CN104144023B - 用于时钟同步的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于时钟同步的方法、装置和系统。其中在用于时钟同步的方法中，从IWF设备中的触发控制器在接收到主IWF设备发送的主时钟脉冲计数值后，若判断主时钟脉冲计数值是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则触发控制器指示从脉冲计数器以所述主时钟脉冲计数值为初始值，对压控振荡器的输出时钟信号进行计数；否则触发控制器指示数字比较器装载主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值，数字比较器根据主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整。由于从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率，从而使得恢复时钟的抖动和漂移指标能够使TDM数据的传输质量维持在正常水平。

Description

用于时钟同步的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种用于时钟同步的方法、装置和系统。

背景技术

基于TDM（Time Division Multiplexing，时分复用）的电路交换网络采用面向连接的技术，具有较低的时延及时延抖动、可为用户业务提供有保证的带宽等优良的QoS（Quality of Service，服务质量）性能，能够为话音、企业专线、多媒体数据等实时性业务提供高品质的传输服务。长期以来，传统的电信运营商都采用电路交换技术广泛部署固定PSTN（Public Switched Telephone Network，公众交换电话网）及移动通信网。然而，电路交换网络同时也存在带宽利用率低、交换容量受限等局限性，不能满足日益增长的数据业务的传输需求。当前，以IP（Internet Protocol，互联网协议）和以太网技术为代表的高速分组交换网络能够支持语音、视频及数据业务的融合承载。如何利用分组交换网络连接传统的TDM设备和网络，是运营商所要面临的问题。

分组交换网络电路仿真是指利用分组交换网络传输恒定位速率的TDM业务，提供跟传统电路交换相同的服务，使分组交换网络看起来具有电路交换网络的特征。

分组交换网络电路仿真的网络结构如附图1所示。TDM设备1和TDM设备2分别通过TDM接口连接IWF（InterWorking Function，互操作功能）设备3和IWF设备4，IWF设备3和IWF设备4之间通过PSN（Packet Switching Network，分组交换网络）进行传输。IWF设备作为TDM设备接入PSN的设备，包括TDM接口和PSN接口，将需要传输的TDM数据封装成一系列分组，并经过PSN传输至对端IWF设备，对端的IWF设备把这一系列分组再重新解封装生成TDM数据，从而实现两端TDM设备的通信。

由于PSN具有统计复用的特点，受数据传输突发性的影响，所有分组到达网络出口处的IWF设备时可能会产生一些时间偏差，称之为分组延迟偏差或分组抖动。由于TDM电路具有恒定不变的位速率，因此必须将到达的分组在输出之前进行缓冲，以吸收分组通过PSN传输时产生的全部延迟抖动，这种缓冲器称为抖动缓冲器。

时钟同步是通过分组交换网络实现电路交换的关键技术。传输的每一位都必须按其进入分组网络的同样的速率从分组网络输出，否则，目的节点的抖动缓冲器就会被填满或被清空。因此，除非存在一种方法来向两端分配共同时钟，否则，PSN必须要具有时钟恢复功能，以免破坏数据的完整性。例如，两个TDM客户端设备通过运营商分组交换网络进行电路仿真，如果发送方和接收方客户端设备的频率长时间不匹配，将导致IWF面向客户端的出口处形成分组等待队列溢出或被清空。这两种情况都会造成数据丢失和服务质量的下降。

现有技术中，通常采用同步时钟、差分时钟恢复、自适应时钟恢复三种方式来进行时钟同步和时钟恢复，现对这三种时钟同步和时钟恢复方式分别说明。

同步时钟方式：同步时钟方式有两种实现方式。第一种实现方式如附图2所示，TDM设备1和TDM设备2接入同步网，从同步网获得同步时钟。IWF设备3和IWF设备4分别从连接TDM设备1和TDM设备2的接收线路提取时钟作为其向对端TDM设备发送TDM数据的时钟。第二种实现方式如附图3所示，IWF设备3和IWF设备4接入同步网，从同步网获得同步时钟。TDM设备1和TDM设备2分别从连接IWF设备3和IWF设备4的接收线路提取时钟作为其向对端IWF设备发送TDM数据的时钟。

