CN102201906A

CN102201906A - 一种时钟信号处理方法及其设备

Info

Publication number: CN102201906A
Application number: CN2010101361899A
Authority: CN
Inventors: 张练; 李军; 张连栋; 翟宇坤; 庞贺
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-28

Abstract

本发明公开了一种时钟信号处理方法及其设备，应用于时钟拉远授时系统中的室内时钟单元处理时钟信号的过程。室内时钟单元设备，包括：接收室外时钟单元通过传输链路传输过来的时钟信号，并对接收到的时钟信号进行光电转换；从转换后的时钟信号中恢复出时钟信号并输出。

Description

一种时钟信号处理方法及其设备

技术领域

本发明涉及时钟信号处理技术，尤其涉及应用于授时系统时钟拉远技术的一种时钟信号处理方法和一种时钟拉远系统中的室内时钟单元设备。

背景技术

目前，传统的授时系统主要依靠的是卫星导航系统直接授时，卫星导航系统包括GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和北斗一代等。其授时系统如图1所示，主要包括：卫星11、天线12、射频线13和卫星导航接收机14等部分。天线12接收的卫星信号通过射频线13传输到卫星导航接收机14，卫星导航接收机14再恢复出PPS(Pulses Per Second，秒脉冲)和TOD(Time of Date，日期时间)供下一级设备使用。

在上述方案中，射频线13在传输天线12接收到的卫星信号时，有传输距离限制，一般为100m左右。实际应用场合下，天线12可能和卫星导航接收机14之间的距离较远，这样就需要在射频线13到卫星导航接收机14之间使用功率放大器，这将带来成本的增加和工程的困难。而且功率放大也有一定限制，不能无限放大。由于卫星导航接收机14只提供PPS(Pulses Per Second，秒脉冲)和TOD(Time of Date，日期时间)时钟接口，所以授时系统的应用场合也受到了一定的限制。

针对现有授时系统的情况，目前提出一种时钟拉远的点对点授时系统方案，其授时系统如图2所示，主要包括：卫星21、天线22、室外时钟单元(OUC)23、光纤24和室内时钟单元(ICU)25等部分。天线22接收到卫星信号后直接将时钟信息送给室外时钟单元(OUC)23。室外时钟单元(OUC)23主要包括两部分：卫星接收机231和时钟发送模块232，卫星接收机231完成从时钟信息中解析出PPS(Pulses Per Second，秒脉冲)和TOD(Time of Date，日期时间)，时钟发送模块232将卫星接收机231解析出的PPS和TOD编码后通过光纤24向外发送；室内时钟单元(ICU)25将光纤24中的信息解码恢复出时钟信息。

上述时钟拉远的点对点授时系统中，没有给出室内时钟单元(ICU)的时钟信号处理过程。

发明内容

本发明的实施例提供了一种时钟信号处理方法及其设备，用以实现时钟拉远授时系统中室内单元对时钟信号的处理。

本发明实施例提供的时钟信号处理方法，应用于包括室外时钟单元和室内时钟单元的时钟拉远授时系统中，室内时钟单元处理时钟信号的过程，包括如下步骤：

接收室外时钟单元通过传输链路传输过来的时钟信号，并对接收到的时钟信号进行光电转换；

从转换后的时钟信号中恢复出时钟信号；

根据恢复出的时钟信号生成本地时钟信号并输出，或/和，根据规定的时钟协议将恢复出的时钟信号转换为相应时钟协议的时钟信号并输出。

本发明实施例提供的时钟拉远授时系统中的室内时钟单元设备，包括：

时钟信号接收模块，用于接收所述时钟拉远授时系统中的室外时钟单元通过传输链路传输来的时钟信号；

时钟信号转换模块，用于对所述时钟信号接收模块接收到的时钟信号进行光电转换；

时钟信号恢复模块，用于从所述时钟信号转换模块转换后的时钟信号中恢复出时钟信号；

本地时钟模块，用于根据所述时钟信号恢复模块恢复出的时钟信号生成本地时钟信号并向外输出；或/和，将所述时钟信号恢复模块恢复出的时钟信号输出给下一级模块；

时钟信号输出模块，用于接收所述本地时钟模块输出的时钟信号，并根据规定的时钟协议，将该时钟信号转换为相应时钟协议的时钟信号并向外输出。

本发明的上述实施例，通过室内时钟单元对接收到的时钟信号进行信号转换、恢复处理，从而恢复出时钟信号，并将该时钟信号进行输出，以便下一级设备使用该时钟信号。另外，输出时钟信号时，还可根据规定的时钟协议将解码出的时钟信号转换为相应时钟协议的时钟信号并输出，使得时钟信号的输出形式得到扩充。

