主從設備的時間同步的製作方法
2023-06-17 08:18:16 2
專利名稱：主從設備的時間同步的製作方法
技術領域：
本發明涉及時間同步測量系統，更特別地涉及一種用於主設備和從設備的時間同步的系統。
背景技術：
在協議測量的領域，使用協議測試機和監視設備，其發送和接收協議消息或者僅接收協議消息。為了能得到有關傳輸期間所發生問題的期望結論，當發送和接收時對協議消息給出一個時間戳，並對其進行存儲。在這個處理中，不同的交換單元可以負責不同的協議消息，以便當不同切換單元是協議測試機或監視設備的不同測量卡時沒有關於時間戳的問題。時間基準，如測試時間或絕對時間，可以在協議測試機或監視設備中定義。測試時間形成用於裝置的所有測量卡的公共的時間基準，即，由不同測量卡產生的時間戳可以互相關聯的放置，因為它們都參考了相同的時間基準。當在不同裝置，即不同協議測試機或監視設備中實施相應的測量卡時會出現問題。現在需要使不同協議測試機或監視設備以公共的時間基準進行同步。
一個協議測試機或監視設備作為主設備工作，而另一個協議測試機或監視設備作為從設備工作。主設備設置了一個參考時鐘脈衝產生裝置，並通過分離的線路為從設備提供參考時鐘信號。主設備和從設備都設置了時間測量裝置，並且該時間測量裝置與參考時鐘信號同步。這使得兩個時間測量裝置同步運行，仍然存在關於將兩個時間測量裝置設置為公共時間基準，即公共測試時間或絕對時間的問題。通常主設備和從設備通過通信網絡連接，如乙太網。可以將時間伺服器連接到乙太網，以便主設備和從設備從時間伺服器查詢關於公共時間基準的信息。關於其的問題在於有關公共時間基準的信息涉及從時間伺服器發出的特定的預先達成一致的信號。該已達成一致的信號到達主設備或從設備的時間取決於相關的裝置和時間伺服器之間的距離以及網絡容量，即業務量。例如，如果把10兆赫矩形信號用作參考時鐘信號，則可以達到100ns的解析度。雖然由於上述的影響，在主從設備的時間測量裝置相互之間已經可達到毫秒範圍內的偏差。
另一個公知的過程設想將主設備和從設備都設置一個GPS(全球定位系統)接收機，並且使它們同步用來設置與時間信息有關的公共時間基準，即，用GPS信號發出的UTC(坐標公共時間)。然而，該過程是昂貴的並且沒有考慮到在很多環境中不能訪問GPS天線。
因此，期望能提出一種用於主設備和從設備相對於公共時間基準的低費用和可靠的同步方法。
發明內容
相應地本發明提供了用於從主設備到從設備的參考時鐘信號的傳輸，其還發送關於公共時間基準的信息。將參考時鐘信號以與公共時間基準有關的信息進行調製。傳輸不依賴於連接主從設備的網絡上的業務量。因此，主設備和從設備之間的傳播時間基本上為常量，並且可以考慮到用於主設備和從設備之間的長距離。因此，可以將用於從主設備到從設備傳輸參考時鐘信號而存在的線路用於兩用的最佳方式。調製方法可以包括振幅調製、脈衝寬度調製或用於數字數據傳輸種類的編碼方法，如NRZ(非-歸零)、曼徹斯特碼等等。
可選地，參考時鐘信號和關於公共時間基準的信息可以由多任務傳送，其也歸入術語「調製」中。例如，簡單脈衝寬度調製可以大多數時間發送某種模式，其對應於邏輯「0」。定期地通過涉及公共時間基準的信息塊中斷該模式，例如每秒鐘。信息塊優選地具有一個跟隨在信息塊本身之後的開始模式，其指示現在正在發送該信息塊本身。為了將從設備的時間測量裝置設置為以公共時間基準，涉及公共時間基準的信息段和所調製信號之間的關係必須已知。公共時間基準可以涉及信息塊本身的開始。另一個選擇為將公共時間基準與信息塊本身中的一個已知比特位置關聯(例如第64比特或最後的比特)。另一個選擇為將公共時間基準與下一個信息塊中的開始或下一個信息塊中的一個已知位置相關聯。
結合所附權利要求書和附圖閱讀下面詳細的描述後，可明顯看出本發明的目的、優點和其它新穎特徵。