差分时钟恢复方式：如附图4所示，IWF设备3和IWF设备4接入同步网，获得同步时钟f_n，TDM设备的发送时钟与f_n不同步。以TDM设备1作为发送方为例，与发送方TDM设备1连接的IWF设备3为主IWF设备，对端的IWF设备4为从IWF设备。主IWF设备从TDM设备1的接收线路提取时钟f_service，比较f_service和f_n的频率差，并将频率差信息填入分组报文中传递到从IWF设备。此分组报文可以是同时承载时钟频率差信息和TDM数据的电路仿真分组，也可以是独立的只承载时钟频率差信息的分组。从IWF设备根据频率差信息和同步时钟f_n恢复出TDM设备1的发送时钟f_service，作为向TDM设备2发送数据的时钟。这样，从IWF设备4往TDM设备2的发送数据速率与TDM设备1往TDM设备3的发送数据速率保持一致。实际应用中采用差分时钟恢复方式的两个TDM设备之间，时钟传递可以是单向的，也可以是双向的。在时钟单向传递中，IWF设备以从一端TDM设备接收线路恢复的时钟f_service作为其发送TDM数据的时钟；在时钟双向传递中，两端的TDM设备均采用各自的业务时钟f_service作为TDM接口的发送时钟，两端的IWF设备均需要从TDM接收线路恢复出本端TDM设备的发送业务时钟f_service，并将发送业务时钟f_service与网络同步时钟f_n的频率差信息通过分组网络传递到对端IWF设备。两端的IWF设备均需要从PSN传递的包含频率差信息的分组报文中恢复出对端TDM设备的发送业务时钟f_service作为其向本端TDM设备发送TDM数据的发送时钟。

自适应时钟恢复方式：这种方式不需要任何外部同步源。如附图5所示，以TDM设备1作为发送方为例，与发送方TDM设备1连接的IWF设备3为主IWF设备，对端的IWF设备4为从IWF设备。可选择TDM设备1或IWF设备3的内部时钟作为发送业务时钟f_service。主IWF设备将TDM数据封装为分组包通过PSN传输，但是并不传递TDM数据发送的业务时钟f_service信息。从IWF设备根据变化的分组到达速率来推断原发送时钟频率f_service，基本思想是根据从IWF设备配置的数据抖动缓冲器中接收数据的充盈程度来调整向外发送TDM数据的时钟频率，始终保持抖动缓冲器不会出现被填满或被清空的情况。

同步时钟方式和差分时钟恢复方式具有共同的外部同步时钟源，因而可以实现相当精确的时钟同步。对自适应时钟恢复方式，在恢复时钟时必须考虑PSN的一些基本特性，包括分组丢失、分组重传、分组排序和分组延迟抖动等因素，特别是分组延迟的分布、不同网络构成、不同转发机制、不同网络设备的QoS实现机制、不同的分组长度、不同的接口带宽等均可能影响分组延迟的分布。这些特性会影响根据自适应时钟恢复算法得到的恢复时钟的抖动和漂移指标。

在电路仿真的实际应用中，通过PSN互连的TDM设备如移动基站、企业专线接入用客户端设备布放的地理位置复杂，而且远离运营商的局端机房，因此很难在电路仿真设备两端获得共同的外部同步时钟源，而采用自适应时钟恢复方式难以恢复出精确而又稳定的同步时钟。怎样使电路仿真的两端设备保持收发数据的时钟同步，是运营商需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于时钟同步的方法、装置和系统。通过使从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率，从而使得恢复时钟的抖动和漂移指标能够使TDM数据的传输质量维持在正常水平。

根据本发明的一个方面，提供一种用于时钟同步的方法，包括：

从互操作功能IWF设备中的触发控制器在接收到主IWF设备发送的主时钟脉冲计数值后，判断所述主时钟脉冲计数值是否为从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值；其中主IWF设备中的主脉冲计数器对主振荡器的输出时钟信号进行计数，并由发射器周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备；

若所述主时钟脉冲计数值是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则触发控制器指示从脉冲计数器装载所述主时钟脉冲计数值，以便从脉冲计数器以所述主时钟脉冲计数值为初始值，对压控振荡器的输出时钟信号进行计数；触发控制器还指示压控振荡器以自由振荡方式工作；

若所述主时钟脉冲计数值不是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则触发控制器指示数字比较器装载所述主时钟脉冲计数值，触发控制器还指示数字寄存器存储从脉冲计数器中作为计数结果的从时钟脉冲计数值，以便数字寄存器将从时钟脉冲计数值装载到数字比较器中；触发控制器还指示压控振荡器以压控方式工作；

