CN101772151A - 一种恢复时分复用输出的时钟信号的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恢复时分复用输出的时钟信号的装置及方法，对于差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算出对应的相位差，并将计算出的各相位差缓存；计算修正时钟频率F_n，根据F_n计算延迟时间，当延迟时间等于缓存的相位差时，发送TDM数据使能信号，读出分组数据包中的数据，并根据F_n将该数据以TDM格式发送至基站。采用本发明所述的装置及方法，能够同时兼容差分时钟恢复法和自适应时钟恢复法，且易于实现，从而提高了应用的灵活性。

Description

一种恢复时分复用输出的时钟信号的装置及方法

技术领域

本发明涉及分组传送网络中时分复用业务领域，特别是指一种恢复时分复用输出的时钟信号的装置及方法。

背景技术

在时分复用(TDM，Time Division Multiplex and Multiplexer)业务中，例如，回传(Backhaul)应用中，为实现语音、数据和图像的传递，由无线网络控制器(RNC，Radio Network Controller)发送分组数据包，并经过分组传送网络(PTN，Packet Transport Network)将TDM数据传递到基站(Node-B)，其网络连接如图1所示，从基站到RNC的接口主要是以中继线(E1)或1级同步传输模式(STM-1，Synchronous Transport Module level-1)接口互联、以异步传输模式反向复用(IMA，Inverse Multiplexing for ATM)业务为主体的承载方式，或者是来自基站节点的E1接口在PTN中汇聚成N级同步传输模式(STM-N，Synchronous Transport Module level-N)数据帧，以STM-N方式接入RNC。

由于TDM业务对时钟要求很高，而PTN网络不能提供一个全局的网络时钟，因此在TDM数据传输的过程中，从发送端设备发出的源TDM数据时钟与接收端设备接收的目的TDM数据时钟不一致，这样会导致误码、滑码，或者其他严重的错误。因此，为了实现TDM数据的可靠传输，恢复TDM输出的时钟信号尤为重要。

现有技术中，常用的时钟恢复方法有差分时钟恢复法和自适应时钟恢复法，一般情况下，当网络源端与终端使用同一时钟时，例如：在同步以太网络中，使用差分时钟恢复法，除此之外，使用自适应时钟恢复法，可见现有技术中使用的时钟恢复方法，只能应用在特定的环境下，因此具有一定的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种恢复时分复用输出的时钟信号的装置及方法，能同时兼容差分时钟恢复法和自适应时钟恢复法，从而提高应用的灵活性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种恢复时分复用输出的时钟信号的装置，该装置包括：相位差Δφ计算模块、相位差队列Δφ缓存模块、读控制器模块；其中，

相位差Δφ计算模块，用于根据差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算对应的相位差Δφ_i；

相位差队列Δφ缓存模块，用于缓存相位差Δφ计算模块计算出的相位差Δφ_i，并向读控制器模块提供Δφ_i值；

读控制器模块，用于根据修正时钟频率F_n计算延迟时间，并当延迟时间等于相位差Δφ_i时，发送TDM数据使能信号。

上述方案中，所述相位差Δφ计算模块计算对应的相位差Δφ_i具体包括：

对于差分时钟恢复，相位差Δφ计算模块读取当前数据包携带的时戳相位信息φ₁，将φ₁与前一个数据包携带的时戳相位信息φ₂做差，得出当前数据包到达时间与前一个数据包到达时间的相位差Δφ_n，Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，并令下一个数据包携带的时戳相位信息为新的φ₁，将计算出的Δφ_n作为所求的差分时钟的相位差Δφ_i，i取正整数；

对于自适应时钟恢复，相位差Δφ计算模块读取当前数据包到达时本地时钟相位值φ₁，将φ₁与前一个数据包到达时本地时钟相位值φ₂做差，得出当前数据包与前一个数据包到达的时间间隔为Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，并令下一个数据包到达时本地时钟相位值为新的φ₁；对前n个数据包到达的时间间隔取平均值：Δφ_i＝(Δφ₁+Δφ₂+...+Δφ_n)/n，将计算出的平均值作为所求的自适应时钟的相位差Δφ_i，i取正整数。

上述方案中，所述读控制器模块计算延迟时间具体包括：每经过一个时钟周期1/F_n，读控制器模块中的时钟相位计数器的计数值Timer_cnt累加一次。

上述方案中，所述读控制器模块，还用于在发送TDM数据使能信号之后，从相位差队列Δφ缓存模块中读取下一个相位差Δφ_i+1，并将所述时钟相位计数器的计数值Timer_cnt清零。

