CN105207767B - 一种ptp主时钟与从时钟之间频率同步的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法及装置，涉及频率同步技术领域。方法包括：确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；根据时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；根据第k次时钟偏差的估计值与第k‑1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；通过数模转换器件将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。本发明解决了现有技术中PTP主时钟与从时钟之间频率同步不够精确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及频率同步技术领域，尤其涉及一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法及装置。
背景技术
PTP精确时钟同步协议(Precision Time Protocol，简称PTP)是一种通过以太网进行时间同步的技术协议，其作为全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的一种替代方案用以解决3G/4G基站的时间同步问题，已经在电信运营商(如中国移动)的城域网中得到了试点应用。由于PTP采用了在物理层(Physical layer，PHY)进行添加时间戳的方法，相对于在应用层进行时间戳添加的网络时间协议(Network Time Protocol，NTP)而言，由于避免了操作系统和协议栈带来的抖动，因此大大提高了同步精度。当前，传统的PTP只用来进行时间同步，例如采用同步以太网技术(SyncE)进行时间同步。随着对频率同步的重视，近年来出现了采用PTP进行频率恢复的技术研究。
在现有技术中，为了使得本地的PTP从时钟频率与PTP主时钟频率同步，一般通过PTP的对时报文计算出钟差，利用连续两次的钟差结果计算出频率控制字，对本地PTP从时钟频率进行控制。然而，由于整个系统的过程噪声主要是网络延迟噪声被叠加在钟差上引起的，现有技术的频率同步方式无法精确的计算本地频率偏差，从而使得PTP主时钟与从时钟之间频率同步不够精确。
发明内容
本发明的实施例提供一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法及装置，以解决现有技术的频率同步方式无法精确的计算本地频率偏差，PTP主时钟与从时钟之间频率同步不够精确的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法，其特征在于，包括：
接收PTP主时钟每次发送的同步帧，获取所述同步帧中携带的PTP主时钟每次发送所述同步帧的第一时刻值T1k；
记录每次接收到所述同步帧的第二时刻值T2k；
向PTP主时钟发送延迟请求帧，并记录每次发送所述延迟请求帧时的第三时刻值T3k；
接收PTP主时钟每次发送的延迟应答帧，并从所述延迟应答帧中解析PTP主时钟每次接收到所述延迟请求帧的第四时刻值T4k；
根据所述第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；
根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；
根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；
通过数模转换器件将所述第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。
具体的，根据所述第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值，包括：
根据公式：
计算每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)。
具体的，根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值，包括：
生成卡尔曼滤波信号模型；所述卡尔曼滤波信号模型为：
θ(k)＝θ(k-1)+w(k-1)
其中，θ(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；θ(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；w(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步到第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步的独立白噪声；所述w(k-1)的协方差为
进一步的，根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值，还包括：
生成卡尔曼滤波观测模型；所述卡尔曼滤波观测模型为：
θk(k)＝θ(k)+v(k)
其中，θk(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；v(k)为附加在所述θk(k)上的独立白噪声；所述v(k)的协方差为
另外，根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值，还包括：
生成卡尔曼滤波估计模型；所述卡尔曼滤波估计模型为：
其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；b(k)为时变增益；
从每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)中获取多次时钟偏差的测量值，并以所述多次时钟偏差的测量值的均值作为时钟偏差估计值的初始值将所述初始值对应的最小均方误差Pe(0)作为所述Pe(k)的初始值；
根据所述初始值最小均方误差Pe(0)和每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)，通过卡尔曼滤波估计模型迭代计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值
具体的，根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移，包括：
根据公式：
确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd；其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；τ为连续两次对时的时间间隔。
具体的，所述通过数模转换器件将所述第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，包括：
通过公式：
将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd转化为电压控制字v；其中n为数模转换器件的量化比特数，所述n大于等于12bit。
一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置，包括：
第一时刻值获取单元，用于接收PTP主时钟每次发送的同步帧，获取所述同步帧中携带的PTP主时钟每次发送所述同步帧的第一时刻值T1k；
第二时刻值获取单元，用于记录每次接收到所述同步帧的第二时刻值T2k；
第三时刻值获取单元，用于向PTP主时钟发送延迟请求帧，并记录每次发送所述延迟请求帧时的第三时刻值T3k；
第四时刻值获取单元，用于接收PTP主时钟每次发送的延迟应答帧，并从所述延迟应答帧中解析PTP主时钟每次接收到所述延迟请求帧的第四时刻值T4k；
测量值计算单元，用于根据所述第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；
估计值计算单元，用于根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；
频率偏移确定单元，用于根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；
频率同步单元，用于通过数模转换器件将所述第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。
另外，所述测量值计算单元，具体用于：
