CN104253665B - 同步设备和包含该设备的同步系统 - Google Patents

Abstract

提供了同步设备和包含该设备的同步系统。该同步设备(10)包括：1588同步模块(100)，用于接收带有本地时间戳的1588消息，在第一模式下，基于1588算法计算并提供相位误差，该本地时间戳源自系统时钟和与该系统时钟对应的本地以太网同步信号；频率同步模块(102)，在该第一模式下，根据该本地以太网同步信号与所接收的参考以太网同步信号，控制时钟生成部分(14)将该系统时钟的频率同步于该参考以太网同步信号；相位调整模块(104)，在该第一模式下，在该系统时钟的频率已同步的基础上，接收该1588同步模块提供的所述相位误差，并根据该相位误差来控制该时钟生成部分来改变该系统时钟的相位以弥补该相位误差。

Description

同步设备和包含该设备的同步系统

技术领域

本发明涉及通信系统中的频率和相位同步技术。

背景技术

目前，在通信系统中用于同步的技术包括1588协议和以太网同步。其中，1588协议及其相配合的算法使用远程时间服务器通过IP网络发送的1588消息进行频率和相位的同步。而以太网同步(Synchronization over Ethernet，或简称SyncE)则是通过以太网中传输的物理信号来进行频率的同步。

发明内容

在背景技术中所说的1588协议存在一个缺陷：1588消息会受到IP网络状况的影响，例如，如果IP网络延迟或者丢包严重，那么将会导致相位跳跃或者频率丢失，进而影响同步的准确性。虽然可以优化与1588相配合的算法来尽量增加同步性能，但是仍然无法解决延迟或者丢包带来的影响。

而以太网同步虽然不受网络状况，例如带宽和阻塞的影响，但是以太网同步只能对频率进行同步，而无法提供相位同步的功能。

本发明的基本构思包括如下至少一点：

1.使用基于物理层的以太网同步来控制时钟生成部分进行频率同步；

2.当以太网同步完成频率同步后，使用1588协议来控制该时钟生成部分：基于已同步的频率来计算本地与远程时间服务器之间的相位差，并基于该相位差来再次调节时钟生成部分以获得相位同步；

3.当使用1588协议锁定相位后，如果IP网络阻塞或其他异常状况发生，那么1588协议可以被暂停，在这种情况下，本发明的实施方式继续使用以太网同步能够在很长时间内保持频率，进而保持相位恒定。而现有技术中，一旦1588协议无法正常运作，那么频率无法获得同步，相位也将失去同步。因此，本发明的实施方式能够更长时间地维持同步，能够维持同步的时间取决于以太网同步的稳定性，这在实际系统中常常是能够保持相当长的时间的。在网络恢复或者预定时间段过后，1588协议和算法可以恢复继续进行。

根据本发明的一个方面，提供了一种同步设备，包括如下部件：1588同步模块，用于接收带有本地时间戳的1588消息，在第一模式下，基于1588算法计算并提供相位误差，其中，该本地时间戳源自系统时钟和与该系统时钟对应的本地以太网同步信号；频率同步模块，在该第一模式下，根据该本地以太网同步信号与所接收的参考以太网同步信号，控制时钟生成部分将该系统时钟的频率同步于该参考以太网同步信号；以及相位调整模块，在该第一模式下，在该系统时钟的频率已同步的基础上，接收所述1588同步模块提供的所述相位误差，并根据该相位误差来控制该时钟生成部分来改变该系统时钟的相位以弥补该相位误差。

在该实施方式中，频率的同步准确地由频率同步模块通过以太网同步信号SyncE来进行，不会受到网络拥塞的影响。并且，还加快了1588相位同步的速度。并且，在相位同步后，不论以太网同步信号存在与否，系统都能够保持相位同步。此外，该技术方案能够容易地扩展到现有的同步技术上。

优选地，所述相位调整模块将调整结果反馈给该1588同步模块；该1588同步模块根据所述反馈来更新下次将提供给该相位调整模块的该相位误差。

该实施方式的优点在于，相位调整模块能够将调整结果直接地反馈给1588同步模块，1588同步模块能够精确地确定调整结果，并进而实时修正相位调整模块下一次进行调整的量，提高相位调整的准确性。

优选地，该1588同步模块还根据以下至少任一项来更新下次将提供给该相位调整模块的该相位误差：带有已更新的该本地时间戳的1588消息，该本地时间戳已由该频率同步模块和该相位调整模块所调整的该系统时钟和该本地以太网同步信号而更新；或，对已由该频率同步模块和该相位调整模块所调整的该系统时钟的实际波形和状态变化的检测。

该实施方式中，1588同步模块能够更加精确地确定调整结果，以修正相位调整模块下一次进行调整的量，提高相位调整的准确性。

优选地，在以下预定条件满足时所述同步设备处于该第一模式下：所述1588消息的包延迟变化的统计结果低于网络拥塞阈值；该相位误差处于该同步设备的相位准确性要求范围之内；使用拥塞算法确定网络尚未拥塞。

