阅读说明：本技术 无线终端、时钟同步方法及系统 (Wireless terminal, clock synchronization method and system ) 是由 杨申 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本公开实施例公开了一种无线终端、时钟同步方法及系统,所述无线终端包括：GPS模块、PLL模块、误差计算模块和同步处理模块；所述GPS模块用于持续监测GPS授时信号；PLL模块用于产生预定频率的内部时钟信号；误差计算模块用于,接收GPS授时信号,接收内部时钟信号,若GPS授时信号未消失,通过所述内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数,根据计数结果确定GPS授时信号的真实频率,根据真实频率确定预定频率的误差值；所述同步处理模块用于,接收所述内部时钟信号,根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间,以及根据所计算的通信时间发送信号,使时钟同步系统中各无线终端在GPS授时信号中断时也能同步通信。(The embodiment of the disclosure discloses a wireless terminal, a clock synchronization method and a system, wherein the wireless terminal comprises: the system comprises a GPS module, a PLL module, an error calculation module and a synchronous processing module; the GPS module is used for continuously monitoring GPS time service signals; the PLL module is used for generating an internal clock signal with a preset frequency; the error calculation module is used for receiving a GPS time service signal, receiving an internal clock signal, counting the monitored GPS time service signal through the internal clock signal if the GPS time service signal does not disappear, determining the real frequency of the GPS time service signal according to the counting result, and determining the error value of the preset frequency according to the real frequency; the synchronous processing module is used for receiving the internal clock signal, calculating communication time according to the count value of the internal clock signal and the error value, and sending a signal according to the calculated communication time, so that each wireless terminal in the clock synchronous system can synchronously communicate when the GPS time service signal is interrupted.)

无线终端、时钟同步方法及系统

技术领域

本公开实施例涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无线终端、时钟同步方法及系统。

背景技术

公网TDD(Time Division Duplexing,时分双工)无线通信可以通过基站提供时间同步，但对于无基站的SDR(Software Definition Radio,软件定义的无线电)进行TDD通信，无法通过基站提供时间基准。

为了解决SDR中多个部件或模块的时间同步问题，通常会采用GPS(GlobalPositioning System,全球定位系统)卫星授时来进行时间同步，使SDR中多个部件均基于相同的时间基准进行通信，以实现整个SDR实现时间同步。

GPS信号在建筑物内、地下、涵洞等特殊环境下可能中断，SDR中某些部件或模块一旦进入上述特殊环境，可能因无法接收到GPS授时信号而致使时间同步中断。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种无线终端、时钟同步方法及系统，以使时钟同步系统中各无线终端在GPS信号中断时也能同步通信。

本公开实施例的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开实施例的实践而习得。

在本公开的第一方面，本公开实施例提供了一种无线终端，包括GPS模块、PLL模块、误差计算模块和同步处理模块；

所述GPS模块用于持续监测GPS授时信号；

所述PLL模块用于产生预定频率的内部时钟信号；

所述误差计算模块用于，接收所述GPS授时信号，接收所述内部时钟信号，若所述GPS授时信号未消失，通过所述内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数，根据计数结果确定所述GPS授时信号的真实频率，根据所述真实频率确定所述预定频率的误差值；

所述同步处理模块用于，接收所述内部时钟信号，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间，以及根据所计算的通信时间发送信号。

于一实施例中，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间包括：根据所述误差值补偿所述内部时钟信号以计算通信时间。

于一实施例中，所述无线终端还包括数字补偿晶体振荡器和数模转换器；

所述数模转换器的输入端与所述误差计算模块连接，输出端与所述数字补偿晶体振荡器的输入端连接；

所述数字补偿晶体振荡器的输出端与所述PLL模块连接；

所述误差计算模块用于将所述误差值输入至所述数模转换器，所述数模转换器用于将所述误差值转换为模拟信号输入至所述数字补偿晶体振荡器；

所述数字补偿晶体振荡器用于根据所接收的模拟信号调整所述PLL模块产生时钟信号的频率，以使所述数模转换器根据接收的误差值调整输入至所述数字补偿晶体振荡器的模拟信号，以调整所述数字补偿晶体振荡器的振荡频率。

于一实施例中，所述无线终端还包括锁定模块，用于若所述误差计算模块处于解锁状态时，接收所述误差计算模块的误差值，当预定时长内所述误差值小于预定误差阈值，则控制所述误差计算模块进入锁定状态。

于一实施例中，所述锁定模块还用于，若所述GPS授时信号消失，则控制所述误差计算模块进入解锁状态。

于一实施例中，所述锁定模块还用于，周期性地控制所述误差计算模块进入解锁状态。

于一实施例中，所述同步处理模块还用于接收所述GPS模块所监测的GPS授时信号，所述GPS授时信号消失，接收所述内部时钟信号，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间；若所述GPS授时信号未消失，根据所述GPS授时信号计算通信时间。

