CN103563287B - 同步设备和同步方法 - Google Patents
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Abstract
从第一信号源获取用于与同步信号源同步的第一同步信号。基于该第一同步信号产生与该同步信号源同步的第一信号。从与该第一信号源不同的第二信号源，获取用于与该同步信号源同步的第二同步信号。基于该第二同步信号产生与该同步信号源同步的第二信号。基于同步设备的第一信号，产生与该同步信号源同步的定时信号。输出该定时信号和该第二信号之间的相位差。基于该相位差设置偏移，使得该定时信号和该第二信号之间不存在相位差。
Description
技术领域
本发明涉及用于输出与同步信号源同步的信号的技术，其中同步信号源输出与例如协调世界时间(UTC)同步的信号。
背景技术
在相关领域中，已经提出了全球导航卫星系统(GNSS)接收机接收从GNSS卫星广播的信号并输出与UTC同步的定时信号的技术(例如，见专利文献1)。
现有技术文献
[专利文献]
[专利文献1]
日本未审专利申请，首次公开No.2010-273148
发明内容
[本发明要解决的问题]
然而，由于信号的中断、干扰信号等影响，难以精确地接收从GNSS卫星广播的信号。在此情况下，定时信号的同步精度退化。作为保持精度的解决方案，还提出了提供高精度振荡器的方法。然而，当提供了高精度振荡器时，存在设备大小或成本增加的问题。
此问题不限于使用GNSS的同步，并还类似地发生在使用经由网络的通信提供同步信号的系统中。在此系统中，当网络中发生失败时，同步信号的精度降低并且类似问题发生。
[解决问题的手段]
根据上述情况，本发明的目的是提供即使当根据同步信号的同步精度已经退化时，防止输出定时信号的同步精度退化的技术。
在本发明的实施例中，提供了同步设备，包括：第一信号获取单元，从第一信号源获取用于与同步信号源同步的第一同步信号，并基于所述第一同步信号，产生与所述同步信号源同步的第一信号；第二信号获取单元，从与所述第一信号源不同的第二信号源获取用于与所述同步信号源同步的第二同步信号，并基于所述第二同步信号，产生与所述同步信号源同步的第二信号；定时信号产生单元，基于所述第一信号，产生与所述同步信号源同步的定时信号；比较单元，输出所述定时信号和所述第二信号之间的相位差；以及，控制单元，基于所述相位差为所述定时信号产生单元设置偏移，使得所述定时信号和所述第二信号之间不存在相位差。
在本发明的另一实施例中，提供了同步方法，包括：第一信号获取步骤，从第一信号源获取用于与同步信号源同步的第一同步信号，并基于所述第一同步信号，产生与所述同步信号源同步的第一信号；第二信号获取步骤，从与所述第一信号源不同的第二信号源获取用于与所述同步信号源同步的第二同步信号，并基于所述第二同步信号，产生与所述同步信号源同步的第二信号；定时信号产生步骤，基于与所述同步信号源同步的所述第一信号，产生与所述同步信号源同步的定时信号；比较步骤，输出所述定时信号和所述第二信号之间的相位差；以及，控制步骤，基于所述相位差设置所述定时信号产生步骤中的偏移，使得所述定时信号和所述第二信号之间不存在相位差。
[本发明的效果]
根据本发明，即使当根据同步信号(第二同步信号)的同步精度已经退化时，同步设备可以基于此前设置的偏移以及第一同步信号输出定时信号。因此，即使当根据同步信号的同步精度已经退化时，能够防止定时信号的同步精度退化。
附图说明
图1是示出了第一实施例中同步系统的系统配置的系统配置图。
图2是示出了第一实施例中同步系统的初始操作中处理的流程的流程图。
图3是示出了第一实施例中同步系统的正常操作中处理的流程的流程图。
图4是示出了第一实施例中同步系统的定时同步设备的修改示例的配置的示意图。
图5是示出了第二实施例中同步系统的系统配置的系统配置图。
图6是示出了第二实施例中同步系统的计数器控制单元的操作示例的流程图。