在该实施方式中，规定了第一模式所基于的条件：网络尚未阻塞或相位误差处于容许范围，在这一条件下，1588同步模块所提供的相位误差是准确的，因此1588协议能够与以太网同步(SyncE)协同工作，以实现频率和相位的同步。

优选地，当该预定条件不满足时，所述1588同步模块进入暂缓状态，并进行如下至少任一操作：停止处理该1588消息；停止提供所述相位误差；停止接收来自该相位调整模块所反馈的调整结果；与1588时间服务器通信，请求该1588时间服务器停止发送该1588消息；

且所述1588同步模块进入暂缓状态时，所述频率同步模块仍基于所接收的该参考以太网同步信号，控制时钟生成部分将该系统时钟的频率同步于该参考以太网同步信号，并且控制时钟生成部分保持系统相位。

在该实施方式中，规定了在1588协议不能正常工作时(例如网络阻塞)该同步设备的另一种工作状态，即仍然由频率同步模块基于以太网同步信号进行频率同步，并且保持已经同步的相位不变。这样，即使1588协议不工作，频率和相位还是能够得以保持同步。在实际实现中，保持相位而实现相位同步的时间可以长达3-4天。

优选地，所述频率同步模块按照以下逻辑进行操作：当是首次运行时，初始化该时钟生成部分的操作参数；当是从该相位调整模块切换至频率同步模块时，获得该时钟生成部分的操作参数，并减少该切换引起的同步阶跃；接收并保存本次以及上次该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号之间的相位差；将本次的该相位差与上次的该相位差相减，获得该所述相位差的变化；根据所述相位差的变化调整该时钟生成部分产生的系统时钟的频率；循环进行以上接收、相减和调整步骤，直至在给定时间段中所述相位差的所述变化处于给定范围内，则确定频率已经同步；判断是否存在该1588同步模块提供的该相位误差，当存在该相位误差且频率已经同步时，切换至该相位调整模块运作，且保存当前的操作参数。

该实施方式提供了频率同步模块的具体操作方式。其中，特别地，在频率同步模块与相位调整模块进行切换时，都获得另一个状态的操作参数，以保证频率和相位不产生大的阶跃，从而实现无缝地切换。

优选地，所述相位调整模块按照以下逻辑进行操作：接收并保存先前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号之间的相位差；判断频率是否已经同步，如果尚未同步，则切换至该频率同步模块进行频率同步；当是从该频率同步模块切换至该相位调整模块时，获得当前的操作参数，并减少该切换引起的同步阶跃；根据该相位误差，控制该时钟生成部分减少或增大该系统时钟的相位，以弥补该相位误差；接收当前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号之间的相位差；根据当前的该相位差和之前的该相位差，判断该相位误差是否被至少部分地弥补；将调整结果反馈给该1588同步模块。

该实施方式提供了频率同步模块的具体操作方式。其中，特别地，在相位调整模块与频率同步模块进行切换时，都获得另一个状态的操作参数，以保证频率和相位不产生大的阶跃，从而实现无缝地切换。

进一步优选地，所述相位调整模块在相位调整时间内运作，当该相位调整时间到期后，所述相位调整模块切换至该频率同步模块运作，其中，该相位调整时间为以下任一项：预设定的时间；可容许的频率漂移时间，该频率漂移时间是当前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号间的频差漂移出系统最大允许的频差所需的时间。

由于相位的调整是建立在频率同步这一前提下，因此本实施方式为相位调整设定了一个最长时间，该最长时间对应于频率锁定能够维持的时间。一种情况下，可以根据实际系统的运行情况来统计并预设定一个时间。另一种情况下，可以灵活地根据目前的频差以及频率漂移的速率，来计算出理论上频差漂移出最大容许范围的时间。本实施方式能够进一步提高频率和相位的同步性能。

进一步优选地，该相位调整模块控制该时钟生成部分减少或增大该系统时钟的相位的操作按照以下逻辑进行：判断当前的该相位误差是否小于第一滤波器的调节最大值；当小于该第一滤波器的调节最大值时，确定使用该第一滤波器；否则确定使用第二滤波器，其中，该第二滤波器的调节最大值大于该第一滤波器的调节最大值；判断当前的该相位误差是否多于上次的该相位误差；当当前的相位误差多于上次的相位误差时，使用所确定的滤波器来调整该时钟生成部分的相位，以减少相位误差；否则，暂不做调整；以上步骤重复进行，直至将所述相位误差控制在给定范围内。

在该实施方式中，提供了相位调整模块的具体操作方式。其中，为了避免乒乓效应，相位调整模块考虑对相位误差的变化情况，如果误差减小，那么可能意味着系统相位正在朝同步的方向转移，因此暂时不调整；而只有在误差继续增大时才进行调整，以防调整过度。

优选地，在所述第一模式下，所述1588同步模块、基于以太网同步信号的所述频率同步模块和所述相位调整模块一同运作；

在与所述第一模式和所述暂缓状态都相替代的第二模式下，所述1588同步模块基于1588算法控制该时钟生成部分进行频率和相位同步，基于以太网同步信号的所述频率同步模块和所述相位调整模块暂停运作；