在本公开的第二方面，本公开实施例还提供了一种时钟同步方法，由无线终端执行，所述方法包括：

持续监测GPS授时信号，以及产生预定频率的内部时钟信号；

若所述GPS授时信号未消失，通过所述内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数，根据计数结果确定所述GPS授时信号的真实频率，根据所述真实频率确定所述预定频率的误差值；

根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间，以及根据所计算的通信时间发送信号。

于一实施例中，所述根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间包括：若所述GPS授时信号消失，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间；若所述GPS授时信号未消失，根据所述GPS授时信号计算通信时间。

在本公开的第三方面，本公开实施例还提供了一种时钟同步系统，包括多个如第一方面所述的无线终端。

本公开实施例提出的技术方案的有益技术效果是：

本公开实施例通过GPS模块持续监测GPS授时信号，通过PLL模块产生预定频率的内部时钟信号，通过误差计算模块在GPS授时信号未消失时，通过内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数以确定GPS授时信号的真实频率，据此确定内部时钟信号的频率的误差值，通过同步处理模块根据内部时钟信号的计数值和误差值计算通信时间，以据此发送信号，使时钟同步系统中各无线终端在GPS信号中断时也能同步通信。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对本公开实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开实施例中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本公开实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是根据本公开实施例提供的一种无线终端的结构示意图；

图2是根据本公开实施例提供的另一种无线终端的结构示意图；

图3是根据本公开实施例提供的又一种无线终端的结构示意图；

图4是根据本公开实施例提供的锁定模块的控制流程示意图；

图5是根据本公开实施例提供的时钟同步系统的结构示意图；

图6是根据本公开实施例提供的一种时钟同步方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开实施例中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开实施例中的实施例，本领域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，都属于本公开实施例保护的范围。

需要说明的是，本公开实施例中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。本公开实施例中提到的“和/或”是指包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。本公开的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。

还需要说明是，本公开实施例中下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本公开实施例对此不作具体限制。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本公开实施例的技术方案。

图1示出了本公开实施例提供的一种无线终端的结构示意图，本实施例可适用于无线终端在GPS授时信号中断期间仍持续进行同步通信的情况，如图1所示，本实施例所述的无线终端包括GPS模块110、PLL模块120、误差计算模块130和同步处理模块140，所述GPS模块110和所述PLL模块120分别与所述误差计算模块130连接，所述PLL模块120和所述误差计算模块130分别与所述同步处理模块140连接。

所述GPS模块110用于持续监测GPS授时信号。所述PLL模块120用于产生预定频率的内部时钟信号。所述误差计算模块130用于，接收所述GPS授时信号，接收所述内部时钟信号，若所述GPS授时信号未消失，通过所述内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数，根据计数结果确定所述GPS授时信号的真实频率，根据所述真实频率确定所述预定频率的误差值。所述同步处理模块140用于，接收所述内部时钟信号，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间，以及根据所计算的通信时间发送信号。

本实施例通过GPS模块持续监测GPS授时信号，通过PLL模块产生预定频率的内部时钟信号，通过误差计算模块在GPS授时信号未消失时，通过内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数以确定GPS授时信号的真实频率，据此确定内部时钟信号的频率的误差值，通过同步处理模块根据内部时钟信号的计数值和误差值计算通信时间，以据此发送信号，使时钟同步系统中各无线终端在GPS授时信号中断时也能同步通信。

进一步地，上述实施例中，所述同步处理模块140用于根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间可采用多种方法，例如可根据所述误差值补偿所述内部时钟信号以计算通信时间。又如，还可采用数字补偿晶体振荡器和数模转换器进行调整，以将PLL模块输出的脉冲频率的误差控制在允许的精度范围内。图2示出了采用这种方式的无线终端的结构示意图。

如图2所示，该无线终端包括GPS模块110、PLL模块120、误差计算模块130、同步处理模块140、数模转换器150和数字补偿晶体振荡器160，所述GPS模块110和所述PLL模块120分别与所述误差计算模块130连接，所述PLL模块120和所述误差计算模块130分别与所述同步处理模块140连接，所述数模转换器150的输入端与所述误差计算模块130连接，所述数模转换器150的输出端与所述数字补偿晶体振荡器160的输入端连接，所述数字补偿晶体振荡器160的输出端与所述PLL模块120连接。

在图1所述的实施例的基础上，所述误差计算模块130用于将得到的误差值输入至所述数模转换器150，所述数模转换器150用于将所述误差值转换为模拟信号输入至所述数字补偿晶体振荡器160；所述数字补偿晶体振荡器160用于根据所接收的模拟信号调整所述PLL模块120产生时钟信号的频率，以使所述数模转换器150根据接收的误差值调整输入至所述数字补偿晶体振荡器160的模拟信号，以调整所述数字补偿晶体振荡器160的振荡频率，直至将PLL模块120输出的脉冲频率的误差控制在允许的精度范围内。

