CN1758583B - 时钟、信令复用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时钟、信令复用方法，用于在分布式系统的主控时钟板和各业务单板之间传送所需信息，所述方法包括：由主控时钟板产生参考频率源信息、系统定时信息和单工信令；将参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流；分别将串行数据流传送到各业务单板上；各业务单板根据串行数据流获取需要的信息。本发明还公开了一种时钟、信令复用系统，包括主控时钟板、至少一个业务单板及至少一条连接所述主控制时钟板和所述业务单板的物理总线。利用本发明，可以简化系统物理布线，提高各单板接口的可扩展性，减少物理器件，降低实现成本。

Description

时钟、信令复用方法及系统 

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种时钟、信令复用方法及系统。 

背景技术

目前，通信设备大都采用分布式系统结构，分布式系统结构的优点是可以方便地把不同的功能分配到不同的单板上，便于开发时进行模块化的设计和调试。通常会有一个核心的控制单元，通过信令交互，统一控制整个系统的运行。同时，要求系统中的各子模块作为一个整体，工作在严格统一的时钟频率和系统时间上。因此，通常会有一个核心的系统时钟，产生频率源和系统时间。其中，频率源被分发到各个业务单板，作为各单板本地锁相环的参考输入，以产生锁定系统频率的各种时钟；同时，系统时间，例如帧定时、帧号等信息，也被分发到各个业务单板，作为系统定时信息，协助处理业务流。通常，核心控制单元还需要一些单工信令，对各个业务单板进行特殊的控制，例如复位控制。针对这种逻辑关系，物理上通常将核心的系统时钟和核心控制单元设计在一块单板上，作为系统的主控时钟板。 

由于通信系统是一种实时信息处理系统，对时钟频率的精度要求很高，而且时钟的质量还直接影响无线射频信号的近端相噪、杂散等指标，所以目前都是由主控时钟板产生低频的参考时钟，分别传送给系统中的各业务单板，再由各业务单板通过各自的锁相环锁定后产生各自需要的不同频率，这些不同频率锁定在同一个参考频率上，在频率上完全同步。而系统的时间信息，例如帧定时、帧号，由主控时钟板上的逻辑器件产生，通过单独的时钟总线传输给各业务单板。单工控制信令，例如复位、广播消息等，由于其特殊性，主控时钟板 通过独立的单工控制通道，对各业务单板进行控制。 

上述时钟和信令通道的传输方式如图1所示。由该图可见，这种方式中各业务单板所需的频率源、时间信息及单工控制信令分别由主控时钟板通过单独的物理连线提供，使每条物理连线的带宽不能充分利用。 

在实现图1所示的传输方式时，需要对频率信号、时间信号和单工信令分别采用各自对应的接口芯片，如图2所示。由此可见，有多个业务单板时，会使设备背板总线复杂，背板上布线会随单板数量增加而呈线性上升，增加了布线难度和成本；这种方式中每个单板都要对这三个信号分别进行处理，增加单板上背板接口驱动隔离芯片，这样，不仅会造成接口信号的浪费，而且还会占用单板较多的背板接口资源，增加单板设计成本，特别是对主控时钟板，由于它是一对多的关系，会占用更多的背板接口资源，影响系统的扩展性。 

发明内容

本发明的目的是提供一种时钟、信令复用方法，以避免现有技术中使用单独的时钟及信令控制信号总线时造成的物理连线带宽的浪费。 

本发明的另一个目的是提供一种时钟、信令复用系统，以克服现有技术中系统设计复杂、成本高的缺点，以降低系统设计成本，并提高系统的扩展性。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