数字比较器根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整。

根据本发明的另一方面，提供一种用于时钟同步的从互操作功能IWF设备，包括触发控制器、从脉冲计数器、数字寄存器、数字比较器和压控振荡器，其中：

触发控制器，用于在接收到主IWF设备发送的主时钟脉冲计数值时，判断所述主时钟脉冲计数值是否为从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值；其中主IWF设备中的主脉冲计数器对主振荡器的输出时钟信号进行计数，并由发射器周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备；若所述主时钟脉冲计数值是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则指示从脉冲计数器装载所述主时钟脉冲计数值，指示压控振荡器以自由振荡方式工作；若所述主时钟脉冲计数值不是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则指示数字比较器装载所述主时钟脉冲计数值，指示数字寄存器存储从脉冲计数器中作为计数结果的从时钟脉冲计数值，指示压控振荡器以压控方式工作；

从脉冲计数器，用于根据触发控制器的指示，装载所述主时钟脉冲计数值，并以所述主时钟脉冲计数值为初始值，对压控振荡器的输出时钟信号进行计数；

数字寄存器，用于根据触发控制器的指示，存储从脉冲计数器中的从时钟脉冲计数值，并将从时钟脉冲计数值装载到数字比较器中；

数字比较器，用于根据触发控制器的指示，装载所述主时钟脉冲计数值，还装载数字寄存器提供的从时钟脉冲计数值，根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整；

压控振荡器，用于产生时钟信号，并根据控制信号对输出的时钟频率进行调整，还根据触发控制器的指示，以自由振荡方式或压控方式工作。

根据本发明的另一方面，提供一种用于时钟同步的系统，包括主互操作功能IWF设备和从IWF设备，主IWF设备包括主振荡器、主脉冲计数器和发射器，从IWF设备为上述任一实施例涉及的从IWF设备，其中：

主振荡器，用于产生主时钟信号；

主脉冲计数器，用于对主振荡器的输出时钟信号进行计数；

发射器，用于周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备。

本发明通过主IWF设备周期性地将主时钟脉冲计数值通过分组交换网络发送给从IWF设备，从IWF设备将主时钟脉冲计数值与本端的从时钟脉冲计数值进行比较，根据比较结果来调整从IWF设备中压控振荡器的输出时钟频率。从而使从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率。使得恢复时钟的抖动和漂移指标能够使TDM数据的传输质量维持在正常水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中分组交换网络电路仿真一个实施例的示意图。

图2为现有技术中分组交换网络电路仿真另一实施例的示意图。

图3为现有技术中分组交换网络电路仿真又一实施例的示意图。

图4为现有技术中分组交换网络电路仿真又一实施例的示意图。

图5为现有技术中分组交换网络电路仿真又一实施例的示意图。

图6为本发明时钟同步方法一个实施例的示意图。

图7为本发明从IWF设备一个实施例的示意图。

图8为本发明从IWF设备另一实施例的示意图。

图9为本发明时钟同步系统一个实施例的示意图。

图10为本发明分组交换网络电路仿真一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图6为本发明时钟同步方法一个实施例的示意图。优选的，该实施例由从IWF设备执行。

步骤601，从互操作功能IWF设备中的触发控制器在接收到主IWF设备发送的主时钟脉冲计数值后，判断所述主时钟脉冲计数值是否为从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值。若所述主时钟脉冲计数值是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，执行步骤602；否则，执行步骤603。

其中主IWF设备中的主脉冲计数器对主振荡器的输出时钟信号进行计数，并由发射器周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备。

步骤602，触发控制器指示从脉冲计数器装载所述主时钟脉冲计数值，以便从脉冲计数器以所述主时钟脉冲计数值为初始值，对压控振荡器的输出时钟信号进行计数；触发控制器还指示压控振荡器以自由振荡方式工作。之后，不再执行本实施例的其它步骤。

步骤603，触发控制器指示数字比较器装载所述主时钟脉冲计数值，触发控制器还指示数字寄存器存储从脉冲计数器中作为计数结果的从时钟脉冲计数值，以便数字寄存器将从时钟脉冲计数值装载到数字比较器中；触发控制器还指示压控振荡器以压控方式工作。

步骤604，数字比较器根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整。

基于本发明上述实施例提供的时钟同步方法，主IWF设备周期性地将主时钟脉冲计数值通过分组交换网络发送给从IWF设备，从IWF设备将主时钟脉冲计数值与本端的从时钟脉冲计数值进行比较，根据比较结果来调整从IWF设备中压控振荡器的输出时钟频率。从而使从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率。使得恢复时钟的抖动和漂移指标能够使TDM数据的传输质量维持在正常水平。

