一种适用于毫米波射频拉远模块的时钟同步装置及系统的制作方法

本发明涉及射频拉远技术，特别是涉及一种适用于毫米波射频拉远模块的时钟同步装置及系统。

背景技术：

目前，基带和射频相分离的架构已广泛应用于移动通信系统中，其中基带处理部分构成基带模块，通常称为bbu（basebandunit），射频处理部分构成射频拉远模块，通常称之为rru（radioremoteunit）。采用射频拉远模块可以解决机房选址困难以及减少馈线损耗等问题，提高系统效率。时钟同步技术是射频拉远单元的关键技术。

近年来，随着低频波段频谱越来越拥挤以及用户对宽带通信技术要求的不断提升，移动通信应用毫米波的情况越来越多。在移动通信中采用毫米波，可以获得较宽的工作频带，增加通信容量，同时还可以实现较窄波束，从而获得较高eirp值、减少终端天线尺寸，其应用前景十分广泛，属于未来移动通信技术的主要发展方向。

bbu和rru通常采用光接口通信，光接口部分包含收发模块和serdes（serializer&deserializer，串行数据收发器）实现，数据传输速率高达数gbps。在目前rru系统中，常采用的方法是采用锁相环从高速传输的数据流中提取bbu的时钟信号，产生rru的时钟信号。rru的时钟信号需要满足如下时钟要求：1、时钟精度的要求；2、时钟的相位噪声及抖动要求；3、时钟同步要求。由于毫米波rru工作在毫米波频段，其较高的工作频率对时钟的性能提出了更高要求，尤其是在多级rru级联条件下，随着级数的增加，时钟精度会呈现非线性的恶化增加趋势，从而无法满足更多级的级联要求。可以看出，现有从bbu中恢复rru的时钟方案已无法满足毫米波rru前端对高性能时钟的需求，因此需要新的时钟同步方法来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于毫米波射频拉远模块的时钟同步装置及系统，通过增加单独的高性能时频子系统和时频终端子系统，为bbu、rru和射频前端提供时频信号，能够满足毫米波rru前端对高性能时钟的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于毫米波射频拉远模块的时钟同步装置，包括时频子系统和至少一个时频终端子系统；

所述时频子系统包括gps/北斗授时接收单元、时码单元、频标单元、光发射机和外部时频系统接口，所述外部时频系统接口用于接入外部时频系统的同步信息和参考时钟；

所述时码单元的输入端分别与gps/北斗授时接收单元和外部时频系统接口连接，用于根据来自gps/北斗授时接收单元的时间信息或外部时频系统的同步信息，产生n+1路同步信息，其中n路同步信息对外输出，另一路同步信息通过光发射机分为n路后传输给时频终端子系统；所述频标单元的输入端与外部时频系统接口，用于根据来自外部时频系统的或本地铷钟的参考时钟信息，为所述时码单元提供参考时钟，并产生n+1路参考时钟，其中n路参考时钟对外输出，另一路参考时钟通过光发射机分为n路后传输给各个时频终端子系统；

每一个时频终端子系统均包括n个光接收机和与所述光接收机一一对应的n个频标分路模块，在每一个时频终端子系统中，所述光接收机的输入端与所述时码单元中的光发射机连接；每个光接收机对应于光发射机的一路同步信息输出和一路参考时钟输出；所述光接收机将接收到的同步信息对外输出，同时将接收到参考时钟后传输给对应的频标分路模块，由所述频标分路模块进行整形、滤波和放大后分路k路送至k个时钟输出模块，得到k路参考时钟对外输出。

优选地，所述gps\北斗接收单元包括互为备份的gps接收机和北斗接收机，所述gps接收机用于接收gps卫星导航信号，产生utc时间信息和1pps基准信号；所述北斗接收机用于接收北斗二代的卫星导航信号，产生utc时间信息和1pps基准信号。

进一步地，所述时码单元包括接收模块、时码产生模块、时码分路模块和时码监控模块；

所述接收模块，用于接收gps接收机或北斗接收机输出的utc时间信息和1pps基准信号，并传输给时码产生模块；

所述时码产生模块，用于对来自接收模块的时间信息进行编码得到同步信息，同时对来自频标单元的参考时钟进行分频，得到1hz信号，并实现与1pps秒信号同步，当1hz信号与1pps秒信号之间的同步误差大于指标要求时就告警，并自动启动重新同步；

