一种矿用5G基站无线时钟同步方法和装置

摘要

本发明公开了一种矿用5G基站无线时钟同步方法和装置，其中该方法包括：获取时钟源基站发送的同步信号；基于同步信号初步调整本地时钟的频率和相位；基于时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置；在PRACH的位置向时钟源基站发送Preamble；在时钟源基站解析Preamble并发送随机接入响应信息的情况下，接收随机接入响应信息；基于随机接入响应信息同步调整本地时钟的相位和本地时间。本发明以时钟源基站为基准时钟，非时钟源基站通过与其交互NR系统帧号、TOD、相位差TA等最终实现了时钟同步，本发明特别适用于无法通过卫星授时的井下NR基站的时间同步。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是一种矿用5G基站无线时钟同步方法和装置。

背景技术

5G(5th generation mobile networks，第五代移动通信技术)是由3GPP(The3rdGeneration Partnership Project，第三代合作伙伴计划)组织制定的全新空口设计的全球性5G标准。

5G大规模应用为TDD组网，基站间需要严格的时间同步。在井下无法获取基于卫星授时系统的授时信号时，5G基站的组网会带来严重的系统内干扰，严重影响站内用户的业务，用户也无法进行站间切换。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种矿用5G基站无线时钟同步方法和装置，解决了5G基站无法时间同步的技术问题，特别适用于井下等无法通过卫星授时同步的情况。

本发明公开了一种矿用5G基站无线时钟同步方法，包括：

获取时钟源基站发送的同步信号；

基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位；

基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置；

在所述PRACH的位置向所述时钟源基站发送Preamble；

在所述时钟源基站解析所述Preamble并发送随机接入响应信息的情况下，接收随机接入响应信息；

基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间。

进一步地，所述获取时钟源基站发送的同步信号，包括：

在所述时钟源基站通过外部时钟或本地晶振振荡时钟确定基准时钟的情况下，获取所述时钟源基站周期发送的PSS和SSS。

进一步地，所述基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位，包括：

检测所述PSS和所述SSS，获取初始同步，并调整所述本地时钟的相位至同步位置；

周期检测所述PSS和所述SSS，统计所述PSS周期和所述本地时钟的差异，调整本地晶振频率，直至与所述时钟源基站的频率相同。

进一步地，所述基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置，包括：

解调所述PBCH，获取并设置系统帧号和子帧号；

基于所述系统帧号和所述子帧号确定所述PRACH的位置。

进一步地，所述接收随机接入响应信息，包括：

接收携带有所述TA和TOD的所述随机接入响应信息；

所述基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间，包括：

解析所述随机接入响应信息以获取所述TA和TOD；

根据所述TA确定调整值，基于所述调整值调整所述本地时钟的相位；

根据所述TOD调整所述本地时钟的本地时间。

本发明还公开了一种矿用5G基站无线时钟同步装置，包括：

具有基准时钟的时钟源基站；

设置于井下的非时钟源基站，用于：

获取所述时钟源基站发送的同步信号；

基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位；

基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置；

在所述PRACH的位置向所述时钟源基站发送Preamble；

在所述时钟源基站解析所述Preamble并发送随机接入响应信息的情况下，接收随机接入响应信息；

基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间。

进一步地，所述获取所述时钟源基站发送的同步信号，包括：

在所述时钟源基站通过外部时钟或本地晶振振荡时钟确定基准时钟的情况下，获取所述时钟源基站周期发送的PSS和SSS。

进一步地，所述基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位，包括：

检测所述PSS和所述SSS，获取初始同步，并调整所述本地时钟的相位至同步位置；

周期检测所述PSS和所述SSS，统计所述PSS周期和所述本地时钟的差异，调整本地晶振频率，直至与所述时钟源基站的频率相同。

进一步地，所述基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置，包括：

解调所述PBCH，获取并设置系统帧号和子帧号；

基于所述系统帧号和所述子帧号确定所述PRACH的位置。

进一步地，所述接收随机接入响应信息，包括：

接收携带有所述TA和TOD的所述随机接入响应信息；

所述基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间，包括：

解析所述随机接入响应信息以获取所述TA和TOD；

根据所述TA确定调整值，基于所述调整值调整所述本地时钟的相位；

根据所述TOD调整所述本地时钟的本地时间。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明以时钟源基站为基准时钟，非时钟源基站通过与其交互NR系统帧号、TOD、相位差TA等最终实现了时钟同步，本发明特别适用于无法通过卫星授时的井下NR基站的时间同步。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的矿用5G基站无线时钟同步方法的方法流程图。