上述方案中，该装置还包括：队列深度抖动计算模块、频率控制算法模块、包队列缓存模块及TDM输出模块；其中，

队列深度抖动计算模块，用于计算缓存的数据包个数偏离预设值offset的平均抖动程度Δβ；其中，Δβ_n＝CNT_n-offset，offset为包队列缓存模块中最大可以缓存的数据包的数量的一半；CNT_n为队列深度抖动计算模块中的计数值，包队列缓存模块每收到一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n加1；包队列缓存模块每发送一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n减1；

频率控制算法模块，用于计算修正时钟频率F_n；

包队列缓存模块，用于缓存RNC发送过来的分组数据包；

TDM输出模块，用于根据TDM数据使能命令，从包队列缓存模块中读取分组数据包中的数据，并按TDM格式发送至基站。

上述方案中，所述队列深度抖动计算模块计算平均抖动程度Δβ，具体为：如果Δβ_n大于等于最大的偏差值±Δβ_max，则输出的Δβ取当前值；如果Δβ_n小于最大的偏差值±Δβ_max，则输出的Δβ取前n个偏差值的平均值；所述最大的偏差值±Δβ_max取offset的3/4倍。

本发明还提供了一种恢复时分复用输出的时钟信号的方法，该方法包括：

对差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算出对应的相位差Δφ_i，并缓存计算出的Δφ_i；

根据计算出的修正时钟频率F_n，计算延迟时间，当延迟时间等于Δφ_i时，发送TDM数据使能信号，读出分组数据包中的数据，并根据F_n将读出的数据以TDM格式发送至基站。

上述方案中，所述计算对应的相位差Δφ_i，具体包括：对于差分时钟恢复，读取当前数据包携带的时戳相位信息φ₁，将φ₁与前一个数据包携带的时戳相位信息φ₂做差，得出当前数据包到达时间与前一个数据包到达时间的相位差Δφ_n，Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，并令下一个数据包携带的时戳相位信息为新的φ₁；将计算出的Δφ_n作为所求的差分时钟的相位差Δφ_i，其中，i取正整数；

对于自适应时钟恢复，读取当前数据包到达时本地时钟相位值φ₁，将φ₁与前一个数据包到达时本地时钟相位值φ₂做差，得出当前数据包与前一个数据包到达的时间间隔为Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，即φ₂＝φ₁，并令下一个数据包到达时本地时钟相位值为φ₁；对前n个数据包到达的时间间隔取平均值，将计算出的平均值作为所求的自适应时钟的相位差Δφ_i。

上述方案中，所述计算延迟时间具体包括：每经过一个时钟周期1/F_n的时间，将时钟相位计数器的计数值Timer_cnt累加一次。

上述方案中，所述发送TDM数据使能信号之后，该方法还包括：读取下一个相位差Δφ_i+1，并将时钟相位计数器的计数值Timer_cnt清零。

本发明所提供的恢复时分复用输出的时钟信号的装置及方法，对于差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算出对应的相位差，并将计算出的各相位差缓存；计算修正时钟频率F_n，根据F_n计算延迟时间，当延迟时间等于缓存的相位差时，发送TDM数据使能信号，读出分组数据包中的数据，并根据F_n将该数据以TDM格式发送至基站。本发明所述的装置及方法，能够同时兼容差分时钟恢复法和自适应时钟恢复法，既可以在网络源端与终端使用同一时钟时，支持差分时钟恢复法，又能在其他环境中支持自适应时钟恢复法，因而提高了应用环境的灵活性；而且，本发明不仅可以采用FPGA的方式实现，还可以采用DSP、逻辑器件及CPU等其他的方式实现，具有广泛的实际应用价值。

附图说明

图1为无线网络控制器、分组传送网络及基站之间的网络连接关系示意图；

图2为本发明恢复时分复用输出的时钟信号的装置组成图；

图3为本发明恢复时分复用输出的时钟信号的方法流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：对差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算出对应的相位差，并将计算出的各相位差缓存；计算修正时钟频率F_n，根据F_n计算延迟时间；当延迟时间等于缓存的相位差时，发送TDM数据使能信号，读出分组数据包中的数据，并根据F_n将读出的数据以TDM格式发送至基站。

