CN101958786B - 一种产生定时信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种产生定时信号的方法和装置，包括产生基准定时信号B的基准时钟模块和把所述基准定时信号B同步所述定时信号T产生新定时信号Y的同步模块；比较所述定时信号T和基准定时信号B，计算两者的信号差D，再根据所述信号差D调整所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y；本发明通过引入高精度时钟产生基准定时，提高了被授时设备获得可知不确定误差的时间上的容忍度，使用统计方法，减小了定时信号中的不可知不确定误差向新定时信号中的传递。

Description

一种产生定时信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种产生定时信号的方法和装置，具体地说，是基于一个具有自身高抖动的定时信号，产生一个更高精度的新定时信号的方法。

背景技术

定时信号是电子设备，尤其是时分同步码分多址接入(TD-SCDMA)通讯设备依赖的一个关键输入。

定时信号常常通过卫星授时同步系统来提供，如全球定位系统(GPS)/全球导航卫星系统(GLONASS)/北斗等卫星授时同步系统。

通过卫星授时同步系统提供定时信号，有一些限制：

1、必须直视多颗卫星，天线安装不便；

2、受卫星覆盖和天气影响大；

3、存在国家主权的政治风险；

4、无线信号弱，容易受到干扰。

美国电气及电子工程师学会IEEE 1588 PTP精密时钟同步协议对时间同步(定时信号)作了规范。IEEE1588的对时过程包含两步：(1)确定网络中提供主时钟的设备；(2)通过计算主从时钟偏移量和网络延时修正从设备时钟。同步的过程中需要计算主从时间差异，其中包含主从钟的偏移量和网络传输时延。因此对时钟的修正也包含偏移量的修正和传输时延的修正。由于主从时钟的漂移是相对独立的，因此同步的过程必须周期性地进行。

通过网络传递定时信号是目前常用的方法，如图1所示是定时信号在网络中传递产生误差的示意图，授时源设备提供源定时，经过网络传输成为目的定时，输入给被授时设备。在授时源设备中会产生可知不确定误差，在网络中传递会导致固有误差和不可知不确定误差。

授时源设备产生源定时信号，通过网络传递到被授时设备，被授时设备接收到目的定时信号。源定时信号和目的定时信号可以是一种理论上等时间间隔的信号，目的定时信号存在多种误差，一种是固有误差，从源授时设备到被授时设备之间固定延时，一般同中间信号传递的距离直接相关，以及中间设备本身处理信号的固有延时；还有一种是可知不确定误差，是指可知的不确定延时，其延时是不确定的，但可以被感知，一般指授时源设备向网络在发送源定时信号自身同网络之间配合时产生的延时，这个延时可以被授时源设备感知，并且，通过网络可以传送到被授时设备；最后一种是不可知不确定误差，其延时是不确定的，而且不可知，一般产生于网络中的白噪声，或者网络之中各种信号之间竞争，网络之中各设备之间的时钟不同步，环境温度变化等。

被授时设备，获得了目的定时信号，和可知不确定误差，通过测量还可以获得固有误差，被授时设备无法获得不可知不确定误差。被授时设备利用以上获得的信号来产生一个高精度定时信号，一般是使用动态延时来完成。

如图2所示是目的定时信号通过动态延时，产生新定时信号。图中可见：

动态延时＝定时周期-固有误差-可知不确定误差。

现有技术中提供定时信号的方法和装置存在以下缺点：首先，不可知不确定误差直接被传递到新定时信号之中；其次，可知不确定延时需要在定时周期之内到达被授时设备，不然被授时设备无法计算出动态延时。

发明内容

本发明的目的在于公开一种产生定时信号的方法和装置，实现高抖动的定时信号向低抖动的定时信号的转化，去除了原有定时信号(T)的固有误差(S)、可知不确定误差(E)和部分不可知不确定误差(U)。

本发明的目的是这样实现的，一种产生定时信号的方法，所述方法包括：

步骤1、比较所述定时信号T和基准定时信号B，计算两者的信号差D；

步骤2、根据所述信号差D和所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y；或者根据所述信号差D调整所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y。

