CN1874191A - 主从设备的时间同步 - Google Patents
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Abstract
一种具有主设备和从设备的时间同步测量系统。该主设备和从设备每一个具有一个用于指定发送和/或接收一条测量信息的相应时间的时间测量设备。该主设备还具有一个参考时钟脉冲发生设备,用于给从设备发送参考时钟信号。利用在公共时间基准上的一条信息来为主设备和从设备调制参考时钟信号。
Description
技术领域
本发明涉及时间同步测量系统,更特别地涉及一种用于主设备和从设备的时间同步的系统。
背景技术
在协议测量的领域,使用协议测试机和监视设备,其发送和接收协议消息或者仅接收协议消息。为了能得到有关传输期间所发生问题的期望结论,当发送和接收时对协议消息给出一个时间戳,并对其进行存储。在这个处理中,不同的交换单元可以负责不同的协议消息,以便当不同切换单元是协议测试机或监视设备的不同测量卡时没有关于时间戳的问题。时间基准,如测试时间或绝对时间,可以在协议测试机或监视设备中定义。测试时间形成用于装置的所有测量卡的公共的时间基准,即,由不同测量卡产生的时间戳可以互相关联的放置,因为它们都参考了相同的时间基准。当在不同装置,即不同协议测试机或监视设备中实施相应的测量卡时会出现问题。现在需要使不同协议测试机或监视设备以公共的时间基准进行同步。
一个协议测试机或监视设备作为主设备工作,而另一个协议测试机或监视设备作为从设备工作。主设备设置了一个参考时钟脉冲产生装置,并通过分离的线路为从设备提供参考时钟信号。主设备和从设备都设置了时间测量装置,并且该时间测量装置与参考时钟信号同步。这使得两个时间测量装置同步运行,仍然存在关于将两个时间测量装置设置为公共时间基准,即公共测试时间或绝对时间的问题。通常主设备和从设备通过通信网络连接,如以太网。可以将时间服务器连接到以太网,以便主设备和从设备从时间服务器查询关于公共时间基准的信息。关于其的问题在于有关公共时间基准的信息涉及从时间服务器发出的特定的预先达成一致的信号。该已达成一致的信号到达主设备或从设备的时间取决于相关的装置和时间服务器之间的距离以及网络容量,即业务量。例如,如果把10兆赫矩形信号用作参考时钟信号,则可以达到100ns的分辨率。虽然由于上述的影响,在主从设备的时间测量装置相互之间已经可达到毫秒范围内的偏差。
另一个公知的过程设想将主设备和从设备都设置一个GPS(全球定位系统)接收机,并且使它们同步用来设置与时间信息有关的公共时间基准,即,用GPS信号发出的UTC(坐标公共时间)。然而,该过程是昂贵的并且没有考虑到在很多环境中不能访问GPS天线。
因此,期望能提出一种用于主设备和从设备相对于公共时间基准的低费用和可靠的同步方法。
发明内容
相应地本发明提供了用于从主设备到从设备的参考时钟信号的传输,其还发送关于公共时间基准的信息。将参考时钟信号以与公共时间基准有关的信息进行调制。传输不依赖于连接主从设备的网络上的业务量。因此,主设备和从设备之间的传播时间基本上为常量,并且可以考虑到用于主设备和从设备之间的长距离。因此,可以将用于从主设备到从设备传输参考时钟信号而存在的线路用于两用的最佳方式。调制方法可以包括振幅调制、脉冲宽度调制或用于数字数据传输种类的编码方法,如NRZ(非-归零)、曼彻斯特码等等。
可选地,参考时钟信号和关于公共时间基准的信息可以由多任务传送,其也归入术语“调制”中。例如,简单脉冲宽度调制可以大多数时间发送某种模式,其对应于逻辑“0”。定期地通过涉及公共时间基准的信息块中断该模式,例如每秒钟。信息块优选地具有一个跟随在信息块本身之后的开始模式,其指示现在正在发送该信息块本身。为了将从设备的时间测量装置设置为以公共时间基准,涉及公共时间基准的信息段和所调制信号之间的关系必须已知。公共时间基准可以涉及信息块本身的开始。另一个选择为将公共时间基准与信息块本身中的一个已知比特位置关联(例如第64比特或最后的比特)。另一个选择为将公共时间基准与下一个信息块中的开始或下一个信息块中的一个已知位置相关联。