本发明提供的恢复时分复用输出的时钟信号的装置，位于靠近基站一端的交换机中，该装置包括：相位差Δφ计算模块、相位差队列Δφ缓存模块、读控制器模块，如图2所示；其中，

相位差Δφ计算模块，用于根据差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算对应的相位差Δφ_i；其中，i取正整数1、2...；

相位差队列Δφ缓存模块，用于缓存相位差Δφ计算模块计算出的相位差Δφ_i，并向读控制器模块提供Δφ_i值；

读控制器模块，用于根据修正时钟频率F_n计算延迟时间，并当延迟时间等于相位差Δφ_i时，向TDM输出模块发送TDM数据使能信号。

所述相位差Δφ计算模块计算对应的相位差Δφ_i，具体包括：对于差分时钟恢复，相位差Δφ计算模块读取当前数据包携带的时戳相位信息φ₁，将φ₁与前一个数据包携带的时戳相位信息φ₂做差，得出当前数据包到达时间与前一个数据包到达时间的相位差Δφ_n，即Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，即φ₂＝φ₁，并令下一个数据包携带的时戳相位信息为新的φ₁；将计算出的Δφ_n作为所求的差分时钟的相位差Δφ_i，即Δφ_i＝Δφ_n，其中，i取正整数；

对于自适应时钟恢复。相位差Δφ计算模块读取当前数据包到达时本地时钟相位值φ₁，将φ₁与前一个数据包到达时本地时钟相位值φ₂做差，得出当前数据包与前一个数据包到达的时间间隔为Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，即φ₂＝φ₁，并令下一个数据包到达时本地时钟相位值为新的φ₁；对前n个数据包到达的时间间隔取平均值：Δφ_i＝(Δφ₁+Δφ₂+...+Δφ_n)/n，将计算出的平均值作为所求的自适应时钟的相位差Δφ_i，其中，i取正整数。

所述读控制器模块，每经过一个时钟周期的时间1/F_n，读控制器模块中的时钟相位计数器的值就累加一次，即计数值Timer_cnt＝Timer_cnt+1，当所经过的延迟时间等于相位差Δφ_i时，读控制器模块向TDM输出模块发送TDM数据使能信号；然后，从相位差队列Δφ缓存模块中读取下一个相位差Δφ_i+1，并将时钟相位计数器的值Timer_cnt清零。其中，F_n为第n次修正时钟频率。

上述方案中，该装置还包括：队列深度抖动计算模块、频率控制算法模块、包队列缓存模块、以及TDM输出模块；其中，

队列深度抖动计算模块，用于根据公式Δβ_n＝CNT_n-offset，计算缓存的数据包个数偏离预设值offset的平均抖动程度Δβ；所述offset一般为包队列缓存模块中最大可以缓存的数据包的数量的一半；

包队列缓存模块每收到一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n就加1，即CNT_n＝CNT_n-1+1；包队列缓存模块每发送一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n就减1，即CNT_n＝CNT_n-1-1；根据CNT_n的值，计算当前CNT_n偏离offset的程度：Δβ_n＝CNT_n-offset，如果Δβ_n大于或等于最大的偏差值±Δβ_max，则输出的Δβ取当前值，即Δβ＝Δβ_n；如果Δβ_n小于最大的偏差值±Δβ_max，则输出的Δβ取前n个偏差值的平均值，即Δβ＝(Δβ₁+Δβ₂+......Δβ_n)/n；所述最大的偏差值±Δβ_max，一般取offset的3/4倍。

频率控制算法模块，用于根据公式F_n＝F_n-1+kΔβ，计算修正时钟频率F_n；所述修正时钟频率F_n，为数据包中每个比特位的时钟频率，由高速时钟进行分频得到；其中，F_n为第n次修正时钟频率，F_n-1为第n-1次修正时钟频率，以此类推；k为可设置的参数，用于调节时钟频率变化的快慢，k值可以根据PTN网络的具体情况而设置。

包队列缓存模块，用于缓存RNC发送过来的分组数据包；

TDM输出模块，用于根据TDM数据使能命令，从包队列缓存模块中读取分组数据包中的数据，并按TDM格式发送至基站。

基于上述装置，本发明提供了一种恢复时分复用输出的时钟信号的方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤301～302：判断是否有分组数据包输入，如果有分组数据包输入，则将当前输入的分组数据包存入包队列缓存模块；否则，继续等待；