进一步地，为了节约功耗，还可在所述PLL模块120输出的脉冲频率的误差稳定地控制在允许的精度范围内之后，控制所述误差计算模块130锁定，即控制所述误差计算模块130暂停工作。具体包括多种方法，例如可在上一实施例的基础之上，如图3所示，可以图2所述的无线终端为基础，进一步增加锁定模块170，所述锁定模块170用于若所述误差计算模块处于解锁状态时，接收所述误差计算模块的误差值，当预定时长内所述误差值小于预定误差阈值，则控制所述误差计算模块进入锁定状态，能够在脉冲频率的精度稳定达标后控制计算模块暂停工作，能够节约功耗。

进一步地，若所述GPS授时信号消失，还控制所述误差计算模块进入解锁状态，以在GPS授时信号恢复后重新驯服所述PLL模块的脉冲频率，直至其脉冲频率的误差稳定地控制在允许的精度范围内。

进一步了，所述锁定模块170还可用于周期性地控制所述误差计算模块进入解锁状态，以周期性地重新驯服所述PLL模块的脉冲频率，避免出现累计误差。

图4是根据本公开实施例提供的锁定模块的控制流程示意图，如图4所示，例如，可采用PLL模块产生频率为1GHz时钟信号，可使时间计数精度为1纳秒，本实施例也可根据精度要求采用其它的时钟频率进行时间计数。

将GPS模块接收的秒脉冲信号用PPS_IN表示，将无线终端最终采用的计时信号用PPS_OUT表示。GPS模块可接收PPS_IN的频率与其时间精度有关，以GPS模块接收的是秒脉冲为例，一秒钟接收一个PPS_IN信号，即相邻秒脉冲信号的时间间隔为1秒。用1GHz的时钟信号对PPS_IN信号的时间间隔进行计数。理论上，频率为1GHz的脉冲，应该是每秒1000000000次。由于晶振误差，无法得到准确的1000000000，实践结果通常会比1000000000多或少。例如，用1GHz来计数,对PPS_IN的相邻秒脉冲实际计数可能是每秒1000010000次，那么用这个时钟来计数PPS_IN的时间间隔，得到的结果将是1.000010000秒，计时并不准确，因此根据该PLL模块产生的频率进行计时，与采用GPS模块接收的授时信号计时，两者并不能保证计时同步。

由于同一时钟同步系统中有些无线终端暂时不能根据GPS模块的信号计时，而需采用本地PLL模块计时，需要避免PLL模块和GPS计时不统一的问题。解决上述计时不统一的问题，可采用多种方式。

例如，可直接记录这个误差值，根据误差值直接补偿计数结果，结构示意图参考图1，采用本地PLL模块计时的终端，在本地PLL模块计时的基础上，用前次计算的误差来补偿下次PPS_OUT，以与GPS模块计时保持一致。

又如，还可采用数字补偿晶体振荡器DCXO对PLL模块进行调整，根据PLL模块计数确定误差大小，采用数字模拟转换器DAC来调整DCXO，使得采用PLL模块计时与采用GPS模块计时之间的误差值在一定误差范围之内，终端的结构示意图参考图2。

如图2所示，可设置锁定模块控制误差计算模块是否工作。一方面，所述锁定模块可用于控制误差计算模块进入锁定状态，停止工作。具体地，可在误差计算模块处于解锁状态时，接收所述误差计算模块的误差值，当预定时长内所述误差值小于预定误差阈值，则控制所述误差计算模块进入锁定状态，例如误差值连续5分钟持续稳定在500ns(纳秒)以内。

另一方面，所述锁定模块还可控制误差计算模块进入解锁状态，进行工作。例如，若所述GPS授时信号消失，则控制所述误差计算模块进入解锁状态，又如，还可周期性地控制所述误差计算模块进入解锁状态。

若监测到PPS_IN信号消失，所述锁定模块控制所述误差计算模块进入解锁状态，无线终端采用本地PLL模块进行计时，可将这一阶段(PPS_IN信号消失阶段)称为保持阶段。所述锁定模块控制误差计算模块进入解锁状态后，若可监测到PPS_IN信号，误差计算模块会根据PPS_OUT和PPS_IN之间的误差大小，通过DAC来调整DCXO，可将这一调整过程称为驯服阶段。若所述锁定模块控制误差计算模块进入锁定状态后，可将锁定状态持续阶段称为锁定阶段。

图4示出了无线终端处分别在上述三种状态的一种跳转过程示例，如图4所示，在无线终端上电后，若能接收到PPS_IN信号，采用GPS时钟对PLL模块的时钟信号进行调整，进入驯服阶段。

