CN109818701B - 通信设备的高精度时钟同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通信设备的高精度时钟同步方法及系统，涉及时钟同步领域。该方法的步骤包括：通信设备的时钟单元向业务盘下发传输时延值，传输时延值根据时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号，与业务盘上传至时钟单元的时钟信号的时钟相位差得到；业务盘根据传输时延值对时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号。本发明通过接收传输时延值对时钟信号进行相位补偿后，能够使得补偿后的时钟信号与时钟发送信号的输出相位对齐，以此消除了现有技术中因时钟信号的传输时延带来的影响，进而大幅度提高了时钟同步精度。
Description
技术领域
本发明涉及时钟同步领域，具体涉及一种通信设备的高精度时钟同步方法及系统。
背景技术
随着通信技术的发展，移动回传网络伴随着移动网络的发展而不断升级，新业务的应用对5G(5th-generation，第五代移动通信技术)技术指标提出更高的要求；超高精度时钟同步是5G承载关键技术之一，其要求单站点的频率和时间输出偏差在5ns以内。
但是，目前的通信设备难以满足上述超高精度时钟同步要求，其原因为：
通信设备的时钟单元和业务盘通过1组背板总线相连，1组背板总线包括上行时钟总线、下行时钟总线和通信总线，时钟单元通过下行时钟总线将时钟信号传输至业务盘，业务盘通过上行时钟总线将反馈的时钟信号传输至时钟单元。时钟信号在传输的过程中不可避免的会存在时延；与此同时，硬件器件的老化及温飘都会带来时钟信号传输中相位的变化，这些都会增大单站点的频率和时间的输出偏差；进而导致难以满足高精度时钟同步要求。
此外，随着通信设备的集成度的提高，功能需求越来越多，背板的端子也越来越紧张；然而现有的时钟单元通过多组物理总线与多块业务盘相连，1组物理总线对应1块业务盘，多组物理总线占用的背板端子较多，进而可能导致背板出现端子不够用的情形。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何对时钟信号进行相位补偿，进而提高时钟同步精度。
为达到以上目的，本发明提供的通信设备的高精度时钟同步方法，该方法包括以下步骤：通信设备的时钟单元向业务盘下发传输时延值，传输时延值根据时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号，与业务盘上传至时钟单元的时钟信号的时钟相位差得到；业务盘根据传输时延值对时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号。
在上述技术方案的基础上，所述时钟单元向业务盘下发传输时延值的流程包括：时钟单元周期性的选择1块业务盘；该业务盘检测到可以与时钟单元进行时钟信号传输时，向时钟单元上传时钟信号；时钟单元收到时钟信号后向该业务盘下发对应的传输时延值。
在上述技术方案的基础上，所述传输时延值的获取流程包括：当所述时钟发送信号和时钟信号的传输时延相同、且业务盘的初始输出时钟与输入时钟的相位保持一致时，传输时延值T的计算公式为：T＝T1/2，T1为时钟单元下发的时钟发送信号，与业务盘上传的时钟信号的时钟相位差。
本发明提供的通信设备的高精度时钟同步系统，包括1块时钟单元和多块业务盘，时钟单元包括相位测量模块和时钟逻辑控制模块，业务盘包括相位补偿模块和线路逻辑控制模块；
相位测量模块用于：根据时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号，与业务盘上传至时钟单元的时钟信号的时钟相位差，得到传输时延值；
时钟逻辑控制模块用于：将相位测量模块得到的传输时延值下发至线路逻辑控制模块；
线路逻辑控制模块用于：将时钟逻辑控制模块下发的传输时延值发送至相位补偿模块；
相位补偿模块用于：根据线路逻辑控制模块发送的传输时延值，对时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号。
在上述技术方案的基础上，所述时钟单元还包括时钟发送模块和时钟接收模块，所述业务盘还包括时钟输入模块和时钟输出模块；
时钟发送模块用于：将时钟发送信号发送至相位测量模块，向业务盘下发时钟发送信号；