一种时钟、信令复用方法，用于在分布式系统的主控时钟板和各业务单板之间传送所需信息，所述方法包括： 

A、由所述主控时钟板产生参考频率源信息、系统定时信息和单工信令； 

B、将所述参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流； 

C、分别将所述串行数据流通过不同的物理总线传送到所述各业务单板上； 

D、所述各业务单板根据所述串行数据流获取需要的信息。 

所述步骤B包括： 

B1、通过所述串行数据流的上升沿承载所述频率源信息； 

B2、通过所述串行数据流的脉宽承载所述定时信息和单工信令。 

所述步骤B2包括： 

B21、设定编码方式； 

B32、按照所述设定的编码方式对所述定时信息和单工信令进行编码； 

B33、将编码后的定时信息和单工信令通过脉宽调制到所述串行数据流上。 

所述步骤C具体为： 

分别通过不同的物理总线将所述串行数据流传送到所述各业务单板上。 

所述步骤D包括： 

D1、通过锁相环锁定所述串行数据流，获取所述业务单板所需的频率； 

D2、通过解码所述串行数据流，获取所述系统的定时信息和单工信令。 

一种时钟、信令复用系统，所述系统包括： 

主控时钟板，用于产生参考频率源、系统定时信息和单工信令； 

至少一个业务单板，用于完成所述系统的业务功能； 

至少一条连接所述主控制时钟板和所述业务单板的物理总线，用于向所述业务单板传送所述主控时钟板产生的参考频率源信息、系统定时信息和单工信令。 

所述主控时钟板包括： 

时钟源模块，用于产生所述参考频率源； 

定时信息产生模块，用于产生所述系统定时信息； 

单工信令产生模块，用于产生所述系统单工信令； 

编码模块，分别耦合于所述时钟源模块、定时信息产生模块和单工信令产生模块，用于将所述参考频率源、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数 据流输出； 

输出接口模块，耦合于所述编码模块，用于将所述串行数据流通过所述物理总线输出到所述业务单板。 

所述主控制时钟板还包括： 

编码锁相环模块，耦合于所述编码模块，用于使所述编码模块输出的串行数据流的频率与所述时钟源模块产生的参考频率源的频率一致。 

所述业务单板包括： 

输入接口模块，用于接收所述物理总线输入的串行数据流； 

解码锁相环模块，耦合于所述输入接口模块，用于根据所述输入接口模块输出的串行数据流获取所述业务单板所需的频率； 

解码模块，耦合于所述输入接口模块，用于对所述串行数据流进行解码； 

定时信息获取模块，耦合于所述解码模块，用于根据解码后的串行数据流获取系统定时信息； 

单工信令获取模块，耦合于所述解码模块，用于根据解码后的串行数据流获取系统单工信令。 

所述业务单板包括： 

频率恢复模块，分别耦合于所述输入接口模块和所述解码锁相环模块，用于调整所述输入接口模块输出的串行数据流频率，并将调整后的信号输入所述解码锁相环模块。 

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明将频率源信息、定时信息及单工信令复用成一个串行数据流，在一根物理线上传输，大大减少了主控制时钟板和每块业务单板之间的连线数量，尤其成倍地减少了主控时钟板的接口资源，简化了物理布线，从而提高了各单板接口的扩展性。本发明中三种信号的复用中对信号编解码的处理可以集成在编程器件上实现，减少了物理器件，简化了单板设计，从而可降低实现成本。 

附图说明

图1是现有技术中时钟和信令的传输方式示意图； 

图2是现有技术中实现图1所示传输方式时的接口结构示意图； 

图3是本发明方法的流程图； 

图4是本发明方法中时钟、信令复用方式的接口结构示意图； 

图5是本发明方法的实现过程示意图； 

图6是本发明系统的原理图； 

图7是本发明系统的第一实施例结构示意图； 

图8是本发明系统的第二实施例结构示意图； 

图9是基本的锁相环结构示意图。 

具体实施方式

本发明的核心在于充分利用分布式系统物理连线的带宽，简化单板和背板布线，将主控时钟板和每块业务单板之间，由原来的三种物理总线，集成为一条物理总线，即将主控时钟板需要传送给其他业务单板的频率源信息、定时信息和单工信令复用成一个串行数据流，在一根据物理线上传输，分别传送到各业务单板上。各业务单板通过对该串行数据流进行解码获取各自需要的信息。 

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。 

本技术领域人员知道，分布式系统通常会有一个核心的系统钟，产生频率源和系统时间，例如，帧定时、帧号等信息，同时，系统还要求有一个核心的控制单元，统一控制整个系统的工作，也就是控制各业务单板完成业务处理功能。控制单元对各业务单板的控制需要一些单工信令，例如复位、广播消息等， 这些频率信息、时间信息和单工信令都需要发送到各业务单板，以使各业务单板与系统钟保持同步。 