所述时码分路模块，用于将编码得到的同步信息或来自外部时频系统接口的同步信息进行分路，产生n+1路同步信息；

所述时码监控模块，用于时码单元各模块的状态监控与控制，并通过自带的串口对外输出监控信息。

进一步地，所述频标单元包括铷钟、第一信号切换开关、锁相环a、锁相环b、第二信号切换开关、信号分路模块、显示控制面板、频标监控单元和n+1时钟输出模块；

所述第一信号切换开关的一个输入端连接所述外部时频系统接口，接入外部视频系统参考时钟，第一信号切换开关的另一个输入端连接所述铷钟，第一信号切换开关的输出端分别与锁相环a和锁相环b连接，所述锁相环a和锁相环b的输出端均与第二信号切换开关的输入端连接，所述第二信号切换开关的输出端与信号分路模块连接，由所述信号分路模块将接收到的参考时钟分为n+1路，生成n+1路参考信号，每一路参考信号传输给一个时钟输出模块进行输出；

所述第一信号切换开关默认选择使用外部时频系统送来的参考时钟；锁相环a和锁相环b互为热备份，均为低噪声窄带锁相环；

所述频标监控单元，用于在外部时频系统送来的参考时钟故障时，控制第一信号切换开关自动切换到内部铷钟；并在一套锁相环故障时，控制第二信号切换开关自动切换到另一套锁相环；切换同时，与频标监控单元连接的显示控制面板进行告警指示，并通过监控串口上报设备故障。

进一步地，所述光发射机包括调制模块、复用器、光放大器、光分路器、一个波长为λ1的光源、一个波长为λ2的光源；

所述调制模块，用于将同步信息和参考时钟两个信号分别通过两个不同波长的光源调制到光信号上；

所述复用器，用于将两个不同波长的光信号以波分复用的方式合并到一根光纤上并通过光放大器放大后传输给光分路器；

所述光分路器，用于将接收到的光信号进行分为n路，每路信号通过一根光纤送到时频终端子系统中的一个光接收机。

进一步地，所述光接收机包括解复用器、解调模块；

光接收机中的解复用器通过波分解复用将波长为λ1和λ2的光信号分开，并通过解调模块将两个不同的光信号还原为同步信息和参考时钟，将同步信息对外输出，将参考时钟传输给对应的频标分路模块。

进一步地，所述频标分路模块包括缓冲模块和k个时钟输出模块，所述缓冲模块的输入端接收来自光接收机的参考时钟，用于对接收到的参考时钟进行整形、滤波和放大后分为k路后传输给k个时钟输出模块，由k个时钟输出模块输出k路参考时钟。

一种适用于毫米波射频拉远模块的时钟同步系统，包括所述的时钟同步装置和多组射频拉远组件；

每一组射频拉远组件均包括一个基带处理模块bbu，每一个基带处理模块bbu均通过光纤连接有至少一个射频拉远模块rru，每一个射频拉远模块rru均连接有至少一个射频前端；

各个射频拉远组件中的bbu以及所述时钟同步装置的时频子系统位于同一个bbu布设区域内，时频子系统输出的同步信息和参考时钟均分别传输到每一个射频拉远组件的bbu，从而为各个bbu提供时频参考；

各个射频拉远组件中的rru分布于一个或多个rru布设区域内，每一个rru布设区域内均设置有一个所述的时频终端子系统，所述rru与其连接的射频终端位于相同的rru布设区域中；

每一个时频终端子系统输出的同步信息，分别传输给该时频终端子系统所在rru布设区域内的每一个rru，每一个时频终端子系统输出的参考时钟分别传输给该时频终端子系统所在rru布设区域内的每一个rru和射频前端。

本发明的有益效果是：本发明通过增加单独的高性能时频子系统和时频终端子系统，为bbu、rru和射频前端提供时频信号，能够满足毫米波rru前端对高性能时钟的需求。

附图说明

图1为时频同步系统原理框图。

图2为时频子系统原理框图。

图3为时码单元原理框图。

图4为频标单元原理框图。

图5为光发射原理框图。

图6为单路波分复用解复用工作框图。

图7为时频终端子系统框图。

图8为频标分路单元原理框图。

图9为时钟同步系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种适用于毫米波射频拉远模块的时钟同步装置，包括时频子系统和至少一个时频终端子系统；

如图2所示，所述时频子系统包括gps/北斗授时接收单元、时码单元、频标单元、光发射机和外部时频系统接口，所述外部时频系统接口用于接入外部时频系统的同步信息和参考时钟；