图2是本发明实施例公开的矿用5G基站无线时钟同步装置的结构图。

图3是本发明实施例公开的矿用5G基站无线时钟同步装置的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明涉及到的名词释义详见表1。

表1

如图1所示，本发明公开了一种矿用5G基站无线时钟同步方法，包括：

S1：获取时钟源基站发送的同步信号，时钟源基站是通过外部或内部同步，具有基准时钟的NR基站。其中，NR的全称是New Radio，指的是5G的无线空口技术。非时钟源基站通常设置于井下，难以通过卫星授时进行时钟同步，实际使用中，需要进行时钟同步的非时钟源基站的数量通过为多个。

S2：基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位，即非时钟源基站通过解析同步信号获取初始同步。

S3：基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置。其中，PBCH指物理广播信道(Physical Broadcast Channel)，PRACH指物理随机接入信道(Physical Random AccessChannel)。非时钟源NR基站通过读取PBCH能够获取系统帧号、宽带信息等，进而获取小区中时钟源基站的位置。

S4：在已经获取时钟源基站位置的情况下，非时钟源基站要与其建立连接，因此需要在所述PRACH的位置向所述时钟源基站发送Preamble，PRACH是一种随机接入信道，就是为非时钟源基站随机接入所用的。

S5：当时钟源基站收到消息后，需要对非时钟源基站要进行回应。即非时钟源基站在所述时钟源基站解析所述Preamble并发送随机接入响应信息的情况下，接收随机接入响应信息RAR(Random Access Response)。

S6：基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间，使得非时钟源基站与时钟源基站的时钟同步。非时钟源基站通过解析RAR能够获取多种信息，例如接入了时钟源基站的哪个资源块(RA-RNTI)、时间间隔的控制、对非时钟源基站的连接进行授传(UL-grant)等。

在本发明的一些实施例中，非时钟源基站在开始时钟同步前，应确定时钟源基站的时钟基准，具体可以通过卫星授时或本地晶振震荡时钟的方式确定其时钟基准。具体的，如果有外部同步源，直接使用外部同步源的1PPS和TOD信息确定时钟基准；如果没有外部同步源，则按照本地震荡频率产生1PPS和根据系统当前时间生成TOD信息，并根据1PPS和TOD信息产生所述的系统帧号和子帧号，其中1PPS+TOD即表示秒脉冲+天时间(time ofday)。

所述步骤S1获取时钟源基站发送的同步信号，包括：

在所述时钟源基站通过外部时钟或本地晶振振荡时钟确定基准时钟的情况下，获取所述时钟源基站周期发送的PSS(Primary Synchronization Signal，主同步信号)和SSS(Second Synchronization Signal，辅同步信号)。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S2基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位，包括：检测所述PSS和所述SSS，获取初始同步，并调整所述本地时钟的相位至同步位置；周期检测所述PSS和所述SSS，统计所述PSS周期和所述本地时钟的差异，调整本地晶振频率，直至与所述时钟源基站的频率相同。

非时钟源基站通过上述步骤S2进行小区搜索，获取小区物理ID和完成下行同步，这个过程是与系统带宽无关的，非时钟源基站可以直接检测和获取。本技术领域中，物理层是通过物理小区ID(Physical Cell Identities，PCI)来区分不同的小区的。PSS即主同步信号，用于传输组内ID；SSS即辅同步信号，用于传输组ID。因为解码SSS信号需要PSS信号中的组内ID，因此非时钟基站必须先解码PSS信号，然后再解码SSS信号。本发明所提到的下行同步是指非时钟源基站与时钟源基站的信号进行同步，同步的位置在非时钟源基站，其只需根据主辅同步信号等，自行与收到的时钟源基站的信号保持同步即可。