通常，核心控制单元与系统钟集成在一块单板上，当然，为了系统设计的需要，也可以将系统时钟单独设计在一块单板上，为了叙述方便，下面的描述均称为主控时钟板。 

这样，为了简化分布式系统中主控时钟板和各业务单板之间所需信息的传送，减少传送信息所需的物理连线，本发明将上述三种信号复用在一条物理总线上传送，具体实现方法参见图3。 

参照图3，图3是本发明方法流程图，包括以下步骤： 

首先，在步骤301：由主控时钟板产生参考频率源信息、系统定时信息和单工信令。 

比如，通过晶振产生系统时钟信号，对该时钟信号进行分频或通过该信号触发一个电路等，使之产生系统所需的定时信息，由核心控制单元产生单工信令。 

然后，进到步骤302：将所述参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流。比如，可以将定时信息、单工信令、频率信息由同一个逻辑处理芯片进行编码，合成一路串行数据流，由数据流上升沿表示频率信息，由脉宽的不同宽度表示串行数据“0”“1”比特，用户可以对“0”“1”数据流进行自定义，以表示定时信息和单工信令。 

复用方式如下： 

通过串行数据流的上升沿承载频率源信息。也就是说，各个单板上锁相环需要的输入频率信息，由串行数据流的上升沿表示。 

通过串行数据流的脉宽承载定时信息和单工信令。 

按下述过程完成对定时信息和单工信令的承载： 

(1)设定编码方式； 

(2)按照设定的编码方式对定时信息和单工信令进行编码； 

(3)将编码后的定时信息和单工信令通过脉宽调制到串行数据流上。 

上述对定时信息和单工信令的编码可以自行定义，例如，可以定义，正脉宽占用整个周期的25％表示携带码字“1”，正脉宽占用整个周期的75％表示携带码字“0”，连续的几个周期，就可以表示类似“11000...”的信息。 

参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用为了一个串行数据流，这样，就可以将该编码的数据流经过系统背板接口驱动芯片，输出到背板上。 

即进到步骤303：分别通过不同的物理总线将所述串行数据流传送到各业务单板上。 

传送方式如图4所示：由该图可见，主控时钟板和各业务单板由现有技术中的至少三个接口芯片简化为一个接口芯片。通过主控时钟板接口芯片，将参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用后的串行数据流驱动到不同的物理总线上，通过这些物理总线将相同的串行数据流分别传送到各业务单板的接口芯片上。 

然后，进到步骤304：各业务单板通过锁相环锁定串行数据流，获取业务单板所需的频率。 

本技术领域人员知道，锁相环是一个负反馈环路，其输出信号与参考信号相位同步。将输入的串行数据流作为参考信号，通过锁相环锁定，以保证各业务单板的相位与主控时钟板的相位同步，也就是说使各业务单板与系统保持同步。 

步骤305：通过解码串行数据流，获取系统的定时信息和单工信令。 

解码的方式主控时钟板上对系统定时信息和单工信令复用时的编码相对应，以便使各业务单板正确识别所述串行数据流，并从中获得所需的信息。 

上述实现参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用，并通过物理总 线将复用后的串行数据流传送到各业务单板的过程通过图5能更清楚地看出。 

参照图5，图5是本发明方法的实现过程示意图： 

主控时钟板上产生频率信息、定时信息、单工信令，通过编码器将产生的定时信息和单工信令叠加到频率信息上，也就是通过频率信号承载定时信息和单工信令，具体的承载方式前面已作详细说明，比如： 

通过串行数据流的上升沿携带频率信息，当然，也可以通过串行数据数据流的下降沿携带频率信息。通过串行数据流的脉宽携带定时和单工信令信息。 

参照图6，图6是本发明系统的原理图： 

该系统包括：产生参考频率源、系统定时信息和单工信令的主控制时钟板60，n个用于完成系统业务功能的业务单板61、62、...、6n。主控制时钟板将产生的参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流，对应于这n个业务单板，通过n条物理总线L1、L2、...、Ln将该串行数据流传送到各业务单板。各业务单板从对应的串行数据流中获取需要的频率信息、定时信息及单工信令，并和系统时钟保持同步。 