优选的，主IWF设备中的发射器周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值填入包含时钟脉冲计数字段的分组中，通过分组交换网络发送给从IWF设备。

优选的，当从IWF设备上电时，压控振荡器以预定方式进行自由振荡。

优选的，上述数字比较器根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整的步骤包括：

当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，数字比较器产生正电平信号，电压放大器对正电平信号进行放大和适配，转换成第一压控振荡器控制电压，压控振荡器根据第一压控振荡器控制电压向上调整压控振荡器的输出时钟频率。

当从时钟脉冲计数值与主时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，数字比较器产生负电平信号，电压放大器对负电平信号进行放大和适配，转换成第二压控振荡器控制电压，压控振荡器根据第二压控振荡器控制电压向下调整压控振荡器的输出时钟频率。

优选的，当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值之差的绝对值小于预设的计数偏差值时，数字比较器产生零电平信号，电压放大器对零电平信号进行放大和适配，转换成第三压控振荡器控制电压，压控振荡器根据第三压控振荡器控制电压，不对压控振荡器的输出时钟频率进行调整。

优选的，在从IWF中，选用与主IWF设备的晶振频率及频率稳定度完全一致的压控晶体振荡器作为从IWF设备的VCXO（Voltage Controlled Crystal Oscillator，压控晶体振荡器）。VCXO的输出频率f_vcxo以自由振荡频率f₀为中心可在一个相对窄小的频率偏差范围内（大约300ppm）同输入电压保持线性关系，用函数表示为：

f_vcxo=f₀+k·v_i （1）

式中，k为VCXO输出频率f_vcxo随控制输入电压v_i变化的线性系数。

所述数字比较器包含两个输入电路和一个输出电路，其中一个输入电路为主时钟脉冲计数值输入电路，另一个输入电路为从时钟脉冲计数值输入电路，比较器的输出电路输出三种电平信号：1）当主时钟脉冲计数值大于从时钟脉冲计数值，并且超过预先设置的脉冲计数偏差时，输出电路输出恒定不变的“1”电平信号；2）当主时钟脉冲计数值小于从时钟脉冲计数值，并且超过预先设置的脉冲计数偏差时，输出电路输出恒定不变的“-1”电平信号；3)当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值之差小于预先设置的脉冲计数偏差时，输出电路输出恒定不变的“0”电平信号。用条件函数表示为：

式中，数字比较器的输出电平EL_OUT是主时钟脉冲计数值C_master与从时钟脉冲计数值C_slave的函数，输出的+1、0、-1这3种电平信号代表+V_CC、0、-V_CC这3中不同的电压信号，COUNT_dif为预先设置的脉冲计数偏差。

所述电压放大器的输入电路连接数字比较器的输出电路，通过调整放大器的放大倍数，得到一个合适的输出电压，用以控制VCXO的时钟频率，用函数表示为：

V_O=A·EL_OUT （3）

式中，A为电压放大器的可调放大倍数，VCXO输出时钟频率的变化可通过微调电压放大器A得到。

图7为本发明从IWF设备一个实施例的示意图。如图7所示，从IWF设备包括触发控制器701、从脉冲计数器702、数字寄存器703、数字比较器704和压控振荡器705。其中：

触发控制器701，用于在接收到主IWF设备发送的主时钟脉冲计数值时，判断所述主时钟脉冲计数值是否为从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值；其中主IWF设备中的主脉冲计数器对主振荡器的输出时钟信号进行计数，并由发射器周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备；若所述主时钟脉冲计数值是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则指示从脉冲计数器702装载所述主时钟脉冲计数值，指示压控振荡器705以自由振荡方式工作；若所述主时钟脉冲计数值不是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则指示数字比较器704装载所述主时钟脉冲计数值，指示数字寄存器703存储从脉冲计数器中作为计数结果的从时钟脉冲计数值，指示压控振荡器705以压控方式工作。

从脉冲计数器702，用于根据触发控制器701的指示，装载所述主时钟脉冲计数值，并以所述主时钟脉冲计数值为初始值，对压控振荡器705的输出时钟信号进行计数。

数字寄存器703，用于根据触发控制器701的指示，存储从脉冲计数器702中的从时钟脉冲计数值，并将从时钟脉冲计数值装载到数字比较器704中。

数字比较器704，用于根据触发控制器701的指示，装载所述主时钟脉冲计数值，还装载数字寄存器703提供的从时钟脉冲计数值，根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器705的输出时钟频率进行调整。

