CN101848075B - 接收装置和用于接收装置的时刻校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了接收装置和用于接收装置的时刻校正方法。接收装置包括：时钟单元，输出时刻信息；同步分组接收单元，接收通过异步网络从发送装置发送来的包含发送时刻信息的同步分组；抖动量计算单元，计算第一差异(同步分组接收单元接收到的两个相邻同步分组的接收时刻间的差异)与第二差异(这两个同步分组的发送时刻间的差异)之间的差异作为抖动量；延迟时间估计单元，基于抖动量计算单元计算出的抖动量获得同步分组的延迟时间；以及时刻校正单元，基于延迟时间估计单元获得的同步分组的延迟时间对同步分组接收单元接收到的同步分组的发送时刻进行补正以获得经补正的时刻，并利用该经补正的时刻对时钟单元所指示的时刻进行改写和校正。

Description

接收装置和用于接收装置的时刻校正方法

技术领域

本发明涉及接收装置和用于接收装置的时刻校正方法。更具体而言，本发明涉及通过利用经由异步网络从发送装置发送来的同步分组来对时钟单元所指示的时刻进行校正的接收装置。

背景技术

过去，已经知道包括输出时刻信息的时钟单元的接收装置通过利用经由异步网络从发送装置发送来的同步分组来对该时钟单元所指示的时刻进行校正。

图17示出了根据现有技术的接收装置400的配置示例。在图17中，示意性地示出了JP-A-2004-304809中记载的与时刻同步有关的接收装置的一部分。在接收装置400中，通过局域网(LAN)从发送装置接收包含发送时刻信息的同步分组(以下称之为sync分组)。时钟单元(计数器)所指示的值被用发送时刻信息所表示的时刻(计数器值)来改写。从而，接收装置中指示的时刻被控制为与发送装置中指示的时刻同步。

接收装置400包括网络接口401、sync分组接收单元402、接收时刻记录单元403、以及时刻信息记录单元404。接收装置400还包括抖动量计算单元405、误差计算和数模转换(DAC)单元406、以及时钟生成单元407、时钟单元409、以及计数器408。

时钟单元409输出时刻信息。时钟单元409包括响应于由时钟生成单元407生成的时钟CLK而进行递增计数的计数器。计数器408是与时钟单元409中包括的计数器类似的计数器，并且响应于由时钟生成单元407生成的时钟CLK而进行递增计数。

sync分组接收单元402通过LAN经由网络接口401接收从未示出的发送装置发送来的sync分组，其中LAN是异步网络。图18示出了sync分组的结构示例。sync分组包括以太网帧头部、IP数据报头部、用户数据报协议(UDP)头部、时间戳数据、杂项数据项、以及循环冗余校验(CRC)字符(用于校验差错的代码)。时间戳数据是表示sync分组的发送时刻的信息。

接收时刻记录单元403记录在sync分组接收单元402接收到sync分组的时间点获得的计数器408的计数器值来作为接收时刻。时刻信息记录单元404记录由sync分组接收单元402接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻。

抖动量计算单元405基于sync分组接收单元402接收到的两个相邻sync分组的接收时刻和发送时刻来计算抖动量。换言之，抖动量计算单元405计算第一差异与第二差异之间的差异作为抖动量，其中第一差异是接收时刻之间的差异，第二差异是发送时刻之间的差异。

现在，假定t(1)、t(2)等等表示接收时刻，并且s(1)、s(2)等等表示发送时刻。这里，括号中的数字表示赋予sync分组的样本号。例如，t(a)和s(a)将分别表示某一sync分组的接收时刻和发送时刻，而t(b)和s(b)将分别表示随后的一sync分组的接收时刻和发送时刻。在此情况下，抖动量计算单元405根据以下给出的式(1)来计算抖动量。

抖动量＝t(b)-t(a)-(s(b)-s(a))   ...(1)

在对由抖动量计算单元405计算出的抖动量执行适当的滤波处理后，误差计算和DAC单元406按顺序执行量化、转换到模拟值和低通滤波处理，以产生误差电压VC。误差计算和DAC单元406将误差电压VC馈送给时钟生成单元407，作为对时钟频率的控制电压。

时钟生成单元407如上所述生成被馈送给时钟单元409和计数器408的时钟CLK。时钟生成单元407例如是利用压控晶体振荡器(VCXO)形成的。

下面将描述要在图17所示的接收装置400执行的时刻同步动作。

当通过LAN经由网络接口401从发送装置发送来的sync分组(参见图18)被sync分组接收单元402接收到时，计数器408的计数器值作为接收时刻被记录在接收时刻记录单元403中。此时，在时刻信息记录单元404中，记录由接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻。

在抖动量计算单元405中，记录在接收时刻记录单元403中的接收时刻和记录在时刻信息记录单元404中的发送时刻被用于根据式(1)来计算抖动量，其中式(1)被赋予了两个相邻sync分组的接收时刻及其发送时刻。在时刻同步对网络上发生的sync分组的延迟时间的变动不敏感的情况下，抖动量对应于发送方与接收方之间的时钟频率的误差。在时刻同步对网络上发生的sync分组的延迟时间的变动敏感的情况下，抖动量对应于发送方与接收方之间的时钟频率的误差以及延迟时间的变动的组合。

由抖动量计算单元405计算出的抖动量被馈送给误差计算和DAC单元406。在误差计算和DAC单元406中，在抖动量经历适当的滤波处理后，按顺序执行量化、转换到模拟值以及低通滤波处理。最终，产生误差电压VC。误差电压VC被馈送给时钟生成单元407，并用于控制时钟生成单元407要生成的时钟CLK的频率。计数器408、接收时刻记录单元403、抖动量计算单元405、误差计算和DAC单元406以及时钟生成单元407构成锁频环(frequency-locked loop)。

如上所述，当由时钟生成单元407生成的时钟CLK的频率被锁频环所控制时，时钟单元409指示的时刻(计数器值)被校正。具体而言，当sync分组接收单元402接收到sync分组时，时钟单元409的时刻(计数器值)被用该sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻(计数器值)来改写。从而，时钟单元409的时刻(计数器值)被控制为与未示出的发送装置中包括的时钟单元所指示的时刻(计数器值)相同步。关于时钟单元409的时刻(计数器值)的信息被馈送给例如未示出的sync信号生成单元，并被用于使接收装置和发送装置中分别使用的sync信号同相。

发明内容

在图17所示的接收装置400中，前述的锁频环被适当地设计，以使得它既可以应对时钟频率的误差，又可以应对sync分组的延迟时间的变动。当延迟时间的变动的不利影响这样得以最小化时，时钟频率可与发送方的时钟频率同步。

然而，利用接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻(计数器值)来改写时钟单元409的时刻(计数器值)的时刻同步处理仍对延迟时间的变动敏感。因此，其相位被用关于时钟单元409的时刻(计数器值)的信息来控制的sync信号仍包含与延迟时间的变动相当的变动。

一旦在接收装置400中可测量sync分组的延迟时间，那么当时钟单元409所指示的时刻(计数器值)被改写时，各sync分组中包含的时间戳数据项所表示的发送时刻s(1)、s(2)等等中的每一个就可用与测得值相当的值来加以校正。然而，为了测量延迟时间，在接收装置400中必须存在与发送装置中包含的时钟单元完全相同地动作的时钟单元(计数器)。因此，测量延迟时间对于完成时刻同步这个目的并无帮助。必需有用于根据另一种方法来估计延迟时间的手段。

希望在sync分组被用于校正时钟单元所指示的时刻的情况下最小化sync分组所招致的延迟的变动的不利影响。

根据本发明的一个实施例，提供了一种接收装置，包括：

时钟单元，该时钟单元输出时刻信息；

sync分组接收单元，该sync分组接收单元接收通过异步网络从一发送装置发送来的、包含发送时刻信息的sync分组；

抖动量计算单元，该抖动量计算单元计算第一差异与第二差异之间的差异来作为抖动量，该第一差异是由sync分组接收单元接收到的两个相邻sync分组的接收时刻之间的差异，该第二差异是这两个sync分组的发送时刻之间的差异；

延迟时间估计单元，该延迟时间估计单元基于由抖动量计算单元计算出的抖动量来获得sync分组的延迟时间；以及

时刻校正单元，该时刻校正单元基于由延迟时间估计单元获得的sync分组的延迟时间来对由sync分组接收单元接收到的sync分组的发送时刻进行补正以获得经补正的时刻，并且利用该经补正的时刻来对时钟单元所指示的时刻进行改写和校正。

根据本发明的该实施例，基于抖动量来估计sync分组的延迟时间。例如，抖动量被累积并求和以获得抖动量的累积求和值。抖动量的累积求和值被偏移，以使得抖动量的累积求和值的最小值将等于延迟时间的最小值。最终，获得sync分组的延迟时间。这里，延迟时间的最小值将会是预先测量和确定的固定值或者由延迟测量部件测量和确定的变动值。sync分组的发送时刻被基于sync分组的估计延迟时间来加以补正，以获得经补正的时刻。时钟单元所指示的时刻被利用经补正的时刻来改写和校正。