本发明的产生定时信号的方法，还包括如下从属技术特征：

在所述步骤1中所述基准定时信号B由基准时钟信号CLK分频获得，且周期与所述定时信号T标称相同。

所述步骤1进一步包括：

步骤1-1，分别提取所述定时信号T和基准定时信号B中的n个连续周期信号，记为T1、T2、...、Tn和B1、B2、...、Bn；

步骤1-2，分别测量所述n个连续周期的定时信号T和基准定时信号B的每一个周期信号的时间跨度Ci＝Ti-Bi；

步骤1-3根据所述时间跨度Ci计算所述信号差D。

所述步骤1-3进一步包括：

还根据所述时间跨度信号Ci、和所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的可知不确定误差信号Ei计算延时信号Di＝Ci-Ei；

根据所述延时信号Di计算信号差D。

根据所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的固有误差S修正信号差D。

在所述步骤1-3中还包括：

计算所述n个连续的所述时间跨度信号Ci的平均值获得信号差D，n为自然数；或者，先去掉所述n个连续的所述时间跨度Ci中的最大值和最小值，再求平均值获得信号差D。

计算所述n个连续的所述延时信号Di的平均值获得信号差D，n为自然数；或者，先去掉所述n个连续的所述延时信号Di的最大值和最小值，再求平均值获得信号差D。

所述步骤2根据所述信号差D获得所述新定时信号Y的方法是：

将所述基准定时信号B延时所述信号差D。

所述步骤2根据所述信号差D调整基准定时信号B获得所述新定时信号Y的方法是：

通过增减所述分频电路的分频计数器延时所述信号差D。

本发明的目的还这样实现：一种产生定时信号的装置，用于将定时信号T转换成新定时信号Y，包括：

用于输出周期与所述定时信号T相同的基准定时信号B的基准时钟模块和同步模块；所述同步模块进一步包括：

时间跨度测量模块，用于比较所述定时信号T和基准定时信号B，计算两者的信号差D；

调整模块，根据所述信号差D和所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y；或者根据所述信号差D调整所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y。

本发明的产生定时信号的装置，还包括如下从属技术特征：

所述基准时钟模块输出基准时钟信号CLK；所述同步模块还包括将所述基准时钟信号CLK分频获得周期与所述定时信号T标称相同的所述基准定时信号B的分频模块。

所述同步模块还包括延时计算模块；所述时间跨度测量模块，根据输入的n个连续周期的基准定时信号Bi和定时信号Ti，计算每一个周期信号的时间跨度信号Ci＝(Ti-Bi)；所述延时计算模块根据所述时间跨度Ci计算所述信号差D。

所述延时计算模块，根据输入的所述时间跨度信号Ci、和所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的可知不确定误差信号Ei计算延时信号Di＝Ci-Ei，并根据所述延时信号Di计算所述信号差D。

所述延时计算模块还根据所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的固有误差S修正所述信号差D。

所述延时计算模块还计算并输出n个连续的所述时间跨度信号Ci的平均值获得信号差D，n为自然数；或者，先去掉时间跨度Ci的最大值和最小值，再求Ci的平均值获得信号差D。

所述延时计算模块还计算n个连续的所述延时信号Di的平均值获得信号差D，n为自然数；或者先去掉所述延时信号Di的最大值和最小值，再求Di的平均值获得信号差D。

所述调整模块将所述基准定时信号B延时所述信号差D获得所述新定时信号Y。

所述时间跨度信号Ci的单位是所述基准时钟信号CLK的时钟周期数，所述调整模块通过增减所述分频电路的分频计数器延时获得所述信号差D。

本发明公开的一种产生定时信号的方法和装置，通过引入高精度时钟产生基准定时，提高了被授时设备获得可知不确定误差的时间上的容忍度，使用统计方法，减小了定时信号的不可知不确定误差向新定时信号中部分不可知不确定误差传递。

附图说明

图1是定时信号在网络中的传递误差示意图。

图2是目的定时信号动态延时示意图。

图3是定时信号T、基准定时信号B和新定时信号Y之间的时序关系图。

图4是本发明的产生定时信号的方法流程图。

图5是本发明的产生定时信号的另一种方法流程图。

图6是本发明的产生定时信号的装置的功能框图。

图7是本发明的产生定时信号的装置的同步模块功能框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施方式仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

图3所示是定时信号T、基准定时信号B和新定时信号Y之间的时序关系图，具有自身高抖动的定时信号T，是由一系列连续定时信号组成，每个信号之间是等间隔，间隔时间为t，固有误差S，每个信号相对于它指示的准确的定时信号具有可知不确定误差E和不可知不确定的误差U，可知不确定误差E可以被获得，误差U具有随机性。为了论述方便，从连续的信号T之中提取一段信号，标注为：