图7是示出了第三实施例中同步系统的系统配置的系统配置图。
具体实施方式
[第一实施例]
图1是示出了本发明的第一实施例中同步系统(同步系统100)的系统配置的系统配置图。同步系统100包括UTC同步时钟产生设备10、时钟产生设备20、GNSS卫星30和定时同步设备40。
UTC同步时钟产生设备10产生与UTC同步的时钟脉冲。UTC同步时钟产生设备10将产生的时钟脉冲以与UTC同步的状态传送到时钟产生设备20和GNSS卫星30。
时钟产生设备20产生与UTC同步的时钟脉冲，并将产生的时钟脉冲发送到定时同步设备40。
GNSS卫星30发送包括与UTC以高精度同步的时钟脉冲的GNSS广播信号。
定时同步设备40基于从时钟产生设备20发送的时钟脉冲和从GNSS卫星30发送的GNSS广播信号，输出与UTC同步的信号(输出定时脉冲)。在下文中，将更详细地描述定时同步设备40。
定时同步设备40包括时钟再生单元401、计数器单元402、天线403、GNSS接收单元404、比较单元405和计数器控制单元406。
时钟再生单元401接收从时钟产生设备20发送的时钟脉冲，并输出与该时钟脉冲同步的输出时钟脉冲。该输出时钟脉冲的输出目的地是定时同步设备40和计数器单元402的外部。时钟再生单元401例如被配置为使用锁相环(PLL)。可以使用任意技术在时钟产生设备20和时钟再生单元401之间发送和接收时钟脉冲。例如，可以发送和接收时钟脉冲作为用于国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)G.8261(同步以太网(注册商标))或ITU-T同步光网络/同步数字架构(SONET/SDH)中的时钟。在本示例的情况下，可以通过时钟产生设备20和时钟再生单元401之间的传输路径发送和接收时钟脉冲作为物理层(层1)的信号。此外，本发明不限于上述协议，并且可以发送和接收时钟脉冲作为流经传输路径的信号。
此外，时钟再生单元401产生表示输出时钟脉冲的同步精度的时钟精度信息。该时钟精度信息可以是表示输入信号(接收的时钟脉冲)是否与输出信号(输出时钟脉冲)同步的信息(更具体而言，表示输入信号和输出信号之间相位差的信息)(例如在应用到时钟再生单元401的相位同步电路中)。此外，这可以是表示输入信号和输出信号之间相位差的幅度的信息。时钟再生单元401向计数器控制单元406输出产生的时钟精度信息。
计数器单元402对输出时钟脉冲的信号进行计数，并且当已经计数到预定次数时，将输出定时脉冲输出。即，计数器单元402是输出时钟脉冲的预分频器(prescaler)。
天线403接收到从GNSS卫星30发送的GNSS广播信号。天线403将所接收的GNSS广播信号转换为电信号，并将该GNSS广播信号(电信号)输出到GNSS接收单元404。
GNSS接收单元404基于由天线403接收的GNSS广播信号，将与GNSS卫星30的时钟同步的定时脉冲输出到比较单元405。
此外，GNSS接收单元404产生表示定时脉冲的同步精度的定时精度信息。定时精度信息例如是天线403从其接收GNSS广播信号的GNSS卫星的数量、每个GNSS广播信号的接收电平、GNSS广播信号中包括的精度信息、表示GNSS接收单元404的状态的信息(下文中被称为“状态信息”)等。GNSS广播信号中包括的精度信息是表示作为GNSS广播信号的发送源的GNSS卫星已经评估其自身输出时钟脉冲的精度是否足够之后的结果的信息。状态信息是表示GNSS接收单元404的状态是否是可以足够保持输出定时脉冲的精度的状态的信息。状态信息例如是表示GNSS接收单元404是处于预热状态还是处于输出基于GNSS广播信号计算的定时脉冲的状态(操作状态)的信息。GNSS接收单元404将产生的定时精度信息输出到计数器控制单元406。
比较单元405获取输出定时脉冲和定时脉冲之间的相位差。比较单元405将获取的相位差作为差值信息输出到计数器控制单元406。