这样基于抖动量估计的sync分组的延迟时间包括延迟变动。因此，通过针对估计延迟时间进行补正而获得的经补正时刻是通过针对包括延迟时间变动的延迟时间进行补正而获得的时刻。因此，在利用经补正的时刻来改写的同时加以校正的时钟单元的时刻是使得sync分组所招致的延迟变动的不利影响得以最小化的时刻，并且与发送装置中包含的时钟单元所指示的时刻非常精确地同步。

根据本发明的另一实施例，例如，延迟时间估计单元包括估计有效性判定块，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由累积求和块获得的抖动量的累积求和值等于由最小值检测块检测到的最小值的时段有效，并使其他时段无效。在利用从估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，时刻校正单元可利用经补正的时刻来对时钟单元的时刻进行改写和校正。

通过异步网络发送的sync分组的延迟时间包括固定成分和变动成分。抖动量的累积求和值为最小值的时段是这样一个时段，在该时段期间，达到了sync分组的延迟时间仅包括固定成分的稳定状态，并且sync分组的延迟时间呈现延迟时间的最小值。因此，当在该时段期间利用经补正的时刻对时钟单元所指示的时刻进行改写和校正时，可以更加精确地校正该时刻。

根据本发明的另一实施例，例如，延迟时间估计单元包括设定块和估计有效性判定块，该设定块至少基于由抖动量计算单元计算出的抖动量的最小值来设定抖动量的最小值范围，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由抖动量计算单元计算出的抖动量落在由设定块设定的最小值范围内的时段有效，并使其他时段无效。在利用从估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，时刻校正单元可利用经补正的时刻来对时钟单元的时刻进行改写和校正。

通过异步网络发送的sync分组的延迟时间包括固定成分和变动成分。在抖动量落在最小值范围内的时段期间，达到了sync分组的延迟时间的变动成分较小的近稳定状态。因此，当在该时段期间利用经补正的时刻对时钟单元所指示的时刻进行改写和校正时，可以更加精确地校正该时刻。

根据本发明的另一实施例，例如，延迟时间估计单元包括：累积求和块，该累积求和块对由抖动量计算单元计算出的抖动量进行累积并求和，以获得抖动量的累积求和值；最小值检测块，该最小值检测块检测由累积求和块获得的抖动量的累积求和值的最小值；估计有效性判定块，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由累积求和块获得的抖动量的累积求和值等于由最小值检测块检测到的最小值的时段有效，并使其他时段无效；以及输出块，该输出块在利用从估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间输出延迟时间的最小值作为sync分组的延迟时间。在利用从估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，时刻校正单元可利用经补正的时刻来对时钟单元的时刻进行改写和校正。

通过异步网络发送的sync分组的延迟时间包括固定成分和变动成分。在抖动量的累积求和值为最小值的时段期间，达到了sync分组的延迟时间仅包括固定成分的稳定状态，并且sync分组的延迟时间呈现延迟时间的最小值。因此，当在该时段期间利用经补正的时刻对时钟单元所指示的时刻进行改写和校正时，可以更加精确地校正该时刻。

根据本发明的另一实施例，例如，延迟时间估计单元包括：设定块，该设定块至少基于由抖动量计算单元计算出的抖动量的最小值来设定抖动量的最小值范围；估计有效性判定块，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由抖动量计算单元计算出的抖动量落在由设定块设定的最小值范围内的时段有效，并使其他时段无效；以及输出块，该输出块在利用从估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间输出延迟时间的最小值作为sync分组的延迟时间。在利用从估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，时刻校正单元可利用经补正的时刻来对时钟单元的时刻进行改写和校正。

通过异步网络发送的sync分组的延迟时间包括固定成分和变动成分。在抖动量落在最小值范围内的时段期间，达到了sync分组的延迟时间的变动成分较小的近稳定状态。因此，当在该时段期间利用经补正的时刻对时钟单元所指示的时刻进行改写和校正时，可以更加精确地校正该时刻。

根据本发明的另一实施例，当利用sync分组来对时钟单元所指示的时刻进行校正时，基于抖动量来估计sync分组的延迟时间。将发送时刻补正估计值，并从而对其进行校正。因此，可以最小化sync分组所遭受的延迟变动的不利影响，并且可以实现相对于发送装置的非常精确的时刻同步。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的接收装置的配置示例的框图；

图2是用于说明sync分组的延迟时间的性质的示图；

图3是示出在分别位于发送方和接收方的时钟所指示的值之间的偏差量为零的状态中确立的抖动量、累积抖动量与延迟时间之间的关系的示例的示图；

图4是示出用于测量延迟时间的最小值的延迟时间测量系统的配置示例的示图；

图5是示出第一实施例中包括的延迟时间估计单元的配置示例的框图；

图6是示出根据本发明第二实施例的接收装置的配置示例的框图；

图7是示出第二实施例中包括的延迟时间估计单元的配置示例的框图；

图8是示出第二实施例中包括的延迟时间估计单元的另一配置示例的框图；

图9是示出第二实施例中包括的延迟时间估计单元的另一配置示例的框图；

图10是示出第二实施例中包括的延迟时间估计单元的另一配置示例的框图；

图11是示出根据本发明第三实施例的接收装置的配置示例的框图；

图12是示出根据本发明第四实施例的接收装置的配置示例的框图；

图13是用于说明PTP消息的示图；

图14是示出第四实施例中包括的延迟时间估计单元的配置示例的框图；

图15是示出第四实施例中包括的延迟时间估计单元的另一配置示例的框图；

图16是示出第四实施例中包括的延迟时间估计单元的另一配置示例的框图；

图17是示出根据现有技术的接收装置的配置示例的框图；并且

图18是示出要从发送装置发送到接收装置的sync分组的结构示例的示图。

具体实施方式

下面将描述用于实现本发明的方式(以下称之为实施例)。将遵循以下给出的主题按顺序进行描述。

1.第一实施例

2.第二实施例

3.第三实施例

4.第四实施例

5.变体

<1.第一实施例>

[接收装置的配置示例]

图1示出了根据本发明第一实施例的接收装置100A的配置示例。为了简明起见，图1中只示出了接收装置100A的与时刻同步有关的部分。

接收装置100A包括网络接口101、sync分组接收单元102、接收时刻记录单元103、以及时刻信息记录单元104。接收装置100A还包括抖动量计算单元105、误差计算和数模转换(DAC)单元106、时钟生成单元107、时钟单元(计数器)109、计数器108、延迟时间估计单元110、以及时刻校正单元111。

时钟单元109输出时刻信息。时钟单元109包括响应于由时钟生成单元107生成的时钟CLK而进行递增计数的计数器。由时钟单元109提供的时刻信息(计数器值)被馈送给例如未示出的同步(sync)信号生成单元，并被用于使接收装置和发送装置中分别使用的sync信号彼此同相。计数器108是与时钟单元109中包括的计数器类似的计数器，并且响应于由时钟生成单元107生成的时钟CLK而进行递增计数。

sync分组接收单元102通过局域网(LAN)经由网络接口101接收从未示出的发送装置发送来的sync分组(参见图18)，其中LAN是异步网络。

接收时刻记录单元103在sync分组接收单元102接收到sync分组的时间点记录计数器108的计数器值来作为接收时刻。时刻信息记录单元104记录由sync分组接收单元102接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻。

抖动量计算单元105基于sync分组接收单元102接收到的两个相邻sync分组的接收时刻和发送时刻来计算抖动量。换言之，抖动量计算单元105计算第一差异与第二差异之间的差异作为抖动量，其中第一差异是接收时刻之间的差异，第二差异是发送时刻之间的差异。

现在，假定t(1)、t(2)等等表示接收时刻，并且s(1)、s(2)等等表示发送时刻。这里，括号中的数字表示赋予sync分组的样本号。例如，t(a)将表示某一sync分组的接收时刻并且s(a)将表示其发送时刻，而t(b)将表示随后的一sync分组的接收时刻并且s(b)将表示其发送时刻。在此情况下，抖动量计算单元105根据以下给出的式(2)来计算抖动量。

抖动量＝t(b)-t(a)-(s(b)-s(a))    ...(2)

在对由抖动量计算单元105计算出的抖动量执行适当的滤波处理后，误差计算和DAC单元106按顺序执行量化、转换到模拟值和低通滤波处理，以产生误差电压VC。误差计算和DAC单元106将误差电压VC馈送给时钟生成单元107，作为对时钟频率的控制电压。

时钟生成单元107如上所述生成要被馈送给时钟单元109和计数器108的时钟CLK。时钟生成单元107例如是利用压控晶体振荡器(VCXO)形成的。

延迟时间估计单元110基于由抖动量计算单元105计算出的抖动量，来获得sync分组的延迟时间Td。下文中将详述延迟时间估计单元110。

时刻校正单元111基于由延迟时间估计单元110获得的sync分组的延迟时间Td，来对由sync分组接收单元102接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻进行补正，从而获得经补正的时刻。在此情况下，时刻校正单元111把由延迟时间估计单元110获得的延迟时间Td与某一sync分组的发送时刻相加，以获得经补正的时刻。时刻校正单元111可以利用经补正的时刻(计数器值)来对时钟单元109的时刻(计数器值)进行改写和校正。

[延迟时间估计的原理]

