CN109391383A

CN109391383A - 最大时间间隔误差测量方法

Info

Publication number: CN109391383A
Application number: CN201710684979.2A
Authority: CN
Inventors: 李科; 楚鹰军; 王茂凌
Original assignee: Telecommunication Science And Technology Fifth Research Institute Co Ltd
Current assignee: Telecommunication Science And Technology Fifth Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2019-02-26

Abstract

最大时间间隔误差测量方法，涉及同步网通信技术领域，本发明包括下述步骤：1)在时间间隔误差数列中，以长度为n的滑动窗为观察窗；2)计算并记录观察窗中各位数据的最大值、最大值所在数列位置、最小值、最小值所在数列位置，以及最大值和最小值的差值的绝对值，称此绝对值为ppk；3)观察窗向后滑动一次，计算并记录；4)重复步骤3)直至误差数列的最末位进入观察窗；5)以各次计算所得的ppk值中的最大值为此观察窗长度对应的峰‑峰值；6)增加观察窗长度，重复步骤2)～步骤5)，记录与观察窗长度对应的峰‑峰值；7)重复步骤6)，直至观察窗长度达到预设长度。本发明在保证最大时间间隔误差曲线完整的同时减小了计算次数。

Description

最大时间间隔误差测量方法

技术领域

本发明涉及到同步网通信技术领域，特别涉及一种最大时间间隔误差的测量方法。

背景技术

在测控系统以及同步网通信领域中，经常需要一种时间与频率服务器为设备提供定时与同步的时标信号。对时标信号的时频稳定性的评价参数具有多种，其中最大时间间隔误差(MTIE)是评估时标信号的长期稳定性的一种重要指标。而 MTIE的估计以参考时钟与被测时钟间的时间误差测量数据为基础，它包括两部分，一部分是时间误差(TE)样本数据的采集，另一部分是对TE样本数据的计算处理，而MTIE计算方法的优劣将直接影响MITE测量的置信度和效率。

时间误差x(t)表示被测时钟T(t)与参考时钟T_r(t)的时间偏差，可用下式表示：

x(t)＝T(t)-T_r(t)

时间误差序列{x_i}是指在一个测量周期T内以一定的采样周期τ₀对时间误差 x(t)的采样值。ITU-T G.810定义MTIE的评估值为在观察窗τ(τ＝nτ₀)内被测时钟与理想时钟的时间序列的最大峰峰值，可用下式表示：

由于计算MTIE的时间复杂度随着测量周期和观察窗的宽度递增而递增，目前对MITE指标的测量通常采用先采集时间误差数据序列，再导出时间误差数据，利用计算机进行分析的方法。测量过程较为繁琐，测量成本较高，难以在基于嵌入式平台的便携式测量仪表对同步网中时间与频率设备的MTIE指标实时测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种最大时间间隔误差的测量方法，能够减小在不同观察窗中计算最大时间间隔误差的时间复杂度。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，最大时间间隔误差测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)在时间间隔误差数列中，以长度为n的滑动窗为观察窗，

2)以数据序列中的第一位数据作为观察窗内的第一位数据，计算并记录观察窗中各位数据的最大值、最大值所在数列位置、最小值、最小值所在数列位置，以及最大值和最小值的差值的绝对值，称此绝对值为ppk；

3)保持观察窗长度不变，观察窗向后滑动一次，计算并记录观察窗中各位数据的最大值、最大值所在数列位置、最小值、最小值所在数列位置，以及最大值和最小值的差值的绝对值ppk；

4)重复步骤3)直至误差数列的最末位进入观察窗，计算并记录观察窗中各位数据的最大值、最大值所在数列位置、最小值、最小值所在数列位置，以及最大值和最小值的差值的绝对值ppk；

5)以各次计算所得的ppk值中的最大值为此观察窗长度对应的峰-峰值；

6)增加观察窗长度，重复步骤2)～步骤5)，记录与观察窗长度对应的峰-峰值；

7)重复步骤6)，直至观察窗长度达到预设长度。

本发明所提供的最大时间间隔误差测量方法，通过外部参考时钟校准核心时间模块输出内部时钟参考，使得在没有外界参考时钟信号的情况下，不影响系统测量最大时间间隔误差。同时采用边界决策数据缩减法，大大减小了在不同观察窗中计算最大时间间隔误差的时间复杂度。对观察窗的大小采用对数坐标等间隔法，在保证最大时间间隔误差曲线完整的同时减小了计算次数，可在基于嵌入式平台的测试仪表中直接的完成最大时间间隔误差的实时测量。