并且，在所述第一模式与所述第二模式相切换的过程中，保持该时钟生成部分的操作参数。

在该实施方式中，允许该同步设备替代地单纯使用1588协议，提高了同步设备的操作灵活性。

优选地，所述1588同步模块由以下任一种方式实现：同时运行且可被择一选择而使用的第一实体和第二实体，其中，所述第一实体与所述频率同步模块和相位调整模块一同运行在第一模式下，同时，所述第二实体运行在第二模式下，所述第一模式和第二模式的运行在给定时间内达到频率和相位的一致；或者，能被择一选择运行在第二模式或第一模式下的单个实体，在模式切换时该单个实体将相位变化保持在给定范围内。

该实施方式提供了实现所述1588同步模块择一在这两种模式中的一种下运行的具体实现方式。

根据本发明的另一个方面，提供了一种同步系统，包括如下部件：1588接口，用于接收1588消息，并基于系统时钟和与该系统时钟对应的本地以太网同步信号来为该1588消息打上本地时间戳；前述的同步设备，该同步设备的1588同步模块连接到该1588接口；时钟生成部分，与该同步设备的该频率同步模块和该相位调整模块相连，以在这些模块的控制下产生系统时钟；倍频器，与该时钟生成部分相连，用于根据该系统时钟产生该本地以太网同步信号；鉴相器，用于接收参考以太网同步信号，并与所述倍频器相连，用于计算该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号的相位差，并连接到该同步设备的该频率同步模块和该相位调整模块以提供该相位差。

本发明的其他优点将在下文中描述，或通过下文的详细说明而由本领域的一般技术人员所理解。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1是根据本发明的一个实施方式的同步设备10以及同步系统1的框图；

图2是根据本发明的一个实施方式、图1中的频率同步模块102操作的逻辑流程图；

图3是根据本发明的一个实施方式使用中断信号来选择图1中的频率同步模块102或相位调整模块104运作的流程图；

图4是根据本发明的一个实施方式、图1中的相位调整模块104操作的逻辑流程图；

图5是根据本发明的一个实施方式、图1中的相位调整模块104进行相位调整的逻辑流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个方面提供了一种同步系统1，包括如下部件：

-1588接口12，用于接收1588消息，并基于系统时钟和与该系统时钟对应的本地以太网同步信号来为该1588消息打上本地时间戳；

-同步设备10，该同步设备的1588同步模块100连接到该1588接口12；

-时钟生成部分14，与该同步设备10的该频率同步模块102和该相位调整模块104相连，以在这些模块的控制下产生系统时钟；

-倍频器16，与该时钟生成部分14相连，用于根据该系统时钟产生该本地以太网同步信号。倍频器本身是本领域的一种常用器件，本申请在此不再赘述。

-鉴相器18，用于接收参考以太网同步信号，并与所述倍频器16相连，用于计算该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号的相位差，并连接到该同步设备10的该频率同步模块102和该相位调整模块104以提供该相位差。鉴相器本身是本领域的一种常用器件，本申请在此不再赘述。

其中，如图1所示，在同步设备10中，在该第一模式下，：

-1588同步模块100用于接收带有本地时间戳的1588消息，在预定条件满足时，基于1588算法计算并提供相位误差，其中，该本地时间戳源自系统时钟和与该系统时钟对应的本地以太网同步信号；

-频率同步模块102根据该本地以太网同步信号与所接收的参考以太网同步信号，控制时钟生成部分14将该系统时钟的频率同步于该参考以太网同步信号；

-相位调整模块104在该系统时钟的频率已同步的基础上，接收1588同步模块提供的所述相位误差，并根据该相位误差来控制该时钟生成部分14来改变该系统时钟的相位以弥补该相位误差。

更加具体的，1588接口可以是与同步设备10相分离的一个单独硬件部分，它可以由例如FPGA或专用电路(ASIC)来实现，它将最新的时间戳添加到所接收的1588消息(或称PTP消息)，时间戳本身的格式是IEEE1588协议已规定的。该时间戳依赖于本地的系统时钟。值得注意的是，根据本发明的实施方式的该1588接口与现有协议中的一个区别是：时间戳还依赖于本地的以太网同步信号FSyncE，以填入本地接收时间信息，其将会用于计算两个连续地接收的1588消息之间所流逝的本地时间。可附加地，该1588接口还可以具有1588滤包器，它进行包过滤功能，将不带有1588(PTP)内容的消息(包)过滤掉，不将其提供给同步设备10，以节省同步设备10的处理负担。

优选地，如图1所示，同步设备10可以工作在两个模式下：第一模式和第二模式。第一模式可以称为混合模式，就是将1588技术和以太网同步技术进行融合的技术方案，它将会在下文中详细描述。而第二模式可以称为纯1588模式，即1588同步模块基于1588算法控制该时钟生成部分进行频率和相位同步。更加具体来说，1588同步模块基于具有本地时间戳的1588消息来计算同步所需的频率和相位，并通过总线控制本地的时钟生成部分14中的DAC，以控制OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator，即恒温晶振)和相应的硬件锁相环(HW PLL，例如AD95XX)来产生与远程时间服务器同步的相应频率和相位。本领域的一般技术人员理解，这种模式与普通的1588协议运行类似，本发明在此不再赘述。

