一种本地时钟调整方法、授时方法及装置与流程

本发明涉及通讯领域，尤其是一种本地时钟调整方法、授时方法及装置。

背景技术：

在LTE(长期演进型，Long Term Evolution)系统中，终端设备接入网络前需要与基站同步，保证网内基站时钟统一。对于此，运营商在组网时，都会为每个基站配置有GPS(全球定位系统，Global Positioning System)模块。

根据LTE系统的特性，LTE要求终端设备有很高的同步精度，尽量避免符号间干扰及终端设备间的干扰。在目前的技术中，终端设备的同步是通过同步信道完成的，这里的同步信道包括主同步信道及辅同步信道。通过解析同步信道，终端设备可以获取接入小区参数及定时信息，理论精度能达到1Ts(1Ts＝1/30720ms)。

目前的时间同步精度无法达到太高的水准，并且在初始同步过程中只是对相位的调整，并没有进行频率的调整，这样会使得终端设备会存在频率的偏差，并且该偏差会不断地进行累加，导致本地时钟的误差越来越大。

另外，现有的LTE系统的基站是使用GPS获取授时，那么，在设置基站布设网络时，其受到环境条件的限制较大，例如：对于设有严密的遮挡的环境，当基站通过GPS模块接收LTE系统发送的空口信号进行时间同步时，由于该环境是严密的遮挡环境，会对空口信号的传输有阻碍的作用，增加GPS模块接收空口信号的时延，甚至无法接收，从而导致该站点的时钟存在误差较大，达不到要求的授时精度，进而影响周边网络性能，降低用户的体验度。

技术实现要素：

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种本地时钟调整方法、授时方法及装置，解决现有终端设备从基站同步时间存在较大误差，无法达到授时所需精度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种本地时钟调整方法，包括：

接收基站发送的空口信号；

从所述空口信号中获取定时信息；

根据所述定时信息调整本地时钟，其中包括根据预定的方式计算本地时钟的频率偏移量，根据所述频率偏移量调整本地时钟的频率。

在本发明的一种实施例中，所述根据预定的方式计算本地时钟的频率偏移量包括：

根据一个或者多个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算时域相关值；

根据所述时域相关值进行反正切计算，得到所述本地时钟的频率偏移量。

在本发明的一种实施例中，根据一个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算时域相关值c为：

其中：Ncp为循环前缀的采样点数；n为正交频分多址符号的采样索引；a、b为常量，为1，2，3…Ncp中的任意整数；N为正交频分多址的采样点数；S(n)*为正交频分多址采样信号的采样数据的共轭；S(n+N)为一个正交频分多址采样数据的(n+N)个采样点的数据；

根据多个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算时域相关值c为：按照上述公式对每一个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算对应的时域相关值c；再求平均。

在本发明的一种实施例中，根据所述时域相关值进行反正切计算，得到所述本地时钟的频率偏移量Δf具体为：

其中：Ts为采样间隔，Ts＝1/30720000s。

在本发明的一种实施例中，根据所述定时信息调整本地时钟还包括：根据计算出的频率偏移量计算终端设备晶振的误差，根据计算出的误差对本地时钟晶振进行补偿调整。

在本发明的一种实施例中，根据所述定时信息调整本地时钟之后，还包括按照如下方式周期性调整所述本地时钟：

计算当前时间周期内本地时钟所积累的时间偏移量；

根据所述时间偏移量计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量；

根据所述时间偏移补偿量和所述时间周期内的时长，计算本地时钟的时间修正量；

根据所述时间修正量对所述本地时钟进行补偿调整。

在本发明的一种实施例中，所述计算当前时间周期内本地时钟所积累的时间偏移量包括：

计算当前时间周期内的各个子帧的时间偏移量；

根据当前时间周期内的各个子帧的时间偏移量或部分子帧的时间偏移量求平均值averageTimeOffset。

在本发明的一种实施例中，根据所述时间偏移量计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量包括：

根据所述平均值averageTimeOffset计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量ΔTa：

ΔTa＝averageTimeOffset-TimeOffsetLast

其中：TimeOffsetLast为本地时钟上一时间周期调整时的时间偏移量。

在本发明的一种实施例中，根据所述时间偏移补偿量和所述时间周期内的时长，计算本地时钟的时间修正量包括：

其中：T为当前时间周期；Error为本地时钟的误差；ppb为纳克级1ppb＝10-9。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种授时方法，其特征在于，包括：

