本发明涉及通讯领域，特别是涉及一种时钟同步的方法、时间基准源设备和时钟复现设备。
背景技术
随着无线5g(第五代移动通信技术，5generation)通信技术的不断发展，未来通讯对时钟同步网的同步性能提出了更高的要求，近期人们提出的利用基站提供定位服务要求，时间精度要求在±200ns左右，lte-advanced(长期演进技术升级版，longtermevolutionadvanced)的关键技术comp-jp(多点协同传输处理)中要求相邻基站间的相对时间精度在±500ns左右；未来5g系统室内定位需要ns量级精度，然而，传统gps授时精度在30ns左右，无法满足未来5g时钟需求。
技术实现要素：
本发明提供一种时钟同步的方法、时间基准源设备和时钟复现设备，用以解决现有技术的如下问题：未来5g系统室内定位需要ns量级精度，然而，传统gps授时精度在30ns左右，无法满足未来5g时钟需求。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种时钟同步的方法，包括：第一网元根据所述第一网元和第二网元针对预定卫星的各自网元钟差确定时间偏差修正信息，并发送所述时间偏差修正信息至所述第二网元，以同步所述第二网元的时钟。
可选的，第一网元根据所述第一网元和第二网元针对预定卫星的各自网元钟差确定时间偏差修正信息，包括：所述第一网元根据第一本地钟差和第二本地钟差确定所述第一网元与第二网元的网元钟差；其中，所述第一本地钟差是所述第一网元与预定卫星之间的，所述第二本地钟差是所述第二网元与所述预定卫星之间的；所述第一网元根据所述网元钟差确定向所述第二网元发送的校正时钟的时间偏差修正信息。
可选的，第一网元根据第一本地钟差和第二本地钟差确定所述第一网元与第二网元的网元钟差之前，还包括：第一网元根据测量得到星历和导航信息确定所述第一本地钟差；所述第一网元接收来自第二网元的所述第二本地钟差。
另一方面，本发明还提供一种时钟同步的方法，包括：所述第二网元接收来自第一网元的时间偏差修正信息，以完成时钟同步，其中，所述时间偏差修正信息是根据所述第一网元和所述第二网元针对预定卫星的各自网元钟差确定的。
可选的，第二网元接收来自第一网元的时间偏差修正信息，以完成时钟同步，包括：第二网元接收第一网元根据网元钟差确定的校正时钟的时间偏差修正信息，所述网元钟差为所述第一网元根据第一本地钟差和第二本地钟差确定的所述第一网元与所述第二网元之间的网元钟差；其中，所述第一本地钟差是所述第一网元与预定卫星之间的，所述第二本地钟差是所述第二网元与所述预定卫星之间的；所述第二网元根据所述时间偏差修正信息调整本地时钟。
可选的，第二网元接收第一网元根据网元钟差确定的校正时钟的时间偏差修正信息之前，还包括：所述第二网元根据测量得到星历和导航信息确定所述第二本地钟差；所述第二网元将所述第二本地钟差发送至所述第一网元。
另一方面，本发明还提供一种时间基准源设备，包括：第一卫星接收机、第一鉴相器、第一时钟源、第一数据处理器；所述第一卫星接收机，接收卫星导航信号，并解析所述卫星导航信号中的卫星星历数据；所述第一鉴相器，测量所述第一时钟源与预定卫星星钟之间的时间间隔；所述第一数据处理器，根据所述星历数据和所述时间间隔确定与所述预定卫星之间的第一伪距和第一本地钟差；获取时钟复现设备的第二本地钟差，并根据所述第一本地钟差和所述第二本地钟差确定与所述时钟复现设备的钟差，根据所述钟差向所述时钟复现设备发送校正时钟的时间偏差修正信息。
可选的，所述第一时钟源为原子钟时钟源。
可选的，所述第一鉴相器的测量精度为亚纳秒级。