而在第一模式中，1588同步模块100与频率同步模块102和相位调整模块104一同运作，具体来说：

当1588同步模块100检测到包延迟变化(PDV)统计低于网络阻塞的阈值时，该1588同步模块100检测基于1588消息计算最新的相位误差。其中，该网络阻塞的阈值并没有一个固定值，而是可以基于所使用的1588同步模块中的1588算法。具体的计算相位误差的方法是现有1588协议的内容，本发明在此不再赘述。

为了在两个模式之间灵活切换，1588同步模块由以下任一种方式实现：

-同时运行且可被择一选择而使用的第一实体和第二实体，其中，所述第一实体与所述频率同步模块和相位调整模块一同运行在第一模式下，同时，所述第二实体运行在第二模式下。当需要在第一模式下允许时，将第一实体设置为激活的，而将第二实体设置为监控的。当第一实体达到频率和相位锁定后，第二实体在给定时间内也应达到与第一实体的频率和相位一致。

-能被择一选择运行在第二模式或第一模式下的单个实体，在模式切换时该单个实体将相位变化保持在给定范围内。该单个实体能够共享1588协议中的相位计算算法。并且，在第一模式与第二模式之间切换时，该实体保持频率和相位的一致性以避免巨大的频率和相位跳跃。

而如果1588同步模块100检测到包延迟变化(PDV)统计高于网络阻塞的阈值，或者根据第三方的拥塞算法确定网络已拥塞，又或者计算出的相位误差高于系统允许的范围，那么这可能意味着1588部分由于网络或其他原因而已经不可靠，则1588同步模块100可以进入暂缓状态，在该暂缓状态中：

-停止处理该1588消息；

-停止计算与提供相位误差；

-停止接收来自该相位调整模块所反馈的调整结果(该反馈将在下文中描述)；

-与1588时间服务器通信，请求该1588时间服务器停止发送该1588消息。

下面将着重描述根据本发明的构思的、同步设备10在第一模式中各个部件的功能与运作方式。

在第一模式中，频率的同步主要由基于以太网同步的频率同步模块而进行，它将系统时钟调整同步于来自外部的参考以太网同步信号。而相位的同步则在频率已经同步后，通过1588同步模块计算出相位误差，由相位调整模块根据该相位误差而进行调整达到相位同步。下面将分别描述这些过程。

图2示出了频率同步模块102进行频率同步的逻辑流程图。可以理解，该操作流程仅作示例，频率同步的流程是本领域的常用技术，因此该操作流程也可以由其他实现方式而替代。

首先，在判断步骤S201中，判断该频率同步过程是否是首次运行。如果是首次运行，那么在步骤S202中，会对该时钟生成部分的操作参数，例如必要的DAC增益、状态变量、调整分辨率以及步进值进行初始化。这些值将被时钟生成部分用于产生系统时钟。

而如果不是首次运行，那么在判断步骤S203中，判断是否从该相位调整模块切换至频率同步模块。令变量Cur_Alg表示当前所使用的模块，即等于FLL(表示由频率同步模块进行频率同步)，而令Last_Alg表示之前所使用的模块。如果是从相位调整模块切换而来，那么Last_Alg应该是PLL(表示由相位调整模块进行相位同步)，则Cur_Alg不等于Last_Alg。在这种情况下，频率同步模块102获得由相位调整模块所保存的该时钟生成部分的操作参数，并减少该切换引起的同步阶跃。而如果本次频率同步之前进行的仍旧是频率同步，则Cur_Alg等于Last_Alg，那么时钟生成部分的参数已经是一致的。

在步骤S204中，频率同步模块102接收并保存本次该本地以太网同步信号FSyncE与参考以太网同步信号之间SyncE的相位差，将其记作PE_SYNCE_CURRENT。该相位差由鉴相器18计算得到。频率同步模块102之前也接收并保存上次该本地以太网同步信号FSyncE与参考以太网同步信号之间SyncE的相位差，将其记作PE_SYNCE_LAST。

在步骤S205中，频率同步模块102将本次的该相位差PE_SYNCE_CURRENT与上次的该相位差PE_SYNCE_LAST相减，获得该相位差的变化，记作PE_SYNCE_DIFF。可以理解，相位差的差异表征了频率的差异，即表征了本地以太网同步信号FSyncE与参考以太网同步信号SyncE之间的频率差异，如果PE_SYNCE_DIFF大于零，就意味着本地以太网同步信号FSyncE与参考以太网同步信号SyncE之间的相位差正在扩大，那么也就意味着需要降低FSyncE的频率。而如果PE_SYNCE_DIFF小于零，则需要增大FSyncE的频率。

在步骤S206中，频率同步模块102控制时钟生成部分以相应地调整系统时钟，更新后的系统时钟经过倍频后产生更新的本地以太网同步信号。具体的调整方式和算法可以使用本领域的一般频率同步算法，本发明在此不再赘述。