计数器控制单元406基于该时钟控制信息、定时精度信息和差值信息来控制计数器单元402。
图2是示出了计数器控制单元406的操作中的初始操作中的处理流程的流程图。在已经启动初始操作的时间点，计数器单元402不向定时同步设备40外部输出输出定时脉冲。
当定时同步设备40的操作启动时，计数器控制单元406确定定时精度信息是否满足预定条件(步骤S101)。该预定条件是表示GNSS接收单元404输出的定时脉冲的同步精度足够的条件。例如，可以在计数器控制单元406中预设以下条件：从其接收到GNSS广播信号的GNSS卫星的数量大于或等于预订数量、每个GNSS广播信号的接收电平大于或等于预定阈值、GNSS广播信号中包括的精度信息是预定值(表示时钟脉冲的精度足够的值)、或状态信息是预定内容(例如，表示上述操作状态的内容)。可以设置多个条件。
计数器控制单元406进行迭代确定，直到定时精度信息已经满足预定条件(步骤S101：否)。当定时精度信息已经满足预定条件时(步骤S101：是)，计数器控制单元406确定时钟精度信息是否已经满足预定条件(步骤S102)。该预定条件是表示时钟再生单元401输出的时钟脉冲的同步精度足够的条件。例如，可以在计数器控制单元406中预设输入信号和输出信号之间的相位差小于或等于预定阈值的条件。可以设置多个条件。
计数器控制单元406进行迭代确定，直到时钟精度信息已经满足预定条件(步骤S102：否)。当时钟精度信息已经满足预定条件时(步骤S102：是)，计数器控制单元406基于从比较单元405输出的差值信息，确定定时脉冲和输出时钟脉冲是否已经同步(步骤S103)。例如，当该差值信息指示的相位差小于或等于预定阈值时，计数器控制单元406确定两个脉冲已经同步。
当定时脉冲和输出时钟脉冲未同步时(步骤S103：否)，计数器控制单元406将差值信息指示的相位差设置为计数器单元402中的偏移(步骤S104)。另一方面，当已定时脉冲和输出时钟脉冲经同步时(步骤S103：是)，计数器控制单元406使计数器单元402启动向定时同步设备40外部输出输出定时脉冲(步骤S105)。在上文中，图2中所示的初始操作的处理结束，并且计数器控制单元406开始正常操作。
图3是示出了计数器控制单元406的操作中的正常操作中的处理流程的流程图。当正常操作启动时，计数器控制单元406确定时钟精度信息是否满足预定条件(步骤S201)。当未满足该预定条件时(步骤S201：否)，计数器控制单元406结束正常操作并通过返回初始操作来从步骤S101开始执行处理。此时，计数器控制单元406使计数器单元402停止向定时同步设备40外部输出输出定时脉冲。
另一方面，当时钟精度信息已经满足预定条件时(步骤S201：是)，计数器控制单元406确定定时精度信息是否已经满足预定条件(步骤S202)。当定时精度信息未满足预定条件时(步骤S202：否)，计数器控制单元406通过返回步骤S201执行处理。另一方面，当定时精度信息已经满足预定条件时(步骤S202：是)，计数器控制单元406确定定时脉冲和输出时钟脉冲是否已经同步(步骤S203)。
当定时脉冲和输出时钟脉冲未同步时(步骤S203：否)，计数器控制单元406将差值信息指示的相位差设置为计数器单元402中的偏移(步骤S204)。另一方面，当定时脉冲和输出时钟脉冲已经同步时(步骤S203：是)，计数器控制单元406通过返回步骤S201的处理，迭代地执行从S201开始的处理。
在如上述配置的同步系统100中，即使当根据同步信号(GNSS广播信号)的同步精度已经退化时，能够抑制输出定时信号(输出定时脉冲)的同步精度的退化。在下文中，将详细描述该效果。