根据公式：
计算每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)。
另外，所述估计值计算单元，具体用于：
生成卡尔曼滤波信号模型；所述卡尔曼滤波信号模型为：
θ(k)＝θ(k-1)+w(k-1)
其中，θ(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；θ(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；w(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步到第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步的独立白噪声；所述w(k-1)的协方差为
进一步的，所述估计值计算单元，具体用于：
生成卡尔曼滤波观测模型；所述卡尔曼滤波观测模型为：
θk(k)＝θ(k)+v(k)
其中，θk(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；v(k)为附加在所述θk(k)上的独立白噪声；所述v(k)的协方差为
进一步的，所述估计值计算单元，具体用于：
生成卡尔曼滤波估计模型；所述卡尔曼滤波估计模型为：
其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；b(k)为时变增益；
从每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)中获取多次时钟偏差的测量值，并以所述多次时钟偏差的测量值的均值作为时钟偏差估计值的初始值将所述初始值对应的最小均方误差Pe(0)作为所述Pe(k)的初始值；
根据所述初始值最小均方误差Pe(0)和每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)，通过卡尔曼滤波估计模型迭代计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值
此外，所述频率偏移确定单元，具体用于：
根据公式：
确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd；其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；τ为连续两次对时的时间间隔。
另外，所述频率同步单元，具体用于：
通过公式：
将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd转化为电压控制字v；其中n为数模转换器件的量化比特数，所述n大于等于12bit。
本发明实施例提供的一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法及装置，通过确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；进而根据时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；从而能够确定相邻的第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值，进而确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；通过数模转换器件将该第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。这样，本发明避免采用利用连续两次的钟差结果计算出频率控制字，对本地PTP从时钟频率进行控制，从而避免了现有技术中的频率同步方式无法精确的计算本地频率偏差，PTP主时钟与从时钟之间频率同步不够精确的问题。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置的结构示意图。
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。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。
本发明实施例提供一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法，如图1所示，包括：
步骤101、接收PTP主时钟每次发送的同步帧，获取同步帧中携带的PTP主时钟每次发送同步帧的第一时刻值T1k。
其中，该同步帧为sync同步帧，该第一时刻值T1k来自于该sync同步帧所携带的时间戳。
步骤102、记录每次接收到同步帧的第二时刻值T2k。
步骤103、向PTP主时钟发送延迟请求帧，并记录每次发送延迟请求帧时的第三时刻值T3k。
步骤104、接收PTP主时钟每次发送的延迟应答帧，并从延迟应答帧中解析PTP主时钟每次接收到延迟请求帧的第四时刻值T4k。
步骤105、根据第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值。
步骤106、根据时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值。
步骤107、根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移。
步骤108、通过数模转换器件将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。
此时，PTP从时钟压控晶振输出的频率信号可以为10MHz。该压控晶振可以为压控铷钟。值得说明的是，在步骤108完成PTP从时钟与PTP主时钟的频率同步之后，可以返回步骤101，继续执行下一时刻的同步，即例如当前完成的是第k次PTP主时钟与从时钟之间频率的同步，则下一时刻的同步为第k+1次PTP主时钟与从时钟之间频率的同步。
本发明实施例提供的一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法，通过确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；进而根据时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；从而能够确定相邻的第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值，进而确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；通过数模转换器件将该第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。这样，本发明避免采用利用连续两次的钟差结果计算出频率控制字，对本地PTP从时钟频率进行控制，从而避免了现有技术中的频率同步方式无法精确的计算本地频率偏差，PTP主时钟与从时钟之间频率同步不够精确的问题。
在实施例中，上述步骤105中的根据第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值，可以采用如下方式：
根据公式：
计算每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)。
在实施例中，上述步骤106中的根据时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值，可以采用如下方式实现：
首先，生成卡尔曼滤波信号模型；卡尔曼滤波信号模型为：
θ(k)＝θ(k-1)+w(k-1)
其中，θ(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；θ(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；w(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步到第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步的独立白噪声；w(k-1)的协方差为均值为0。
之后，生成卡尔曼滤波观测模型；卡尔曼滤波观测模型为：
θk(k)＝θ(k)+v(k)
其中，θk(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；v(k)为附加在θk(k)上的独立白噪声；v(k)的协方差为均值为0。
之后，生成卡尔曼滤波估计模型；卡尔曼滤波估计模型为：