根据上述的终端设备本地时钟调整方法调整本地时钟；

根据调整后的本地时钟对其他终端设备进行授时。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种本地时钟调整装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收基站发送的空口信号；

获取模块，用于从所述空口信号获取定时信息；

调整模块，用于根据所述定时信息调整本地时钟，其中包括根据预定的方式计算本地时钟的频率偏移量，根据所述频率偏移量调整本地时钟的频率。

在本发明的一种实施例中，所述调整模块包括：

时域相关值计算子模块，用于根据一个或者多个完整循环前缀的正交频分 多址符号采样数据计算时域相关值；

频率偏移量计算子模块，用于根据所述时域相关值进行反正切计算，得到所述本地时钟的频率偏移量；

频率调整子模块，用于根据所述本地时钟的频率偏移量调整本地时钟的频率。

在本发明的一种实施例中，所述调整模块还包括：

时间偏移量计算子模块，用于计算当前时间周期内本地时钟所积累的时间偏移量；

时间偏移补偿量计算子模块，用于根据所述时间偏移量计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量；

时间修正量计算子模块，用于根据所述时间偏移补偿量和所述时间周期内的时长，计算本地时钟的时间修正量；

时间调整子模块，用于根据所述时间修正量对所述本地时钟进行补偿调整。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种授时装置，包括：如上所述的本地时钟调整装置，以及授时模块；

所述本地时钟调整装置，用于接收基站发送的空口信号，从所述空口信号中获取定时信息，根据所述定时信息调整本地时钟，其中包括根据预定的方式计算本地时钟的频率偏移量，根据所述频率偏移量调整本地时钟的频率；

所述授时模块，用于根据所述本地时钟调整装置调整后的时钟对其他终端设备进行授时。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种本地时钟调整方法、授时方法及装置，终端设备通过直接接收空口信号，从所述空口信号的中获取定时信息，根据所述定时信息计算 本地时钟的频率偏移量，根据计算出的频率偏移量对本地时钟进行调整；相比现有技术只调整相位的方式，本发明最终调整后的本地时钟精准度更高；在此频率调整的基础之上，本发明还可以进一步根据调整后的本地时钟计算一个时间周期内的时间偏移量，并进行周期性的调整，进一步的减少本地时钟的时间误差，提高了同步授时的精度。除此之外，采用本发明的上述方案，在基站或者终端设备上设置所述本地时间调整装置，使得所述终端设备可以直接接收基站的空口信号，获取其中的定时信息，通过所述定时信息来计算调整本地时钟，不需要再在基站或者终端设备上配置GPS模块或者其他硬件来接收基站的空口信号，不但降低了授时同步所存在误差，达到授时所需精度，还简化了基站或终端设备的硬件结构和降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种本地时钟调整装置的示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种授时装置的示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种本地时钟调整方法的流程图；

图4为本发明实施例四提供的一种授时方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的一种本地时钟调整装置的示意图，如图1所示，所述本地时钟调整装置，包括：

接收模块11，用于接收基站发送的空口信号；

获取模块12，用于从所述空口信号获取定时信息；

调整模块13，用于根据所述定时信息调整本地时钟，其中包括根据预定的方式计算本地时钟的频率偏移量，根据所述频率偏移量调整本地时钟的频率。

在本实施例中，所述接收模块11负责接收LTE系统基站发送的空口信号。所述空口信号可以是所述基站产生的定时信息通过LTE系统指定的发送单元发送的空口信号，也可以是由其他模块发送的带有定时信息的其他空口信号。所述接收模块11可以根据基站的需要可以设计成对单独的空口射频信号接收，还可以设计成与基站的业务射频电路共用的接收装置，降低了基站的硬件设计成本，不需要配置GPS模块来作为本实施例的接收模块11也能接收信号进行授时同步，简化了基站或者终端设备的硬件结构和降低了成本，增强了用户的体验度。所述接收模块11接收到空口信号后，将所述空口信号输出给获取模块12进行提取定时信息，再由所述调整模块13根据所述定时信息计算用于调整本地时钟的时钟修正量，该调整模块13具体包括DSP芯片和DAC芯片，所述调整模块13除了调整频率偏移之外，还可以对本地时钟的相位进行调整。