另一方面，本发明还提供一种时钟复现设备，包括：第二卫星接收机、第二鉴相器、第二时钟源、第二数据处理器；所述第二卫星接收机，接收卫星导航信号，并解析所述卫星导航信号中的卫星星历数据；所述第二鉴相器，测量所述第二时钟源与预定卫星星钟之间的时间间隔；所述第二数据处理器，根据所述星历数据和所述时间间隔确定与所述预定卫星之间的第二伪距和第二本地钟差，并将所述第二本地钟差发送至时间基准源设备；接收来自所述时间基准源设备的时间偏差修正信息，并根据所述时间偏差修正信息和本地时钟频率的老化曲线调整本地时钟。
可选的，还包括：外部时间输入输出接口，接收外部输入的时钟信息，并将内部时钟信息进行输出。
可选的，所述外部时间输入输出接口至少包括一下之一：2m时钟输入输出口，10m时钟输入输出口，1588ptp接口。
另一方面，本发明还提供一种时钟同步系统，该系统包括：上述的时间基准源设备，以及，上述的时钟复现设备。
本发明第一网元作为时间基准源设备，其根据第一网元和第二网元针对预定卫星的各自网元钟差确定时间偏差修正信息，就可以根据计算得到的钟差来修正第二网元的时钟，通过监测同一卫星来计算钟差，精确且快速的实现网元间的时钟同步，解决了现有技术的如下问题：未来5g系统室内定位需要ns量级精度，然而，传统gps授时精度在30ns左右，无法满足未来5g时钟需求。
附图说明
图1是本发明第一实施例中时钟同步的方法的流程图；
图2是本发明第二实施例中时钟同步的方法的流程图；
图3是本发明第三实施例中时间基准源设备的结构示意图；
图4是本发明第四实施例中时钟相差转换检测法示意图；
图5是本发明第四实施例中时钟同步系统的组网示意图；
图6是本发明第四实施例中时钟同步系统的一种示意图；
图7是本发明第四实施例中时钟同步系统的另一种示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术的如下问题：未来5g系统室内定位需要ns量级精度，然而，传统gps授时精度在30ns左右，无法满足未来5g时钟需求；本发明提供了一种时钟同步的方法、时间基准源设备和时钟复现设备，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明第一实施例提供了一种时钟同步的方法，该方法的流程如图1所示，包括步骤s102至s104：
s102，第一网元根据第一网元和第二网元针对预定卫星的各自网元钟差确定时间偏差修正信息。
第一网元根据第一本地钟差和第二本地钟差确定第一网元与第二网元的网元钟差；其中，第一本地钟差是第一网元与预定卫星之间的，第二本地钟差是第二网元与预定卫星之间的；第一网元根据网元钟差向第二网元发送校正时钟的时间偏差修正信息。
s104，发送时间偏差修正信息至第二网元，以同步第二网元的时钟。
本发明实施例第一网元作为时间基准源设备，其第一网元和第二网元针对预定卫星的各自网元钟差确定时间偏差修正信息，就可以根据计算得到的钟差来修正第二网元的时钟，通过监测同一卫星来计算钟差，精确且快速的实现网元间的时钟同步，解决了现有技术的如下问题：未来5g系统室内定位需要ns量级精度，然而，传统gps授时精度在30ns左右，无法满足未来5g时钟需求。
实现过程中，当第一网元根据第一本地钟差和第二本地钟差确定第一网元与第二网元的网元钟差之前，第一网元还需要根据确定第一本地钟差，在确定时，第一网元根据测量得到星历和导航信息来计算第一本地钟差。对于第二本地钟差，第二网元和第一网元类似，都可以计算自身网元的本地钟差，第一网元直接从第二网元处获取即可。
本发明第二实施例提供一种时钟同步的方法，该方法包括：第二网元接收来自第一网元的时间偏差修正信息，以完成时钟同步，其中，时间偏差修正信息是根据第一网元和第二网元针对预定卫星的各自网元钟差确定的。