时钟再生单元401基于从时钟产生设备20接收的时钟脉冲，产生输出时钟脉冲。基于该输出时钟脉冲，计数器单元402产生并输出输出定时脉冲。计数器控制单元406设置偏移，使得计数器单元402输出的输出定时脉冲的同步精度与基于GNSS接收单元404接收的GNSS广播信号的同步精度具有相同精度。即，基于从时钟产生设备20接收的时钟脉冲而产生的输出定时脉冲的同步精度可以与基于GNSS广播信号的同步精度具有相同精度。因此，即使当由于中断、干扰信号等的作用，难以精确地接收到GNSS广播信号时，能够基于在已经精确地接收到GNSS广播信号的时间点设置的偏移，精确地输出该输出定时脉冲。因此，不需要将具有长期稳定性的高精度振荡器包括在定时同步设备40中以保持输出定时脉冲的同步精度。
<修改的示例>
时钟产生设备20可以将指示其自身输出时钟脉冲的同步精度的消息作为协议数据单元(PDU)发送到定时同步设备40。在此情况下，时钟再生单元401可以基于所接收的消息，产生并输出时钟精度信息。
计数器控制单元406可以控制计数器单元402，使得即使在执行初始操作时，将输出定时脉冲输出到定时同步设备40的外部。然而，在执行初始操作时输出的输出定时脉冲的同步精度可能较低。因此，计数器控制单元406可以被配置为：将指示正在执行初始操作还是正常操作的状态信息输出到定时同步设备40的外部。在图4中示出了上述配置的示例。即，图4是示出了时间同步设备的第一实施例的修改示例(定时同步设备40a)的配置的示意图。定时同步设备40a与定时同步设备40的差别在于提供了计数器控制单元406a代替计数器控制单元406。
计数器控制单元406a控制计数器单元402，使得将输出定时脉冲持续地输出到定时同步设备40a的外部。此外，计数器控制单元406a将状态信息输出到定时同步设备40a的外部。
在如上述配置的定时同步设备40a中，将状态信息输出到定时同步设备40a的外部。因此，外部设备可以识别从定时同步设备40a输出的输出定时脉冲是在初始操作中输出的还是在正常操作中输出的。因此，外部设备可以识别从定时同步设备40a输出的输出定时脉冲的同步精度是否较高。
[第二实施例]
图5是示出了根据本发明的第二实施例的同步系统(同步系统100b)的系统配置的系统配置图。同步系统100b与同步系统100的差别在于提供了定时同步设备40b代替定时同步设备40。
定时同步设备40b与定时同步设备40的差别在于：还包括差值信息存储单元411，并提供了计数器控制单元406b代替计数器控制单元406。在下文中，将主要描述定时同步设备40b与定时同步设备40的差别。
差值信息存储单元411使用如磁硬盘设备或半导体存储设备的存储设备来配置。差值信息存储单元411存储一个或更多个差值信息。
计数器控制单元406b将从比较单元405输出的差值信息记录到差值信息存储单元411上。然后，计数器控制单元406b基于在差值信息存储单元411上记录的差值信息来设置计数器单元402的偏移。
图6是示出了同步系统的第二实施例(同步系统100b)中的计数器控制单元406b的操作示例的流程图。具体而言，图6示出了正常操作中的操作的流程。因为初始操作的操作实质上与第一实施例中(同步系统100)相同，所以省略其描述。
当正常操作启动时，计数器控制单元406b确定时钟精度信息是否满足预定条件(步骤S201)。当未满足该预定条件时(步骤S201：否)，计数器控制单元406b结束正常操作并通过返回初始操作来从步骤S101开始执行处理。此时，计数器控制单元406b使计数器单元402停止向定时同步设备40外部输出输出定时脉冲。
另一方面，当时钟精度信息已经满足预定条件时(步骤S201：是)，计数器控制单元406b确定定时精度信息是否已经满足预定条件(步骤S202)。稍后将描述定时精度信息未满足预定条件的情况。当定时精度信息已经满足预定条件时(步骤S202：是)，计数器控制单元406b确定定时脉冲和输出时钟脉冲是否已经同步(步骤S203)。