本步骤中，包队列缓存模块根据数据包写入命令，判断是否有分组数据包从RNC输入，其中，如何判断的过程为现有技术，在此不做详细描述；如果有分组数据包输入，则将当前输入的分组数据包存入包队列缓存模块；否则，继续等待。

步骤303：计算当前数据包到达时间与前一个数据包到达时间的相位差Δφ_i，并保存Δφ_i值；

本步骤中，网络管理层设定差分时钟恢复法或自适应时钟恢复法后，会通过CPU主动将设定的时钟恢复法通知相位差Δφ计算模块；对于差分时钟恢复，由相位差Δφ计算模块读取当前数据包携带的时戳相位信息φ₁，并将φ₁与前一个数据包携带的时戳相位信息φ₂做差，得出当前包与前一个包到达时间的相位差为Δφ_n＝φ₁-φ₂；将φ₂的值更新为φ₁的值，使φ₂＝φ₁，则所求的相位差Δφ_i＝Δφ_n。

对于自适应时钟恢复，由相位差Δφ计算模块读取当前数据包到达本地时的时钟相位值φ₁，并将φ₁与前一个数据包到达本地时的时钟相位值φ₂做差，得出当前包与前一个包到达时间的相位差为Δφ_n＝φ₁-φ₂；将φ₂的值更新为φ₁的值，使φ₂＝φ₁，并对前n个包到达时间的相位差取平均值：Δφ_i＝(Δφ₁+Δφ₂+...+Δφ_n)/n，则算出的平均值即是所求的相位差Δφ_i。上述n为数据包的个数，取正整数1、2...；i取正整数1、2...。

保存Δφ_i值是将计算出的Δφ_i存入相位差队列Δφ缓存模块。

步骤304：计算缓存的数据包的个数偏离预设值的平均抖动程度Δβ；

本步骤中，包队列缓存模块每从RNC收到一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n＝CNT_n-1+1；包队列缓存模块每向TDM输出模块发送一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n＝CNT_n-1-1；包队列缓存模块计算当前计数值CNT_n偏离offset的值Δβ_n＝CNT_n-offset，如果Δβ_n大于等于最大的偏差值±Δβ_max，则输出的Δβ取当前值，即Δβ＝Δβ_n；如果Δβ_n小于最大的偏差值±Δβ_max，则Δβ取前n个偏差值的平均值，即Δβ＝(Δβ1+Δβ2+......Δβn)/n。

步骤305：根据Δβ值，计算修正时钟频率F_n；

本步骤中，频率控制算法模块根据公式：F_n＝F_n-1+kΔβ，计算修正时钟频率值F_n，并将F_n输出给读控制器和TDM输出模块。其中，k为可设置的参数，用于调节时钟频率变化的快慢，其值可以根据PTN网络的具体情况而设置。

步骤306：当延迟时间等于Δφ_i时，发送TDM使能信号；

本步骤中，读控制器模块根据当前时钟频率F_n计算延迟时间，每经过一个时钟周期1/F_n，读控制器模块中的时钟相位计数器的值就累加一次，即计数值Timer_cnt＝Timer cnt+1；当延迟时间等于Δφ_i(i＝1，2...)时，读控制器模块向TDM输出模块发送TDM使能命令，并从相位差队列Δφ缓存模块中读取的下一个相位差Δφ_i+1，并将时钟相位计数器的值Timer_cnt清零。

步骤307：读取分组数据包中的数据，并按TDM格式将读取的数据发送到基站。

本步骤中，当延迟时间到达Δφ_i后，TDM输出模块从包队列缓存模块中读取分组数据包中的数据，并根据时钟频率F_n，将上述数据按TDM格式发送到基站，从而使TDM数据的发送周期与分组数据包的输入周期一致，从而实现TDM输出的时钟信号的恢复。

本发明所述的方法，不仅可以用FPGA的方式实现，还可以用DSP、逻辑器件及CPU等其他的方式实现，具有广泛的灵活性及实际应用价值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种恢复时分复用输出的时钟信号的装置，其特征在于，该装置包括：相位差Δφ计算模块、相位差队列Δφ缓存模块、读控制器模块；其中，

相位差Δφ计算模块，用于根据差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算对应的相位差Δφ_i；

相位差队列Δφ缓存模块，用于缓存相位差Δφ计算模块计算出的相位差Δφ_i，并向读控制器模块提供Δφ_i值；

读控制器模块，用于根据修正时钟频率F_n计算延迟时间，并当延迟时间等于相位差Δφ_i时，发送TDM数据使能信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相位差Δφ计算模块计算对应的相位差Δφ_i具体包括：