在步骤S207中，频率同步模块102再次计算最新的该相位差的变化。当在一定时段内，PE_SYNCE_DIFF稳定地处于[-Thrs_Freq_diff，Thrs_Freq_diff]范围内时，其中Thrs_Freq_diff是接近于0的一个阈值，则意味着相位差已经稳定地接近于零，也就是说本地以太网同步信号FSyncE与参考以太网同步信号SyncE之间的相位差稳定，那么也就是意味着本地以太网同步信号FSyncE与参考以太网同步信号SyncE之间的频率是同步的。如果频率已同步，那么频率同步模块102更新频率同步状态(一个状态变量)为已同步。否则，还需要进一步调节频率。

在步骤S208中，频率同步模块102判断1588同步模块是否提供了有效的相位误差，并且在步骤S209中判断频率是否已同步。在这些条件都满足的情况下，频率同步模块102更新Cur_Alg为PLL(相位调整模块)，以切换至相位调整模块104进行相位同步。否则，仍然保持当前算法为FLL。

如果确定从频率同步模块102切换至相位调整模块104，那么频率同步模块102还优选地保存当前的操作参数以供相位调整模块104进行无缝地调整。例如，以下参数被保存：

-时钟生成部分中的DAC增益；

-频率同步模块102中的计时器值；

-该本地以太网同步信号FSyncE与参考以太网同步信号之间SyncE的相位差。

另外，由于相位调整模块104在运行时是基于频率锁定这一前提。因而频率锁定能够保持的时间决定了相位调整模块104能够运行的最长时间，若超出该最长时间，那么可能频率已经失去了同步，所以继续进行相位调整将变得没有意义。在本发明的实施方式中，可以由系统设计者根据系统软硬件情况而预先确定该最长时间。或者，更加准确地，该频率同步模块102可以计算该最长时间并提供给相位调整模块104。具体的，该频率同步模块102获得当前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号间的频差，记作Current_Drift_slope。系统最大允许的频差记作Max_Allowed_Dfift_Slope。那么，Current_Drift_slope漂移出.Max_Allowed_Drift_Slope所需的时间也就是相位调整模块104能够运行的最长时间。将FSyncE偏差受本地晶振的电压、温度的影响而变化的速度记为Drift_Slope_Per_minute(这里是以分钟为单位，其他时间单位也可适用)，这个值取决于实际环境，例如实际硬件等。那么，当前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号间的频差漂移出最大允许范围所需的时间，记作MAX_PLL_Running_Time由以下等式而计算。

MAX_PLL_Running_Time＝

(Max_Allowed_Drift_Slope-Current_Drift_slope)/Drift_Slope_Per_minute

在实际系统中，在硬件比较稳定的情况下，计算出的MAX_PLL_Running_Time可以相当长。

最后，频率同步模块102所进行的FLL过程结束。

在每个操作周期，同步设备10将确定是继续调用频率同步模块102进行FLL频率同步，还是切换至相位调整模块104来进行PLL过程。优选地，同步设备10可以根据Cur_Alg变量是FLL还是PLL来进行选择。

更加具体地，同步设备10内部可以维护一个定时产生的中断信号来启动每个操作周期。图3给出了同步设备10进行选择的一个逻辑流程图。在步骤S301中，一个定时器可以以固定周期而触发中断的产生。在中断产生的情况下，同步设备10在步骤S302中判断前述的变量Cur_Alg是否是PLL。如果它不是PLL(那么也就是说它是FLL)，则同步设备10仍调用频率同步模块102来进行FLL。否则，如果它是PLL，则同步设备10调用相位调整模块104来进行PLL。可以理解，FLL可能允许多次后才达到频率同步，因此图2所示的过程可能重复多次，之后才切换至下述的PLL过程。

下面将详细描述相位调整模块104所进行的PLL过程。相位调整模块104进行PLL以调节本地的系统时钟，补偿由1588同步模块所计算出的相位误差。优选地，相位调整模块104还通过鉴相器检测补偿的结果，并将补偿结果反馈给1588同步模块。图4示出了相位调整模块104的更加具体的工作逻辑流程。可以理解，该操作流程仅作示例，相位调整的流程是本领域的常用技术，因此该操作流程也可以由其他实现方式而替代。

在步骤S401中，相位调整模块104首先判断频率是否已经锁定，其中，相位调整模块104可以通过前述的频率同步状态变量来确定频率同步模块102是否已经同步了频率。并且，相位调整模块104也判断相位调整未完成，例如相位调整模块104可以判断进入相位调整PLL过程是否已经经过了前述的PLL允许运行的预定时间或计算时间MAX_PLL_Running_Time。如果频率尚未锁定，和/或相位调整已完成，那么相位调整模块104不进行相位调整，而且进入步骤S412准备切换回频率同步过程FLL(之后将详细描述)。如果频率已锁定，并且相位调整未完成，那么相位调整模块104将开始相位调整过程PLL。