附图说明

图1是采用本发明方法的测量系统的结构示意图。

图2是本发明的测量方法的示意图。

图3是实施例的误差序列示意图。

具体实施方式

参照图1、2，给出本发明的最大时间间隔误差的测量方法，该方法包括：

将外部时钟参考中的频率信号接入铷钟控制模块，铷钟控制模块根据所述输入的频率信号以及铷钟输出的频率信号通过鉴相器，得到外部时钟参考信号中的频率信号与铷钟输出的频率信号的相位差，铷钟控制模块利用相位差采用PID 控制器驯服铷钟，以此形成一个闭环的铷钟控制器，使得铷钟输出一个稳定的 10MHz频率信号，铷钟输出的10MHz频率信号接入核心时间模块，为其提供一个稳定的频率源。同时，将外部时钟参考中的时间信号接入核心时间模块校准核心时间使得核心时钟模块输出与外部参考时钟同步的内部时钟参考，以此保证测量系统在系统内部的铷钟被驯服与核心时间模块被校准之后可以在不接外部参考时钟的情况下使用。

将被测时钟信号与内部时钟参考接入时间误差采样模块，时间误差采样模块以τ₀为周期测量被测时钟信号与内部时钟参考信号之间的时间误差，生成时间误差序列{x_i}。

当采样得到时间误差序列{x_i}之后，便可以根据MTIE的计算公式计算得到不同观察窗nτ₀的数据。然而，若测试时间较长，采集到的时间误差序列数据量则非常大，仅简单的利用公式或现有的一些改进方法来计算数据，计算的时间复杂度很大，使得数据难以在嵌入式仪表设备中实时计算得到。

因此，本实施方式中提出了一种边界决策数据缩减法计算MTIE，计算步骤如下：

步骤A、根据所述的时间间隔误差数据序列，以第1观察窗查找当前滑动窗的最大值和最小值，根据当前滑动窗的最大值和最小值计算出当前滑动窗的最大时间间隔误差；

步骤B、将当前滑动窗的最大值和最小值保存在新序列中与其相对应的位置，并将滑动窗向右滑动一个序列；

步骤C、若滑入当前滑动窗的值大于等于上一滑动窗的最大值，则取最大值为滑入当前滑动窗的值，若滑出当前滑动窗的值是上一滑动窗的最小值，则在当前滑动窗查找最小值；

步骤D、若滑入当前滑动窗的值小于等于上一滑动窗的最小值，则取最小值为滑入当前滑动窗的值，若滑出当前滑动窗的值是上一滑动窗的最大值，则在当前滑动窗查找最大值；

步骤E、若滑入当前滑动窗的值的大小在上一滑动窗的最大值与最小值之间，如果滑出当前滑动窗的值是上一滑动窗的最小值，则在当前滑动窗查找最小值，如果滑出当前滑动窗的值是上一滑动窗的最大值，则在当前滑动窗查找最大值；

步骤F、根据当前滑动窗的最大值和最小值计算出当前滑动窗的最大时间间隔误差，并比较当前滑动窗的最大时间间隔误差与上一滑动窗的最大时间间隔误差，得到当前滑动窗与上一滑动窗的最大时间间隔误差的最大值；

步骤G、重复步骤B、C、D、E和F，直到滑动窗滑出时间间隔误差数据序列，得到第1观察窗的最大时间间隔误差；

步骤H、以新生成的序列作为时间间隔误差数据序列，采用第2观察窗重复步骤A、B、C、D、E、F和G，计算出第2观察窗的最大时间间隔误差；

步骤I、重复步骤H，直到求出第N观察窗的最大时间间隔误差。

本发明提出的边界决策数据缩减法计算MTIE值，引入了两个计算过程，即时间误差序列边界决策过程和时间误差序列逐次缩减过程。

参照图2，以一个具体示例来说明边界决策数据缩减法计算MTIE的原理及计算过程，在示例中取时间误差的采用时周期为τ₀，由时间误差测量模块获得的时间误差序列为{x_i}，取最小观察时间窗为τ_min＝4τ₀，最大观察窗为τ_max，计算MTIE的具体操作步骤如下：

步骤1、取初始化的时间误差数据序列为{x_i}，其中i＝0,…,N，定义k＝1，第k观察窗τ_k＝n_kτ₀，其中第k观察时间窗内时间误差序列间隔n_k＝4；

步骤2、定义max＝0，min＝0，imax＝0，imin＝0，old＝0，new＝0， diff＝0及最大时间间隔误差mtie(τ_k)＝0，在时间误差数据序列的滑动窗 [x(old),x(old+n_k)]内求出最大值max和最小值min，记录最大值max和最小值 min对应的序列号imax和imin，求出当前滑动窗内时间间隔误差的峰-峰值 ppk＝max-min，则有mtie(τ_k)＝ppk，在新的时间误差序列中imax和 imin位置记录时间间隔误差数据x(imax)和x(imin)；

步骤3、将滑动窗向右移动1个数据序列，滑入滑动窗的新的数据误差序列数据的序号new＝old+n_k；

步骤4、如果x(new)≥max，则max＝x(new)，imax＝new，若old＝imin，滑动窗则在[x(old+1),x(new)]中重新求得最小值min并记录最小值 min的位置imin；old为本次滑动中滑出滑动窗的数据位，new为本次滑动中滑入滑动窗的数据位；