对于差分时钟恢复，相位差Δφ计算模块读取当前数据包携带的时戳相位信息φ₁，将φ₁与前一个数据包携带的时戳相位信息φ₂做差，得出当前数据包到达时间与前一个数据包到达时间的相位差Δφ_n，Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，并令下一个数据包携带的时戳相位信息为新的φ₁，将计算出的Δφ_n作为所求的差分时钟的相位差Δφ_i，i取正整数；

对于自适应时钟恢复，相位差Δφ计算模块读取当前数据包到达时本地时钟相位值φ₁，将φ₁与前一个数据包到达时本地时钟相位值φ₂做差，得出当前数据包与前一个数据包到达的时间间隔为Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，并令下一个数据包到达时本地时钟相位值为新的φ₁；对前n个数据包到达的时间间隔取平均值：Δφ_i＝(Δφ₁+Δφ₂+...+Δφ_n)/n，将计算出的平均值作为所求的自适应时钟的相位差Δφ_i，i取正整数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述读控制器模块计算延迟时间具体包括：每经过一个时钟周期1/F_n，读控制器模块中的时钟相位计数器的计数值Timer_cnt累加一次。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述读控制器模块，还用于在发送TDM数据使能信号之后，从相位差队列Δφ缓存模块中读取下一个相位差Δφ_i+1，并将所述时钟相位计数器的计数值Timer_cnt清零。

5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，该装置还包括：队列深度抖动计算模块、频率控制算法模块、包队列缓存模块及TDM输出模块；其中，

队列深度抖动计算模块，用于计算缓存的数据包个数偏离预设值offset的平均抖动程度Δβ；其中，Δβ_n＝CNT_n-offset，offset为包队列缓存模块中最大可以缓存的数据包的数量的一半；CNT_n为队列深度抖动计算模块中的计数值，包队列缓存模块每收到一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n加1；包队列缓存模块每发送一个数据包，队列深度抖动计算模块中的计数值CNT_n减1；

频率控制算法模块，用于计算修正时钟频率F_n；

包队列缓存模块，用于缓存RNC发送过来的分组数据包；

TDM输出模块，用于根据TDM数据使能命令，从包队列缓存模块中读取分组数据包中的数据，并按TDM格式发送至基站。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述队列深度抖动计算模块计算平均抖动程度Δβ，具体为：如果Δβ_n大于等于最大的偏差值±Δβ_max，则输出的Δβ取当前值；如果Δβ_n小于最大的偏差值±Δβ_max，则输出的Δβ取前n个偏差值的平均值；所述最大的偏差值±Δβ_max取offset的3/4倍。

7.一种恢复时分复用输出的时钟信号的方法，其特征在于，该方法包括：

对差分时钟恢复方法或自适应时钟恢复方法，计算出对应的相位差Δφ_i，并缓存计算出的Δφ_i；

根据计算出的修正时钟频率F_n，计算延迟时间，当延迟时间等于Δφ_i时，发送TDM数据使能信号，读出分组数据包中的数据，并根据F_n将读出的数据以TDM格式发送至基站。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算对应的相位差Δφ_i，具体包括：对于差分时钟恢复，读取当前数据包携带的时戳相位信息φ₁，将φ₁与前一个数据包携带的时戳相位信息φ₂做差，得出当前数据包到达时间与前一个数据包到达时间的相位差Δφ_n，Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，并令下一个数据包携带的时戳相位信息为新的φ₁；将计算出的Δφ_n作为所求的差分时钟的相位差Δφ_i，其中，i取正整数；

对于自适应时钟恢复，读取当前数据包到达时本地时钟相位值φ₁，将φ₁与前一个数据包到达时本地时钟相位值φ₂做差，得出当前数据包与前一个数据包到达的时间间隔为Δφ_n＝φ₁-φ₂，其中，n取正整数；将φ₂的值更新为φ₁，即φ₂＝φ₁，并令下一个数据包到达时本地时钟相位值为φ₁；对前n个数据包到达的时间间隔取平均值，将计算出的平均值作为所求的自适应时钟的相位差Δφ_i。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述计算延迟时间具体包括：每经过一个时钟周期1/F_n的时间，将时钟相位计数器的计数值Timer_cnt累加一次。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发送TDM数据使能信号之后，该方法还包括：读取下一个相位差Δφ_i+1，并将时钟相位计数器的计数值Timer_cnt清零。

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