其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；b(k)为时变增益；
之后，从每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)中获取多次时钟偏差的测量值，并以多次时钟偏差的测量值的均值作为时钟偏差估计值的初始值将初始值对应的最小均方误差Pe(0)作为Pe(k)的初始值。
之后，根据初始值最小均方误差Pe(0)和每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)，通过卡尔曼滤波估计模型迭代计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值
具体的，上述步骤107中的根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移，可以通过如下方式实现：
根据公式：
确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd；其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；τ为连续两次对时的时间间隔。
另外，上述步骤108中的通过数模转换器件将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，可以通过如下方式实现：
通过公式：
将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd转化为电压控制字v；其中n为数模转换器件(Digital to Analog Converter，简称DAC)的量化比特数，n一般大于等于12bit。
另外，值得说明的是，由于卡尔曼滤波的预测特性，也可以对本地从时钟漂移带来的钟差变化进行补偿。
对应于图1所对应的方法实施例，本发明实施例提供一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置，如图2所示，包括：
第一时刻值获取单元21，可以接收PTP主时钟每次发送的同步帧，获取同步帧中携带的PTP主时钟每次发送同步帧的第一时刻值T1k。
第二时刻值获取单元22，可以记录每次接收到同步帧的第二时刻值T2k。
第三时刻值获取单元23，可以向PTP主时钟发送延迟请求帧，并记录每次发送延迟请求帧时的第三时刻值T3k。
第四时刻值获取单元24，可以接收PTP主时钟每次发送的延迟应答帧，并从延迟应答帧中解析PTP主时钟每次接收到延迟请求帧的第四时刻值T4k。
测量值计算单元25，可以根据第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值。
估计值计算单元26，可以根据时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值。
频率偏移确定单元27，可以根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移。
频率同步单元28，可以通过数模转换器件将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。
另外，该测量值计算单元25，具体可以根据公式：
计算每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)。
另外，在一实施例中估计值计算单元26，具体可以生成卡尔曼滤波信号模型；卡尔曼滤波信号模型为：
θ(k)＝θ(k-1)+w(k-1)
其中，θ(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；θ(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；w(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步到第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步的独立白噪声；w(k-1)的协方差为
进一步的，该估计值计算单元26，具体还可以生成卡尔曼滤波观测模型；卡尔曼滤波观测模型为：
θk(k)＝θ(k)+v(k)
其中，θk(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；v(k)为附加在θk(k)上的独立白噪声；v(k)的协方差为
进一步的，该估计值计算单元26，具体还可以生成卡尔曼滤波估计模型；卡尔曼滤波估计模型为：
其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；b(k)为时变增益。
该估计值计算单元26，还可以从每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)中获取多次时钟偏差的测量值，并以多次时钟偏差的测量值的均值作为时钟偏差估计值的初始值将初始值对应的最小均方误差Pe(0)作为Pe(k)的初始值。
根据初始值最小均方误差Pe(0)和每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)，通过卡尔曼滤波估计模型迭代计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值
此外，频率偏移确定单元27，具体可以根据公式：
确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd；其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；τ为连续两次对时的时间间隔。
另外，频率同步单元28，具体可以通过公式：
将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd转化为电压控制字v；其中n为数模转换器件的量化比特数，n大于等于12bit。
值得说明的是，本发明实施例提供的一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置的具体实现方式可以参见上述图1所对应的方法实施例，此处不在赘述。
本发明实施例提供的一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置，通过确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；进而根据时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；从而能够确定相邻的第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值，进而确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；通过数模转换器件将该第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步。这样，本发明避免采用利用连续两次的钟差结果计算出频率控制字，对本地PTP从时钟频率进行控制，从而避免了现有技术中的频率同步方式无法精确的计算本地频率偏差，PTP主时钟与从时钟之间频率同步不够精确的问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法，其特征在于，包括：
接收PTP主时钟每次发送的同步帧，获取所述同步帧中携带的PTP主时钟每次发送所述同步帧的第一时刻值T1k；
记录每次接收到所述同步帧的第二时刻值T2k；
向PTP主时钟发送延迟请求帧，并记录每次发送所述延迟请求帧时的第三时刻值T3k；
接收PTP主时钟每次发送的延迟应答帧，并从所述延迟应答帧中解析PTP主时钟每次接收到所述延迟请求帧的第四时刻值T4k；
根据所述第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；
根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；
根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；
通过数模转换器件将所述第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步；
根据所述第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值，包括：
根据公式：