下面将描述图1所示的接收装置100A中包括的延迟时间估计单元110所要执行的延迟时间估计的原理。

参考图2，下面将描述sync分组的延迟时间Δ(1)、Δ(2)等等的性质。括号中的数字表示赋予sync分组的样本号。注意，在网络上发生的延迟时间取决于LAN线缆的长度、包括交换机在内的网络元件、以及sync分组的大小。为了简明起见，在图2中，认为延迟时间是仅源自于交换机的。

在sync分组和另一分组(例如，视频信号分组)被经由交换机的同一输出端口发送的网络上，只要sync分组的发送不与另一分组的发送相重合，sync分组的发送就立即被执行。然而，如果sync分组的发送与另一分组的发送相重合，则sync分组的发送被推迟。输出等待时间取决于发送另一分组所需的时间，并且不是恒定的。因此，在接收方，不仅观察到恒定的通过延迟，还观察到以下给出的式(3)所表示的延迟变动。

t(1)-s(1)＝Δ(1)+offset(1)

t(2)-s(2)＝Δ(2)+offset(2)

t(3)-s(3)＝Δ(3)+offset(3)

t(4)-s(4)＝Δ(4)+offset(4)

...(3)

发送方和接收方分别包含的时钟就值(时刻)和前进方式(1秒的长度)而言是彼此不同的。因此，偏差量offset(1)、offset(2)、offset(3)、offset(4)等等呈现不同的值。然而，如果在一定条件下满足了值offset(1)、offset(2)、offset(3)、offset(4)等等彼此大致相等的要求，则在接收方观察到以下式(4)所表示的抖动量。该一定条件是：在时刻同步之前实现时钟频率的锁定，或者以较短的时间间隔产生sync分组，该较短的时间间隔短到使与样本有关的偏差量之间的差异足够小。

t(2)-s(2)-(t(1)-s(1))＝Δ(2)-Δ(1)

t(3)-s(3)-(t(2)-s(2))＝Δ(3)-Δ(2)

t(4)-s(4)-(t(3)-s(3))＝Δ(4)-Δ(3)

...(4)

由以上式(4)表示的抖动量的累积求和由以下式(5)表示。

{t(2)-s(2)-(t(1)-s(1))}+{t(3)-s(3)-(t(2)-s(2))}

＝{Δ(2)-Δ(1)}+{Δ(3)-Δ(2)}

＝Δ(3)-Δ(1)

{t(2)-s(2)-(t(1)-s(1))}+{t(3)-s(3)-(t(2)-s(2))}+

{t(4)-s(4)-(t(3)-s(3))}

＝{Δ(2)-Δ(1)}+{Δ(3)-Δ(2)}+{Δ(4)-Δ(3)}

＝Δ(4)-Δ(1)

...(5)

从式(5)明显可见，通过抖动量的累积求和，如以下式(6)所表示的，样本的延迟时间的变动以值Δ(1)的偏移的形式获得。

$\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}[t\left(i\right)-s\left(i\right)-(t(i-1)-s(i-1))]$

$=\mathrm{\&Delta;}\left(n\right)-\mathrm{\&Delta;}\left(1\right)---\left(6\right)$

通过针对偏移值Δ(1)进行补正，可获得延迟时间。为了测量Δ(1)值，在接收装置100A中必须存在与发送装置中包含的时钟单元操作方式相同的时钟单元(计数器)。因此，将不测量Δ(1)值。即，必须通过使用另一种手段来估计与该偏移值相当的补正值。

如上所述，只要sync分组的发送不与另一分组的发送相重合，sync分组的发送就可立即被执行。这意味着，通过确定网络元件和sync分组的规格，确立起了延迟时间的最小值保持恒定的情形。因此，记录独立测量的延迟时间的最小值，并且对由式(6)提供的值进行补正，以使得由式(6)提供的最小值将等于独立测量的延迟时间的最小值。从而，可以估计延迟时间。

现在，独立测量的延迟时间的最小值相当于在仅发送或接收sync分组的状态中出现的延迟时间，因此可以很容易地利用适当的测量仪器来预先测量。在所有sync分组或相当大量的sync分组被置于输出等待状态的高负载状态中，难以估计延迟时间。否则，估计技术将被证实是有效的。

由于抖动量被累积，使得通过重复估计直到估计值Δ(N)为止而导致的估计误差的累积的不利影响将得以减小，其中N表示要累积的样本的数目的上限。在基于分组中指定的ID号或序列号的不连续而检测到缺失sync分组的时间点重置累积，将被证实在避免误差累积方面是有效的。

图3示出了在发送方和接收方分别包含的时钟所指示的值之间的偏差量为零的状态中确立的抖动量、累积抖动量与延迟时间之间的关系的示例。在接收方可测量的抖动量以A＝0ms为中心，依据sync分组的样本而变动。累积了抖动量的累积抖动量具有最小值B，并且随着具有最小值C的延迟时间的变化而变动。在此示例中，最小值B大约为-5ms，最小值C大约为+4ms。因此，对于所有样本，当利用+9ms来补正累积抖动量时，可以估计样本的延迟时间。

[延迟时间测量系统的配置示例]

图4示出了用于测量延迟时间的最小值的延迟时间测量系统300的配置示例。延迟时间测量系统300具有由三级交换机构成的LAN，并且利用本地可得的网络测量仪器(分组生成器)来测量延迟时间。

分组生成器的端口1连接到用来连接发送机的交换机端口，并且在类似于sync分组的分组中指定时间戳，以使得该分组将被周期性地发送。接收机群组1、接收机群组2和接收机群组3就延迟时间而言彼此不同。交换机的交换机端口连接到分组生成器的端口2、3和4，以使得与sync分组类似的分组可经由这些交换机被接收。

分组生成器计算并输出延迟时间，该延迟时间是分组接收时刻与分组中指定的时间戳值之间的差异。如果在仅传输与sync分组类似的分组的状态中执行测量，则要输出的延迟时间呈现延迟时间的最小值。在此示例中，依据接收机属于哪个接收机群组来选择应当设定的延迟时间的最小值(最小延迟值)。

[延迟时间估计单元的配置示例]

图5示出了采用前述延迟时间估计原理的延迟时间估计单元110的配置示例。延迟时间估计单元110包括累积求和块201、最小值检测块202、偏移值计算块203、以及偏移运算块204。

累积求和块201对由抖动量计算单元105(参见图1)计算出的抖动量进行累积并求和，以获得累积抖动量(抖动量的累积求和值)。最小值检测块202检测由累积求和块201获得的累积抖动量的最小值。

偏移值计算块203计算由最小值检测块202检测到的累积抖动量的最小值与预先测量和确定的延迟时间的最小值(最小延迟值)之间的差异，从而计算偏移值。最小延迟值是固定值。根据图3所示的关系，累积抖动量的最小值是值B，最小延迟值是值C。因此，(C-B)被计算作为偏移值。

偏移运算块204把由偏移值计算块203计算出的偏移值加到由累积求和块201获得的每个样本的累积抖动量。在此情况下，偏移运算块204将与所有样本有关的累积抖动量补正该偏移值，并从而获得这些样本的延迟时间(估计延迟时间)。

下面将描述图5所示的延迟时间估计单元110中要执行的动作。由抖动量计算单元105(参见图1)计算出的抖动量被馈送给累积求和块201。累积求和块201对每个样本的抖动量进行累积并求和，以获得累积抖动量(抖动量的累积求和值)。累积抖动量被馈送给最小值检测块202和偏移运算块204。

最小值检测块202检测由累积求和块201获得的累积抖动量的最小值。累积抖动量的最小值被馈送给偏移值计算块203。偏移值计算块203计算累积抖动量的最小值与最小延迟值(固定值)之间的差异，从而计算偏移值。

由偏移值计算块203计算出的偏移值被馈送给偏移运算块204。偏移运算块204把由偏移值计算块203计算出的偏移值加到由累积求和块201计算出的每个样本的累积抖动量。最终，偏移运算块204将与所有样本有关的累积抖动量都补正了该偏移值，并从而获得这些样本的延迟时间(估计延迟时间)Td。

[接收装置中要执行的动作]

下面将描述图1所示的接收装置100A中要执行的时刻同步动作。

当sync分组接收单元102接收到通过LAN经由网络接口101从发送装置发送来的sync分组(参见图18)时，计数器108的计数器值作为接收时刻被记录在接收时刻记录单元103中。此时，该sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻被记录在时刻信息记录单元104中。

在抖动量计算单元105中，记录在接收时刻记录单元103中的接收时刻和记录在时刻信息记录单元104中的发送时刻被用于根据被赋予了两个相邻sync分组的接收时刻和发送时刻的前述式(2)来计算抖动量。在时刻同步对网络上发生的sync分组的延迟时间的变动不敏感的情况下，抖动量相当于发送方与接收方之间的时钟频率的误差。在时刻同步对网络上发生的sync分组的延迟时间的变动敏感的情况下，抖动量相当于发送方与接收方之间的时钟频率的误差以及延迟时间的变动的不利影响的组合。

由抖动量计算单元105计算出的抖动量被馈送给误差计算和DAC单元106。在误差计算和DAC单元106中，在对抖动量执行适当的滤波处理后，按顺序执行量化、转换到模拟值以及低通滤波处理，以产生误差电压VC。误差电压VC被馈送给时钟生成单元107，由此控制由时钟生成单元107生成的时钟CLK的频率。计数器108、接收时刻记录单元103、抖动量计算单元105、误差计算和DAC单元106以及时钟生成单元107构成锁频环。