所述时码单元的输入端分别与gps/北斗授时接收单元和外部时频系统接口连接，用于根据来自gps/北斗授时接收单元的时间信息或外部时频系统的同步信息，产生n+1路同步信息，其中n路同步信息对外输出，另一路同步信息通过光发射机分为n路后传输给时频终端子系统；所述频标单元的输入端与外部时频系统接口，用于根据来自外部时频系统的或本地铷钟的参考时钟信息，为所述时码单元提供参考时钟，并产生n+1路参考时钟，其中n路参考时钟对外输出，另一路参考时钟通过光发射机分为n路后传输给各个时频终端子系统；

在本申请的实施例中，所述gps\北斗接收单元包括互为备份的gps接收机和北斗接收机，所述gps接收机用于接收gps卫星导航信号，产生utc时间信息和1pps基准信号；所述北斗接收机用于接收北斗二代的卫星导航信号，产生utc时间信息和1pps基准信号。

如图3所示，所述时码单元包括接收模块、时码产生模块、时码分路模块和时码监控模块；

所述接收模块，用于接收gps接收机或北斗接收机输出的utc时间信息和1pps基准信号，并传输给时码产生模块；

所述时码产生模块，用于对来自接收模块的时间信息进行编码得到同步信息，同时对来自频标单元的参考时钟进行分频，得到1hz信号，并实现与1pps秒信号同步，当1hz信号与1pps秒信号之间的同步误差大于指标要求时就告警，并自动启动重新同步；

所述时码分路模块，用于将编码得到的同步信息或来自外部时频系统接口的同步信息进行分路，产生n+1路同步信息；

所述时码监控模块，用于时码单元各模块的状态监控与控制，并通过自带的串口对外输出监控信息。

如图4所示，所述频标单元包括铷钟、第一信号切换开关、锁相环a、锁相环b、第二信号切换开关、信号分路模块、显示控制面板、频标监控单元和n+1时钟输出模块；

所述第一信号切换开关的一个输入端连接所述外部时频系统接口，接入外部视频系统参考时钟，第一信号切换开关的另一个输入端连接所述铷钟，第一信号切换开关的输出端分别与锁相环a和锁相环b连接，所述锁相环a和锁相环b的输出端均与第二信号切换开关的输入端连接，所述第二信号切换开关的输出端与信号分路模块连接，由所述信号分路模块将接收到的参考时钟分为n+1路，生成n+1路参考信号，每一路参考信号传输给一个时钟输出模块进行输出；

所述第一信号切换开关默认选择使用外部时频系统送来的参考时钟；锁相环a和锁相环b互为热备份，均为低噪声窄带锁相环；

所述频标监控单元，用于在外部时频系统送来的参考时钟故障时，控制第一信号切换开关自动切换到内部铷钟；并在一套锁相环故障时，控制第二信号切换开关自动切换到另一套锁相环；切换同时，与频标监控单元连接的显示控制面板进行告警指示，并通过监控串口上报设备故障。

如图5所示，所述光发射机包括调制模块、复用器、光放大器、光分路器、一个波长为λ1的光源、一个波长为λ2的光源；

所述调制模块，用于将同步信息和参考时钟两个信号分别通过两个不同波长的光源调制到光信号上；

所述复用器，用于将两个不同波长的光信号以波分复用的方式合并到一根光纤上并通过光放大器放大后传输给光分路器；

所述光分路器，用于将接收到的光信号进行分为n路，每路信号通过一根光纤送到时频终端子系统中的一个光接收机。

每一个时频终端子系统均包括n个光接收机和与所述光接收机一一对应的n个频标分路模块，在每一个时频终端子系统中，所述光接收机的输入端与所述时码单元中的光发射机连接；每个光接收机对应于光发射机的一路同步信息输出和一路参考时钟输出；所述光接收机将接收到的同步信息对外输出，同时将接收到参考时钟后传输给对应的频标分路模块，由所述频标分路模块进行整形、滤波和放大后分路k路送至k个时钟输出模块，得到k路参考时钟对外输出。

如图6所示，为波分复用解复用工作框图，波分复用技术（wdm）技术是在一根光纤中同时传输多个波长的光信号的技术，其基本原理是在在发送端将各种信息调制到不同波长的光信号上，再将这些载有信息的光信号通过复用器（ｍｕｘ）复用到同一根光纤中进行单向传输；信号传到接收端后，先通过一个解复用器（ｄｍｕｘ）将各个波长的光信号分开，再进行解调，由此完成多个不同波长光信号的传输。波分复用本质上是光域上的频分复用（fdm）技术，wdm系统的每个信道通过频域的分割来实现频域的分割。