图7是本发明系统的第一实施例： 

在该实施例中， 

主控时钟板60包括：用于产生参考频率源的时钟源模块601；用于产生系统定时信息的定时信息产生模块602；用于产生系统单工信令的单工信令产生模块603。 

另外，在主控时钟板60中还包括： 

编码模块604，分别耦合于时钟源模块、定时信息产生模块和单工信令产生模块，用于将参考频率源、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流输出； 

输出接口模块605，耦合于编码模块604，用于将串行数据流通过物理总线L1输出到业务单板。 

业务单板61包括： 

用于接收物理总线L1输入的串行数据流的输入接口模块615；耦合于所述输入接口模块615，用于根据所述输入接口模块输出的串行数据流获取所述业务单板所需频率的解码锁相环模块611；耦合于输入接口模块615，用于对串行数据流进行解码的解码模块614；耦合于解码模块614，用于根据解码后的串行数据流获取系统定时信息的定时信息获取模块612；耦合于解码模块614，用于根据解码后的串行数据流获取系统单工信令的单工信令获取模块613。 

通过主控时钟板上的时钟源模块、定时信息产生模块、单工信令产生模块分别产生系统参考频率源、定时信息、单工信令，然后，由编码模块对这三种系统信息进行编码，将其复用为一条串行数据流，比如，利用该串行数据流的上升沿承载频率源信息，利用串行数据流的脉冲宽度携带定时和单工信令信息。然后，通过主控时钟板上的输出接口输出该串行数据流。主控制时钟板和各业务单板之间数据流的传送由一根物理总线来实现，即通过物理总线L1将输出接口输出的串行数据流引到业务单板的输入接口。 

业务单板从输入接口接收包含系统频率信息、定时信息和单工信令的该串行数据流，然后，由解码锁相环模块直接根据该串行数据流获取业务单板所需的频率，同时，由解码器对该串行数据流进行解码，将解码后的数据流分别输入到定时信息获取模块和单工信令获取模块，由这两个模块分别获取系统的定时信息和单工信令。这样，对于每个业务单板，只需要一根物理总线就将这三种信息全部获得，与现有技术相比，大大简化了传送这三种信息所需总线的数量以及主控时钟板和业务单板的接口数量。 

参照图8，图8是本发明系统的第二实施例： 

为了使对系统定时信息和单工信令进行编码时，使编码严格同步于系统时钟，在该实施例中，在时钟源模块601和编码模块604之间连接有一编码锁相环模块606，通过该模块，保证了编码模块输出的串行数据流的频率与时钟源模块产生的参考频率源的频率一致。 

同样，在业务单板上，为了对从输入的串行数据流中获取与系统严格同步的业务单板所需的频率，以保证各业务单板与系统同步工作。在输入接口模块615和解码锁相环模块611之间连接有频率恢复模块616。由于输入接口模块输出的串行数据流包含了系统定时及信令信息，该信号的脉冲宽度是变化的，因此可以通过频率恢复模块模块对该信号频率进行调整，比如，将其频率降为原频率的1/2，并保持信号脉冲宽度相同。然后，将调整后的信号输入解码锁相环模块，以使解码锁相环模块输入的信号频率与时钟源模块产生的参考频率源的频率一致，保证业务单板与系统同步工作。 

上述编码锁相环模块和解码锁相环模块可以采用最基本的锁相环结构。 

锁相环最基本的结构如图9所示： 

它由三个基本的部件组成：鉴相器(PD)、环路滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO)。 

鉴相器是个相位比较装置。它把输入信号Si(t)和压控振荡器的输出信号So(t)的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压Se(t)。 

环路滤波器的作用是滤除误差电压Se(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。 

压控振荡器受控制电压Sd(t)的控制，使压控振荡器的频率向输入信号的频率靠拢，直至消除频差而锁定。 

锁相环是个相位误差控制系统。它比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差，从而产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率，以达到与输入信号同频。在环路开始工作时，如果输入信号频率与压控振荡器频率不同，则由于两信号之间存在固有的频率差，它们之间的相位差势必一直在变化，结果鉴相器输出的误差电压就在一定范围内变化。在这种误差电压的控制下，压控振荡器的频率也在变化。若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号频率相等，在满足稳定性条件下就在这个频率上稳定下来。达到稳定后，输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零，相差不再随时间变化，误差电压为一固定值，这时环路就进入“锁定”状态。 