由抖动量计算单元105计算出的抖动量被馈送给延迟时间估计单元110。延迟时间估计单元110基于抖动量来获得每个样本的延迟时间Td，其中样本是由sync分组接收单元102接收到的sync分组。延迟时间Td是直到从发送装置发送的sync分组被sync分组接收单元102接收为止经过的时间。

由延迟时间估计单元110获得的sync分组的延迟时间Td被馈送给时刻校正单元111。在时刻校正单元111中，由延迟时间估计单元110估计出的sync分组的延迟时间Td被加到由sync分组接收单元102接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻，从而获得经补正的时刻(计数器值)。时刻校正单元111利用经补正的时刻(计数器值)来对时钟单元109的时刻(计数器值)进行改写，由此时钟单元109所指示的时刻被控制为与发送装置中包含的时钟单元所指示的时刻同步。

延迟时间估计单元110要执行的估计延迟时间Td的处理和时刻校正单元111要执行的校正时钟单元109的时刻的处理被接收装置100A调用，并且在锁频环确立锁频状态之后被执行。在锁频状态中，上述偏差量offset(1)、offset(2)、offset(3)、offset(4)等等彼此相等。如结合延迟时间估计原理所述的，锁频状态中的累积抖动量相当于每个作为sync分组的样本的延迟变动(参考式(6))。

在时钟频率未锁定的情形中，值offset(1)小于值offset(2)，值offset(2)小于值offset(3)，值offset(3)小于值offset(4)，等等。否则，值offset(1)大于值offset(2)，值offset(2)大于值offset(3)，值offset(3)大于值offset(4)，等等。因此，由延迟时间估计单元110获得的延迟时间Td的值根据任一种趋势而发生很大变动。是否确立了锁频状态是通过观察例如误差计算和DAC单元106的输出来决定的。最终，可以确定时刻改写被认为有效的初始时间点。

在图1所示的接收装置100A中，由延迟时间估计单元110基于抖动量估计的sync分组的延迟时间Td包括延迟变动。因此，由时刻校正单元111获得的经补正的时刻是通过针对包括延迟时间变动的延迟时间进行补正而获得的时刻。因此，在利用经补正的时刻来改写的同时得以校正的时钟单元109的时刻使得sync分组所招致的延迟变动的不利影响得以最小化，并且与发送装置中包含的时钟单元所指示的时刻非常精确地同步。

<2.第二实施例>

[接收装置的配置示例]

图6示出了根据本发明第二实施例的接收装置100B的配置示例。在图6中，与示出接收装置100A的图1类似，为了简明起见，只示出了接收装置100B的与时刻同步有关的部分。在图6中，向与图1所示的组件相同的组件赋予了相同的标号。将省略重复描述。

接收装置100B包括网络接口101、sync分组接收单元102、接收时刻记录单元103、以及时刻信息记录单元104。接收装置100B还包括抖动量计算单元105、误差计算和DAC单元106、时钟生成单元107、时钟单元(计数器)109、计数器108、延迟时间估计单元112、以及时刻校正单元113。

接收装置100B具有与图1所示的接收装置100A相同的配置，只不过延迟时间估计单元110和时刻校正单元111分别被延迟时间估计单元112和时刻校正单元113所替换。接收装置100B的其他组件与图1所示的接收装置100A的其他组件相同，但将省略对这些组件的描述。

延迟时间估计单元112基于由抖动量计算单元105计算出的抖动量来获得sync分组的延迟时间Td。延迟时间估计单元112输出表明有效或无效的判定信号Sj。下文中将详述延迟时间估计单元112。

时刻校正单元113在利用从延迟时间估计单元112输出的有效/无效判定信号Sj确认有效的时段期间执行经补正时刻计算处理和时刻校正处理。经补正时刻计算处理和时刻校正处理与图1所示的接收装置100A中包括的时刻校正单元111所执行的处理相同。然而，时刻校正单元113与时刻校正单元111的不同点在于，时刻校正单元113在利用有效/无效判定信号Sj确认有效的时段期间执行这些处理。

在经补正时刻计算处理期间，时刻校正单元113基于由延迟时间估计单元112估计的sync分组的延迟时间Td，来对由sync分组接收单元102接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻进行补正，并从而获得经补正的时刻。在此情况下，时刻校正单元113把由延迟时间估计单元112估计出的延迟时间Td加到某个分组的发送时刻，以获得经补正的时刻。时刻校正单元113利用经补正的时刻(计数器值)来改写时钟单元109的时刻(计数器值)，从而校正该时刻。

[延迟时间估计单元的配置示例]

图7所示的延迟时间估计单元112A表示了图6所示的接收装置100B中包括的延迟时间估计单元112的一个配置示例。在图7中，向与图5所示的组件相同的组件赋予相同的标号。

延迟时间估计单元112A包括累积求和块201、最小值检测块202、偏移值计算块203、偏移运算块204以及估计有效性判定块205。延迟时间估计单元112A具有与图5所示的延迟时间估计单元110相同的组件，只不过延迟时间估计单元112A还包括估计有效性判定块205。下面将描述估计有效性判定块205，但将省略对其他组件的描述。

估计有效性判定块205基于由最小值检测块202检测到的最小值来判定这样一个时段：在该时段期间，由累积求和单元201获得的抖动量的累积求和值(累积抖动量)是最小值。估计有效性判定块205输出有效/无效判定信号Sj，该信号确认抖动量的累积求和值(累积抖动量)为最小值的时段有效，并使其他时段无效。

下面将描述图7所示的延迟时间估计单元112A中要执行的动作。由抖动量计算单元105(参见图6)计算出的抖动量被馈送给累积求和块201。累积求和块201对每个作为sync分组的样本的抖动量进行累积并求和，以获得累积抖动量。累积抖动量被馈送给最小值检测块202和偏移运算块204。

最小值检测块202检测由累积求和块201获得的累积抖动量的最小值。累积抖动量的最小值被馈送给偏移值计算块203。偏移值计算块203计算累积抖动量的最小值与最小延迟值之间的差异，从而计算偏移值。

由偏移值计算块203计算出的偏移值被馈送给偏移运算块204。偏移运算块204把由偏移值计算块203计算出的偏移值加到由累积求和块201获得的每个样本的累积抖动量。从而，偏移运算块204将所有样本的累积抖动量都补正了该偏移值，由此获得这些样本的延迟时间(估计延迟时间)Td。

由累积求和块201获得的累积抖动量和由最小值检测块202检测到的累积抖动量的最小值被馈送给估计有效性判定块205。估计有效性判定块205基于由最小值检测块202检测到的最小值来判定由累积求和块201获得的累积抖动量呈现最小值的时段。估计有效性判定块205输出有效/无效判定信号Sj，该信号确认累积抖动量中的任一者呈现最小值的时段有效，并使其他时段无效。

在图7所示的延迟时间估计单元112A中，估计有效性判定块205确认由累积求和块201获得的累积抖动量呈现最小值的时段有效。然而，不仅可以确认累积抖动量呈现最小值的时段有效，还可以确认累积抖动量相对于最小值落在一定范围内的时段有效。

在图7所示的延迟时间估计单元112A中，偏移值计算块203计算累积抖动量的最小值与最小延迟值之间的差异来作为偏移值。因此，在利用有效/无效判定信号Sj来确认有效的、其中累积抖动量呈现最小值的时段期间，最小延迟值被从偏移运算块204输出作为延迟时间Td。

如上所述，在时刻校正单元113中，在利用有效/无效判定信号Sj确认有效的时段期间，执行经补正时刻计算处理和时刻校正处理。因此，由延迟时间估计单元112获得的延迟时间Td在利用有效/无效判定信号Sj确认有效的、其中累积抖动量呈现最小值的时段期间应当呈现最小延迟值。

考虑到以上描述，图8所示的延迟时间估计单元112B表示了图6所示的接收装置100B中包括的延迟时间估计单元112的另一配置示例。在图8中，向与图7所示的组件相同的组件赋予相同的标号。将省略重复描述。

延迟时间估计单元112B包括最小值检测块202、估计有效性判定块205、以及输出块206。在延迟时间估计单元112B中，输出有效/无效判定信号Sj的部分的配置与图7所示的延迟时间估计单元112A中的相同。

在延迟时间估计单元112B中，输出块206输出预先测量和确定的最小延迟值作为延迟时间Td。从估计有效性判定块205输出的有效/无效判定信号Sj被馈送给输出块206作为控制信号。在利用有效/无效判定信号Sj确认有效的时段期间，从输出块206输出最小延迟值作为延迟时间Td。

顺便说一下，图8所示的延迟时间估计单元112B中可不包括其输出被利用有效/无效判定信号Sj来控制的输出块206，并且最小延迟值可以始终被推测输出作为延迟时间Td。

图9所示的延迟时间估计单元112C表示了图6所示的接收装置100B中包括的延迟时间估计单元112的另一配置示例。在图9中，向与图5所示的组件相同的组件赋予了相同标号。