附图说明

图1为现有技术中的授时系统的示意图；

图2为现有技术中拉远授时系统示意图；

图3为本发明实施例提供的室内时钟单元(ICU)的结构示意图；

图4为本发明实施例中的ICU的本地时钟模块中的锁相环模块示意图；

图5为本发明实施例中ICU进行PPS延时补偿的示意图；

图6为本发明实施例中测量光纤链路时延的示意图；

图7为本发明实施例中的ICU接收和恢复PPS的示意图；

图8为本发明实施例中的ICU接收和恢复TOD的示意图。

具体实施方式

本发明实施例基于时钟拉远的点对点授时系统方案，提出了一种室内时钟单元的时钟信号处理方法，包括时钟信号接收与恢复过程，还提出了一种室内时钟单元设备的结构，以实现时钟信号的接收、恢复以及输出等处理过程。

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图3，为本发明实施例提供的室内时钟单元(ICU)的结构示意图。该ICU可以包括顺序连接的时钟信号接收模块301、时钟信号转换模块302、时钟信号恢复模块303、本地时钟模块304，以及时钟信号输出模块305。其中，时钟信号输出模块305可以有多个，不同的时钟信号输出模块305可以根据各自的时钟信号转换协议，对本地时钟模块304输出的时钟信号进行协议转换，并输出符合各自协议的时钟信号。图3中仅示出了两种时钟信号输出模块：Bits时钟模块(图中标识为3051)和1588时钟模块(图中标识为3052)。其中，Bits时钟模块使用Bits时钟转换协议，输出Bits时钟。Bits是指稳定的频率信号，主要包括2MHZ频率和2MBITS码，它的主要功能是给设备提供稳定的频率源，应用场景可包括：提供给楼宇之间的频率同步、SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字序列)传输网同步或目前正在组建的PTN(Package Transport Network，分组传输网)网同步。1588时钟模块使用1588时钟转换协议，输出1588时钟，1588时钟模块支持同步协议的边界时钟，主要是向能支持1588时钟同步协议的设备进行授时，应用场景可包括传输设备或是TD-SCDMA(Time Division-Synchronization Code DivisionMultiple Access，时分同步码分多址接入)的基站设备的授时。

在本发明另一实施例提供的ICU中，可将本地时钟模块省略，这样，时钟信号恢复模块可与时钟信号输出模块连接，以便将恢复出的时钟信号输出。

图3所示的ICU的主要功能是接收通过光纤传输来的室外时钟单元(OUC)输出的时钟信号，将其恢复为所需协议格式的时钟信息并输出，以便下一级设备使用。该ICU中各模块的功能如下所述：

时钟信号接收模块301，主要完成光纤信号的接入，通常由光纤接口模块实现，如接收通过光纤传输过来的室外时钟单元(OUC)输出的时钟信号，并进一步将该光信号形式的时钟信号输出给时钟信号转换模块302；

时钟信号转换模块302，主要完成北斗拉远协议中物理媒体相关子层(PMD)和物理媒体附加子层(PMA)的工作，实现信号的光电转换和串并转换，并可进一步将转换后的电信号形式的时钟信号输出给时钟信号恢复模块303；

时钟信号恢复模块303，主要完成北斗拉远协议中物理编码子层(PCS)和媒体接入控制(MAC)的工作，实现PPS和TOD包的恢复，如将时钟信号转换模块302输出的信号进行解码处理，得到PPS信号和TOD信号，并进一步输出给本地时钟模块304；

本地时钟模块304，主要完成一个锁相环的功能，其主要目的是当卫星信号无法接收时，使ICU仍能通过本地时钟向外部提供精确的PPS信号；该模块可向时钟信号输出模块305输出PSS和TOD信息，还可进一步输出10M晶振信号；

时钟信号输出模块305，主要按照规定的时钟转换协议，将本地时钟模块304输出的时钟信号转换为相应时钟协议的时钟信号并向外输出。例如，对于Bits时钟模块3051，该模块按照Bits时钟转换协议，产生2M的Bits时钟同步码流，然后将PPS和TOD信息通过Bits时钟协议向外输出时钟；对于1588时钟模块3052，该模块可首先将本地时钟模块304输出的10M时钟进行分频得到1588时钟模块3052的主钟时钟，然后将PPS和TOD信息通过1588传输协议向外输出时钟。

如图4所示，上述ICU中的本地时钟模块304可包括一锁相环模块3040，该模块可包括依次连接的鉴相器3041、滤波器3042和晶振器3043(如OCXO晶振器)。