在步骤S402中，相位调整模块104判断是否是从该频率同步模块切换至该相位调整模块。类似于前述的频率同步模块102，相位调整模块104根据Cur_Alg和Last_Alg这两个标量是否相同而确定是否是从FLL切换而来。当Cur_Alg和Last_Alg不相同时(即Cur_Alg为PLL，而Last_Alg为FLL)，表明是从FLL切换而来，则相位调整模块104获得频率同步模块102保存的当前操作参数，并减少该切换引起的同步阶跃。

在步骤S404中判断当前的相位调整(Cur_Phase)是否已经确定好了是增大还是减少。如果没有确定，那么在步骤S405中对相位误差(PE)是否大于0进行判断。如果是，则Cur_Phase需要减少；否则Cur_Phase为增加。如前所述，该相位误差由1588同步模块提供。

在步骤S408中，对Cur_Phase是否为减少进行判断。在Cur_Phase为减少时，在步骤S410中调节相位以降低相位误差(将在下文中描述)至零，一种具体的调整方法将在下文中参照图5描述；否则，在步骤S411中调节相位以增加相位误差至零。可以理解，若1588同步模块提供的相位误差是+10ms(即本地时钟比参考时钟快10ms)，那么相位调整模块104应减少本地时钟的相位，使其延迟10ms。

在调整后，在步骤S411中，相位调整模块104可以根据从鉴相器所获得的、调整前后的相位差的变化情况，判断系统时钟是否被调整了所需的相位。例如，在调整之前，从鉴相器获得的PE_SYNCE_LAST是15ms，而调整之后，所获得的PE_SYNCE_CURRENT是6ms，由于参考以太网同步信号SyncE的相位一般是保持不变的，所以可以看出本地以太网同步信号FSyncE的相位减少了9ms。如果前述的PE是10ms，那么调整的结果是已经将PE修正到1ms。

在步骤S411中，相位调整模块104可以将该调整的结果反馈给1588同步模块。例如，告知1588同步模块，已经调整了9ms的相位。1588同步模块根据该反馈来更新下次将提供给该相位调整模块的该相位误差，例如下一次告知相位调整模块104的相位误差为1ms。

如果相位调整模块104完成了调整，例如已经相应补偿了1588同步模块所告知的整个相位误差，那么相位调整模块104可以确定相位调整完成。则在步骤S412中，相位调整模块104可以通过更新Cur_Alg为FLL来使得同步设备10转回调用频率同步模块进行FLL。在这种情况下，在步骤S413中，相位调整模块104将目前的操作参数存储下来，以用于下次开始FLL过程时无缝地调整频率和相位。该些操作参数可以包括：

本地的系统时钟的当前DAC增益；

PLL算法中的计时器的开始值；

PLL算法中的计时器的结束值；

PLL算法中的当前的相位误差。

如果没有完成相位调整，那么Cur_Alg仍然保持为PLL。

之后，同步设备10又根据图3所示的逻辑选择进行PLL还是FLL。可以理解，PLL过程可能重复多次后才能达到相位同步，甚至多次后仍然无法达到相位同步，则同步设备10将转而调用频率同步模块102重新进行频率同步。

1588同步模块100需要处理来自相位调整模块对之前所发送的相位误差进行补偿的结果反馈，该1588同步模块100可以在发出下次相位误差前等待一个预定的时间来接收该反馈。之后，根据反馈结果来确定更新相位误差发送给相位调整模块104。例如，如果前一次所发的相位误差是10ms，所接收的反馈是完成了9ms的补偿，那么下一次所发的相位误差应是1ms。进一步地，该1588同步模块100还可以基于以下任一种检测，来确定下一次所发的相位误差：

-检测带有已更新的该本地时间戳的1588消息，该本地时间戳已由该频率同步模块和该相位调整模块所调整的该系统时钟和该本地以太网同步信号而更新；

-对已由该频率同步模块和该相位调整模块所调整的该系统时钟的实际波形和状态变化的检测。

相位调整模块104在下次运行时，根据该1588同步模块100新提供的相位误差再次进行相位调整，并重复以上过程，直至相位调整完毕或相位调整时间结束。

下面结合图5，对相位调整模块104对相位进行增加的操作流程进行示例性的详述，可以理解，也可以使用其他流程来实现相位的调整。

本发明的优选实施方式采用两个调节滤波器，每次择一地来对时钟产生部分的DAC和OCXO进行控制，以提高调节的效率并且尽量避免频率的中断。其中，一个第一滤波器具有小的调节最大值，而另一个第二滤波器具有大的调节最大值。当目前需要调整的相位误差小于该第一滤波器的调节最大值时，确定使用该第一滤波器；否则确定使用第二滤波器。这里，所谓的调节最大值的小和大是相对于彼此而言的，具体的取值可以依赖于实际系统的DAC与OCXO的性能以及调节分辨率(粒度)。

参照图5，下面将描述该操作中的一些主要步骤。

首先，开始之后，判断调节时间未结束并且调节未完成。只有在调节时间未结束且调节未完成时，相位调整模块100才进行相位调整。否则，该操作结束。

之后，在步骤S501中，判断滤波器类型(以变量Filter_Type表示)是否尚未被确定。当尚未被确定时，在步骤S502中，根据目前相位误差(以变量Cur_PE表示)是否大于第一滤波器的调节最大值：当小于该第一滤波器的调节最大值时，使用第一滤波器(即Filter_Type为第一滤波器)来对DAC进行调节；否则，使用第二滤波器来对DAC进行调节。在完成后，本次操作结束，之后开始循环进行下次操作。