压控振荡器705，用于产生时钟信号，并根据控制信号对输出的时钟频率进行调整，还根据触发控制器的指示，以自由振荡方式或压控方式工作。

基于本发明上述实施例提供的从IWF设备，通过主IWF设备周期性地将主时钟脉冲计数值通过分组交换网络发送给从IWF设备，从IWF设备将主时钟脉冲计数值与本端的从时钟脉冲计数值进行比较，根据比较结果来调整从IWF设备中压控振荡器的输出时钟频率。从而使从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率。使得恢复时钟的抖动和漂移指标能够使TDM数据的传输质量维持在正常水平。

优选的，压控振荡器705还用于在从IWF设备上电时，以预定方式进行自由振荡。

图8为本发明从IWF设备另一实施例的示意图。与图7所示实施例相比，在图8所示实施例中，从IWF设备还包括电压放大器801。其中：

数字比较器704还用于当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，产生正电平信号；当从时钟脉冲计数值与主时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，产生负电平信号。

电压放大器801，用于对数字比较器704产生的正电平信号进行放大和适配，转换成第一压控振荡器控制电压，对数字比较器产生的负电平信号进行放大和适配，转换成第二压控振荡器控制电压。

压控振荡器705还用于根据第一压控振荡器控制电压向上调整压控振荡器的输出时钟频率，根据第二压控振荡器控制电压向下调整压控振荡器的输出时钟频率。

优选的，数字比较器704还用于当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值之差的绝对值小于预设的计数偏差值时，产生零电平信号。

电压放大器801还用于对零电平信号进行放大和适配，转换成第三压控振荡器控制电压。

压控振荡器705还用于根据第三压控振荡器控制电压，不对压控振荡器的输出时钟频率进行调整。

由于不同型号的VCXO对控制电压的要求可能会存在差异，现以VCXO在输入电压为0时工作在自由振荡方式为例对本发明进行说明。从IWF设备上电后初始化相关电路，由触发控制器控制VCXO工作在自由振荡方式，同时使能从脉冲计数器开始对VCXO的输出时钟频率进行计数。当从IWF设备接收到主IWF设备发送的第一个携带主时钟脉冲计数值的分组时，触发控制器产生的装载使能控制脉冲信号即刻将主时钟脉冲计数值装载到本地的从脉冲计数器，从IWF设备的从脉冲计数器以主时钟脉冲计数值为初始值继续累加计数，同时触发控制器在每个发送周期分组到达时刻的控制下产生触发使能信号，把本地的从脉冲计数器的时钟脉冲计数值存入数码寄存器，数码寄存器的输出连接到数字比较器的从时钟脉冲计数值输入电路，并且把自第一个到达以来的每个分组接收周期的主时钟脉冲计数值装载到数字比较器的主时钟脉冲计数值输入电路，此时VCXO仍然工作在自由振荡方式。当下一个周期从IWF设备接收到主IWF设备发送主时钟脉冲计数值并装载到数字比较器的主时钟脉冲计数值输入电路，在触发控制器的同步控制下，触发数码寄存器装入本地的从脉冲计数器的时钟脉冲计数值。在后续的每个携带主时钟频率信息的分组到达周期，所述数字比较器对主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值进行比较，比较器输出电平信号经过电压放大器转换成合适的频率控制电压，并使能VCXO工作在压控方式，根据电压放大器的输出电压来调节输出时钟频率。