结合所附权利要求书和附图阅读下面详细的描述后,可明显看出本发明的目的、优点和其它新颖特征。
可以设想通过参考时钟信号的调制,特别是时间临界地,从主设备到从设备发送信息段。而且,校验和能加入信息块中。
如上所述,在根据本发明的一个时间同步测量系统的优选实施例中,主设备为主通信装置,从设备为从通信装置,并且测量信息为电信网络中的协议消息。
公共时间基准可以是绝对时间、例如按照年、月、日、时、分、秒等等,从而其可能是UTC,CET或者例如Julian日期。然而公共时间基准也可能是系统时间,特别是测试时间,即在测试的开始时开始运行的时间。在一个简单实施例中,两个32比特值能够用于这个目的,其中一个计数秒,而另一个计数秒的小数位。
参考时钟信号优选以无直流的方式来发送,如此调制以至于即使主设备和/或从设备中的参考时钟信号表现为直流成份,已调参考时钟信号也可以无直流的方式发送。这就提供了使用电感和/或电容进行耦合的机会。
调制可存在于主从设备之间达成一致的信号定义系统时间的开始。如果连续传送某种位模式,例如定义逻辑“0”的位模式,则另一位模式的第一时间传输,例如定义逻辑“1”的位模式,能够确定系统时间的开始。对于这种方案,调制的需要是最小限度的。
然而调制也能够存在于与公共时间基准相关的当前时间,特别是绝对时间,其参照主从设备间达成一致的信号、以一种编码格式,例如在上述信息块本身中被发送。
特别对于主从设备之间的距离,该距离如此的长以至于应该考虑从主设备将已调参考时钟信号传到从设备的传播时间的精确度时,可以预计有一个传播时间确定装置,其确定在主设备和从设备之间参考时钟信号的传播时间,并考虑用于参考时钟信号调制的所述传播时间。优选的,除了其上传送参考时钟信号的线路,传播时间确定装置包括另一个能够把信号从从设备传给主设备的线路。通过测量通过该线路输出及返回的传播时间,并将该测量值减半,确定对该传播时间的较好的逼近值是有可能的。
如果分别具有主设备的两个测量系统相互之间要同步,它们相隔较远以至于提供用于传输已调参考时钟信号的线路是困难的,其仍然能够建立公共时间基准,从而每个主设备都包括一个参考时钟脉冲产生装置,一个时间测量装置,他们最初相互之间是不同步的,也都包括GPS接收机,从而每个GPS接收机被设计来对用于同步的相应的参考时钟脉冲产生设备使脉冲信号可用,特别是每秒一个脉冲,以及接收绝对时间信号并使所述的绝对时间信号可用于相应的时间测量装置以设置该相应的时间测量装置。这样,其它主设备和与其连接的相应的从设备可被相互同步。
在一个优选实施例中,参考时钟信号是10兆赫。所述的参考时钟信号可特别是矩形信号。
此外,对于一个优选实施例,预计在已调参考时钟信号中,逻辑“0”由具有75/25占空因数的参考时钟信号的一个周期和具有25/75占空因数的参考时钟信号的一个周期(或者通过所述信号的双序列)定义,逻辑“1”由具有75/25占空因数的参考时钟信号的两个周期和具有25/75占空因数的参考时钟信号的两个周期定义,此外,通过具有25/75占空因数的参考时钟信号的两个周期和具有75/25占空因数的参考时钟信号的两个周期定义。两种不同形式的“1”的一致性提供了在参考时钟信号每个时钟脉冲周期开始信息块的可能性。对于给定的参考时钟信号,这可达到高达两倍的精确度,原因在于对于10MHz参考时钟信号的实例,对应于“0”或“1”的块不是必须通过两个或四个时钟脉冲周期完成,而是可能在一个为“0”的时钟脉冲周期后已经改变为“1”。取决于在期望的转换为“1”的时间哪个“0”的位模式可用,即具有75/25占空因数的时钟周期或具有25/75个占空因数的时钟周期,存在到另一个“1”信号的跳跃。结果,其导致了对称发生器状态机。优选地,在时间同步测量系统中有多个从设备,由此,每个从设备都表现一个输出,在输出处其能使已调参考时钟信号可用于另一个从设备。这允许建立所谓的菊花链。
上述关于根据本发明的时间同步测量系统的优选实施例相应地采用了根据本发明的方法。
附图说明
图1是依据本发明测量系统的实施例示意图.