计算每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)；
根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值，包括：
生成卡尔曼滤波信号模型；所述卡尔曼滤波信号模型为：
θ(k)＝θ(k-1)+w(k-1)
其中，θ(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；θ(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；w(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步到第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步的独立白噪声；所述w(k-1)的协方差为
根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值，还包括：
生成卡尔曼滤波观测模型；所述卡尔曼滤波观测模型为：
θk(k)＝θ(k)+v(k)
其中，θk(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；v(k)为附加在所述θk(k)上的独立白噪声；所述v(k)的协方差为
根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值，还包括：
生成卡尔曼滤波估计模型；所述卡尔曼滤波估计模型为：
其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；b(k)为时变增益；
其中，Pe(k)＝P1(k)-b(k)P1(k)；所述Pe(k)为的估计误差的最小均方误差；
从每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)中获取多次时钟偏差的测量值，并以所述多次时钟偏差的测量值的均值作为时钟偏差估计值的初始值将所述初始值对应的最小均方误差Pe(0)作为所述Pe(k)的初始值；
根据所述初始值最小均方误差Pe(0)和每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)，通过卡尔曼滤波估计模型迭代计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值
2.根据权利要求1所述的PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法，其特征在于，根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移，包括：
根据公式：
确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd；其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；τ为连续两次对时的时间间隔。
3.根据权利要求2所述的PTP主时钟与从时钟之间频率同步的方法，其特征在于，所述通过数模转换器件将所述第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，包括：
通过公式：
将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd转化为电压控制字v；其中n为数模转换器件的量化比特数，所述n大于等于12bit。
4.一种PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置，其特征在于，包括：
第一时刻值获取单元，用于接收PTP主时钟每次发送的同步帧，获取所述同步帧中携带的PTP主时钟每次发送所述同步帧的第一时刻值T1k；
第二时刻值获取单元，用于记录每次接收到所述同步帧的第二时刻值T2k；
第三时刻值获取单元，用于向PTP主时钟发送延迟请求帧，并记录每次发送所述延迟请求帧时的第三时刻值T3k；
第四时刻值获取单元，用于接收PTP主时钟每次发送的延迟应答帧，并从所述延迟应答帧中解析PTP主时钟每次接收到所述延迟请求帧的第四时刻值T4k；
测量值计算单元，用于根据所述第一时刻值T1k、第二时刻值T2k、第三时刻值T3k、第四时刻值T4k确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；
估计值计算单元，用于根据所述时钟偏差的测量值进行卡尔曼滤波方法计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；
频率偏移确定单元，用于根据第k次时钟偏差的估计值与第k-1次时钟偏差的估计值确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移；
频率同步单元，用于通过数模转换器件将所述第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移转化为电压信号输出到PTP从时钟压控晶振的电压控制端，以使得PTP从时钟压控晶振输出频率信号给PTP从时钟作为基准频率，进行与PTP主时钟的频率同步；
所述测量值计算单元，具体用于：
根据公式：
计算每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)；
所述估计值计算单元，具体用于：
生成卡尔曼滤波信号模型；所述卡尔曼滤波信号模型为：
θ(k)＝θ(k-1)+w(k-1)
其中，θ(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；θ(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差值；w(k-1)为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步到第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间频率同步的独立白噪声；所述w(k-1)的协方差为
所述估计值计算单元，具体用于：
生成卡尔曼滤波观测模型；所述卡尔曼滤波观测模型为：
θk(k)＝θ(k)+v(k)
其中，θk(k)为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值；v(k)为附加在所述θk(k)上的独立白噪声；所述v(k)的协方差为
所述估计值计算单元，具体用于：
生成卡尔曼滤波估计模型；所述卡尔曼滤波估计模型为：
其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差估计值；b(k)为时变增益；
其中，Pe(k)＝P1(k)-b(k)P1(k)；所述Pe(k)为的估计误差的最小均方误差；
从每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)中获取多次时钟偏差的测量值，并以所述多次时钟偏差的测量值的均值作为时钟偏差估计值的初始值将所述初始值对应的最小均方误差Pe(0)作为所述Pe(k)的初始值；
根据所述初始值最小均方误差Pe(0)和每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的测量值θk(k)，通过卡尔曼滤波估计模型迭代计算，确定每次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值
5.根据权利要求4所述的PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置，其特征在于，所述频率偏移确定单元，具体用于：
根据公式：
确定第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd；其中，为第k次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；为第k-1次PTP主时钟与PTP从时钟之间的时钟偏差的估计值；τ为连续两次对时的时间间隔。
6.根据权利要求5所述的PTP主时钟与从时钟之间频率同步的装置，其特征在于，所述频率同步单元，具体用于：
通过公式：
将第k次PTP从时钟相对于PTP主时钟的频率偏移fd转化为电压控制字v；其中n为数模转换器件的量化比特数，所述n大于等于12bit。
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