在本实施例中，所述调整模块13包括时域相关值计算模块131、频率偏移量计算子模块132和频率调整子模块133；

时域相关值计算子模块131，用于根据一个或者多个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算时域相关值；

频率偏移量计算子模块132，用于根据所述时域相关值进行反正切计算，得到所述本地时钟的频率偏移量；

频率调整子模块133，用于根据所述本地时钟的频率偏移量调整本地时钟的频率。

进一步的，当所述时域相关值计算子模块131对一个完整循环前缀的正交 频分多址符号采样数据计算时域相关值时，所述计算时域相关值c为：

其中：Ncp为循环前缀的采样点数；n为正交频分多址符号的采样索引；a、b为常量，为1，2，3…Ncp中的任意整数；N为正交频分多址的采样点数；S(n)*为正交频分多址采样信号的采样数据的共轭；S(n+N)为一个正交频分多址采样数据的(n+N)个采样点的数据；

当所述时域相关值计算子模块131对多个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算时域相关值时，首先按照上述公式对每一个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算对应的时域相关值c；然后对每个时域相关值累加再求平均。

进一步的，所述频率偏移量计算子模块132对所述时域相关值计算子模块131计算出的时域相关值c进行反正切计算，得到所述本地时钟的频率偏移量Δf具体为：

其中：Ts为采样间隔，Ts＝1/30720000s。

在本实施例中，所述调整模块13还包括：

时间偏移量计算子模块134，用于计算当前时间周期内本地时钟所积累的时间偏移量；

时间偏移补偿量计算子模块135，用于根据所述时间偏移量计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量；

时间修正量计算子模块136，用于根据所述时间偏移补偿量和所述时间周期 内的时长，计算本地时钟的时间修正量；

时间调整子模块137，用于根据所述时间修正量对所述本地时钟进行补偿调整。

在本实施例中，所述调整模块13在对本地时钟调整的完成之后，还包括发起随机接入，使得终端设备与基站连接，获取基站计算出的终端设备与基站之间由于距离所产生的时延的时间偏移调整量，并根据所述时间偏移调整量进一步调整本地时钟。

实施例二：

如图2所示，为本发明实施例二提供的一种授时装置的示意图，所述授时装包括：本地时钟调整装置21，以及授时模块22；

本地时钟调整装置21为实施例一提供的本地时钟调整装置，用于接收基站发送的空口信号，从所述空口信号中获取定时信息，根据所述定时信息调整本地时钟，其中包括根据预定的方式计算本地时钟的频率偏移量，根据所述频率偏移量调整本地时钟的频率；

授时模块22，用于根据所述本地时钟调整装置调整后的时钟对其他终端设备进行授时。

在本实施例中，所述授时装置内置于所述终端设备中，所述终端设备通过设置本地时钟调整装置21可以直接接收到LTE系统基站发送的空口信号，并从所述空口信号中获取定时信息，根据所述定时信息计算出对本地时钟的相位、频率偏移和时间偏移进行调整的时钟修正量，使得本地时钟与LTE系统的基站时钟相对锁定，保证了终端设备与基站同步时钟时，除了存在终端设备与基站之间的距离时延时间偏移外，不会出现本地时钟也存在时间偏移的情况，进一步的提高了同步授时的精度；

进一步的，再通过所述授时模块22将通过所述本地时钟调整装置21调整后的本地时钟对其他设备进行授时，这里的其他设备可以是附属于该终端设备下的下级设备，也可以是与该终端设备同级别的终端设备。

实施例三：

图3为本发明实施例三提供的一种本地时钟调整方法的流程图，包括如下流程：

S301，接收基站发送的空口信号；

S302，从所述空口信号中获取定时信息；

S303，根据所述定时信息调整本地时钟，其中包括根据预定的方式计算本地时钟的频率偏移量，根据所述频率偏移量调整本地时钟的频率。

在步骤S301中，所述空口信号可以是所述基站产生的定时信息通过LTE系统指定的发送单元发送的空口信号，也可以是由其他模块发送的包括定时信息的空口信号；不管所述空口信号为其他模块还是指定的发送单元发送的，所述基站或者终端设备都不需要设置GPS模块也可以接收。在接收到所述空口信号后，执行步骤S302，提取定时信息，然后根据所述定时信息计算对本地时钟你进行调整的修正量，即是执行步骤S303。