在主控时钟板上，将时钟源模块输出的时钟信号作为编码锁相环模块的参考信号，使该锁相环路的输出锁定系统时钟信号，然后，将该信号输出到编码模块，保证了对定时信号和单工信令编码的正确性；同样，在业务单板上，将接收的包含系统频率信息的串行数据流先经过解码锁相模块，使解码锁相模块输出的信号与系统时钟信号保持同步，然后，再经过频率恢复模块从该信号中恢复出系统的频率信息，进一步保证了业务单板与系统的同步。 

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。 

Claims (8)

1.一种时钟、信令复用方法，用于在分布式系统的主控时钟板和各业务单板之间传送所需信息，其特征在于，所述主控时钟板和每个业务单板之间集成一条物理总线，所述方法包括：

A、由所述主控时钟板产生每个业务单板的参考频率源信息、系统定时信息和单工信令；

B、将每个业务单板的参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流，其中，通过所述串行数据流的上升沿承载所述频率源信息，通过所述串行数据流的脉宽承载所述定时信息和单工信令；

C、将每个业务单板的串行数据流通过所述每个业务单板与主控时钟板之间的物理总线传送到所述每个业务单板上；

D、所述每个业务单板根据自身与主控时钟板之间的物理总线上的所述串行数据流获取需要的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述串行数据流的脉宽承载所述定时信息和单工信令包括：

B21、设定编码方式；

B32、按照所述设定的编码方式对所述定时信息和单工信令进行编码；

B33、将编码后的定时信息和单工信令通过脉宽调制到所述串行数据流上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括：

D1、通过锁相环锁定所述串行数据流，获取所述业务单板所需的频率；

D2、通过解码所述串行数据流，获取所述系统的定时信息和单工信令。

4.一种时钟、信令复用系统，所述系统包括：

主控时钟板，用于产生参考频率源、系统定时信息和单工信令；

至少一个业务单板，用于完成所述系统的业务功能；

其特征在于，所述主控时钟板和每个业务单板之间集成有一条物理总线，每一条物理总线用于向所述物理总线所连接的业务单板传送所述主控时钟板为所述业务单板产生的参考频率源信息、系统定时信息和单工信令，所述参考频率源信息、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流传送，其中，通过所述串行数据流的上升沿承载所述频率源信息，通过所述串行数据流的脉宽承载所述定时信息和单工信令。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所达主控时钟板包括：

时钟源模块，用于产生所述参考频率源；

定时信息产生模块，用于产生所述系统定时信息；

单工信令产生模块，用于产生所述系统单工信令；

编码模块，分别耦合于所述时钟源模块、定时信息产生模块和单工信令产生模块，用于将所述参考频率源、系统定时信息和单工信令复用为一个串行数据流输出；

输出接口模块，耦合于所述编码模块，用于将所述串行数据流通过所述物理总线输出到所述业务单板。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主控制时钟板还包括：

编码锁相环模块，耦合于所述编码模块，用于使所述编码模块输出的串行数据流的频率与所述时钟源模块产生的参考频率源的频率一致。

7.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述业务单板包括：

输入接口模块，用于接收所述物理总线输入的串行数据流；

解码锁相环模块，耦合于所述输入接口模块，用于根据所述输入接口模块输出的串行数据流获取所述业务单板所需的频率；

解码模块，耦合于所述输入接口模块，用于对所述串行数据流进行解码；

定时信息获取模块，耦合于所述解码模块，用于根据解码后的串行数据流获取系统定时信息；

单工信令获取模块，耦合于所述解码模块，用于根据解码后的串行数据流获取系统单工信令。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述业务单板包括：

频率恢复模块，分别耦合于所述输入接口模块和所述解码锁相环模块，用于调整所述输入接口模块输出的串行数据流频率，并将调整后的信号输入所述解码锁相环模块。

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