而如果之前已经确定过滤波器类型(例如在上一次调节时已经确定了滤波器类型)，那么在步骤S505中，判断滤波器类型是否是第一滤波器。如果判断结果是否(即滤波器类型是第二滤波器)，那么在步骤S510中，相位调整模块104将再次判断目前的相位误差是否小于第一滤波器的调节最大值。再次进行判断的原因是相位误差已经发生了变化，需要再次判断第二滤波器是否合适使用。如果步骤S510的判断结果是目前的相位误差小于第一滤波器的调节最大值，那么就意味着相位误差又减小到了第一滤波器的范围内，则在步骤S511中，将更新滤波器类型为第一滤波器，之后结束该过程并且重新循环开始。如果步骤S510的判断结果是目前的相位误差仍大于第一滤波器的调节最大值，那么第二滤波器仍旧可用，则相位调整模块104在步骤S512中仍使用第二滤波器调节DAC，在调节后该过程结束，之后重新循环开始。

如果在步骤S505中判断是使用第一滤波器，那么接下来在步骤S506中判断当前相位误差是否小于0。如果是小于0，就不能再使用图5所示的过程所对应的步骤S410的操作，而是应该转而使用步骤S409的操作(图4)，因而图5所示的过程结束。

在当前的相位误差大于0时，在步骤S508中，相位调整模块104再次判断当前的相位误差是否大于第一滤波器的调节最大值。再次进行判断的原因是相位误差已经发生了变化，需要再次判断第二滤波器是否合适使用。如果步骤S508的判断结果是目前的相位误差大于第一滤波器的调节最大值，那么就意味着相位误差又增大超出了第一滤波器的范围，则在步骤S509中，将更新滤波器类型为第二滤波器，之后结束该过程并且重新循环开始。

如果步骤S508的判断结果是目前的相位误差仍小于第一滤波器的调节最大值，那么第一滤波器仍旧可用。

在使用第一滤波器之前，优选地，相位调整模块104还在步骤S514中进一步判断当前的该相位误差Cur_PE是否多于上次的该相位误差Last_PE。当当前的相位误差多于上次的相位误差时，在步骤S516中使用所确定的第一滤波器来调整该时钟生成部分的相位，以减少相位误差。否则，在步骤S515中，仅将Last_PE更新为Cur_PE，而暂不做调整。暂时不做调整的原因是当前的相位误差相对于上次的误差正在减少，系统的相位可能正在朝着同步的方向变化，因此可以暂时不做调整，允许系统相位进一步自我改善，以调整过度避免可能导致的乒乓效应。之后，该操作过程结束，并循环重新开始。

进行相位增加的逻辑过程与以上相位减少的逻辑过程是类似的，因此本发明不再赘述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (11)

1.一种同步设备(10)，包括如下部件：

-1588同步模块(100)，用于接收带有本地时间戳的1588消息，在第一模式下，基于1588算法计算并提供相位误差，其中，该本地时间戳源自系统时钟和与该系统时钟对应的本地以太网同步信号；

-频率同步模块(102)，在该第一模式下，根据该本地以太网同步信号与所接收的参考以太网同步信号，控制时钟生成部分(14)将该系统时钟的频率同步于该参考以太网同步信号；

-相位调整模块(104)，在该第一模式下，在该系统时钟的频率已同步的基础上，接收所述1588同步模块(100)提供的该相位误差，并根据该相位误差来控制该时钟生成部分来改变该系统时钟的相位以弥补该相位误差。

2.根据权利要求1所述的同步设备，其特征在于，所述相位调整模块(104)将调整结果反馈给该1588同步模块(100)；

该1588同步模块(100)根据所述反馈来更新下次将提供给该相位调整模块的该相位误差。

3.根据权利要求2所述的同步设备，其中，该1588同步模块(100)还根据以下至少任一项来更新下次将提供给该相位调整模块(104)的该相位误差：

-带有已更新的该本地时间戳的1588消息，该本地时间戳已由该频率同步模块(102)和该相位调整模块(104)所调整的该系统时钟和该本地以太网同步信号而更新；

-对已由该频率同步模块(102)和该相位调整模块(104)所调整的该系统时钟的实际波形和状态变化的检测。

4.根据权利要求2所述的同步设备，其特征在于，在以下预定条件满足时所述同步设备处于该第一模式下：

-所述1588消息的包延迟变化的统计结果低于网络拥塞阈值；

-该相位误差处于该同步设备的相位准确性要求范围之内；

-使用拥塞算法确定网络尚未拥塞；

当该预定条件不满足时，所述1588同步模块(100)进入暂缓状态，并进行如下至少任一操作：

-停止处理该1588消息；

-停止提供所述相位误差；

-停止接收来自该相位调整模块(104)所反馈的调整结果；

-与1588时间服务器通信以请求其停止发送该1588消息；

且所述1588同步模块(100)进入暂缓状态时，所述频率同步模块(102)仍基于所接收的该参考以太网同步信号，控制该时钟生成部分(14)将该系统时钟的频率同步于该参考以太网同步信号，并且控制该时钟生成部分(14)保持系统相位。