时钟输入模块用于：将时钟发送模块下发的时钟发送信号发送至相位补偿模块；
时钟输出模块用于：将相位补偿模块形成的时钟信号上传至时钟单元；
时钟接收模块用于：将时钟输出模块上传的时钟信号，发送至相位测量模块。
在上述技术方案的基础上，所述时钟单元通过1组背板总线与业务盘相连，背板总线包括用于传输时钟信号的上行时钟总线、以及用于传输时钟发送信号的下行时钟总线。
在上述技术方案的基础上，所述背板总线还包括通信总线，所述时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块的通信路径的选取方式为：判断是否存在未被占用的通信总线，若是，则使用未被占用的通信总线作为通信路径；否则在时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块之间建立数据通道作为通信路径。
在上述技术方案的基础上，所述线路逻辑控制模块的工作流程包括：当上行时钟总线未被占用时，控制业务盘上传时钟信号；
所述时钟逻辑控制模块的工作流程包括：周期性的选择1块业务盘、并向该业务盘的线路逻辑控制模块发送时钟传输信号；收到相位测量模块发送的该业务盘的传输时延值后，将传输时延值发送至该业务盘的线路逻辑控制模块。
在上述技术方案的基础上，所述时钟逻辑控制模块向线路逻辑控制模块发送时钟传输信号时，还需要携带业务盘槽位信息；所述线路逻辑控制模块还用于：向时钟逻辑控制模块发送以下信息：本业务盘类型信息、本业务盘槽位信息、本业务盘是否首次上电信息、以及本业务盘是否支持相位补偿信息。
在上述技术方案的基础上，所述相位测量模块测量传输时延值的流程包括：当时钟发送信号和时钟信号的传输时延相同、且业务盘的初始输出时钟与输入时钟的相位保持一致时，传输时延值T的计算公式为：T＝T1/2，T1为时钟单元下发的时钟发送信号，与业务盘上传的时钟信号的时钟相位差。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)参见本发明的方法和系统可知，本发明能够根据钟盘下发的时钟发送信号和业务盘上传的时钟信号的时钟相位差，来得到时钟信号在下发和上传过程中的传输时延值，在此基础上业务盘通过接收的传输时延值对时钟信号进行相位补偿后，能够使得补偿后的时钟信号与时钟发送信号的输出相位对齐，以此消除了现有技术中因时钟信号的传输时延带来的影响，进而大幅度提高了时钟同步精度。
(2)参见本发明的方法和系统可知，本发明每次只对1块业务盘下发传输时延值并进行相位补偿，其相位补偿逻辑比较简单，耦合度较低，便于人们使用；与此同时，参见本发明的方法和系统可知，本发明会周期性的对业务盘的时钟信号进行相位补偿，即经过一段时间就会时钟信号的相位进行重新校准，进而避免了现有技术中因硬件器件的老化及温飘，带来的时钟信号在传输过程中产生的相位变化，而且实现了相位的实时可调。
与此同时，参见本发明的系统可知，每次只对1块业务盘下发传输时延值并进行相位补偿，能够实现同一时间段内上行时钟总线上只有1块特定业务盘的时钟信号传输，保证了时钟信号完整性和可靠性，进而提高了传输时延值的测量精度。
(3)参见本发明的系统可知，与现有技术中的时钟单元通过多组物理总线与多块业务盘相连相比，本发明的时钟单元通过1组背板总线分别与所有业务盘相连，这大幅度节省了背板端子，显著提高了背板端子的利用率，进而最大化的避免了背板出现端子不够用的情形。
与此同时，本发明在时钟单元和业务盘存在多余通信总线的情况下，能够直接复用通信总线来实现时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块的通信，进而节省了背板的总线资源。
附图说明
图1为本发明实施例中通信设备的高精度时钟同步系统工作流程框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中的通信设备的高精度时钟同步方法，包括以下步骤：
通信设备的时钟单元向业务盘下发传输时延值，传输时延值根据时钟单元(在实际应用中，时钟单元可以单独存在，也可以集成在主控盘、公共盘或其他盘上)下发至业务盘的时钟发送信号，与业务盘上传至时钟单元的时钟信号的时钟相位差得到；业务盘根据传输时延值对时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号。