实现的过程中，第二网元接收来自第一网元的时间偏差修正信息，以完成时钟同步的具体流程如图2所示，包括步骤s202至s204：
s202，第二网元接收第一网元根据网元钟差确定的校正时钟的时间偏差修正信息，网元钟差为第一网元根据第一本地钟差和第二本地钟差确定的第一网元与第二网元之间的网元钟差；
其中，第一本地钟差是第一网元与预定卫星之间的，第二本地钟差是第二网元与预定卫星之间的；
s204，第二网元根据时间偏差修正信息调整本地时钟。
本发明实施例的第二网元接收来自第一网元的时间偏差修正信息，并根据该时间偏差修正信息来调整本地钟差，以使调整后的第二网元的时钟能够与第一网元的时钟实现精确的同步，进而修正第二网元观测星钟、星历和路径传播延时等误差。具体实现时，考虑到第二网元时钟的老化问题，可以进一步参考本地时钟频率的老化曲线来调整本地钟差。
在第二网元接收第一网元根据网元钟差确定的校正时钟的时间偏差修正信息之前，第二网元根据测量得到星历和导航信息确定第二本地钟差，并将第二本地钟差发送至第一网元，以使得第一网元根据第二本地钟差和第一网元的第一本地钟差计算网元间的钟差。
本发明第三实施例还提供了一种时间基准源设备，该设备的结构示意如图3所示，包括：
第一卫星接收机11、第一鉴相器12、第一时钟源13、第一数据处理器14；其中，第一卫星接收机11，接收卫星导航信号，并解析卫星导航信号中的卫星星历数据；第一鉴相器12，测量第一时钟源13与预定卫星星钟之间的时间间隔；第一数据处理器14，根据星历数据和时间间隔确定与预定卫星之间的第一伪距和第一本地钟差；获取时钟复现设备的第二本地钟差，并根据第一本地钟差和第二本地钟差确定与时钟复现设备的钟差，根据钟差向时钟复现设备发送校正时钟的时间偏差修正信息。
在上述时间基准源设备中，第一数据处理器是主要的数据处理中心，其确定第一本地钟差，并计算与时钟复现设备之间的钟差，因此，时间基准源设备相当于上述第一实施例中实现时钟同步的方法的设备，第一数据处理器相当于实现时钟同步的方法的装置。
在其实现的过程中，由于是时钟基准源设备，因此上述的第一时钟源设置为原子钟时钟源，原子时钟源具有绝对的精确度。为了满足原子时钟源的精确度，第一鉴相器的测量精度需要设置为亚纳秒级。
基于上述时钟基准源设备，本实施例还提供了一种时钟复现设备，其与上述时间基准源设备交互，其结构也与时间基准源设备相似，包括：
第二卫星接收机、第二鉴相器、第二时钟源、第二数据处理器；其中，第二卫星接收机，接收卫星导航信号，并解析卫星导航信号中的卫星星历数据；第二鉴相器，测量第二时钟源与预定卫星星钟之间的时间间隔；第二数据处理器，根据星历数据和时间间隔确定与预定卫星之间的第二伪距和第二本地钟差，并将第二本地钟差发送至时间基准源设备；接收来自时间基准源设备的时间偏差修正信息，并根据时间偏差修正信息和本地时钟频率的老化曲线调整本地时钟。
本实施例时钟复现设备的第二数据处理器与上述时间基准源设备的第一数据处理器存在不同之处，本实施例时钟复现设备的第二数据处理器能够实现上述第二实施例中时钟同步的方法。
上述时钟复现设备还可以包括：外部时间输入输出接口，用于接收外部输入的时钟信息，并将内部时钟信息进行输出。对于该外部时间输入输出接口，其至少包括一下之一：2m时钟输入输出口，10m时钟输入输出口，1588ptp接口。
在具体实现上述过程时，通常将上述时间基准源设备和上述时钟复现设备结合使用，来实现整个交互过程，即将上述两个设备设置在同一时钟同步系统中。具体设备的使用交互过程此处不再赘述。
本发明第四实施例提供了一种实现超高精度时钟同步的方法，该方法的实现设备包括作为时间复现终端的网元a和作为时钟同步基准源的网元b，其过程包括：