从IWF设备的时钟电路从上电初始化到接收每个携带主时钟频率信息的分组时，触发控制器控制时钟电路各单元部件的操作步骤描述如下：

1）从IWF设备的时钟电路上电初始化操作包括：

a、使能VCXO工作在自由振荡方式；

b、本地的从脉冲计数器开始对VCXO时钟计数。

2）从IWF设备接收到第一个携带时钟频率信息分组时，触发控制器同时触发如下部件动作：

a、主时钟脉冲计数值装载到本地的从时钟脉冲计数器，并以此值为初始值进行计数；

b、主时钟脉冲计数值装载到数字比较器的主时钟脉冲计数值输入电路；

c、本地的从脉冲计数器的时钟脉冲计数值存入数码寄存器，由数码寄存器输出连接到数字比较器的从时钟脉冲计数值输入电路；

d、使能VCXO工作在自由振荡方式。

3）从IWF接收到后续携带时钟频率信息分组，触发控制器同时触发如下部件动作：

a、主时钟脉冲计数值装载到数字比较器的主时钟脉冲计数值输入电路；

b、本地的从脉冲计数器的时钟脉冲计数值存入数码寄存器，由数码寄存器输出连接到数字比较器的从时钟脉冲计数值输入电路；

c、使能VCXO工作在压控方式。

由于携带主时钟频率信息的分组通过PSN传送时受网络负载动态变化的影响可能会产生延迟抖动，因此，所述从IWF设备接收的每个分组的时间间隔不可能完全相同。假设某个分组因某种原因比预期晚到了一些时间，从IWF设备的本地脉冲计数器的从时钟脉冲计数值将比这个晚到的分组中携带的主时钟脉冲计数值大，两者之差可能会超过预先设置的脉冲计数偏差COUNT_dif，在下一个分组接收周期，数字比较器的输出电平可能变成“－1”，经电压放大器转换成负电压信号，进而控制VCXO的输出时钟频率向下调整，这意味着从IWF设备将降低向TDM设备发送的数据比特速率，不至于因某个时间网络繁忙而引起接收数据抖动缓冲器被清空。反之，当某个分组携带的主时钟脉冲计数值与本地从时钟脉冲计数值之差超过预先设置的脉冲计数偏差COUNT_dif，这就意味着TDM设备发送到主IWF设备的数据比特速率比从IWF设备向TDM设备发送数据比特速率要快些，因此在下一个分组到达周期需要控制VCXO的输出时钟频率向上调整，以跟上发送时钟频率，不至于引起接收数据抖动缓冲器溢出。当在某个分组到达周期主时钟脉冲计数值与本地从时钟脉冲计数值之差小于预先设置的脉冲计数偏差COUNT_dif时，所述数字比较器输出“0”电平，这时VCXO将维持自由振荡方式，输出时钟保持在中心频率恒定不变。

本发明中影响主、从时钟同步的因素有三个方面：晶振的频率稳定度；携带主时钟频率信息的分组发送周期；预先设置的主从时钟脉冲计数偏差COUNT_dif。为提高从IWF设备的从时钟频率跟随主IWF设备的主时钟频率的同步准确度，本发明要求尽量选择具有相同频率精度和温度稳定度的晶体振荡器，在振荡器的时钟频率发生变化时，并挑选频率变化具有一致性的晶振用作主从IWF设备的晶振，即被挑选的两只晶振产生同一个方向的频率偏移变化，而不是一只晶振往中心频率的左方向偏移，另一只往右方向偏移。在影响时钟同步精度的第二个因素中，携带主时钟频率信息的分组发送周期主要跟晶振的频率稳定度有关，晶振的频率稳定度越高，晶振在一个分组发送周期内因频率的微小变化产生的时钟脉冲累积偏移量也越小，显然可以适当延长发送分组的时间周期；反之则需要适当缩短发送分组的时间周期。理论上，携带主时钟频率信息的分组发送周期越短越好，但是会增加网络的负荷，因此在确定分组发送周期时应综合考虑网络负载和晶振的频率稳定度情况。也可以考虑在发送的TDM数据分组中携带主时钟频率信息，这样就不会对网络负载产生影响。在影响时钟同步精度的第三个因素中，若对每个调整周期内预先设置的主从时钟脉冲计数偏差COUNT_dif过大，则达不到主从时钟同步的精度要求；反之则可能需要在每个分组到达时间周期内以VCXO的自由振荡频率为中心，反复向左右两个方向调整VCXO的输出时钟频率，这样可能会影响VCXO的使用寿命。因此在设置主从时钟脉冲计数偏差COUNT_dif时，在满足时钟抖动和漂移指标前提下，可适当放宽对主从时钟脉冲计数偏差COUNT_dif值的设置。

图9为本发明时钟同步系统一个实施例的示意图。如图9所示，该系统包括主IWF设备901和从IWF设备902，主IWF设备901包括主振荡器911、主脉冲计数器912和发射器913，从IWF设备902为图7和图8中任一实施例涉及的从IWF设备。其中：