步骤5、如果x(new)≤min，则min＝x(new)，imin＝new，若old＝imax，滑动窗则在[x(old+1),x(new)]中重新求得最大值max并记录最大值 max的位置imax；

步骤6、如果min<x(new)<max，若old＝imin，滑动窗则在 [x(old+1),x(new)]中重新求得最小值min并记录最小值min的位置imin，若 old＝imax，滑动窗则在[x(old+1),x(new)]中重新求得最大值max并记录最大值max的位置imax；

步骤7、求出当前滑动窗内时间间隔误差的峰-峰值ppk＝max-min，如果 ppk>mtie(τ_k)则mtie(τ_k)＝ppk，在新的时间误差序列中imax和imin位置记录时间间隔误差数据x(imax)和x(imin)；

步骤7、重复步骤3、步骤4、步骤5和步骤6，直到滑动窗滑到时间误差序列末尾，即new＝N，可以得第1观察时间窗的最大时间间隔误差mtie(τ₁)＝8，同时得到新的时间误差间隔序列

步骤8、以新生成的缩减序列为时间误差间隔数据序列，取k＝k+1，重复步骤2、步骤3、步骤4步骤5、步骤6和步骤7，计算第2观察窗τ₂的最大时间间隔误差mtie(τ₂)＝8；

步骤9、重复步骤8计算第n观察窗τ_n的最大时间间隔误差mtie(τ_n)。

在计算MTIE时，第1观察窗至第N观察窗的大小逐次加大，由于MTIE 曲线的横坐标需要以观察窗大小的对数作为横坐标，做每次只递增一个间隔，将增加MTIE计算的次数，本实施方式在不影响MTIE评估以及不影响MTIE曲线显示的同时减小计算次数，采用MTIE曲线的对数坐标轴等间隔计算法。若第k 观察窗的大小为i(k)，则第k+1观察窗的大小i(k+1)＝i(k)+(0.9/d)×10ⁿ(其中， d为最大时间间隔误差对数坐标曲线每10倍刻度需要描绘的点数，当i(k)<1时 n＝0，当i(k)≥1时n＝floor{lg[i(k)]}+1，floor函数取不大于当前数据的最大整数)。

更具体的实施例：

参见图2，本实施例的时间误差序列由序号为0～16共17位数据构成(本发明所称的“位”是指数据在数列中所占的位置，并非数据长度)，第一个观察窗的长度为4位(即图中的4τ₀)，第一个观察窗自左向右滑动至数列末尾，每次观测和计算得到的最大值以★标记，最小值以☆标记。构建一个与原数列等长的新数列，新数列的各位为空。每次观测时在新数列的对应位置记录观察窗内的最大值和最小值，得到一个缩减数列。计算每次观察得到的最大值和最小值之差的绝对值，比较并记录最大的绝对值，称为峰-峰值。例如，图2中第一观察窗滑动时产生的各个的最大值和最小值之差中，最大的一个为9-1＝8，记录为MTIE(4τ₀)＝8。

然后增加观察窗的长度，再次自左向右滑动至数列末尾，记录最大值和最小值，同样的，计算新的观察窗下的峰-峰值。

重复增加观察窗的长度，计算，记录，最终得到对应于各个观察窗长度的峰 -峰值。以此映射关系作为最终结果。

参见图3。

若时间误差采样模块以τ₀＝1/30s的周期进行采样，生成时间误差序列{x_i}。取最小观察窗的长度τ₁＝0.1(s)，则最小观察窗内的时间误差序列数量为n₁＝4。同时，为了绘制MTIE的对数坐标曲线图，若取每10倍刻度需要计算的点数d为 3，根据图3所示，则可以得出各个观察窗的长度τ₁,τ₂,…,τ₁₃及观察窗内的时间误差序列数量n₁,n₂,…,n₁₃分别如下。

第1观察时间窗：

第2观察时间窗：

第4观察时间窗：

第5观察时间窗：

第13观察时间窗：。

Claims

1.最大时间间隔误差测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)在时间间隔误差数列中，以长度为n的滑动窗为观察窗，

7)重复步骤6)，直至观察窗长度达到预设长度。

2.如权利要求1所述的最大时间间隔误差测量方法，其特征在于，所述步骤6)中，以长度相同的观察窗为同一个观察窗，设第k个观察窗的长度为i(k)，则第k+1个观察窗的长度i(k+1)＝i(k)+(0.9/d)×10ⁿ，其中d为最大时间间隔误差对数坐标曲线每10倍刻度需要描绘的点数，当i(k)<1时n＝0，当i(k)≥1时n＝floor{lg[i(k)]}+1，floor函数取不大于当前数据的最大整数。