当定时脉冲和输出时钟脉冲未同步时(步骤S203：否)，计数器控制单元406b将差值信息指示的相位差设置为计数器单元402中的偏移(步骤S204)。另一方面，当定时脉冲和输出时钟脉冲已经同步时(步骤S203：是)，计数器控制单元406b将从比较单元405输出的差值信息记录到差值信息存储单元411中。此后，计数器控制单元406b通过返回步骤S201的处理，迭代地执行从S201开始的处理。
现在描述将返回步骤S202的处理。当在步骤S202的处理中定时精度信息未满足预定条件时(步骤S202：否)，计数器控制单元406b基于到此时间点为止在差值信息存储单元411中累积的差值信息，计算统计值。例如，假定通过基于累积的差值信息执行统计处理，定时精度信息已经满足预定条件，计数器控制单元406a估计在计数器单元402输出下一输出定时脉冲的时间点时的差值信息。然后，计数器控制单元406b基于表示估计结果的统计值，设置计数器单元402中的偏移。
在如上所述配置的同步系统100b中，获得与第一实施例(同步系统100)类似的效果。此外，当由于中断、干扰信号等的作用而难以精确地接收到GNSS广播信号时，在计数器单元402中新设置基于差值信息的统计值计算的偏移。因此，当这种失败发生时，能够保持要输出的输出定时脉冲的较高同步精度。
<修改的示例>
在步骤S302(图6)的处理中计数器控制单元406b计算的统计值不需要限于以上描述。例如，计数器控制单元406b可以计算在预定周期中记录的多个差值信息的平均值作为统计值。然后，计数器控制单元406b可以将该平均值设置为计数器单元402中的偏移。
类似地，计数器控制单元406b可以计算在预定周期内记录的多个差值信息的最大值、最小值、最频值、中心值等作为统计值，并将计算结果设置为计数器单元402中的偏移。
第二实施例可以被配置为和第一实施例一样进行修改。
[第三实施例]
图7是示出了根据本发明的第三实施例的同步系统(同步系统100c)的系统配置的系统配置图。同步系统100c与同步系统100的差别在于还包括网络50、时钟提供设备60、GNSS接收机70和精确时间协议(PTP)服务器80，并包括定时同步设备40c代替定时同步设备40。
网络50是要与时钟提供设备60和定时同步设备40c可通信连接的通信路径。此外，网络50与PTP服务器80和定时同步设备40c可通信连接。
时钟提供设备60经由网络50将时钟产生设备20输出的时钟脉冲作为时钟脉冲在同步以太网(注册商标)的传输路径的物理层中发送到定时同步设备40c。
GNSS接收机70将基于由天线701接收的GNSS广播信号，与GNSS卫星30的时钟同步的定时脉冲输出到PTP服务器80。
PTP服务器80是根据精确时间协议(PTP：IEEE 1588-2008)进行操作的设备。PTP服务器80用作与从GNSS接收机70输出的定时脉冲同步的PTP服务器，并向PTP客户端发送同步消息。
定时同步设备40c与定时同步设备40的差别在于：包括时钟再生单元421代替时钟再生单元401，并包括PTP客户端422代替GNSS接收单元404。在下文中，将主要描述定时同步设备40c与定时同步设备40的差别。
时钟再生单元421是时钟再生单元401的一个具体示例。时钟再生单元421在同步以太网(注册商标)的传输路径的物理层中接收时钟脉冲。时钟再生单元421基于接收的时钟脉冲，输出输出时钟脉冲。
PTP客户端422用作根据PTP的PTP客户端。PTP客户端422接收从PTP服务器80(PTP服务器)经由网络50发送的同步消息。PTP客户端422基于接收的同步消息，产生并输出定时脉冲。此外，PTP客户端422基于从PTP服务器接收的同步消息的接收间隔(时间)、表示同步消息中包括的同步精度的信息等，产生定时精度信息。
在如上述配置的同步系统100c中，获得与第一实施例(同步系统100)类似的效果。此外，在同步系统100c中，如果与网络50的连接也是可能的，能够在任何位置安装定时同步设备40c。因此，即使在与第一实施例的定时同步设备40不同地难以接收到GNSS广播信号的环境中，能够安装定时同步设备40c。因此，可以安装定时同步设备40c的范围扩大。出于类似原因，能够减少定时同步设备40c的构建成本。