延迟时间估计单元112C包括累积求和块201、最小值检测块202、偏移值计算块203、偏移运算块204、最小值检测块207、最小值范围设定块208、以及估计有效性判定块209。延迟时间估计单元112C与图5所示的延迟时间估计单元110相同，只不过延迟时间估计单元112C还包括最小值检测块207、最小值范围设定块208和估计有效性判定块209。下面将描述最小值检测块207、最小值范围设定块208和估计有效性判定块209，并且将省略对其他组件的描述。

最小值检测块207检测由抖动量计算单元105(参见图6)计算出的抖动量的最小值。最小值范围设定块208基于由最小值检测块207检测到的最小值和预先设定的最小值范围来设定抖动量的最小值范围。在此情况下，假定由最小值检测块207检测到的最小值是例如-M ms，则最小值范围设定块208估计抖动量的最大值为+M ms，以获得+2M的抖动变动宽度。

所述预先设定的最小值范围是以例如对抖动变动宽度的比率α的形式给出的。在此情况下，最小值范围设定块208利用如上所述获得的+2M的抖动变动宽度和比率α，来设定从-2M*α到+2M*α的范围为最小值范围。除了如上所述的对抖动量的最小值的检测之外，还可检测抖动量的最大值。最小值和最大值可用于计算抖动变动宽度。

估计有效性判定块209判定这样一个时段：在该时段期间，抖动量落在由最小值范围设定块208设定的最小值范围内。估计有效性判定块209输出有效/无效判定信号Sj，该信号确认抖动量落在最小值范围内的时段有效，并使其他时段无效。

下面将描述图9所示的延迟时间估计单元112C要执行的动作。由抖动量计算单元105(参见图6)计算出的抖动量被馈送给累积求和块201。累积求和块201对每个样本的抖动量进行累积并求和，以获得累积抖动量。累积抖动量被馈送给最小值检测块202和偏移运算块204。

最小值检测块202检测由累积求和块201获得的累积抖动量的最小值。累积抖动量的最小值被馈送给偏移值计算块203。偏移值计算块203计算累积抖动量的最小值与预先设定的最小延迟值之间的差异，从而计算偏移值。

由偏移值计算块203计算出的偏移值被馈送给偏移运算块204。偏移运算块204把由偏移值计算块203计算出的偏移值加到由累积求和块201获得的每个样本的累积抖动量。从而，偏移运算块204将所有样本的累积抖动量都补正该偏移值，由此获得这些样本的延迟时间(估计延迟时间)Td。

由抖动量计算单元105计算出的抖动量被馈送给最小值检测块207和估计有效性判定块209。最小值检测块207检测由抖动量计算单元105计算出的抖动量的最小值。抖动量的最小值被馈送给最小值范围设定块208。最小值范围设定块基于由最小值检测块207检测出的最小值和预先设定的最小值范围(比率α)，来设定抖动量的最小值范围。

由最小值范围设定块208设定的最小值范围被馈送给估计有效性判定块209。估计有效性判定块209基于由最小值范围设定块208设定的最小值范围，来判定抖动量落在该最小值范围内的时段。估计有效性判定块209输出有效/无效判定信号Sj，该信号确认抖动量落在最小值范围内的时段有效，并使其他时段无效。

如上所述，偏移值计算块203计算累积抖动量的最小值与预先测量和确定的最小延迟值之间的差异来作为偏移值。因此，在累积抖动量呈现最小值的时段期间，最小延迟值被从偏移运算块204输出作为延迟时间Td。从图3清楚可见，累积抖动量呈现最小值的时段对应于利用有效/无效判定信号Sj确认有效的、其中抖动量接近为零的时段。

如上所述，在利用有效/无效判定信号Sj确认有效的时段期间，时刻校正单元113执行经补正时刻计算处理和时刻校正处理。因此，由延迟时间估计单元112获得的延迟时间Td应当仅在利用有效/无效判定信号Sj确认有效的、其中抖动量落在最小值范围内的时段期间呈现最小延迟值。

考虑到以上描述，图10所示的延迟时间估计单元112D表示了图6所示的接收装置100B中包括的延迟时间估计单元112的另一配置示例。在图10中，向与图9所示的组件相同的组件赋予相同的标号，并且将省略对这些组件的描述。

延迟时间估计单元112D包括最小值检测块207、最小值范围设定块208、估计有效性判定块209、以及输出块210。在延迟时间估计单元112D中，输出有效/无效判定信号Sj的部分的配置与图9所示的延迟时间估计单元112C中的相同。

在延迟时间估计单元112D中，输出块210输出预先测量和确定的最小延迟值作为延迟时间Td。从估计有效性判定块209输出的有效/无效判定信号Sj被馈送给输出块210作为控制信号。在利用有效/无效判定信号Sj确认有效的时段期间，从输出块210输出最小延迟值作为延迟时间Td。

也可以设想图10所示的延迟时间估计单元112D中不包括其输出被利用有效/无效判定信号Sj来控制的输出块210的配置。在此情况下，最小延迟值始终被输出作为延迟时间Td。

[接收装置中要执行的动作]

下面将描述图6所示的接收装置100B中执行的时刻同步动作。包括计数器108、接收时刻记录单元103、抖动量计算单元105、误差计算和DAC单元106和时钟生成单元107的锁频环所要实现的对时钟CLK的频率控制与图1所示的接收装置100A中的相同。

由抖动量计算单元105计算出的抖动量被馈送给延迟时间估计单元112。在延迟时间估计单元112中，基于抖动量来估计由sync分组接收单元102接收到的sync分组的延迟时间Td。延迟时间Td是直到从发送装置发送的sync分组被sync分组接收单元102所接收为止经过的时间。

在延迟时间估计单元112中，基于抖动量输出有效/无效判定信号Sj。例如，有效/无效判定信号Sj确认抖动量的累积求和值呈现最小值的时段有效，并且使其他时段无效。例如，有效/无效判定信号Sj确认抖动量落在最小值范围内的时段有效，并使其他时段无效。

由延迟时间估计单元112估计出的sync分组的延迟时间Td被馈送给时刻校正单元113。从延迟时间估计单元112输出的有效/无效判定信号Sj被馈送给时刻校正单元113。在利用判定信号Sj确认有效的时段期间，时刻校正单元113执行经补正时刻计算处理和时刻校正处理。

在经补正时刻计算处理期间，延迟时间Td被加到由sync分组接收单元102接收到的sync分组中包含的时间戳数据所表示的发送时刻，从而获得经补正的时刻。在时刻校正处理期间，由时钟单元109指示的时刻(计数器值)被利用经补正的时刻(计数器值)来加以改写，从而被控制为与发送装置中包含的时钟单元所指示的时刻同步。

在图6所示的接收装置100B中，由延迟时间估计单元112基于抖动量估计出的sync分组的延迟时间Td包括延迟变动。因此，由时刻校正单元113获得的经补正的时刻是通过针对包括该变动的延迟时间进行补正而获得的时刻。因此，利用经补正的时刻来改写和校正了的时钟单元109的时刻使得sync分组所招致的延迟变动的不利影响得以最小化，并且与发送装置中包含的时钟单元所指示的时刻非常精确地同步。

在图6所示的接收装置100B中，例如，在延迟时间估计单元112(112A或112B)中，确认累积抖动量呈现最小值的时段有效并使其他时段无效的判定信号被从估计有效性判定块205输出。在利用判定信号Sj确认有效的时段期间，时刻校正单元113利用经补正的时刻来对时钟单元109的时刻进行改写和校正。

通过作为异步网络的LAN发送的sync分组的延迟时间包括固定成分和变动成分。在抖动量的累积求和值为最小值的时段期间，达到了sync分组的延迟时间仅包括固定成分的稳定状态，并且sync分组的延迟时间呈现延迟时间的最小值。因此，如上所述，当在利用判定信号Sj确认有效的时段期间利用经补正的时刻对时钟单元109所指示的时刻进行改写和校正时，可以非常精确地校正该时刻。

在图6所示的接收装置100B中，例如，延迟时间估计单元112(112C或112D)至少基于由抖动量计算单元105计算出的抖动量的最小值来设定抖动量的最小值范围。确认由抖动量计算单元105计算出的抖动量落在该最小值范围内的时段有效并使其他时段无效的判定信号Sj被从估计有效性判定块209输出。在利用判定信号Sj确认有效的时段期间，时刻校正单元113利用经补正的时刻来对时钟单元109的时刻进行改写和校正。

通过作为异步网络的LAN发送的sync分组的延迟时间包括固定成分和变动成分。在抖动量落在最小值范围内的时段期间，达到了sync分组的延迟时间的变动成分较小的近稳定状态。因此，如上所述，当在利用判定信号Sj确认有效的时段期间利用经补正的时刻对时钟单元109所指示的时刻进行改写和校正时，可以非常精确地校正该时刻。

<3.第三实施例>

[接收装置的配置示例]

图11示出了根据本发明第三实施例的接收装置100C的配置示例。在图11中，与分别示出接收装置100A和100B的图1和图6类似，为了简明起见，只示出了接收装置100C的与时刻同步有关的部分。在图11中，向与图1所示的组件相同的组件赋予了相同的标号。将省略重复描述。

接收装置100C包括网络接口101、sync分组接收单元102、接收时刻记录单元103、以及时刻信息记录单元104。接收装置100C还包括抖动量计算单元105、误差计算和DAC单元106、时钟生成单元107、时钟单元(计数器)114、延迟时间估计单元110、以及时刻校正单元111。接收装置100C与图1所示的接收装置100A相同，只不过时钟单元(计数器)109和计数器108被时钟单元(计数器)114所替换。