可以設想通過參考時鐘信號的調製，特別是時間臨界地，從主設備到從設備發送信息段。而且，校驗和能加入信息塊中。
如上所述，在根據本發明的一個時間同步測量系統的優選實施例中，主設備為主通信裝置，從設備為從通信裝置，並且測量信息為電信網絡中的協議消息。
公共時間基準可以是絕對時間、例如按照年、月、日、時、分、秒等等，從而其可能是UTC，CET或者例如Julian日期。然而公共時間基準也可能是系統時間，特別是測試時間，即在測試的開始時開始運行的時間。在一個簡單實施例中，兩個32比特值能夠用於這個目的，其中一個計數秒，而另一個計數秒的小數位。
參考時鐘信號優選以無直流的方式來發送，如此調製以至於即使主設備和/或從設備中的參考時鐘信號表現為直流成份，已調參考時鐘信號也可以無直流的方式發送。這就提供了使用電感和/或電容進行耦合的機會。
調製可存在於主從設備之間達成一致的信號定義系統時間的開始。如果連續傳送某種位模式，例如定義邏輯「0」的位模式，則另一位模式的第一時間傳輸，例如定義邏輯「1」的位模式，能夠確定系統時間的開始。對於這種方案，調製的需要是最小限度的。
然而調製也能夠存在於與公共時間基準相關的當前時間，特別是絕對時間，其參照主從設備間達成一致的信號、以一種編碼格式，例如在上述信息塊本身中被發送。
特別對於主從設備之間的距離，該距離如此的長以至於應該考慮從主設備將已調參考時鐘信號傳到從設備的傳播時間的精確度時，可以預計有一個傳播時間確定裝置，其確定在主設備和從設備之間參考時鐘信號的傳播時間，並考慮用於參考時鐘信號調製的所述傳播時間。優選的，除了其上傳送參考時鐘信號的線路，傳播時間確定裝置包括另一個能夠把信號從從設備傳給主設備的線路。通過測量通過該線路輸出及返回的傳播時間，並將該測量值減半，確定對該傳播時間的較好的逼近值是有可能的。
如果分別具有主設備的兩個測量系統相互之間要同步，它們相隔較遠以至於提供用於傳輸已調參考時鐘信號的線路是困難的，其仍然能夠建立公共時間基準，從而每個主設備都包括一個參考時鐘脈衝產生裝置，一個時間測量裝置，他們最初相互之間是不同步的，也都包括GPS接收機，從而每個GPS接收機被設計來對用於同步的相應的參考時鐘脈衝產生設備使脈衝信號可用，特別是每秒一個脈衝，以及接收絕對時間信號並使所述的絕對時間信號可用於相應的時間測量裝置以設置該相應的時間測量裝置。這樣，其它主設備和與其連接的相應的從設備可被相互同步。
在一個優選實施例中，參考時鐘信號是10兆赫。所述的參考時鐘信號可特別是矩形信號。
此外，對於一個優選實施例，預計在已調參考時鐘信號中，邏輯「0」由具有75/25佔空因數的參考時鐘信號的一個周期和具有25/75佔空因數的參考時鐘信號的一個周期(或者通過所述信號的雙序列)定義，邏輯「1」由具有75/25佔空因數的參考時鐘信號的兩個周期和具有25/75佔空因數的參考時鐘信號的兩個周期定義，此外，通過具有25/75佔空因數的參考時鐘信號的兩個周期和具有75/25佔空因數的參考時鐘信號的兩個周期定義。兩種不同形式的「1」的一致性提供了在參考時鐘信號每個時鐘脈衝周期開始信息塊的可能性。對於給定的參考時鐘信號，這可達到高達兩倍的精確度，原因在於對於10MHz參考時鐘信號的實例，對應於「0」或「1」的塊不是必須通過兩個或四個時鐘脈衝周期完成，而是可能在一個為「0」的時鐘脈衝周期後已經改變為「1」。取決於在期望的轉換為「1」的時間哪個「0」的位模式可用，即具有75/25佔空因數的時鐘周期或具有25/75個佔空因數的時鐘周期，存在到另一個「1」信號的跳躍。結果，其導致了對稱發生器狀態機。優選地，在時間同步測量系統中有多個從設備，由此，每個從設備都表現一個輸出，在輸出處其能使已調參考時鐘信號可用於另一個從設備。這允許建立所謂的菊花鏈。
上述關於根據本發明的時間同步測量系統的優選實施例相應地採用了根據本發明的方法。
圖1是依據本發明測量系統的實施例示意圖.