由此可知，本发明能够根据钟盘下发的时钟发送信号和业务盘上传的时钟信号的时钟相位差，来得到时钟信号在下发和上传过程中的传输时延值，在此基础上，业务盘通过接收的传输时延值对时钟信号进行相位补偿后，能够使得补偿后的时钟信号与时钟发送信号的输出相位对齐，以此消除了现有技术中因时钟信号的传输时延带来的影响，进而大幅度提高了时钟同步精度。
下面通过两个实施例对本发明的方法进行进一步说明。
实施例一：
该方法中的时钟单元向业务盘下发传输时延值的流程包括：
时钟单元周期性的选择1块业务盘；该业务盘检测到可以与时钟单元进行时钟信号传输时(可以传输的条件例如业务盘与时钟单元之间的用于传输时钟信号的总线没有被占用)，向时钟单元上传时钟信号；时钟单元收到时钟信号后向该业务盘下发对应的传输时延值。
由此可知，本发明每次只对1块业务盘下发传输时延值并进行相位补偿，其相位补偿逻辑比较简单，耦合度较低，便于人们使用；与此同时，本发明会周期性的对业务盘的时钟信号进行相位补偿，即经过一段时间就会时钟信号的相位进行重新校准，进而避免了现有技术中因硬件器件的老化及温飘，带来的时钟信号在传输过程中产生的相位变化。
实施例二：
该方法中当时钟发送信号和时钟信号的硬件物理传输时延相同、且业务盘的初始输出时钟与输入时钟的相位保持一致时，传输时延值T的计算公式为：T＝T1/2，T1为时钟单元下发的时钟发送信号，与业务盘上传的时钟信号的时钟相位差。当时钟发送信号和时钟信号的硬件物理传输路径不同时，还可根据其他与T1有关的计算方式得到传输时延值。
由此可知，本领域普通技术人员能够根据上述计算公式清楚的计算得到传输时延值。
参见图1所示，本发明实施例中的通信设备的高精度时钟同步系统，包括1块时钟单元和多块业务盘(业务盘1至N)，时钟单元通过背板总线与业务盘相连，背板总线包括上行时钟总线、下行时钟总线和通信总线；时钟单元包括相位测量模块和时钟逻辑控制模块，业务盘包括相位补偿模块和线路逻辑控制模块。
相位测量模块用于：根据时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号，与业务盘上传至时钟单元的时钟信号的时钟相位差，得到传输时延值：当时钟发送信号和时钟信号的硬件物理传输时延相同、且业务盘的初始输出时钟与输入时钟的相位保持一致时，传输时延值T的计算公式为：T＝T1/2，T1为时钟单元下发的时钟发送信号，与业务盘上传的时钟信号的时钟相位差；当时钟发送信号和时钟信号的硬件物理传输路径不同时，还可根据其他与T1有关的计算方式得到传输时延值；
时钟逻辑控制模块用于：将相位测量模块得到的传输时延值下发至线路逻辑控制模块；
线路逻辑控制模块用于：将时钟逻辑控制模块下发的传输时延值发送至相位补偿模块；
相位补偿模块用于：根据线路逻辑控制模块发送的传输时延值，对时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号。
下面通过六个实施例说明本发明的系统。
实施例三：
参见图1所示，时钟单元还包括时钟发送模块和时钟接收模块，业务盘还包括时钟输入模块和时钟输出模块。
时钟发送模块用于：将时钟发送信号发送至相位测量模块，还通过下行时钟总线向业务盘下发时钟发送信号，为了时钟发送信号的完整性和可靠性，时钟发送模块会一直通过下行时钟总线下发时钟发送信号；
时钟输入模块用于：将时钟发送模块下发的时钟发送信号发送至相位补偿模块；
时钟输出模块用于：将相位补偿模块形成的时钟信号上传至时钟单元；
时钟接收模块用于：通过上行时钟总线接收时钟信号后，将时钟信号发送至相位测量模块。
由此可知，本发明为时钟单元与业务盘之间时钟信号的下发和上传，以及时钟单元与业务盘内时钟信号的发送，均构建了相应的逻辑模块，以此来实现时钟信号的传输。
实施例四：
在实施例三的基础上，与现有技术中的时钟单元通过多组物理总线与多块业务盘相连相比，参见图1所示，本发明的时钟单元通过1组背板总线分别与所有业务盘相连，进而大幅度节省了背板端子，显著提高了背板端子的利用率。
实施例五：
在实施例四的基础上，线路逻辑控制模块的工作流程包括：当上行时钟总线未被占用时，控制时钟输出模块通过上行时钟总线上传时钟信号；
时钟逻辑控制模块的工作流程包括：周期性的选择1块业务盘、并向该业务盘的线路逻辑控制模块发送时钟传输信号；收到相位测量模块发送的该业务盘的传输时延值后，将传输时延值发送至该业务盘的线路逻辑控制模块。