在图1所示的接收装置100A中，接收时刻记录单元103记录在sync分组接收单元102接收到sync分组的时间点由计数器108指示的计数器值来作为接收时刻。然而，在接收装置100C中，接收时刻记录单元103记录在sync分组接收单元102接收到sync分组的时间点由时钟单元(计数器)114指示的计数器值来作为接收时刻。在接收装置100C中，时钟单元(计数器)114、接收时刻记录单元103、抖动量计算单元105、误差计算和DAC单元106以及时钟生成单元107构成锁频环。

接收装置100C的其他组件和其中要执行的动作与图1所示的接收装置100A中的相同。即使接收装置100C也能提供与接收装置100A能提供的优点相同的优点。在接收装置100C中，由于时钟单元(计数器)114充当锁频环中包括的计数器，因此配置简单。

即使图6所示的接收装置100B也可具有与接收装置100C相同的配置。即，即使在图6所示的接收装置100B中，也可与接收装置100C类似地用时钟单元(计数器)114来替换时钟单元(计数器)109和计数器108。

<4.第四实施例>

[接收装置的配置示例]

图12示出了根据本发明第四实施例的接收装置100D的配置示例。在图12中，与示出接收装置100A至100C的图1、图6和图11类似，为了简明起见，只示出了接收装置100D的与时刻同步有关的部分。在图12中，向与图1和图11所示的组件相同的组件赋予了相同的标号。将省略重复描述。

接收装置100D是符合IEEE 1588标准中规定的精确时间协议(precision time protocol，PTP)的接收装置。IEEE 1588PTP定义了四种消息类型分组的结构及其使用过程，但没有定义实现该协议的方法。因此，可以为接收装置设想各种配置。将在假定接收装置是具有对时钟单元执行时刻同步的机能和锁定时钟频率的机能的类型的基础上进行描述。

参考图13，下面将描述PTP消息。PTP消息包括同步(sync)消息、跟进(follow-up)消息、延迟请求消息以及延迟响应消息。

主控方(发送装置)向从属方(接收装置)发送sync消息，以发起用于时刻同步的动作。在发送sync消息后，主控方向从属方发送跟进消息，以便从而发送时刻信息。因此，跟进消息包含表示主控方发送sync消息的发送时刻t1的时刻信息。在图13中，t2表示从属方接收到sync消息的接收时刻。

在接收到来自主控方的跟进消息后，从属方向主控方发送延迟请求消息，以请求延迟响应消息。在接收到来自从属方的延迟请求消息后，主控方向从属方发送延迟响应消息作为响应。因此，延迟响应消息包含表示主控方接收到延迟请求消息的接收时刻t4的时刻信息。在图13中，t3表示从属方发送延迟请求消息的发送时刻。

如图12所示，接收装置100D包括网络接口101、sync分组接收单元102、接收时刻记录单元103、时刻信息记录单元104、抖动量计算单元105、误差计算和DAC单元106、以及时钟生成单元107。接收装置100D还包括时刻校正单元111、时钟单元(计数器)115、延迟时间估计单元116、时刻信息分组接收单元117、延迟请求分组发送单元118、延迟响应分组接收单元119、以及延迟时间计算单元120。

时钟单元115输出时刻信息。时钟单元115是利用PTP中规定的、响应于由时钟生成单元107生成的时钟CLK而进行递增计数的时刻同步计数器形成的。该时刻同步计数器包括秒单位计数器和毫微秒单位计数器这两个计数器。秒单位计数器的计数器值表示了从起始时刻(epoch)起已经累积的秒数。时钟单元115所指示的时刻信息(计数器值)被馈送给例如未示出的sync信号生成单元，并用于使接收装置和发送装置中分别使用的sync信号彼此同相。

sync分组接收单元102通过作为异步网络的LAN经由网络接口101接收从未示出的发送装置发送来的同步(sync)消息分组。接收时刻记录单元103记录在sync分组接收单元102接收到sync消息分组的时间点由时钟单元115指示的计数器值(毫微秒单元计数器值)作为接收时刻。

时刻信息分组接收单元117通过作为异步网络的LAN经由网络接口101接收从未示出的发送装置发送来的跟进消息分组。时刻信息记录单元104记录由时刻信息分组接收单元117接收到的跟进消息分组中包含的时刻信息所表示的sync消息分组的发送时刻。

抖动量计算单元105基于由sync分组接收单元102接收到的两个相邻sync消息分组的接收时刻及其发送时刻来计算抖动量。即，抖动量计算单元105计算作为接收时刻之间的差异的第一差异与作为发送时刻之间的差异的第二差异之间的差异，来作为抖动量。

现在，t(1)、t(2)等等将表示由sync分组接收单元102接收到的sync消息分组的接收时刻。类似地，s(1)、s(2)等等将表示由时刻信息分组接收单元117接收到的跟进消息分组中包含的各条时刻信息所表示的sync消息分组的发送时刻。这里，括号中的数字表示赋予sync消息分组的样本号。例如，t(a)表示某一sync消息分组的接收时刻，s(a)将表示其发送时刻，t(b)表示随后的一sync消息分组的接收时刻，并且s(b)表示其发送时刻。此时，抖动量计算单元105根据以下给出的式(7)来计算抖动量。式(7)对应于上述式(2)

抖动量＝t(b)-t(a)-(s(b)-s(a))    ...(7)

在对由抖动量计算单元105计算出的抖动量执行适当的滤波处理后，误差计算和DAC单元106按顺序执行量化、转换到模拟值和低通滤波处理，以产生误差电压VC。误差计算和DAC单元106将误差电压VC馈送给时钟生成单元107，作为对时钟频率的控制电压。时钟生成单元107如上所述生成要被馈送给时钟单元115的时钟CLK。时钟生成单元107例如是利用压控晶体振荡器(VCXO)形成的。

延迟时间估计单元116基于由抖动量计算单元105计算出的抖动量以及由延迟时间计算单元120计算出的延迟时间DL，来估计sync分组(sync消息分组)的延迟时间Td。下文中将详述延迟时间估计单元116。

基于由延迟时间估计单元116估计出的sync分组的延迟时间Td，时刻校正单元111对时刻信息分组接收单元117接收到的跟进消息分组中包含的时刻信息所表示的发送时刻进行补正，以获得经补正的时刻。在此情况下，时刻校正单元111把由延迟时间估计单元116估计出的、与一发送时刻相关联的延迟时间Td与某一sync消息分组的发送时刻相加，以获得经补正的时刻。时刻校正单元111利用经补正的时刻(计数器值)来对时钟单元115的时刻(计数器值)进行改写和校正。

延迟请求分组发送单元118通过作为异步网络的LAN经由网络接口101向未示出的发送装置发送延迟请求消息分组。延迟响应分组接收单元119通过作为异步网络的LAN经由网络接口101接收从未示出的发送装置发送来的延迟响应消息分组。

延迟时间计算单元120基于从延迟请求分组发送单元118发送延迟请求消息分组的发送时刻和由延迟响应分组接收单元119接收到的延迟响应消息分组中包含的时刻信息所表示的时刻来计算延迟时间DL。延迟响应消息分组中包含的时刻信息所表示的时刻如上所述是从延迟请求分组发送单元118发送的延迟请求消息分组被发送装置所接收的接收时刻。

假定t3表示延迟请求消息分组的发送时刻，并且t4表示发送装置接收到该延迟请求消息分组的接收时刻，则延迟时间计算单元120通过计算t4-t3来获得延迟时间DL。延迟时间DL对应于在从接收装置到发送装置的方向上发生的网络延迟量。这里，延迟时间DL是在假定延迟时间DL等于在从发送装置到接收装置的方向上发生的网络延迟量的基础上用于时刻校正的。延迟请求分组发送单元118、延迟响应分组接收单元119和延迟时间计算单元120构成延迟时间测量部件。

[延迟时间估计单元的配置示例]

图14所示的延迟时间估计单元116A表示了图12所示的接收装置100D中包括的延迟时间估计单元116的一个配置示例。在图14中，向与图5所示的组件相同的组件赋予相同的标号。将省略重复描述。延迟时间估计单元116A包括累积求和块201、最小值检测块202、偏移值计算块203、偏移运算块204、最小值检测块211、以及开关212和213。

累积求和块201对由抖动量计算单元105(参见图12)计算出的抖动量进行累积并求和，以获得累积抖动量(抖动量的累积求和值)。如联系延迟时间估计的原理所述，累积抖动量表示了与sync分组(sync消息分组)的每个样本有关的时间变动。最小值检测块202检测由累积求和块201获得的累积抖动量的最小值。

偏移值计算块203通过算出由最小值检测块202检测到的累积抖动量的最小值与从开关212馈送来的最小延迟值之间的差异，来计算偏移值。假定B表示累积抖动量的最小值，并且C表示最小延迟值，则偏移值计算块203计算(C-B)作为偏移值(参见图3)。

偏移运算块204把由偏移值计算块203计算出的偏移值加到由累积求和块201获得的每个样本的累积抖动量。在此情况下，偏移运算块204将所有样本的累积抖动量都补正该偏移值，由此获得作为sync分组(sync消息分组)的样本的延迟时间(估计延迟时间)。