其中，晶振器3043的输出与鉴相器3041的一输入端连接，形成反馈回路，目的是将本地时钟产生的PPS和从光纤中恢复出的PPS同步。其同步过程可以是：晶振器3043产生晶振信号并经过分频处理后得到本地的PPS信号，该本地PPS信号反馈给鉴相器3041，鉴相器3041对晶振器3043生成的本地PPS信号和恢复出的PPS信号进行鉴相处理，并在检测到相位差时与滤波器3042配合进行信号同步处理(如通过滤波器3042将两PPS的波形对齐以消除相位差)，同步后的PPS信号可通过该锁相环模块3040输出，如通过晶振器3043输出，从而达到信号同步的目的。当由于各种原因ICU没有恢复出PPS信号，如没有接收到OCU发送的时钟信号的情况下，锁相环模块3040输出的PPS信号就是其产生的本地PPS信号，从而可保证在该中情况下仍能够提供时钟信号。

如图5所示，OCU在卫星接收机输出的PPS信号的上升沿发送PPS_SYNC消息，PPS_SYNC消息经过光纤传输到ICU。ICU一旦检测出PPS_SYNC消息，恢复出本地PPS信号。PPS_SYNC消息在传输路径上有链路时延Delay。本地恢复的PPS与卫星接收机PPS之间会滞后Delay。因此，ICU在恢复出的PPS中需要进行时延补偿，其补偿的值可以是链路时延值Delay，如果PPS_SYNC中携带有延时DelayTime信息，则补偿的值也可以是链路时延值Delay与DelayTime之和。时延补偿处理可由时钟信号恢复模块303完成。

测量链路时延Delay，是通过OCU和ICU之间的CD_SYNC_ICU和CD_SYNC_OCU消息交互实现的。如图6所示，首先ICU在拥有上行信道的前提下，发送CD_SYNC_ICU消息，并记录发送时刻时间T1；OCU收到CD_SYNC_ICU消息后，记录收到时刻时间T2；OCU再发送CD_SYNC_OCU消息，并记录当前时刻时间T3，将T3-T2的时间间隔填到CD_SYNC_OCU的InterTime域进行发送；ICU接着收到CD_SYNC_OCU消息，并记录收到时刻时间T4。然后，ICU可以通过公式计算链路传输时延：

Delay＝(T2-T1+T4-T3)/2＝((T4-T1)-(T3-T2))/2

实际场景中，链路中使用的双向光纤应等长，这样可避免会引入测量误差。延时测量中用来记录时间所用的计时频率应当优于50ppm，即＜50ppm。在OCU侧，T3-T2的时延值InterTime应当小于100us，否则ICU视为无效值。InterTime准确度应当小于20ns。

相应的，在上述ICU中还可进一步包括链路传输时延检测模块306，用于上述链路时延检测，并可将检测结果输出给时钟信号恢复模块303，作为时延补偿值。

基于上述ICU，图7示出了ICU接收和恢复PPS的过程。

如图7所示，OCU发送的PPS_SYNC消息被时钟信号接收模块301接收后输出给时钟信号转换模块302，经该模块进行数据转换处理后输出给时钟信号恢复模块303；时钟信号恢复模块303立即进行信号恢复处理得到PPS信号，并根据链路传输时延检测模块306检测出的链路时延LineDelay和PPS_SYNC消息携带的DelayTime对PPS信号进行补偿，输出补偿后的PPS信号给本地时钟模块304；本地时钟模块304通过ICU内置的一个锁相环模块3040将本地时钟产生的PPS和从光纤中恢复出的PPS同步，这样就保证了即使光纤PPS在短时间内无法恢复的情况下，ICU通过本地时钟模块304仍能稳定地向下一级设备提供PPS；本地时钟模块304可将时钟信号进一步输出给Bits时钟模块3051或/和1588时钟模块3052，使得PPS的输出形式得到扩充。

基于上述ICU，图8示出了ICU接收和恢复TOD的过程。

如图8所示，由于光纤中传输的数据是经过编码后的光信号，因此时钟信号接收模块301在接收到光纤数据后，首先输出给时钟信号转换模块302，通过光电转换处理将光信号转换为电信号，然后再将串行数据转化为并行数据，并输出给时钟信号恢复模块303；时钟信号恢复模块303通过解码将TOD恢复出来，然后输出给本地时钟模块304，由其直接输出给下一级设备使用，也可以由本地时钟模块304输出给Bits时钟模块3051或/和1588时钟模块3052进行协议转换，然后按照相应的时钟形式(Bits时钟形式或1588时钟形式)向外输出。