圖2是用於根據本發明的參考時鐘信號調製的實施例的時序圖。
圖3是對於調製如圖2所示的參考時鐘信號的狀態圖。
圖4是依據本發明的主/從設備的實施例的結構圖。
具體實施例方式
現在參考圖1，示出了根據本發明的測量系統的一個實施例，其中主設備10和從設備12連接至通信網絡14。主設備10通過第一線路16和第二線路18從通信網絡14接收信息，尤其是測量信息，並且從設備12通過第三和第四線路20和22從通信網絡14接收信息，尤其是測量信息。主設備10包括參考時鐘脈衝產生設備24，該設備提供參考時鐘信號Clk給設置在主設備中的時間測量設備26，如時鐘。參考時鐘信號Clk優選地以無直流的方式通過時鐘線路28從主設備10發送至從設備12。在從設備12中，參考時鐘信號被輸入至時間測量設備30。在從設備12的輸出為菊花鏈中的進一步的從設備提供參考時鐘信號。主設備10有一個用於啟動測試時間或設置絕對時間的設備。當由主設備10啟動測試運行時，可以開始自動運行測試時間。在一個簡單實施例中，兩個32比特值可以用於測試時間，其中一個計數秒，而另一個計數秒的小數位。可選地，主設備10可以有一個通過埠36連接在GPS天線上的GPS接收器34。GPS接收器34接收1pps(脈衝每秒)信號和絕對時間信號。絕對時間可以為年、月、日、時、分、秒等形式，如，UTC、GET或Julian日期。在主設備10中，1pps信號用於使參考時鐘脈衝產生設備24同步。絕對時間信號用來設置時間測量設備26上的絕對時間。可選地，主設備10可以通過第一或第二線路16或18，如從時間伺服器接收關於公共時間基準的信號，並且利用該信號來設置時間測量設備26。
主設備10的時間測量設備26和從設備12的時間測量設備30通過時鐘線路28來互相同步。如下所述，通過具有用於主從設備的公共時間基準的塊中達成一致位置的信息塊，來調製通過時鐘線路28發送的參考時鐘信號。隨後將已調參考時鐘信號用來設置從設備12的時間測量設備30。已調參考時鐘信號也優選地為無直流的，以便使用電感器和電容器來耦合。
為了確定主設備10和從設備12之間的信號的傳播時間，通過時鐘線路28將信號從主設備10發送至該從設備。隨後信號從從設備12通過返回線路38發送回主設備10。從主設備10發送信號與由主設備接收該相同的信號之間的區別中，通過考慮已知的處理時間可以確定傳播時間用於補償，其中考慮了調製該參考時鐘信號。
圖2所示為參考時鐘信號(a)的在時間上的波形，其中，在本例中，具有一個與10兆赫的頻率相對應的100ns的周期。已調參考時鐘信號(b)具有預先達成一致的連續發送的「0」。在本例子中，由四個振蕩周期定義邏輯「0」，其中第三和第四個振蕩周期與第一和第二個振蕩周期相同。第一個振蕩周期表示75/25的佔空因數，第二個振蕩周期表示25/75的佔空因數。另一個已調參考信號(c)具有一個由四個振蕩周期定義的邏輯「1」的第一變型，其中第一和第二個振蕩周期表示75/25的佔空因數，第三和第四個振蕩周期表示25/75的佔空因數。一個進一步的已調參考信號(d)具有邏輯「1」的第二變型，其中邏輯「1」還是具有四個振蕩周期，第一和第二個振蕩周期表示25/75的佔空因數，第三和第四個振蕩周期表示75/25的佔空因數。