最小值检测块211检测由延迟时间计算单元120(参见图12)计算出的延迟时间DL的最小值。最小值检测块211检测一定数目的样本的延迟时间的最小值，并且顺序地更新延迟时间DL的最小值。这里，延迟时间DL呈现由延迟时间测量部件测量并确定的各延迟时间的最小值(变动值)。

开关212通过基于用户在未示出的用户操作单元处执行的选择操纵而实现的切换控制，选择性地取得被输入到其输入端c或其输入端d的延迟时间的最小值(最小延迟值)，并把该最小值馈送给偏移值计算块203。预先测量并确定的延迟时间的最小值(固定值)被输入到开关212的输入端c。由最小值检测块211检测到的、由延迟时间计算单元120获得的延迟时间DL的最小值(变动值)被输入到开关212的输入端d。

开关213通过基于用户在未示出的用户操作单元处执行的选择操纵而实现的切换控制，选择性地取得被输入到其输入端a或其输入端b的延迟时间，并输出该延迟时间作为延迟时间Td。由偏移运算块204获得的作为sync分组(sync消息分组)的每个样本的延迟时间(估计延迟时间)被输入到开关213的输入端a。由延迟时间计算单元120计算出的作为sync分组(sync消息分组)的每个样本的延迟时间DL被输入到开关213的输入端b。

下面将描述图14所示的延迟时间估计单元116A中要执行的动作。

首先，将描述开关213的输入端b被选择的状态。采用此状态是为了用于PTP中规定的一般机能能够提供令人满意的时刻同步精度的情况。在此状态中，由延迟时间计算单元120(参见图12)计算出的每个作为sync分组(sync消息分组)的样本的延迟时间DL经由开关213被输出作为延迟时间Td。

接下来，将描述开关213的输入端a被选择的状态。采用此状态是为了用于需要比PTP中规定的一般机能提供的精度更高的时刻同步精度的情况。例如，该状态用于以下这种情况，即，在从接收装置到发送装置的方向上发生的网络延迟不同于在从发送装置到接收装置的方向上发生的网络延迟。例如，该状态用于在sync消息分组与随后的延迟请求消息分组之间网络延迟发生变化的情况。

前述状态分成开关212的输入端c被选择的第一状态和开关212的输入端d被选择的第二状态。

第一状态被用在例如网络元件与在测量最小延迟值(固定值)时使用的网络元件相同的情况。第二状态被用在例如网络元件与在测量最小延迟值(固定值)时使用的网络元件不同的情况。网络元件不同的情况例如是LAN线缆的长度有很大改变的情况。

将描述第一状态，即，开关213的输入端a被选择并且开关212的输入端c被选择的状态。该状态对应于图5所示的延迟时间估计单元110的状态。

更具体而言，由抖动量计算单元105(参见图12)计算出的抖动量被馈送给累积求和块201。累积求和块201对每个样本的抖动量进行累积并求和，以获得累积抖动量(抖动量的累积求和值)。累积抖动量被馈送给最小值检测块202和偏移运算块204。

最小值检测块202检测由累积求和块201获得的累积抖动量的最小值。累积抖动量的最小值被馈送给偏移值计算块203。偏移值计算块203计算累积抖动量的最小值与经由开关212馈送的最小延迟值(固定值)之间的差异，并从而计算出偏移值。

由偏移值计算块203计算出的偏移值被馈送给偏移运算块204。偏移运算块204把由偏移值计算块203计算出的偏移值加到由累积求和块201获得的每个样本的累积抖动量。

从而，偏移运算块204将作为sync分组(sync消息分组)的各样本的累积抖动量补正了该偏移值，由此获得了延迟时间(估计延迟时间)。由偏移运算块204这样获得的作为sync分组(sync消息分组)的样本的延迟时间经由开关213被输出作为延迟时间Td。

接下来，将描述第二状态，即，开关213的输入端a被选择并且开关212的输入端d被选择的状态。

具体而言，由抖动量计算单元105(参见图12)计算出的抖动量被馈送给累积求和块201。累积求和块201对每个样本的抖动量进行累积并求和，以获得累积抖动量(抖动量的累积求和值)。累积抖动量被馈送给最小值检测块202和偏移运算块204。最小值检测块202检测由累积求和块201获得的累积抖动量的最小值。累积抖动量的最小值被馈送给偏移值计算块203。

由延迟时间计算单元120(参见图12)计算出的延迟时间DL被馈送给最小值检测块211。最小值检测块211以一定数目的样本为单位检测由延迟时间计算单元120计算出的延迟时间DL的最小值。延迟时间DL的最小值被经由开关212馈送给偏移值计算块203。偏移值计算块203计算累积抖动量的最小值与延迟时间DL的最小值(变动值)之间的差异，从而计算出偏移值。

由偏移值计算块203计算出的偏移值被馈送给偏移运算块204。偏移运算块204把由偏移值计算块203计算出的偏移值加到由累积求和块201获得的各样本的累积抖动量。从而，偏移运算块204将作为sync分组(sync消息分组)的样本的累积抖动量补正了偏移值，由此获得了延迟时间(估计延迟时间)。由偏移运算块204获得的作为sync分组(sync消息分组)的样本的延迟时间经由开关213被输出作为延迟时间Td。

[接收装置中要执行的动作]

下面将描述图12所示的接收装置100D中要执行的时刻同步动作。

当通过LAN经由网络接口101从发送装置发送来的sync消息分组被sync分组接收单元102接收到时，时钟单元115的计数器值作为接收时刻被记录在接收时刻记录单元103中。当跟进消息分组被时刻信息分组接收单元117接收到时，该分组中包含的时刻信息所表示的发送时刻被记录在时刻信息记录单元104中。

抖动量计算单元105使用记录在接收时刻记录单元103中的接收时刻和记录在时刻信息记录单元104中的发送时刻，来根据被赋予了两个相邻的sync消息分组的接收时刻和发送时刻的式(7)计算抖动量。在时刻同步对在网络上发生的sync分组的延迟时间的变动不敏感的情形下，抖动量对应于发送方与接收方之间的时钟频率的误差。在时刻同步对网络上发生的sync分组的延迟时间的变动敏感的情况下，抖动量对应于发送方与接收方之间的时钟频率的误差以及延迟时间的变动的不利影响的组合。

由抖动量计算单元105计算出的抖动量被馈送给误差计算和DAC单元106以及延迟时间估计单元116。在对抖动量执行适当的滤波处理后，误差计算和DAC单元106按顺序执行量化、转换到模拟值以及低通滤波处理，以产生误差电压VC。误差电压VC被馈送给时钟生成单元107，由此控制时钟生成单元107要生成的时钟CLK的频率。时钟单元(计数器)115、接收时刻记录单元103、抖动量计算单元105、误差计算和DAC单元106和时钟生成单元107构成锁频环。

延迟请求消息分组被从延迟请求分组发送单元118经由网络接口101通过作为异步网络的LAN发送到未示出的发送装置。在此情况下，时钟单元115的计数器值作为发送时刻被记录在延迟请求分组发送单元118中。从发送装置通过LAN经由网络接口101发送的延迟响应消息分组被延迟响应分组接收单元119所接收。在此情况下，延迟响应消息分组中包含的时刻信息所表示的接收时刻被记录在延迟响应分组接收单元119中。

延迟时间计算单元120基于记录在延迟请求分组发送单元118中的发送时刻t3和记录在延迟响应分组接收单元119中的接收时刻t4来计算延迟时间DL(＝t4-t3)。由延迟时间计算单元120这样计算出的延迟时间DL被馈送给延迟时间估计单元116。

延迟时间估计单元116基于由抖动量计算单元105计算出的抖动量和由延迟时间计算单元120计算出的延迟时间DL来估计sync分组(sync消息分组)的延迟时间Td(参见图14)。延迟时间Td是直到从发送装置发送的sync分组(sync消息分组)被sync分组接收单元102接收到为止经过的时间。

由延迟时间估计单元116估计出的sync分组的延迟时间Td被馈送给时刻校正单元111。时刻校正单元111把由延迟时间估计单元116估计出的sync分组的延迟时间Td加到由时刻信息分组接收单元117接收到的跟进消息分组中包含的时刻信息所表示的发送时刻，以获得经补正的时刻。时刻校正单元111利用经补正的时刻(计数器值)来改写时钟单元115的时刻(计数器值)，由此时钟单元115所指示的时刻被控制为与发送装置中包含的时钟单元所指示的时刻同步。

当延迟时间估计单元116中包括的开关213的输入端a被选择时，延迟时间估计单元116要执行的估计延迟时间Td的处理和时刻校正单元111要执行的校正时钟单元115的时刻的处理在达到锁频状态后被执行。当偏差量offset(1)、offset(2)、offset(3)、offset(4)等等彼此相等时，达到锁频状态。在此状态中，如联系延迟时间估计的原理所述，累积抖动量对应于作为sync分组的样本的延迟变动(参考式(6))。