如图7所示，所述光接收机包括解复用器、解调模块；

光接收机中的解复用器通过波分解复用将波长为λ1和λ2的光信号分开，并通过解调模块将两个不同的光信号还原为同步信息和参考时钟，将同步信息对外输出，将参考时钟传输给对应的频标分路模块。

如图8所示，所述频标分路模块包括缓冲模块和k个时钟输出模块，在本申请的实施例中，所述缓冲模块包括依次连接的整形模块、滤波模块、放大模块和功分器；所述缓冲模块的输入端接收来自光接收机的参考时钟，用于对接收到的参考时钟进行整形、滤波和放大后分为k路后传输给k个时钟输出模块，由k个时钟输出模块输出k路参考时钟。

如图9所示，一种适用于毫米波射频拉远模块的时钟同步系统，包括所述的时钟同步装置和多组射频拉远组件；

每一组射频拉远组件均包括一个基带处理模块bbu，每一个基带处理模块bbu均通过光纤连接有至少一个射频拉远模块rru，每一个射频拉远模块rru均连接有至少一个射频前端；

各个射频拉远组件中的bbu以及所述时钟同步装置的时频子系统位于同一个bbu布设区域内，时频子系统输出的同步信息和参考时钟均分别传输到每一个射频拉远组件的bbu，从而为各个bbu提供时频参考；在本申请的实施例中，基带处理模块bbu的数目大于时频子系统对外输出的同步时钟或参考时钟路数时，可以通过功分器将其中一路同步时钟或参考时钟进行分路，以确保所有bbu都能得到同步信息和参考时钟。当然，在这里只是实施例的举例，在实际设计过程中，会预先设计好具体的步时钟和参考时钟路数，使步时钟或参考时钟路数与bbu数目保持一致，或者输出路数大于bbu数目。

各个射频拉远组件中的rru分布于一个或多个rru布设区域内，每一个rru布设区域内均设置有一个所述的时频终端子系统，所述rru与其连接的射频终端位于相同的rru布设区域中；

每一个时频终端子系统输出的同步信息，分别传输给该时频终端子系统所在rru布设区域内的每一个rru，每一个时频终端子系统输出的参考时钟分别传输给该时频终端子系统所在rru布设区域内的每一个rru和射频前端。在本申请的实施例中，当某一rru布设区域内rru的数目大于时频终端子系统输出的同步信息路数时，可以通过功分器将其中一路同步信息进行分路，确保该区域内所有rru都能得到同步信息；在某一rru布设区域内rru与射频前端的数目和大于参考时钟的输出路数时，可以将其中一路参考时钟通过功分器分路，以去报该区域内所有rru和射频前端都能获得参考时钟；当然，在这里只是实施例的举例，在实际设计过程中，会预先设计好具体的输出路数，时频终端子系统的同步信息输出路数与区域内的rru数目一致或大于rru数目，使时频终端子系统的参考时钟输出路数与区域内rru和射频前端的总数保持一致，或大于rru和射频前端的总数。

在本申请的实施例中，设时频子系统为2个bbu直接提供同步信息和参考时钟，时频子系统通过光纤将时频信息发送至2个rru和射频前端附近的时频终端子系统的2个光接收机。时频终端子系统中2个光接收机接收到光发射机波分复用发送的2路参考时钟和2路同步信息，2路参考时钟再经过2个频标分路模块进行分发，最终得到2组2路参考时钟输出，其中提供给每个rru1个参考时钟和1个同步信息，每个射频前端1个参考时钟（n=2,k=2），在该实施例中，需要时频子系统和时频终端子系统为bbu、rru和射频前端提供同步信息和参考时钟，以保证各设备在统一的时间和频率下同步工作，具体地，时频子系统通过卫星信号或外部时频系统产生3路同步信息，通过本地铷钟或外部参考时钟产生3路参考时钟。时频子系统产生的2路时频信号为bbu提供时频参考，产生的1路时频信号通过光发射机分2路后再通过光纤拉远，送至时频终端子系统中的2个光接收机。时频终端子系统中，一个光接收机和一个频标分路模块为一个rru和射频前端提供时频参考。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的方法进行修改，例如所述方法名称的变化，天线形式的变化等。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。