图2是用于根据本发明的参考时钟信号调制的实施例的时序图。
图3是对于调制如图2所示的参考时钟信号的状态图。
图4是依据本发明的主/从设备的实施例的结构图。
具体实施方式
现在参考图1,示出了根据本发明的测量系统的一个实施例,其中主设备10和从设备12连接至通信网络14。主设备10通过第一线路16和第二线路18从通信网络14接收信息,尤其是测量信息,并且从设备12通过第三和第四线路20和22从通信网络14接收信息,尤其是测量信息。主设备10包括参考时钟脉冲产生设备24,该设备提供参考时钟信号Clk给设置在主设备中的时间测量设备26,如时钟。参考时钟信号Clk优选地以无直流的方式通过时钟线路28从主设备10发送至从设备12。在从设备12中,参考时钟信号被输入至时间测量设备30。在从设备12的输出为菊花链中的进一步的从设备提供参考时钟信号。主设备10有一个用于启动测试时间或设置绝对时间的设备。当由主设备10启动测试运行时,可以开始自动运行测试时间。在一个简单实施例中,两个32比特值可以用于测试时间,其中一个计数秒,而另一个计数秒的小数位。可选地,主设备10可以有一个通过端口36连接在GPS天线上的GPS接收器34。GPS接收器34接收1pps(脉冲每秒)信号和绝对时间信号。绝对时间可以为年、月、日、时、分、秒等形式,如,UTC、GET或Julian日期。在主设备10中,1pps信号用于使参考时钟脉冲产生设备24同步。绝对时间信号用来设置时间测量设备26上的绝对时间。可选地,主设备10可以通过第一或第二线路16或18,如从时间服务器接收关于公共时间基准的信号,并且利用该信号来设置时间测量设备26。
主设备10的时间测量设备26和从设备12的时间测量设备30通过时钟线路28来互相同步。如下所述,通过具有用于主从设备的公共时间基准的块中达成一致位置的信息块,来调制通过时钟线路28发送的参考时钟信号。随后将已调参考时钟信号用来设置从设备12的时间测量设备30。已调参考时钟信号也优选地为无直流的,以便使用电感器和电容器来耦合。
为了确定主设备10和从设备12之间的信号的传播时间,通过时钟线路28将信号从主设备10发送至该从设备。随后信号从从设备12通过返回线路38发送回主设备10。从主设备10发送信号与由主设备接收该相同的信号之间的区别中,通过考虑已知的处理时间可以确定传播时间用于补偿,其中考虑了调制该参考时钟信号。
图2所示为参考时钟信号(a)的在时间上的波形,其中,在本例中,具有一个与10兆赫的频率相对应的100ns的周期。已调参考时钟信号(b)具有预先达成一致的连续发送的“0”。在本例子中,由四个振荡周期定义逻辑“0”,其中第三和第四个振荡周期与第一和第二个振荡周期相同。第一个振荡周期表示75/25的占空因数,第二个振荡周期表示25/75的占空因数。另一个已调参考信号(c)具有一个由四个振荡周期定义的逻辑“1”的第一变型,其中第一和第二个振荡周期表示75/25的占空因数,第三和第四个振荡周期表示25/75的占空因数。一个进一步的已调参考信号(d)具有逻辑“1”的第二变型,其中逻辑“1”还是具有四个振荡周期,第一和第二个振荡周期表示25/75的占空因数,第三和第四个振荡周期表示75/25的占空因数。
图3示出了相关的发生器状态机,用于通过一个振荡周期的分辨率从“0”切换到“1”。参考第一已调参考信号(b),信号切换到逻辑“1”出现在第一个振荡周期中,对逻辑“1”的第一变型(c)完成一个转换,即,在“0”的第一振荡周期之后,具有75/25占空因数的更新后的振荡周期指到逻辑“1”的变换上。如果转换到逻辑“1”的信号在逻辑“0”的第二个周期之内被启动,则对逻辑“1”(d)的第二变型完成一个转换,即,以25/75的占空因数开始“1”。使用逻辑“1”的两个不同变型,因此可能实现用于10兆赫信号的100ns的分辨率。如果仅仅提供逻辑“1”的单个变型,则该转换仅可以在逻辑“0”的第二或第四振荡周期之后完成,即,该分辨率可能仅为200ns。
调制与定义系统时间的开始的信号一致。如果连续地传送某种位模式,即定义逻辑“0”的位模式,则另一位模式即定义逻辑“1”的位模式的第一时间传输,能够确定系统时间的开始。该具体方案具有最小限度的调制需求。然而调制可以以编码的格式,使得取得一致的信号在一个信息块中。
图4为设备的实施例的更详细的示意图,该设备可以同时作为主设备10或从设备12。主设备和从设备10、12可以同样建立,使得每一个从设备可以接管主设备的功能。若设备10、12具有一个发送给其的参考时钟信号Clk,其可使内部振荡器44与该发送的参考时钟信号同步,并且将时间测量设备以参考时钟信号所发送的公共时钟基准的信息来设置。假如没有给设备10、12发送参考时钟信号,内部振荡器44的时钟脉冲用于对连接到输出32的附加设备进行同步。通过接口55从时间服务器、GPS接收器或从其中安装有设备10、12的测试设备接收公共时间基准上的信息。