在图12所示的接收装置100D中，由延迟时间估计单元116估计出的sync分组的延迟时间Td包括延迟变动。因此，由时刻校正单元111获得的经补正的时刻是通过针对包括变动的延迟时间进行补正而获得的时刻。最终，利用经补正的时刻来改写和校正了的时钟单元115的时刻使得sync分组(sync消息分组)所招致的延迟变动的不利影响得以最小化，并且与发送装置中包含的时钟单元的时刻非常精确地同步。

<5.变体>

与第二实施例中包括的延迟时间估计单元112类似，第四实施例中包括的延迟时间估计单元116可以被设计为除了延迟时间Td外还输出有效/无效判定信号Sj。在此情况下，时刻校正单元111在利用判定信号Sj确认有效的时段期间执行经补正时刻计算处理和时刻校正处理。

图15所示的延迟时间估计单元116B表示了图14所示的延迟时间估计单元116的与图8所示的延迟时间估计单元112B类似的配置。在图15中，向与图14和图8所示的组件相同的组件赋予相同的标号，但将省略其细节。

图16所示的延迟时间估计单元116C表示了图14所示的延迟时间估计单元116的与图10所示的延迟时间估计单元112D类似的配置。在图16中，向与图14和图10所示的组件相同的组件赋予相同的标号，但将省略其细节。

在第四实施例中，延迟时间测量部件被设计为通过利用在PTP中规定的延迟请求消息分组的发送时刻和接收时刻来计算延迟时间DL。然而，本发明中要包括的延迟时间测量部件并不限于这一种，而是可以具有不同的设计。例如，延迟时间测量部件可被设计为通过利用sync消息分组的发送时刻及其接收时刻来计算延迟时间。

根据本发明，当利用sync分组来对时钟单元所指示的时刻进行校正时，可以最小化sync分组所遭受的延迟变动的不利影响。因此，本发明可被应用到例如其中多个视频相机所指示的时刻必须彼此同步的相机系统，以及其中控制设备和受控制设备分别指示的时刻必须彼此同步的控制系统。

本申请包含与2009年3月26日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2009-076742中公开的主题相关的主题，这里通过引用将该申请的全部内容并入。

本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于所附权利要求或其等同物的范围之内即可。

Claims (16)

1.一种接收装置，包括：

时钟单元，该时钟单元输出时刻信息；

同步分组接收单元，该同步分组接收单元接收通过异步网络从一发送装置发送来的、包含发送时刻信息的同步分组；

抖动量计算单元，该抖动量计算单元计算第一差异与第二差异之间的差异来作为抖动量，该第一差异是由所述同步分组接收单元接收到的两个相邻同步分组的接收时刻之间的差异，该第二差异是这两个同步分组的发送时刻之间的差异；

延迟时间估计单元，该延迟时间估计单元基于由所述抖动量计算单元计算出的抖动量来获得同步分组的延迟时间，其中，所述延迟时间估计单元包括：

累积求和块，该累积求和块对由所述抖动量计算单元计算出的抖动量进行累积并求和，以获得抖动量的累积求和值；

最小值检测块，该最小值检测块检测由所述累积求和块获得的抖动量的累积求和值的最小值；以及

偏移块，该偏移块对由所述累积求和块获得的抖动量的累积求和值进行偏移以使得由所述最小值检测块检测到的最小值将等于延迟时间的最小值，并从而获得同步分组的延迟时间；以及

时刻校正单元，该时刻校正单元基于由所述延迟时间估计单元获得的同步分组的延迟时间来对由所述同步分组接收单元接收到的同步分组的发送时刻进行补正以获得经补正的时刻，并且利用该经补正的时刻来对所述时钟单元的时刻进行改写和校正。

2.根据权利要求1所述的接收装置，其中：

所述延迟时间估计单元还包括估计有效性判定块，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由所述累积求和块获得的抖动量的累积求和值是由所述最小值检测块检测到的最小值的时段有效，并使其他时段无效；并且

在利用从所述估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，所述时刻校正单元利用经补正的时刻来对所述时钟单元的时刻进行改写和校正。

3.根据权利要求1所述的接收装置，其中：

所述延迟时间估计单元还包括设定块和估计有效性判定块，该设定块至少基于由所述抖动量计算单元计算出的抖动量的最小值来设定抖动量的最小值范围，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由所述抖动量计算单元计算出的抖动量落在由所述设定块设定的最小值范围内的时段有效，并使其他时段无效；并且

在利用从所述估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，所述时刻校正单元利用经补正的时刻来对所述时钟单元的时刻进行改写和校正。

4.根据权利要求1所述的接收装置，其中，所述偏移块所使用的延迟时间的最小值是预先测量和确定的固定值。

5.根据权利要求1所述的接收装置，其中，所述偏移块所使用的延迟时间的最小值是由一延迟时间测量部件测量和确定的变动值。

6.根据权利要求5所述的接收装置，其中，所述延迟时间测量部件计算第一时刻与第二时刻之间的差异作为延迟时间，并且检测这种延迟时间的最小值来作为所述延迟时间的最小值，其中第一时刻是向所述发送装置发送一延迟请求分组的时刻，第二时刻是利用在响应于该延迟请求分组的发送而从所述发送装置接收的延迟响应分组中包含的时刻信息来表示的、所述发送装置接收到该延迟请求分组的时刻。

7.根据权利要求1所述的接收装置，其中：

所述延迟时间估计单元包括一开关，该开关选择性地取得作为预先测量和确定的固定值的延迟时间的最小值，或者作为由一延迟时间测量部件测量和确定的变动值的延迟时间的最小值；并且

所述偏移块所使用的延迟时间的最小值是由所述开关取得的延迟时间的最小值。

8.根据权利要求1所述的接收装置，其中：

所述延迟时间估计单元包括：

累积求和块，该累积求和块对由所述抖动量计算单元计算出的抖动量进行累积并求和，以获得抖动量的累积求和值，

最小值检测块，该最小值检测块检测由所述累积求和块获得的抖动量的累积求和值的最小值，

估计有效性判定块，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由所述累积求和块获得的抖动量的累积求和值是由所述最小值检测块检测到的最小值的时段有效，并使其他时段无效，以及

输出块，该输出块在利用从所述估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间输出延迟时间的最小值作为同步分组的延迟时间；并且

在利用从所述估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，所述时刻校正单元利用经补正的时刻来对所述时钟单元的时刻进行改写和校正。

9.根据权利要求8所述的接收装置，其中，所述输出块所使用的延迟时间的最小值是预先测量和确定的固定值。

10.根据权利要求8所述的接收装置，其中，所述输出块所使用的延迟时间的最小值是由一延迟时间测量部件测量和确定的变动值。

11.根据权利要求8所述的接收装置，其中：

所述延迟时间估计单元包括一开关，该开关选择性地取得作为预先测量和确定的固定值的延迟时间的最小值，或者作为由一延迟时间测量部件测量和确定的变动值的延迟时间的最小值；并且

所述输出块所使用的延迟时间的最小值是由所述开关取得的延迟时间的最小值。

12.根据权利要求1所述的接收装置，其中：

所述延迟时间估计单元包括：

设定块，该设定块至少基于由所述抖动量计算单元计算出的抖动量的最小值来设定抖动量的最小值范围，

估计有效性判定块，该估计有效性判定块输出一判定信号，该判定信号确认由所述抖动量计算单元计算出的抖动量落在由所述设定块设定的最小值范围内的时段有效，并使其他时段无效，以及

输出块，该输出块在利用从所述估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间输出延迟时间的最小值作为同步分组的延迟时间；并且

在利用从所述估计有效性判定块输出的判定信号确认有效的时段期间，所述时刻校正单元利用经补正的时刻来对所述时钟单元的时刻进行改写和校正。

13.根据权利要求12所述的接收装置，其中，所述输出块所使用的延迟时间的最小值是预先测量和确定的固定值。

14.根据权利要求12所述的接收装置，其中，所述输出块所使用的延迟时间的最小值是由一延迟时间测量部件测量和确定的变动值。

15.根据权利要求12所述的接收装置，其中：

所述延迟时间估计单元包括一开关，该开关选择性地取得作为预先测量和确定的固定值的延迟时间的最小值，或者作为由一延迟时间测量部件测量和确定的变动值的延迟时间的最小值；并且

所述输出块所使用的延迟时间的最小值是由所述开关取得的延迟时间的最小值。

16.一种用于接收装置的时刻校正方法，该接收装置包括输出时刻信息的时钟单元，该方法包括以下步骤：

接收通过异步网络从一发送装置发送来的、包含发送时刻信息的同步分组；

计算第一差异与第二差异之间的差异来作为抖动量，该第一差异在同步分组接收步骤处接收到的两个相邻同步分组的接收时刻之间的差异，该第二差异是这两个同步分组的发送时刻之间的差异；

基于在抖动量计算步骤处计算出的抖动量来获得同步分组的延迟时间，其中包括：

对所述抖动量进行累积并求和，以获得抖动量的累积求和值；

检测所述抖动量的累积求和值的最小值；以及

所述抖动量的累积求和值进行偏移以使得所述最小值将等于延迟时间的最小值，并从而获得所述同步分组的延迟时间；以及

基于在延迟时间估计步骤处获得的同步分组的延迟时间来对在同步分组接收步骤处接收到的同步分组的发送时刻进行补正以获得经补正的时刻，并且利用该经补正的时刻来对所述时钟单元的时刻进行改写和校正。

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