(1)网元a和网元b以约定的观测计划同时观测所在地多个可视卫星(不局限于可视卫星，包括广播、电视、通讯和电力塔等可视媒介)，获取卫星的时钟信息(例如：星历、导航信息等)；
(2)网元a将本地参考时钟与各颗卫星星钟做比较，将本地时钟偏差信息通过网络传送给网元b；网元b也将本地时钟与各颗卫星星钟做比较，得到偏差信息。
(3)网元b的处理中心通过校正，修正网元a和网元b间的观测误差后(例如：卫星钟差、卫星轨道偏差、电离层延时偏差、对流层延时偏差、天线的相位中心位置偏差等)，计算得到网元a与网元b之间的时钟偏差，然后通过网络(包括有线、无线网或卫星通讯网等)将时钟修正信息发送给网元a。
(4)网元a接收到修正控制信息后，根据控制策略，调整本地时钟与网元b保持同步。
上述的网元a作为时间复现终端，网元b作为时钟同步基准源，下面，分别对上述时间复现终端和时钟同步基准源的结构进行说明。
时钟同步基准源包括以下几部分：卫星接收机、超高精度鉴相器、网络中高稳时间源和数据处理中心。
卫星接收机：接收卫星导航信号，解析卫星星历数据，测量各颗卫星与接收天线之间的伪距及本地钟差。采用双模双频卫星接收机支持bdsb1/b2+gpsl1/l2频段，有效提高电离层延迟修正精度，通过数据平滑处理优化伪距测量。多模卫星系统增加可视卫星数目，减少单卫星系统局限性，系统性能更加可靠、准确。
超高精度鉴相器：使用延迟链或时钟相位差转换的方法测量网络中高稳时钟源与星钟之间的时间间隔，鉴相精度达到亚ns级别，保证本方法和装置可以实现ns级别的超高精度时钟同步性能。其中：延迟链法采用粗、细检测相接合的方式，首先利用逻辑内部高频时钟进行脉冲计数实现时钟相位差大范围粗检测，然后利用逻辑内部加法进位延迟链实现相差小范围细检测，通过多次测量平滑测试数据实现亚ns级别的高精度鉴相器。
而时钟相位差转换法如图4所示，将clk1和clk2之间的相位差通过幅度相位检测器转换为模拟量(比如电压、电流等)，然后经过低通滤波器滤除高频噪声，再经过高精度adc转化为数字量，量化解析出时钟相位差，实现超高精度鉴相功能。
网络中高稳时钟源：利用多台原子钟为全网提供高精度、高稳定行及高可靠性的时钟源。
数据处理中心：通过通讯网络获取到时间复现终端测量数据及复现终端与卫星星钟的钟差数据，然后利用算法抵消基准源与复现终端相同的观测误差后计算出两地钟差，最后通过网络将控制信息回传给复现终端。
时间复现终端包括：卫星接收机、超高精度鉴相器、本地时钟信号发生器、处理单元和外部时钟输入输出接口。
卫星接收机：功能与时钟同步基准源的卫星接收机一致。
超高精度鉴相器：测量本地信号发生器与星钟之间的时间间隔，鉴相精度达到亚ns级别，保证本方法和装置可以实现ns级别的超高精度时钟同步性能。
本地时钟信号发生器：采用原子钟或高稳恒温晶振，根据控制指令调整本地时钟信号发生器跟随时钟同步基准源时钟。
处理单元：利用卫星接收机获取的星历、导航信息等，计算出复现终端与星钟钟差，及终端与卫星之间的伪距，然后通过网络将数据传送给时钟同步基准源设备。根据回传的两地钟差数据，接合控制策略调整本地时钟信号发生器，与同步基准源设备保持同步。
外部时钟输入输出接口：对外提供多种时钟接口，比如：2m时钟输入输出口、10m时钟输入输出口以及1588ptp接口，适用多种应用场合。
通讯网络包括：有线、无线通讯网或卫星通讯网。通讯网络主要用于传送时间复现终端时钟数据和卫星共视的星历、导航信息给时钟同步基准源，同时传送时钟同步基准源发送给时间复现终端的控制信息。当使用地面有线网络时，时钟同步基准源和复现终端之间启用ptp或1588等协议，借助1588算法计算出基准源和复现终端之间的offset和delay，辅助通过卫星共视方法得到的基准源和复现终端之间钟差数据，运行驾驭算法调控复现终端本地时钟信号发生器保持网络时钟同步。这样即使在卫星共视的方法不可用的条件下，也可以保证时钟复现终端与时钟基准源保持同步。