圖3示出了相關的發生器狀態機，用於通過一個振蕩周期的解析度從「0」切換到「1」。參考第一已調參考信號(b)，信號切換到邏輯「1」出現在第一個振蕩周期中，對邏輯「1」的第一變型(c)完成一個轉換，即，在「0」的第一振蕩周期之後，具有75/25佔空因數的更新後的振蕩周期指到邏輯「1」的變換上。如果轉換到邏輯「1」的信號在邏輯「0」的第二個周期之內被啟動，則對邏輯「1」(d)的第二變型完成一個轉換，即，以25/75的佔空因數開始「1」。使用邏輯「1」的兩個不同變型，因此可能實現用於10兆赫信號的100ns的解析度。如果僅僅提供邏輯「1」的單個變型，則該轉換僅可以在邏輯「0」的第二或第四振蕩周期之後完成，即，該解析度可能僅為200ns。
調製與定義系統時間的開始的信號一致。如果連續地傳送某種位模式，即定義邏輯「0」的位模式，則另一位模式即定義邏輯「1」的位模式的第一時間傳輸，能夠確定系統時間的開始。該具體方案具有最小限度的調製需求。然而調製可以以編碼的格式，使得取得一致的信號在一個信息塊中。
圖4為設備的實施例的更詳細的示意圖，該設備可以同時作為主設備10或從設備12。主設備和從設備10、12可以同樣建立，使得每一個從設備可以接管主設備的功能。若設備10、12具有一個發送給其的參考時鐘信號Clk，其可使內部振蕩器44與該發送的參考時鐘信號同步，並且將時間測量設備以參考時鐘信號所發送的公共時鐘基準的信息來設置。假如沒有給設備10、12發送參考時鐘信號，內部振蕩器44的時鐘脈衝用於對連接到輸出32的附加設備進行同步。通過接口55從時間伺服器、GPS接收器或從其中安裝有設備10、12的測試設備接收公共時間基準上的信息。
設備10、12在其輸入處接收已調參考時鐘信號，其首先運行通過一個任選的濾波器40來分離出任何DC成分，該直流成分在設備中已加在了無直流發送的已調參考時鐘信號中。在放大器42中，為參考時鐘信號恢復原始的矩形波，其可以作為傳輸長度的結果進行取整。設備10、12具有一個與參考時鐘信號同步的振蕩器44。在放大器42後，將參考時鐘信號輸入至時鐘恢復電路46用於10兆赫時鐘脈衝的恢復。在耦接至振蕩器44之前，恢復的時鐘被輸入至相位鑑別器48、低通濾器50和加法器52。
如果設備10、12充當主設備，則通過接口55將公共時間基準上的信息提供給解碼/編碼電路54用於調製參考時鐘信號(「編碼」)。在放大器56中放大已調參考時鐘信號，並且使得通過輸出濾波器58可用，該濾波器用來分離到輸出32的直流。若設備10、12充當從設備，則在解碼/編碼電路54中從在其輸入處所提供的已調參考時鐘信號恢復(解碼)公共時間基準上的信息，並且使得通過接口55對於內部時間測量設備30可用，如圖1所示。任選數模轉換器(DAC)60用來控制在設備10、12的主運行過程中參考時鐘信號的頻率。
可以將多個設備10、12以菊花鏈形式互相連接。鏈中的第一設備10、12作為主設備工作，並且使得在其輸出32處可用已調參考時鐘信號。鏈中隨後的設備10、12作為從設備工作，並且使用該已調參考時鐘信號來同步其內部振蕩器，並且將內部時間測量設備設置為公共時間基準。鏈中的每一個從設備12使得在其輸出32處可將已調參考時鐘信號用於進一步的從設備。
權利要求