接下来，需要使非时钟源基站发射的信号到达时钟源基站时与其上行定时同步，同步的位置在时钟源基站。不同的非时钟源基站离时钟源基站的远近不同，需要各个非时钟源基站在不同的时刻发送信号才能使这些信号到达时钟源基站时，都与时钟源基站的上行定时对齐。设置于井下的非时钟源基站不能确定与时钟源基站的距离，也就不能估计出需要提前发射信号的时间，所以需要通过随机接入过程通过时钟源基站来传递其TA定时的调整值。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S3基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置，包括：解调所述PBCH，获取并设置系统帧号和子帧号；基于所述系统帧号和所述子帧号确定所述PRACH的位置。

所述步骤S5中接收随机接入响应信息，包括：接收携带有所述TA和TOD的所述随机接入响应信息。

所述S6基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间，包括：解析所述随机接入响应信息以获取所述TA和TOD；根据所述TA确定调整值，基于所述调整值调整所述本地时钟的相位，其中调整值为-TA/2；根据所述TOD调整所述本地时钟的本地时间。

其中，时钟源基站测量到上行PRACH前导序列，在RAR(随机接入响应)的MACpayload中携带11bit信息，TA的范围在0～1282之间，根据RAR(随机接入响应)中TA值，UE调整上行发射时间。所述TA(time advanced)即最大时间提前量，非时钟源基站从网络侧接收TA，调整上行PUCCH/PUSCH/SRS的发射时间，目的是为了消除各非时钟源基站之间不同的传输时延，使得不同非时钟源基站的上行信号到达时钟源基站的时间对齐，保证上行正交性，降低小区内干扰。

如图2和图3所示，本发明还公开了一种矿用5G基站无线时钟同步装置，用于实施上述各实施例公开的矿用5G基站无线时钟同步方法，该装置包括：时钟源基站，其通过卫星授时或本地晶振震荡时钟的方式确定其时钟基准，时钟源基站可以设置于主矿道。优选的，时钟源基站包括：本地时钟系统、时钟控制系统和NR射频模块，NR射频模块用于发送上述公开的各种NR无线信号。

该装置还包括设置于井下的一个或多个非时钟源基站，其主要由无线同步系统、本地时钟系统、时钟控制系统、NR射频组成组成。非时钟源基站用于：

获取所述时钟源基站发送的同步信号；

基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位；

基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置；

在所述PRACH的位置向所述时钟源基站发送Preamble；

在所述时钟源基站解析所述Preamble并发送随机接入响应信息的情况下，接收随机接入响应信息；

基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间。

在本发明的一些实施例中，所述获取所述时钟源基站发送的同步信号，包括：在所述时钟源基站通过外部时钟或本地晶振振荡时钟确定基准时钟的情况下，获取所述时钟源基站周期发送的PSS和SSS。

在本发明的一些实施例中，所述基于所述同步信号初步调整本地时钟的频率和相位，包括：检测所述PSS和所述SSS，获取初始同步，并调整所述本地时钟的相位至同步位置；周期检测所述PSS和所述SSS，统计所述PSS周期和所述本地时钟的差异，调整本地晶振频率，直至与所述时钟源基站的频率相同。

在本发明的一些实施例中，所述基于所述时钟源基站发送的PBCH，确定PRACH的位置，包括：解调所述PBCH，获取并设置系统帧号和子帧号；基于所述系统帧号和所述子帧号确定所述PRACH的位置。

在本发明的一些实施例中，所述接收随机接入响应信息，包括：接收携带有所述TA和TOD的所述随机接入响应信息。

所述基于所述随机接入响应信息同步调整所述本地时钟的相位和本地时间，包括：解析所述随机接入响应信息以获取所述TA和TOD；根据所述TA确定调整值，基于所述调整值调整所述本地时钟的相位；根据所述TOD调整所述本地时钟的本地时间。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。