具体的调整方法包括多种，例如，驯服阶段，可根据PPS_OUT和PPS_IN之间的误差大小，通过DAC来调整DCXO。例如，在驯服阶段，PLL模块输出1G的频率为例，可用PLL模块的脉冲数量计算PPS_IN的时间间隔，和理论值1000000000比较。得到相应的误差值，将误差值换算成对DCXO的控制电压调整值，然后通过DAC来调整DCXO，最终使得本地PLL输出的1GHz趋向精准，使得误差在纳秒级。以误差阈值为500ns为例，实际这个误差阈值可以根据需要配置，这样驯服阶段完成后，能将PPS_OUT和PPS_IN之间误差控制在500ns以内。这个过程需要多次反复，当误差在500ns以内，且持续预定时长(例如5分钟)如果误差均在500ns内，表明晶振是稳定而且精度满足要求，可控制误差计算模块进入锁定状态，将在锁定状态的阶段称为锁定阶段。

在锁定阶段不调整DCXO，但可以持续计算PPS_OUT与PPS_IN的误差，例如，如果在5秒内，持续监测到误差大于500ns，则控制误差计算模块进入解锁状态，重新回到驯服阶段。在锁定阶段，如果监测到PPS_IN信号消失，则进入保持状态。检测PPS_IN是否消失可以通过读取GPS模块状态确定，也可以监测是否接收到PPS_IN信号得知。

在保持阶段，因为PPS_IN无效，需根据锁定阶段PLL的输出持续输出本地PPS_OUT。根据测试可知，采用高精度低温漂晶振，1小时内，PPS_OUT能保持在1微秒的误差精度。在保持状态如果又能检测到PPS_IN，可再次回到锁定阶段。

本实施例的技术方案，通过GPS模块接收的授时信号对本地PLL模块的计时进行调整驯服，使各无线终端在GPS模块接收的授时中断阶段也能够采用本地PLL模块确定准确的时间，能保持同步通信的连惯性和稳定性。

图5是根据本公开实施例提供的时钟同步系统的结构示意图，如图5所示，本实施例所述的时钟同步系统包括多个如图1至图4所述实施例对应的无线终端。在包含N个(N为大于2的自然数)无线终端的时钟同步系统中，无线终端采用各自通信时间的方式实现通信，也即，每个无线终端在分配的通信时间做信号发送，其它时间做接收。此时，为了保障各无线终端之间通信不冲突，就要求每个无线终端能够准确计算发送时间，N个终端需要保持时间精确同步。

通过本实施例的方式，对于SDR TDD通信，不需要中心端点。开始阶段每个无线终端自动同步到GPS的PPS上，每个无线终端根据上层协议策略，自动以PPS为基准选择自己的通信时间。当GPS信号消失的情况下，采用本地校正之后的PPS作为时钟基准，保证时钟同步系统中各无线终端通信的精准同步。

图6是根据本公开实施例提供的一种时钟同步方法的流程示意图，本实施例可适用于时钟同步系统中任一无线终端计算通信时间发送信号的情况，该方法可以由时钟同步系统中任一无线终端来执行，如图6所示，本实施例所述的时钟同步方法包括：

在步骤S610中，持续监测GPS授时信号，以及产生预定频率的内部时钟信号。本步骤具体可通过内置于无线终端中的GPS模块持续监测GPS授时信号，以及通过内置于无线终端中的PLL模块产生预定频率的内部时钟信号。

在步骤S620中，若所述GPS授时信号未消失，通过所述内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数，根据计数结果确定所述GPS授时信号的真实频率，根据所述真实频率确定所述预定频率的误差值。

在步骤S630中，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间，以及根据所计算的通信时间发送信号。本步骤可通过多种方法实现，例如可采用数学方法，根据所述误差值补偿所述内部时钟信号以计算通信时间。又如，还可对PLL模块产生内部时钟信号的频率进行调整以逐步减少误差，具体地，可采用数字补偿晶体振荡器和数模转换器，根据如图2所示的结构，以根据误差值调整PLL模块产生内部时钟信号的频率，使其无限接近预定频率。

在一些实施例中，可持续根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间，还可根据GPS授时信号是否良好选择性地根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间。具体包括：若所述GPS授时信号消失，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间；若所述GPS授时信号未消失，根据所述GPS授时信号计算通信时间。

本实施例通过时钟同步系统中任一无线终端持续监测GPS授时信号，以及产生预定频率的内部时钟信号，若所述GPS授时信号未消失，通过内部时钟信号对所监测的GPS授时信号进行计数以确定真实频率，进而根据真实频率确定误差值，根据所述内部时钟信号的计数值和所述误差值计算通信时间，以及根据所计算的通信时间发送信号，能够使时钟同步系统中各无线终端在GPS授时信号中断时也能同步通信。

以上描述仅为本公开实施例的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开实施例中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。