1.一種具有主設備和從設備類型的改進的時間同步測量系統，每一個主設備和從設備具有一個用於指定發送和/或接收一條測量信息的相關時間的時間測量設備，並且該主設備進一步具有一個參考時鐘脈衝發生設備，用於向從設備發送由該參考時鐘脈衝發生設備產生的參考時鐘信號，進一步包括裝置，用於用以公共時間為基礎的一段信息為該主設備和從設備調製該參考時鐘信號，從而產生一個已調參考時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的系統，其中主設備包括一個主通信設備，從設備包括一個從通信設備，並且測量信息包括在電信網絡中的協議消息。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述公共時間基準包括絕對時間。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述公共時間基準包括測試時間。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述發送的參考時鐘信號和已調參考時鐘信號包括無直流信號。
6.根據權利要求的系統，其中所述調製包括在主設備和從設備之間達成一致的定義系統時間開始的信號。
7.根據權利要求6所述的系統，其中調製包括以編碼的形式作為達成一致的信號發送的涉及公共時間基準的當前時間。
8.根據權利要求1所述的系統，其中主設備包括一個傳播時間確定設備，該傳播時間確定設備確定參考時鐘信號在主設備和從設備之間的傳播時間，並且在調製裝置中補償該傳播時間。
9.根據權利要求1所述的系統，進一步包括多個主設備，每一個主設備具有一個參考時鐘脈衝發生設備以及一個時間測量設備，該兩者互不同步並且具有GPS接收器，其中每一個GPS接收器接收一個脈衝信號並且使其可用於對應的參考時鐘脈衝發生設備來達到同步的目的，並且接收一個絕對時間信號並使其可用於對應的時間測量設備來設置該時間測量設備。
10.根據權利要求1所述的系統，其中參考時鐘信號包括一個10兆赫時鐘信號。
11.根據權利要求1所述的系統，其中已調參考時鐘信號包括一個信號，其中邏輯「0」由具有75/25佔空因數的參考時鐘信號的第一周期和具有25/75佔空因數的參考時鐘信號的第二周期定義，邏輯「1」由具有75/25佔空因數的參考時鐘信號的兩個周期隨之以具有25/75佔空因數的參考時鐘信號的兩個周期，以及具有25/75佔空周期的參考時鐘信號的兩個周期隨之以具有75/25佔空因數的參考時鐘信號的兩個周期來定義。
12.根據權利要求1所述的系統，其中進一步包括多個從設備，每一個從設備包括一個輸出，在該輸出處已調參考時鐘信號可用於從設備中的另一個。
13.一種主設備和從設備的時間同步方法，每一個主設備和從設備具有一個用於指定發送和/或接收一條測量信息的相關時間的時間測量設備，該主設備進一步具有一個參考時鐘脈衝發生設備，用於產生發送給從設備的參考時鐘信號，包括為主設備和從設備利用以公共時間為基礎的一條信息調製參考時鐘信號的另一步驟。
全文摘要
一種具有主設備和從設備的時間同步測量系統。該主設備和從設備每一個具有一個用於指定發送和/或接收一條測量信息的相應時間的時間測量設備。該主設備還具有一個參考時鐘脈衝發生設備，用於給從設備發送參考時鐘信號。利用在公共時間基準上的一條信息來為主設備和從設備調製參考時鐘信號。
文檔編號H04M15/00GK1874191SQ20061009961
公開日2006年12月6日 申請日期2006年4月29日 優先權日2005年4月29日
發明者S·費爾斯特, S·施馬克, M·舒裡希特, H·-U·福爾默 申請人:特克特朗尼克國際銷售有限責任公司