由此可知，本发明每次只对1块业务盘下发传输时延值并进行相位补偿，不仅相位补偿逻辑比较简单，而且实现了同一时间段内上行时钟总线上只有1块特定业务盘的时钟信号传输，保证了时钟信号完整性和可靠性，进而提高了传输时延值的测量精度。
实施例六：
在实施例五的基础上，时钟逻辑控制模块和线路逻辑控制模块的通信路径的通信协议需要包含以下字节信息功能定义：时钟逻辑控制模块向线路逻辑控制模块发送的数据字节信息功能必须包括(即时钟逻辑控制模块向线路逻辑控制模块发送时钟传输信号时，还需要携带以下信息)：业务盘槽位信息；线路逻辑控制模块向时钟逻辑控制模块发送的数据字节信息功能必须包括(即线路逻辑控制模块还用于：向时钟逻辑控制模块发送以下信息)：本业务盘类型信息、本业务盘槽位信息、本业务盘是否首次上电信息、以及本业务盘是否支持相位补偿信息等。
实施例七：
在实施例五的基础上，参见图1所示，时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块的双向通信路径的选取方式为：判断是否存在未被占用的通信总线，若是，则使用未被占用的通信总线作为通信路径；否则在时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块之间建立数据通道作为通信路径。
由此可知，本发明在时钟单元和业务盘存在多余通信总线的情况下，能够直接复用通信总线来实现时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块的通信，进而节省了背板的总线资源。
实施例八：
参见图1所示，本实施例中的高精度时钟同步系统对业务盘1进行相位补偿的流程为：
(1)确认时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块的通信路径，由于存在多余的通信总线，因此将通信总线作为通信路径。
(2)时钟单元和业务盘1初始化：
时钟单元初始化：时钟单元初始化上电时，时钟逻辑控制模块默认发送给所有线路逻辑控制模块，告知其使能控制模块的发送使能为关；时钟单元初始化上电正常后，通信总线的通信协议正常。
业务盘1初始化：
业务盘1上电后，其使能控制模块的发送使能为关(被时钟单元默认控制)，即不向上行时钟总线发送时钟信号，使能控制模块的接收使能为开。
(3)时钟单元的时钟发送模块通过下行时钟总线将时钟发送信号下发至所有业务盘，业务盘1的时钟输入模块将时钟发送信号发送至相位补偿模块。相位补偿模块根据线路逻辑控制模块发送的传输时延值对时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号；第一次收到时钟发送信号时没有传输时延值，则跳过相位补偿过程，直接形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号；传输时延值为0代表相位已补偿完成，即时钟发送信号与时钟信号的相位已对齐。
步骤(3)中线路逻辑控制模块发送的传输时延值的生成过程为：
业务盘1上电后，使能控制模块的接收使能会实时监测时钟上行总线是否被占用(即有无时钟信号)。
时钟单元根据预先设置的业务盘控制规则，确定需要进行相位补偿的业务盘为业务盘1，时钟逻辑控制模块向业务盘1的线路逻辑控制模块下发发送使能打开命令，线路盘1监测到时钟上行总线未被占用时(占用则业务盘1不可发送时钟信号)，打开使能控制模块的发送使能，此时业务盘1的时钟输出模块会将时钟信号上传至时钟单元。
时钟单元的时钟接收模块将业务盘1的时钟信号发送给相位测量模块，相位测量模块根据时钟发送信号和时钟信号的时钟相位差T1，计算得到传输时延值T；由于时钟发送信号和时钟信号的硬件物理传输路径相同，因此T＝T1/2。相位测量模块将传输时延值通过时钟逻辑控制模块发送至业务盘1的线路逻辑控制模块，线路逻辑控制模块将传输时延值发送至相位补偿模块。
上述预先设置的业务盘控制规则为：
一、按照业务盘编号顺序轮询控制业务盘；
二、若时钟逻辑控制模块多次监测到当前正在控制的业务盘的传输时延值均为0时，则关闭当前业务盘的发送使能，控制下一块业务盘；
三、打开业务盘的发送使能后，开始计时，指定时间过后关闭当前业务盘的发送使能，控制下一块业务盘；以防止业务盘出现挂死时导致系统一直占用；
四、若检测到新上电的业务盘，则优先控制新业务盘；若当前正在控制其他业务盘，则将新业务盘作为下一块业务盘来控制。