设备10、12在其输入处接收已调参考时钟信号,其首先运行通过一个任选的滤波器40来分离出任何DC成分,该直流成分在设备中已加在了无直流发送的已调参考时钟信号中。在放大器42中,为参考时钟信号恢复原始的矩形波,其可以作为传输长度的结果进行取整。设备10、12具有一个与参考时钟信号同步的振荡器44。在放大器42后,将参考时钟信号输入至时钟恢复电路46用于10兆赫时钟脉冲的恢复。在耦接至振荡器44之前,恢复的时钟被输入至相位鉴别器48、低通滤器50和加法器52。
如果设备10、12充当主设备,则通过接口55将公共时间基准上的信息提供给解码/编码电路54用于调制参考时钟信号(“编码”)。在放大器56中放大已调参考时钟信号,并且使得通过输出滤波器58可用,该滤波器用来分离到输出32的直流。若设备10、12充当从设备,则在解码/编码电路54中从在其输入处所提供的已调参考时钟信号恢复(解码)公共时间基准上的信息,并且使得通过接口55对于内部时间测量设备30可用,如图1所示。任选数模转换器(DAC)60用来控制在设备10、12的主运行过程中参考时钟信号的频率。
可以将多个设备10、12以菊花链形式互相连接。链中的第一设备10、12作为主设备工作,并且使得在其输出32处可用已调参考时钟信号。链中随后的设备10、12作为从设备工作,并且使用该已调参考时钟信号来同步其内部振荡器,并且将内部时间测量设备设置为公共时间基准。链中的每一个从设备12使得在其输出32处可将已调参考时钟信号用于进一步的从设备。
Claims (13)
1.一种具有主设备和从设备类型的改进的时间同步测量系统,每一个主设备和从设备具有一个用于指定发送和/或接收一条测量信息的相关时间的时间测量设备,并且该主设备进一步具有一个参考时钟脉冲发生设备,用于向从设备发送由该参考时钟脉冲发生设备产生的参考时钟信号,进一步包括装置,用于用以公共时间为基础的一段信息为该主设备和从设备调制该参考时钟信号,从而产生一个已调参考时钟信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其中主设备包括一个主通信设备,从设备包括一个从通信设备,并且测量信息包括在电信网络中的协议消息。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述公共时间基准包括绝对时间。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述公共时间基准包括测试时间。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述发送的参考时钟信号和已调参考时钟信号包括无直流信号。
6.根据权利要求的系统,其中所述调制包括在主设备和从设备之间达成一致的定义系统时间开始的信号。
7.根据权利要求6所述的系统,其中调制包括以编码的形式作为达成一致的信号发送的涉及公共时间基准的当前时间。
8.根据权利要求1所述的系统,其中主设备包括一个传播时间确定设备,该传播时间确定设备确定参考时钟信号在主设备和从设备之间的传播时间,并且在调制装置中补偿该传播时间。
9.根据权利要求1所述的系统,进一步包括多个主设备,每一个主设备具有一个参考时钟脉冲发生设备以及一个时间测量设备,该两者互不同步并且具有GPS接收器,其中每一个GPS接收器接收一个脉冲信号并且使其可用于对应的参考时钟脉冲发生设备来达到同步的目的,并且接收一个绝对时间信号并使其可用于对应的时间测量设备来设置该时间测量设备。
10.根据权利要求1所述的系统,其中参考时钟信号包括一个10兆赫时钟信号。
11.根据权利要求1所述的系统,其中已调参考时钟信号包括一个信号,其中逻辑“0”由具有75/25占空因数的参考时钟信号的第一周期和具有25/75占空因数的参考时钟信号的第二周期定义,逻辑“1”由具有75/25占空因数的参考时钟信号的两个周期随之以具有25/75占空因数的参考时钟信号的两个周期,以及具有25/75占空周期的参考时钟信号的两个周期随之以具有75/25占空因数的参考时钟信号的两个周期来定义。
12.根据权利要求1所述的系统,其中进一步包括多个从设备,每一个从设备包括一个输出,在该输出处已调参考时钟信号可用于从设备中的另一个。
13.一种主设备和从设备的时间同步方法,每一个主设备和从设备具有一个用于指定发送和/或接收一条测量信息的相关时间的时间测量设备,该主设备进一步具有一个参考时钟脉冲发生设备,用于产生发送给从设备的参考时钟信号,包括为主设备和从设备利用以公共时间为基础的一条信息调制参考时钟信号的另一步骤。
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