需要说明的是，本发明实施例中对ICU所进行的模块划分仅为一种实例，也可以根据需要对其中涉及的模块进行合并或进一步拆分。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种时钟信号处理方法，应用于包括室外时钟单元和室内时钟单元的时钟拉远授时系统中，室内时钟单元处理时钟信号的过程，其特征在于，包括如下步骤：

接收室外时钟单元通过传输链路传输过来的时钟信号；

对接收到的时钟信号进行光电转换；

从转换后的时钟信号中恢复出时钟信号；

将恢复出的时钟信号向外输出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输出恢复出的时钟信号，具体为：根据规定的时钟协议将恢复出的时钟信号转换为相应时钟协议的时钟信号并输出。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述规定的时钟协议，包括：Bits时钟转换协议或/和1588时钟转换协议。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述室内时钟单元通过晶振方式生成本地秒脉冲PPS信号并向外输出。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：将所述室内时钟单元产生的本地PPS信号与恢复出的时钟信号中的PPS信号进行同步，并将同步后的PPS信号向外输出。

6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，从转换后的时钟信号中恢复出时钟信号，包括：

解码出时钟信号；

根据所述时钟信号的链路传输时延，对解码出的时钟信号中的PPS信号进行时延补偿。

7.如权利要求6所述的方案，其特征在于，进行时延补偿的时延补偿值为：所述链路传输时延，或者，所述链路传输时延与所述时钟信号中携带的时延信息所指示的时延之和。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述链路传输时延通过以下方式检测：

向室外时钟单元发送第一同步消息，并记录发送时刻T1；

接收所述室外时钟单元发送的第二同步消息，记录接收时刻T4，并从所述第二同步消息中获取所述室外时钟单元记录的、该室外时钟单元从接收所述第一同步消息到发送所述第二同步消息的时间间隔T2-T3；

按照如下公式计算得到所述室外时钟单元到所述室内时钟单元之间的传输链路的时延：

Delay＝(T2-T1+T4-T3)/2＝((T4-T1)-(T3-T2))/2

其中，Delay为链路传输时延，T2-T1表示所述第一同步消息从发送到接收的时间间隔，T4-T3表示所述第二同步消息从发送到接收的时间间隔，T4-T1表示所述室内时钟单元从发送所述第一同步消息到接收所述第二同步消息的时间间隔，T3-T2表示所述室外时钟单元从接收所述第一同步消息到发送所述第二同步消息的时间间隔。

9.一种时钟拉远授时系统中的室内时钟单元设备，其特征在于，包括：

时钟信号输出模块，用于将恢复出的时钟信号向外输出。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括：

本地时钟模块，用于根据所述时钟信号恢复模块恢复出的时钟信号生成本地时钟信号并向外输出；或/和，将所述时钟信号恢复模块恢复出的时钟信号输出给所述时钟信号输出模块。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述本地时钟模块，包括锁相环模块，所述锁相环模块包括：鉴相器、滤波器和晶振器；

所述晶振器，用于生成晶振信号，对生成的晶振信号分频处理得到本地PPS信号并输出；

所述鉴相器，用于对所述晶振器生成的本地PPS信号和恢复出的PPS信号进行鉴相处理；

所述滤波器，用于根据所述鉴相器的鉴相处理结果，对生成的本地PPS信号和恢复出的PPS信号进行信号同步处理，并通过所述锁相环模块输出同步处理后的PPS信号。

12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括链路传输时延检测模块；

所述链路传输时延检测模块，用于检测所述时钟信号在传输链路上的时延；

所述时钟信号恢复模块，具体用于，解码出时钟信号，并根据所述链路传输时延检测模块检测出的链路传输时延，对解码出的时钟信号中的PPS信号进行时延补偿。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述链路传输时延检测模块，具体用于，向室外时钟单元发送第一同步消息，并记录发送时刻T1；接收所述室外时钟单元发送的第二同步消息，记录接收时刻T4，并从所述第二同步消息中获取所述室外时钟单元记录的，该室外时钟单元从接收所述第一同步消息到发送所述第二同步消息的时间间隔T2-T3；按照如下公式计算得到所述室外时钟单元到所述室内时钟单元之间的传输链路的时延：

Delay＝(T2-T1+T4-T3)/2＝((T4-T1)-(T3-T2))/2

14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述时钟信号恢复模块，具体用于，将所述链路传输时延作为时延补偿值，或者，将所述链路传输时延与所述时钟信号中携带的时延之和作为时延补偿值。

15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述时钟信号输出模块，包括以下模块之一或组合：

Bits时钟模块，用于使用Bits时钟转换协议对接收到的时钟信号进行转换得到Bits时钟信号并向外输出；

1588时钟模块，用于使用1588时钟转换协议对接收到的时钟信号进行转换得到1588时钟信号并向外输出。