5.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所述频率同步模块(102)按照以下逻辑进行操作：

-当是首次运行时，初始化该时钟生成部分(14)的操作参数；

-当是从该相位调整模块(104)切换至该频率同步模块(102)时，获得该时钟生成部分(14)的操作参数，并减少该切换引起的同步阶跃；

-接收并保存本次以及上次该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号之间的相位差；

-将本次的该相位差与上次的该相位差相减，获得该所述相位差的变化；

-根据所述相位差的变化调整该时钟生成部分产生的系统时钟的频率；

-循环进行以上接收、相减和调整步骤，直至在给定时间段中所述相位差的所述变化处于给定范围内，则确定频率已经同步；

-判断是否存在该1588同步模块(100)提供的该相位误差，当存在该相位误差且频率已经同步时，切换至该相位调整模块(104)运作，且保存当前的操作参数。

6.根据权利要求2所述的同步设备，其特征在于，所述相位调整模块(104)按照以下逻辑进行操作：

-接收并保存先前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号之间的相位差；

-判断频率是否已经同步，如果尚未同步，则切换至该频率同步模块(102)进行频率同步；

-当是从该频率同步模块(102)切换至该相位调整模块(104)时，获得当前的操作参数，并减少该切换引起的同步阶跃；

-根据该相位误差，控制该时钟生成部分减少或增大该系统时钟的相位，以弥补该相位误差；

-接收当前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号之间的相位差；

-根据当前的该相位差和之前的该相位差，判断该相位误差是否被至少部分地弥补；

-将调整结果反馈给该1588同步模块(100)。

7.根据权利要求6所述的同步设备，其特征在于，所述相位调整模块(104)在相位调整时间内运作，当该相位调整时间到期后，所述相位调整模块(104)切换至该频率同步模块(102)运作，其中，该相位调整时间为以下任一项：

-预设定的时间；

-可容许的频率漂移时间，该频率漂移时间是当前该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号间的频差漂移出系统最大允许的频差所需的时间。

8.根据权利要求6所述的同步设备，其中，该相位调整模块(104)控制该时钟生成部分(14)减少或增大该系统时钟的相位的操作按照以下逻辑进行：

-判断当前的该相位误差是否小于第一滤波器的调节最大值；

-当小于该第一滤波器的调节最大值时，确定使用该第一滤波器；否则确定使用第二滤波器，其中，该第二滤波器的调节最大值大于该第一滤波器的调节最大值；

-判断当前的该相位误差是否多于上次的该相位误差；

-当当前的相位误差多于上次的相位误差时，使用所确定的滤波器来调整该时钟生成部分的相位，以减少相位误差；否则，暂不做调整；

以上步骤重复进行，直至将所述相位误差控制在给定范围内。

9.根据权利要求4所述的同步设备，其特征在于，在所述第一模式下，所述1588同步模块(100)、基于以太网同步信号的所述频率同步模块(102)和所述相位调整模块(104)一同运作；

在与所述第一模式和所述暂缓状态都相替代的第二模式下，所述1588同步模块(100)基于1588算法控制该时钟生成部分进行频率和相位同步，基于以太网同步信号的所述频率同步模块(102)和所述相位调整模块(104)暂停运作；

并且，在所述第一模式与所述第二模式相切换的过程中，保持该时钟生成部分(14)的操作参数。

10.根据权利要求9所述的同步设备，其特征在于，所述1588同步模块(100)由以下任一种方式实现：

-同时运行且可被择一选择而使用的第一实体和第二实体，其中，所述第一实体与所述频率同步模块和相位调整模块一同运行在第一模式下，同时，所述第二实体运行在第二模式下，所述第一模式和第二模式的运行在给定时间内达到频率和相位的一致；

-能被择一选择运行在第二模式或第一模式下的单个实体，在模式切换时该单个实体将相位变化保持在给定范围内。

11.一种同步系统(1)，包括如下部件：

-1588接口(12)，用于接收1588消息，并基于系统时钟和与该系统时钟对应的本地以太网同步信号来为该1588消息打上本地时间戳；

-根据权利要求1-10中任一项所述的同步设备(10)，该同步设备(10)的1588同步模块(100)连接到该1588接口(12)；

-时钟生成部分(14)，与该同步设备(10)的该频率同步模块(102)和该相位调整模块(104)相连，以在这些模块的控制下产生系统时钟；

-倍频器(16)，与该时钟生成部分(14)相连，用于根据该系统时钟产生该本地以太网同步信号；

-鉴相器(18)，用于接收参考以太网同步信号，并与所述倍频器(16)相连，用于计算该本地以太网同步信号与该参考以太网同步信号的相位差，并连接到该同步设备(10)的该频率同步模块(102)和该相位调整模块(104)以提供该相位差。