主振荡器911，用于产生主时钟信号。

主脉冲计数器912，用于对主振荡器的输出时钟信号进行计数。

发射器913，用于周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备。

基于本发明上述实施例提供的时钟同步系统，通过主IWF设备周期性地将主时钟脉冲计数值通过分组交换网络发送给从IWF设备，从IWF设备将主时钟脉冲计数值与本端的从时钟脉冲计数值进行比较，根据比较结果来调整从IWF设备中压控振荡器的输出时钟频率。从而使从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率。使得恢复时钟的抖动和漂移指标能够使TDM数据的传输质量维持在正常水平。

图10为本发明分组交换网络电路仿真一个实施例的示意图。如图10所示，

TDM设备1001和1002分别通过TDM接口连接主IWF设备1003和从IWF设备1004，主IWF设备1003和从IWF设备1004之间通过分组交换网络传输电路仿真业务。由主IWF设备1003的内部时钟充当发送业务时钟f_service，内部主时钟采用高稳石英晶体振荡器作为同步参考时钟，时钟频率稳定度须优于50ppm，同步参考时钟频率稳定度越高，同步传输的质量就越好。TDM设备1001和1002分别从主IWF设备1003和从IWF设备1004的接收线路提取时钟作为其向对端IWF设备发送TDM数据的时钟。主IWF设备1003的时钟电路板上安装一个时钟脉冲计数器，用于对晶振的输出时钟信号按每脉冲递增计数。从IWF设备1004为图7和图8中任一实施例涉及的从IWF设备。数字比较器周期性地比较来自主IWF设备1003的业务时钟f_service脉冲计数值与从IWF设备1004的时钟脉冲计数值，电压放大器对数字比较器的输出信号进行转换放大，形成VCXO所需要的频率调整控制电压，脉冲计数器对VCXO的输出时钟信号按每脉冲递增计数，数码寄存器用于存放来自脉冲计数器的计数结果，触发控制电路根据接收到主IWF设备1003发送的携带时钟频率信息的分组到达时刻触发多种控制信号，分别用于控制VCXO的工作方式：自由振荡或压控方式、脉冲计数器装载主IWF设备1003发送的时钟脉冲计数值的触发使能、以及数码寄存器存放本地时钟脉冲计数值的触发使能。主IWF设备1003周期性采样脉冲计数器中的业务时钟f_service脉冲计数值，并填入包含时钟脉冲计数字段的分组中通过PSN传递到从IWF设备1004，此分组报文可以是同时承载时钟频率信息和TDM数据的电路仿真分组，也可以是独立的只承载时钟频率信息的分组。从IWF设备1004从接收到的承载时钟频率信息的分组中提取业务时钟f_service脉冲计数值，并与本地脉冲计数器中的时钟脉冲计数值进行比较，产生一次时钟频率调整。通过周期性的微调从IWF设备1004的时钟频率使得主、从IWF的时钟频率计数值始终维持在一个合理的偏差范围。由于主IWF设备1003的脉冲计数器中的时钟脉冲计数值标识了主IWF接收到的TDM数据比特，从IWF设备1004中的脉冲计数器中的时钟脉冲计数值也标识了从IWF向TDM设备发送的TDM数据比特，因此可以消除自适应时钟恢复方式受如前所述的PSN固有特性影响而导致的难以克服的时钟抖动和漂移现象，从而达到主、从IWF设备时钟的精确同步。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种用于时钟同步的方法，其特征在于：

从互操作功能IWF设备中的触发控制器在接收到主IWF设备发送的主时钟脉冲计数值后，判断所述主时钟脉冲计数值是否为从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值；其中主IWF设备中的主脉冲计数器对主振荡器的输出时钟信号进行计数，并由发射器周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备；

若所述主时钟脉冲计数值是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则触发控制器指示从脉冲计数器装载所述主时钟脉冲计数值，以便从脉冲计数器以所述主时钟脉冲计数值为初始值，对压控振荡器的输出时钟信号进行计数；触发控制器还指示压控振荡器以自由振荡方式工作；

若所述主时钟脉冲计数值不是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则触发控制器指示数字比较器装载所述主时钟脉冲计数值，触发控制器还指示数字寄存器存储从脉冲计数器中作为计数结果的从时钟脉冲计数值，以便数字寄存器将从时钟脉冲计数值装载到数字比较器中；触发控制器还指示压控振荡器以压控方式工作；

数字比较器根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整，以便在所述主时钟脉冲计数值不是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值的情况下使从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