T1，T2，T3，……，Tn    其中n为自然数。    ---①

对应①，获得一段对应的可知不确定误差E序列，标注为：

E1，E2，E3，……，En                       ---②

CLK是高精度基准时钟，其频率为f。

使用CLK进行f*t分频，获得一个基准定时B，B定时间隔为t。

相对应①在B之中对应提取一段信号，标注为(如图1所示)：

B1，B2，B3，……，Bn                       ---③

如图4和图5所示是本发明的产生定时信号的方法流程图。

步骤1、对信号系列①和③进行对应分组：

T1和B1组成一组，T2和B2为一组，T3和B3为一组，……，Tn和Bn为一组；    ---④

步骤2、使用CLK，对各分组④时间跨度进行测量，测量结果标记如下：

C1，C2，C3，……，Cn    ---⑤

测量值可以为CLK的时钟周期数。

步骤3、使用统计方法，获得新定时信号应同基准定时之间的延时中心值D。包括如下步骤：

步骤3.1计算新定时信号应同基准定时之间的延时(信号差)：

D1，D2，D3，……，Dn    ---⑥

其计算方法可以如下：

Di＝Ci-Ei-S  ，其中i＝1~n的自然数

当固定误差S为零，或可以忽略时，计算方法可以如下：

Di＝Ci-Ei，其中i＝1~n的自然数

当可知不确定误差E为零，或可以忽略时，计算方法可以如下：

Di＝Ci-S，其中i＝1~n的自然数

当可知不确定误差E为零，同时固定误差S为零，或E和S可以忽略时，此步骤可以忽略，计算方法可以如下：

Di＝Ci，其中i＝1~n的自然数

步骤3.2对⑥进行统计，获得新定时信号应同基准定时之间的延时中心值(信号差)D。统计方法有多种，下面举例说明2种。

统计方法1：

D＝(D1+D2，……，+Dn)/n

统计方法2：

D＝[(D1+D2，……，+Dn)-MAX(D1，D2，……，Dn)-MIN(D1，D2，……，Dn)]/(n-2)

步骤4、根据信号差D，调整新定时信号Y。

产生新定时信号Y及调整方法可以有以下2种，但不限于这两种。

方法1如图4所示：延时B共D时间，产生新定时信号Y。

方法2如图5所示：通过增减分频计数器计数值，延时D，产生新定时信号Y。

例子：

有一个秒定时信号T′，其每一秒，发出一个信号，固有误差为S＝50us，可知不确定误差E′，E′为0~30us，信号间隔t′＝1秒，其信号的不可知不确定误差u′＝±10us。

高精度基准时钟CLK′频率f′＝19.440MHz时钟。

对CLK′进行19.440M分频，获得基准定时B′，定时间隔为一秒。

用本发明的方法可以获得新定时信号Y′，方法如下：

步骤1、用n′＝16对T′和B′抽取信号进行分组：

T′1和B′1组成一组，T′2和B′2为一组，T′3和B′3为一组，……，T′16和B′16为一组；

对应于T′和B′分组，可以获得可知不确定误差E′的对应序列：

E′1，E′2，E′3，……，E′16

步骤2、使用CLK′对T′和B′分组进行时间跨度测量，可以获得C1′，C2′，C3′，......，C16′。

步骤3、计算Y′应同B′之间的延时中心值D。

步骤3.1、计算T′与B′的每一个周期信号的时间跨度C′i：

计算公式：C′i＝T′i-B′i，其中i＝1~16；

步骤3.2计算Y′应同B′之间的延时：

D′1，D′2，D′3，……，D′16；

计算公式：D′i＝C′i-E′i-S，其中i＝1~16；

步骤3.3用统计方法1，计算出中心值D′：

D′＝(D1′+D2′+D3′+......+D16′)/16

步骤4、对B′延时D′，获得新定时信号Y′。

使用本发明获得的新定时信号Y′，相对于原始定时信号T′可以大幅提高精度，新定时信号Y′的信号偏差大约为±2.5us。

如图6是本发明的产生定时信号的装置的功能框图，包括提供时钟信号CLK的高精度基准时钟，对输入的目的定时信号Ti进行同步、并消除可知不确定误差Ei的同步模块。

如图7是本发明的产生定时信号的装置的同步模块功能框图，包括对时钟信号CLK进行分频输出分频信号Bi的分频模块，对时间跨度进行测量、计算(Bi-Ti)输出Ci的时间跨度测量模块，利用统计方法计算新定时信号与基准定时信号之间的延时Di的延时计算模块，和输出新定时信号Yi的调整模块。