因为本发明可以实现超高精度的时间同步性能，所以网元a在与外部设备连接进行时间同步时，可以将网元a看作为外部设备的基准时间源，通过外部时钟输入接口，测试其他外部时间同步设备的性能。
下面结合附图和具体实例对上述过程进一步描述。
实例1：
如附图5所示，本发明装置的时间复现终端(网元a)和时间基准源(网元b)同时观测所在地gps可视卫星，图6中gps卫星天线获取信息后通过gps卫星接收机解析出星历、导航等信息，与图6中本地时钟信号发生器(高稳晶振或原子钟)产生的本地时钟进行超高精度鉴相，然后将本地时间偏差信息通过有线、无线通信网络或卫星通讯网传输到时间基准源设备(网元b)。
同时图6中时间基准源设备基于网络中的高稳时间源(比如铷原子钟或铯原子钟)，计算出与gps卫星导航系统的时间偏差。时间基准源设备(网元b)通过网络获取到时间复现终端(网元a)的时间偏差，对复现终端和基准源间的观测星钟、星历和路径传播延时等误差进行修正，然后计算出复现终端与基准源之间的时间偏差。以时间基准源(网元b)为基准，通过网络回传时间的修正信息给时间复现终端(网元a)。
时间复现终端(网元a)获取到时间偏差修正信息后，接合本地时钟频率的老化曲线，根据控制策略调整本地时间源(网元a)，与时间基准源(网元b)保持同步。
实例2：
如附图5所示，本发明装置的时间复现终端(网元a)和时间基准源(网元b)同时观测所在地北斗可视卫星，图6中北斗卫星天线获取信息后通过北斗卫星接收机解析出星历、导航等信息，与图6中本地时钟信号发生器(高稳晶振或原子钟)产生的本地时钟进行超高精度鉴相，然后将本地时间偏差信息通过有线、无线通信网络或卫星通讯网传输到时间基准源设备(网元b)。
同时图6中时间基准源设备基于网络中的高稳时间源(比如铷原子钟或铯原子钟)，计算出与北斗卫星导航系统的时间偏差。时间基准源设备(网元b)通过网络获取到时间复现终端(网元a)的时间偏差，对复现终端和基准源间的观测星钟、星历和路径传播延时等误差进行修正，然后计算出复现终端与基准源之间的时间偏差。以时间基准源(网元b)为基准，通过网络回传时间的修正信息给时间复现终端(网元a)。
时间复现终端(网元a)获取到时间偏差修正信息后，接合本地时钟频率的老化曲线，根据控制策略调整本地时间源(网元a)，与时间基准源(网元b)保持同步。
实例3：
小范围区域采用共视时钟广播塔的方式实现超高精度时钟同步。如附图7所示，本发明装置的时间复现终端(网元a)和时间基准源(网元b)同时观测所在地可视的时钟广播塔，图7中广播天线获取信息后通过接收机解析出时钟、导航等信息，与图7中本地时钟信号发生器(高稳晶振或原子钟)产生的本地时钟进行超高精度鉴相，然后将本地时间偏差信息通过有线、无线通信网络或卫星通讯网传输到时间基准源设备(网元b)。
同时图7中时间基准源设备基于网络中的高稳时间源(比如铷原子钟或铯原子钟)，计算出与时钟广播塔系统的时间偏差。时间基准源设备(网元b)通过网络获取到时间复现终端(网元a)的时间偏差，对复现终端和基准源间的观测路径传播延时等误差进行修正，然后计算出复现终端与基准源之间的时间偏差。以时间基准源(网元b)为基准，通过网络回传时间的修正信息给时间复现终端(网元a)。
时间复现终端(网元a)获取到时间偏差修正信息后，接合本地时钟频率的老化曲线，根据控制策略调整本地时间源(网元a)，与时间基准源(网元b)保持同步。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。