在本实施例中，在步骤S303中包括根据所述定时信息计算频率偏移量，具体为包括对一个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据，有：

S(n)＝S(n+N)，n＝1,2…Ncp,N＝2048

当存在频偏时，假设频偏为Δf，那么：

假设由Δf产生的相位范围在(-π，π)，那么：

式中，T_S为采样间隔(1/30720000s)，N＝2048。

进一步的，根据一个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算时域相关值c为：

根据所述时域相关值计算本地时钟的频率偏移量Δf，具体为：

在本实施例中，当存在多个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据时，其计算时域相关值c为：按照上述计算时域相关值的公式对每一个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据计算对应的时域相关值c；再求平均；再根据所述对应的时域相关值计算本地时钟的频率偏移量Δf。

优选的，采用通过计算多个完整循环前缀的正交频分多址符号采样数据时域相关值c的方式计算计算频率偏移量Δf，计算多个时同样需要计算每个的时域相关值，然后累加起来除以个数，而用累加后在求平均值的方式会降低计算误差，而单个的计算会有出现较大的随机率，其误差较高，精确度低。

在本实施例中，在完成步骤S303后，还包括根据计算出的频率偏移量计算终端设备晶振的误差，具体为：

其中：Error2为本地晶振的误差；fcarry为信号的载波频率。

在本实施例中，在步骤S302之后，在步骤S303之前还包括根据所述获取 的定时信息对本地时钟的相位进行调整，对本地相位的调整包括半帧同步和帧同步；半帧同步是每相隔5毫秒的时间对空口信号帧进行一次采集获取该时刻的空口信号时钟，帧同步是每相隔10毫秒的时间对空口信号帧进行一次采集获取该时刻的空口信号时钟，每采集完一次后都与本地时钟进行相位的对比调整。

在本实施例中，在步骤S303后，还包括对本地时钟进行周期性的调整，具体的包括：计算当前时间周期内本地时钟所积累的时间偏移量，根据所述时间偏移量计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量，再根据所述时间偏移补偿量和所述时间周期内的时长，计算本地时钟的时间修正量，根据所述时间修正量对所述本地时钟进行补偿调整；在计算当前时间周期内积累的时间偏移量过程中，包括对当前时间周期内的每一个子帧进行计算对应的时间偏移量，然后再根据计算出的各子帧的时间偏移量进行求平均值；

在本实施例中，所述在计算当前时间周期内积累的时间偏移量过程中，包括对当前时间周期内的多个子帧进行计算对应的时间偏移量，然后再根据计算出的时间偏移量进行求平均值；

进一步的，计算每个子帧或者多个子帧的时间偏移量的步骤包括：

取宽带相关值并累加，每个时间偏移量对应的所有收发通道进行累加，所述带宽相关值为导频信号相关值，其计算公式为：

其中：Sum为带宽相关值累加值；S(n)为正交频分多址采样信号的采样数据；S(n+N)为一个正交频分多址采样数据的(n+N)个采样点的数据的共轭；Nrs为导频信号采样点数，由系统决定，最大值为200；

根据计算出的带宽累加值计算本地时钟的复数的相位Phase具体为：

Phase＝angle(sum)

根据计算出的复数的相位计算时间偏移量TimeOffset具体为：

其中：FFTsize为快速傅里叶变换点数；

进一步的，根据当前时间周期内的各个子帧的时间偏移量或部分子帧的时间偏移量求平均值averageTimeOffset。

优选的，采用多个子帧累加计算平均值的计算方式，可提高计算出的时间偏移量的精确度，降低由于随机因素而产生的计算误差。

进一步的，在本实施例中，根据所述时间偏移量计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量包括：根据所述平均值averageTimeOffset计算当前时间周期内本地时钟的时间偏移补偿量ΔTa，具体为：

ΔTa＝averageTimeOffset-TimeOffsetLast

其中：TimeOffsetLast为本地时钟上一时间周期调整时的时间偏移量。

优选的，当LTE系统的同步周期为20秒时，计算每个子帧的时间偏移量，然后选取本时间周期内的最后若干个中的平均值averageTimeOffset，优选的，选取最后64个子帧的时间偏移量中的平均值TO1，设当本地时钟上一时间周期调整时的时间偏移量为TL1，那么，周期20秒的时间内的偏移补偿量ΔTa＝TO1-TL1。