本发明可以应用于通讯网络设备和终端设备，但不限于通讯网络设备和终端设备。

Claims (16)

1.一种产生定时信号的方法，用于将定时信号T转换成新定时信号Y，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、比较所述定时信号T和基准定时信号B，计算两者的信号差D；该步骤包括：

步骤1-1，分别提取所述定时信号T和基准定时信号B中的n个连续周期信号，记为T1、T2、…、Tn和B1、B2、…、Bn；

步骤1-2，分别测量所述n个连续周期的定时信号T和基准定时信号B的每一个周期信号的时间跨度Ci=Ti-Bi；

步骤1-3根据所述时间跨度Ci计算所述信号差D；

步骤2、根据所述信号差D和所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y；或者根据所述信号差D调整所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y。

2.如权1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中所述基准定时信号B由基准时钟信号CLK分频获得，且周期与所述定时信号T标称相同。

3.如权1所述的方法，其特征在于，所述步骤1-3进一步包括：

还根据所述时间跨度信号Ci、和所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的可知不确定误差信号Ei计算延时信号Di=Ci-Ei；

根据所述延时信号Di计算信号差D。

4.如权3所述的方法，其特征在于，根据所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的固有误差S修正信号差D。

5.如权1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1-3中还包括：

计算所述n个连续的所述时间跨度信号Ci的平均值获得信号差D，n为自然数；或者，先去掉所述n个连续的所述时间跨度Ci中的最大值和最小值，再求平均值获得信号差D。

6.如权4所述的方法，其特征在于，计算所述n个连续的所述延时信号Di的平均值获得信号差D，n为自然数；或者，先去掉所述n个连续的所述延时信号Di的最大值和最小值，再求平均值获得信号差D。

7.如权1所述的方法，其特征在于，所述步骤2根据所述信号差D获得所述新定时信号Y的方法是：将所述基准定时信号B延时所述信号差D。

8.如权2所述的方法，其特征在于，所述步骤2根据所述信号差D调整基准定时信号B获得所述新定时信号Y的方法是：

通过增减分频电路的分频计数器延时所述信号差D。

9.一种产生定时信号的装置，用于将定时信号T转换成新定时信号Y，其特征在于包括：

用于输出周期与所述定时信号T相同的基准定时信号B的基准时钟模块和同步模块；所述同步模块进一步包括：

时间跨度测量模块，根据输入的n个连续周期的基准定时信号Bi和定时信号Ti，计算每一个周期信号的时间跨度信号Ci=（Ti-Bi）；

延时计算模块；所述延时计算模块根据所述时间跨度Ci计算信号差D；

调整模块，根据所述信号差D和所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y；或者根据所述信号差D调整所述基准定时信号B获得所述新定时信号Y。

10.如权9所述的装置，其特征在于，所述基准时钟模块输出基准时钟信号CLK；所述同步模块还包括将所述基准时钟信号CLK分频获得周期与所述定时信号T标称相同的所述基准定时信号B的分频模块。

11.如权9所述的装置，其特征在于，所述延时计算模块，根据输入的所述时间跨度信号Ci、和所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的可知不确定误差信号Ei计算延时信号Di=Ci-Ei，并根据所述延时信号Di计算所述信号差D。

12.如权11所述的装置，其特征在于，所述延时计算模块还根据所述定时信号T与授时源设备提供的源定时信号之间的固有误差S修正所述信号差D。

13.如权9所述的装置，其特征在于，所述延时计算模块还计算并输出n个连续的所述时间跨度信号Ci的平均值获得信号差D，n为自然数；或者，先去掉时间跨度Ci的最大值和最小值，再求Ci的平均值获得信号差D。

14.如权12所述的装置，其特征在于，所述延时计算模块还计算n个连续的所述延时信号Di的平均值获得信号差D，n为自然数；或者先去掉所述延时信号Di的最大值和最小值，再求Di的平均值获得信号差D。

15.如权9所述的装置，其特征在于，所述调整模块将所述基准定时信号B延时所述信号差D获得所述新定时信号Y。

16.如权10所述的装置，其特征在于，所述时间跨度信号Ci的单位是所述基准时钟信号CLK的时钟周期数，所述调整模块通过增减分频电路的分频计数器延时获得所述信号差D。

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