线输出的STROUT_SOF后，从DATA取到数据，并提取包含在DATA中的PLFRAME_couter2，存在队列2中；

步骤4，比较PLFRAME_couter2和PLFRAME_couter1，如果大小相等，就判断是同一个数据帧，如果两个PLFRAME_couter有差值，根据差值在队列2移动对应步长，即等到在队列2中与当前SDD_SOF对应的数据。

本发明实施例的所述卫星通信网络时钟同步方法、装置及基站，在端站上通过接收从主站上周期性的发来的携带有标准时钟信息的数据帧，从数据帧中获取标准始终信息在本地进行时钟同步，可以代替GPS进行时钟同步，降低了在端站上使用GPS接收机的成本且保证了时钟同步过程所需的信号的强度。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。