数字比较器根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整的步骤包括：

当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，数字比较器产生正电平信号，电压放大器对正电平信号进行放大和适配，转换成第一压控振荡器控制电压，压控振荡器根据第一压控振荡器控制电压向上调整压控振荡器的输出时钟频率；

当从时钟脉冲计数值与主时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，数字比较器产生负电平信号，电压放大器对负电平信号进行放大和适配，转换成第二压控振荡器控制电压，压控振荡器根据第二压控振荡器控制电压向下调整压控振荡器的输出时钟频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值之差的绝对值小于预设的计数偏差值时，数字比较器产生零电平信号，电压放大器对零电平信号进行放大和适配，转换成第三压控振荡器控制电压，压控振荡器根据第三压控振荡器控制电压，不对压控振荡器的输出时钟频率进行调整。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，

当从IWF设备上电时，压控振荡器以预定方式进行自由振荡。

5.一种用于时钟同步的从互操作功能IWF设备，其特征在于，包括触发控制器、从脉冲计数器、数字寄存器、数字比较器和压控振荡器，其中：

触发控制器，用于在接收到主IWF设备发送的主时钟脉冲计数值时，判断所述主时钟脉冲计数值是否为从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值；其中主IWF设备中的主脉冲计数器对主振荡器的输出时钟信号进行计数，并由发射器周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备；若所述主时钟脉冲计数值是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则指示从脉冲计数器装载所述主时钟脉冲计数值，指示压控振荡器以自由振荡方式工作；若所述主时钟脉冲计数值不是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值，则指示数字比较器装载所述主时钟脉冲计数值，指示数字寄存器存储从脉冲计数器中作为计数结果的从时钟脉冲计数值，指示压控振荡器以压控方式工作，以便在所述主时钟脉冲计数值不是从IWF设备接收到的第一个主时钟脉冲计数值的情况下使从IWF设备的时钟频率始终跟随主IWF设备的时钟频率；

从脉冲计数器，用于根据触发控制器的指示，装载所述主时钟脉冲计数值，并以所述主时钟脉冲计数值为初始值，对压控振荡器的输出时钟信号进行计数；

数字寄存器，用于根据触发控制器的指示，存储从脉冲计数器中的从时钟脉冲计数值，并将从时钟脉冲计数值装载到数字比较器中；

数字比较器，用于根据触发控制器的指示，装载所述主时钟脉冲计数值，还装载数字寄存器提供的从时钟脉冲计数值，根据所述主时钟脉冲计数值和从时钟脉冲计数值的差值产生控制信号，对压控振荡器的输出时钟频率进行调整；

压控振荡器，用于产生时钟信号，并根据控制信号对输出的时钟频率进行调整，还根据触发控制器的指示，以自由振荡方式或压控方式工作。

6.根据权利要求5所述的从IWF设备，其特征在于，从IWF设备还包括电压放大器，其中：

数字比较器还用于当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，产生正电平信号；当从时钟脉冲计数值与主时钟脉冲计数值的差值大于预设的计数偏差值时，产生负电平信号；

电压放大器，用于对数字比较器产生的正电平信号进行放大和适配，转换成第一压控振荡器控制电压，对数字比较器产生的负电平信号进行放大和适配，转换成第二压控振荡器控制电压；

压控振荡器还用于根据第一压控振荡器控制电压向上调整压控振荡器的输出时钟频率，根据第二压控振荡器控制电压向下调整压控振荡器的输出时钟频率。

7.根据权利要求6所述的从IWF设备，其特征在于，

数字比较器还用于当主时钟脉冲计数值与从时钟脉冲计数值之差的绝对值小于预设的计数偏差值时，产生零电平信号；

电压放大器还用于对零电平信号进行放大和适配，转换成第三压控振荡器控制电压；

压控振荡器还用于根据第三压控振荡器控制电压，不对压控振荡器的输出时钟频率进行调整。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的从IWF设备，其特征在于，

压控振荡器还用于在从IWF设备上电时，以预定方式进行自由振荡。

9.一种用于时钟同步的系统，其特征在于，包括主互操作功能IWF设备和从IWF设备，主IWF设备包括主振荡器、主脉冲计数器和发射器，从IWF设备为权利要求5-8中任一项涉及的从IWF设备，其中：

主振荡器，用于产生主时钟信号；

主脉冲计数器，用于对主振荡器的输出时钟信号进行计数；

发射器，用于周期性地将作为计数结果的主时钟脉冲计数值发送给从IWF设备。