进一步的，在本实施例中，所述终端设备根据所述时间偏移补偿量和所述时间周期内的时长，计算本地时钟的时间修正量包括：

其中：T为当前时间周期；Error为本地时钟的误差；ppb为纳克级1ppb＝10-9。

在本实施例中，所述终端设备本地时钟调整方法还包括：所述终端设备在根据所述时间偏移补偿量和所述时间周期内的时长，计算本地时钟的时间修正量，并根据该时间修正量进行本地时钟调整之后，判断在一个时间周期内的时间偏移变化量是否大于T1，若是，则再次计算本地时钟误差Error，具体为：

其中：ΔTa1为时间偏移变化量；Time为产生时间偏移变化量的时间长度；

在本实施例中，所述本地时钟的时间补偿量是通过计算时间偏移量计算得出的，导致本地时钟可能还存在一定的时间偏差，还会存在一定的时间偏移量，因此，对于这种情况，所述终端设备还包括通过判断根据计算时间偏移量调整后的本地时钟在稳定后是否存在残留时间偏移，若是，则引入与残留时间偏移反方向的时钟频率偏移对本地时钟进行调整；

进一步的，判断本地时钟是否稳定的标准为在终端设备与基站进行时钟同步的周期内的时间偏移变化量小于mTs，则说明该本地时钟是稳定的，优选的，当同步的周期为20秒，且m＝3时，在20秒内所述本地时钟的时间偏移变化量小于3Ts，则进入判断本地时钟在稳定后是否存在残留时间偏移，若是，则引入与残留时间偏移反方向的时钟频率偏移量对本地时钟进行调整。

优选的，为了保证终端设备与基站的同步授时精确度更高，在进行周期性的根据时间修正量调整后，还包括判断在周期内时间偏移变化量是否大于预设值或者是否存在残留的时间偏移，若大于或者存在残留偏移，则进一步的进行计算补偿调整或者引入反方向的时钟频率偏移调整。

在本实施例中，所述终端设备本地时钟调整方法在进行完本地时钟的时间偏移补偿后，还包括发送随机接入信号，与基站建立连接获取基站下发的时间 偏移调整量，并根据所述时间偏移调整量对本地时钟进行补偿；

进一步的，这里的时间偏移调整量是指终端设备与基站之间由于存在距离的因素所产生的时延的时间偏移调整量，而该时间偏移量是通过终端设备与基站发起随机接入时，由基站计算并将计算到的该时间偏移调整量反馈回给终端设备，再由终端设备自己调整，最终实现终端设备与基站时钟的完全授时同步。

实施例四：

图4为本发明实施例四提供的一种本地时钟调整方法的流程图，包括如下流程：

步骤S401、S402、S403分别与实施例三的步骤S301、S302、S303的相同，在此就不再赘述。

S404，根据通过步骤S401、S402、S403调整后的本地时钟对其他终端设备进行授时。

在本实施例中，在对其他终端设备进行授时之前，首先要进行如实施例三的本地时钟调整方法，进一步的消除本地时钟本身存在的频率偏移和时间偏移。

进一步的，在通过如实施例三的本地时钟调整方法消除了本地时钟的时偏后，终端设备还需要发起随机接入，这里的随机接入是将所述终端设备与基站建立通信，通过接入基站获取基站下发的随机接入相应信令，并从该信令中获取时间偏移量Ta，该时间偏移量Ta代表了两倍的路程差引入的时延，所以使用Ta/2对时钟作进一步的补偿，使得本地时钟与基站时钟误差保证在一定范围的误差内。

在步骤S404中，在对其他终端设备进行授时需要通过预设的授时协议才能完成授时，优选的，所述授时协议可以为1588授时协议，但不限制于该授时协议。

本发明提供的本地时钟调整方法、授时方法及装置，能够在密封性较高的环境内，既能保证终端设备与基站的精准同步，又能降低终端设备的硬件成本，同时还降低了运营商在进行基站布网时的难度，并不需要考虑因为环境的因素影响信号的接收问题。进一步的，通过本发明提供的终端设备本地时钟调整方法、授时方法实现时钟同步的授时装置，降低了对基站的维护难度，同时，也不需要在终端设备上配置GPS模块，授时装置也能实现终端设备与基站的授时同步。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。