需要说明的是：本发明实施例提供的系统在进行模块间通信时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
进一步，本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种通信设备的高精度时钟同步方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
通信设备的时钟单元向业务盘下发传输时延值，传输时延值根据时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号，与业务盘上传至时钟单元的时钟信号的时钟相位差得到；
业务盘根据传输时延值对时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号；
时钟单元周期性的选择1块业务盘；该业务盘检测到可以与时钟单元进行时钟信号传输时，向时钟单元上传时钟信号；时钟单元收到时钟信号后向该业务盘下发对应的传输时延值；
所述传输时延值的获取流程包括：当所述时钟发送信号和时钟信号的传输时延相同、且业务盘的初始输出时钟与输入时钟的相位保持一致时，传输时延值T的计算公式为：T＝T1/2，T1为时钟单元下发的时钟发送信号，与业务盘上传的时钟信号的时钟相位差。
2.一种通信设备的高精度时钟同步系统，包括1块时钟单元和多块业务盘，其特征在于：时钟单元包括相位测量模块和时钟逻辑控制模块，业务盘包括相位补偿模块和线路逻辑控制模块；
相位测量模块用于：根据时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号，与业务盘上传至时钟单元的时钟信号的时钟相位差，得到传输时延值；
时钟逻辑控制模块用于：将相位测量模块得到的传输时延值下发至线路逻辑控制模块；
线路逻辑控制模块用于：将时钟逻辑控制模块下发的传输时延值发送至相位补偿模块；
相位补偿模块用于：根据线路逻辑控制模块发送的传输时延值，对时钟单元下发至业务盘的时钟发送信号进行相位补偿后，形成与时钟发送信号的时钟相位基本一致的时钟信号；
所述线路逻辑控制模块的工作流程包括：当上行时钟总线未被占用时，控制业务盘上传时钟信号；
所述时钟逻辑控制模块的工作流程包括：周期性的选择1块业务盘、并向该业务盘的线路逻辑控制模块发送时钟传输信号；收到相位测量模块发送的该业务盘的传输时延值后，将传输时延值发送至该业务盘的线路逻辑控制模块；
所述相位测量模块测量传输时延值的流程包括：当时钟发送信号和时钟信号的传输时延相同、且业务盘的初始输出时钟与输入时钟的相位保持一致时，传输时延值T的计算公式为：T＝T1/2，T1为时钟单元下发的时钟发送信号，与业务盘上传的时钟信号的时钟相位差。
3.如权利要求2所述的通信设备的高精度时钟同步系统，其特征在于：所述时钟单元还包括时钟发送模块和时钟接收模块，所述业务盘还包括时钟输入模块和时钟输出模块；
时钟发送模块用于：将时钟发送信号发送至相位测量模块，向业务盘下发时钟发送信号；
时钟输入模块用于：将时钟发送模块下发的时钟发送信号发送至相位补偿模块；
时钟输出模块用于：将相位补偿模块形成的时钟信号上传至时钟单元；
时钟接收模块用于：将时钟输出模块上传的时钟信号，发送至相位测量模块。
4.如权利要求3所述的通信设备的高精度时钟同步系统，其特征在于：所述时钟单元通过1组背板总线与业务盘相连，背板总线包括用于传输时钟信号的上行时钟总线、以及用于传输时钟发送信号的下行时钟总线。
5.如权利要求4所述的通信设备的高精度时钟同步系统，其特征在于：所述背板总线还包括通信总线，所述时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块的通信路径的选取方式为：判断是否存在未被占用的通信总线，若是，则使用未被占用的通信总线作为通信路径；否则在时钟逻辑控制模块与线路逻辑控制模块之间建立数据通道作为通信路径。
6.如权利要求2所述的通信设备的高精度时钟同步系统，其特征在于：所述时钟逻辑控制模块向线路逻辑控制模块发送时钟传输信号时，还需要携带业务盘槽位信息；所述线路逻辑控制模块还用于：向时钟逻辑控制模块发送以下信息：本业务盘类型信息、本业务盘槽位信息、本业务盘是否首次上电信息、以及本业务盘是否支持相位补偿信息。
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