此外，在使用PTP的同步中，发送和接收同步消息是必需的。因此，在通信条件不稳定的情况(例如，错误分组频繁发生的情况)下，难以保持根据PTP的同步精度。然而，在传输路径(例如，同步以太网(注册商标))的物理层中发送和接收时钟脉冲的时钟提供设备60和时钟再生单元421，即使在如上所述的不稳定通信条件下，也可以发送和接收时钟脉冲，并使用偏移保持同步精度。
此外，在使用PTP的同步中，当同步消息的发送/接收间隔增大时，同步精度退化。然而，在同步系统100c中，基于时钟再生单元421从时钟提供设备60接收的时钟脉冲和偏移以及PTP，保持输出定时脉冲的同步精度。因此，能够保持同步精度，同时增大PTP服务器80和PTP客户端422之间的同步消息的发送/接收间隔。
<修改的示例>
与时钟提供设备60相连的网络可以不同于与PTP服务器80相连的网络。
第三实施例可以被配置为和第一实施例一样进行修改。
尽管在以上已经参考附图详细地描述了本发明的实施例，但具体配置不限于此，并且在不脱离本发明的范围的前提下，也可以对设计等进行改变。
工业实用性
本发明的同步设备即使当根据同步信号的同步精度已经退化时，仍能够防止要输出的定时信号的同步精度退化。
要求2011年5月31日提交的日本专利申请No.2011-121461的优先权，其内容以引用形式并入本文中。
[附图标记的描述]
10 UTC同步时钟产生设备(同步信号源)
20 时钟产生设备(第一信号源)
30 GNSS卫星(第二信号源)
40 定时同步设备(同步设备)
50 网络
60 时钟提供设备(第一信号源)
70 GNSS接收机
80 PTP服务器(第二信号源)
100 同步系统
401 时钟再生单元(第一信号获取单元)
402 计数器单元(定时脉冲产生单元)
403 天线
404 GNSS接收单元(第二信号获取单元)
405 比较单元
406 计数器控制单元(控制单元)
411 差值信息存储单元(相位差存储单元)
Claims (3)
1.一种定时同步设备，包括：
时钟产生设备，被配置为产生与世界时间同步的时钟脉冲；
时钟再生单元，通过传输线路连接至时钟产生设备，被配置为基于时钟脉冲产生输出时钟脉冲以及表示时钟脉冲与输出时钟脉冲之间的相位差的时钟精度信息；
接收单元，被配置为接收与世界时间高精度同步的广播信号，以产生定时脉冲以及表示广播信号的精度的定时精度信息；
计数器单元，用作预分频器，被配置为基于输出时钟脉冲产生输出定时脉冲；
比较单元，被配置为产生表示定时脉冲与输出定时脉冲之间的相位差的差值信息；以及
计数器控制单元，被配置为基于差值信息、时钟精度信息和定时精度信息来产生用于控制计数器单元的操作的控制信号，从而在差值信息指示定时脉冲与输出时钟脉冲之间的相位差大于预定阈值时，向计数器单元设置与所述相位差相对应的偏移。
2.根据权利要求1所述的定时同步设备，还包括：
差值信息存储单元，被配置为存储差值信息，所述差值信息表示在定时脉冲与输出时钟脉冲同步的情况下顺序收集的多个相位差，
其中，当定时脉冲与输出时钟脉冲不同步时，所述计数器控制单元基于差值信息存储单元收集的所述多个相位差的统计值，设置所述偏移。
3.一种定时同步方法，包括：
产生与世界时间同步的时钟脉冲；
基于时钟脉冲产生输出时钟脉冲以及表示时钟脉冲与输出时钟脉冲之间的相位差的时钟精度信息；
接收与世界时间高精度同步的广播信号，以产生定时脉冲以及表示广播信号的精度的定时精度信息；
基于输出时钟脉冲产生输出定时脉冲；
产生表示定时脉冲与输出定时脉冲之间的相位差的差值信息；以及
在差值信息指示定时脉冲与输出时钟脉冲之间的相位差大于预定阈值时，基于差值信息、时钟精度信息和定时精度信息来设置与所述相位差相对应的偏移。
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