CN107528654A - 一种基于1588的时间同步方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于1588的时间同步方法及***，涉及通信领域，所述方法包括：通过对***时钟和线路时钟的相位差进行检测处理，得到所述***时钟和所述线路时钟之间的相位差；在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差；在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳；利用所述相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致。通过对与1588报文相关的时间戳进行补偿，使补偿后的时间戳与线路时钟一致，达到高精度时间同步的目的。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于1588的时间同步方法及装置。
背景技术
随着通信技术的不断发展，对时间同步性能提出了更高的要求，比如，近期人们提出的利用基站提供定位服务要求，时间精度要求在±200ns左右，长期演进技术的升级版(Long Term Evolution-Advanced，LTE-Advanced)的关键技术多点协同传输处理(Coordinated Multipoint Joint Processing，CoMP-JP)中要求相邻基站间的相对时间精度在±500ns左右；未来第五代移动通信技术(The 5th Generation MobileCommunication Technology，5G)***，可能需要几百ns量级的超高精度时间同步需求；又如，更远期的量子通信技术，需要精度极高的时间测量技术，以降低量子通信***的误码率，提高其成码率，可能需要百ns以内的时间同步精度。
目前，基于1588v2技术实现的高精度时间同步，只能满足us量级的时间同步需求，但无法满足上述几百ns甚至更高精度的时间同步需求。
发明内容
根据本发明实施例提供的技术方案解决的技术问题是克服现有同步技术中存在的同步精度较低的问题和缺陷。
根据本发明实施例提供的一种基于1588的时间同步方法，包括：
根据***时钟和线路时钟，得到所述***时钟和所述线路时钟之间的相位差；
在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差；
在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳；
利用所述相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致。
优选地，所述在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差的步骤之前，还包括：
在线路时钟下，生成所述1588报文的报文头标志，并将所生成的报文头标志发送至***时钟域。
优选地，所述在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差的步骤包括：
在线路时钟下，检测所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿；
根据检测到的所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿，确定所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差。
优选地，所述在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳的步骤包括：
在***时钟下，接收所述报文头标志，并通过对所收到的报文头标志进行时间戳采样，得到与所述1588报文相关的时间戳。
优选地，所述利用所述相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致的步骤包括：
比较所述相位差与所述时间差；
若所述相位差大于所述时间差，则将所述时间戳与所述相位差相减，得到补偿后的时间戳；
否则，将所述时间戳与所述相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳。
根据本发明实施例提供的存储介质，其存储用于实现上述基于1588的时间同步方法的程序。
根据本发明实施例提供的一种基于1588的时间同步装置，包括：
相位差检测模块，用于根据***时钟和线路时钟，得到所述***时钟和所述线路时钟之间的相位差。
上升沿检测模块，在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差；
时间戳采样模块，用于在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳；
时间戳补偿模块，用于利用所述相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致。
优选地，还包括：
PMA/PCS模块，用于在线路时钟下，生成所述1588报文的报文头标志，并将所生成的报文头标志发送至***时钟域。
优选地，所述上升沿检测模块在线路时钟下，检测所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿，并根据检测到的所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿，确定所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差。
优选地，所述时间戳采样模块用于在***时钟下，接收所述报文头标志，并通过对所收到的报文头标志进行时间戳采样，得到与所述1588报文相关的时间戳。
优选地，所述时间戳补偿模块比较所述相位差与所述时间差，若所述相位差大于所述时间差，则将所述时间戳与所述相位差相减，得到补偿后的时间戳，否则将所述时间戳与所述相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳。
本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：
通过利用***时钟和线路时钟的相位差对与1588报文相关的时间戳进行补偿，使补偿后的时间戳与线路时钟一致，达到高精度时间同步的目的。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的基于1588的时间同步方法框图；
图2是本发明第二实施例提供的基于1588的时间同步装置框图；
图3是本发明第三实施例提供的基于1588的时间同步装置的模块框图；
图4是本发明第四实施例提供的sof在线路时钟和***时钟之间时的时序图；
图5是本发明第四实施例提供的sof在***时钟后的时序图；
图6是本发明第四实施例提供的将装置应用到GE电口的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明第一实施例提供的基于1588的时间同步方法框图，如图1所示，步骤包括：
步骤S101：根据***时钟和线路时钟，得到***时钟和线路时钟之间的相位差。
具体地说，通过对***时钟和线路时钟进行相位差检测，得到***时钟和线路时钟之间的相位差。
步骤S102：在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差。
在确定所述时间差之前，在线路时钟下，生成1588报文的报文头标志，并将所生成的报文头标志发送至***时钟域。然后，在线路时钟下，检测所述报文头标志对应的上升沿和线路时钟的当前周期的上升沿，并根据检测到的所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿，确定所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差。也就是说，在线路时钟下，生成报文头标志，并检测或测量报文头标志上升沿与线路时钟当前周期上升沿的时间差，以便利用所得到的时间差，决定补偿值。
步骤S103：在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳。
在***时钟域下，接收报文头标志，并通过对所收到的报文头标志进行时间戳采样，得到与1588报文相关的时间戳，即在***时钟域下，收到报文头标志后，***时钟的第一个上升沿对应的时间。
步骤S104：利用相位差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致。
具体地说，比较相位差与时间差，若相位差大于时间差，则将时间戳与相位差相减，得到补偿后的时间戳；否则，将时间戳与相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳。
对于报文发送方向，将所得到的补偿后的时间戳添加到所述1588报文中作为所述1588报文的发送时间。
对于报文接收方向，保存所得到的补偿后的时间戳，作为收到的1588报文的接收时间。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤S101至步骤S104。其中，所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘等。
图2是本发明第二实施例提供的基于1588的时间同步装置框图，如图2所示，包括：
相位差检测模块，用于根据***时钟和线路时钟，得到***时钟和线路时钟之间的相位差。
上升沿检测模块，在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差。
时间戳采样模块，用于在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳。
时间戳补偿模块，用于利用相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致。
还包括：
PMA/PCS模块，用于在线路时钟下，生成1588报文的报文头标志，并将所生成的报文头标志发送至***时钟域。
所述装置的工作原理如下：
报文接收方向：PMA/PCS模块从线路接口收到信号并进行相应处理，得到接收报文，并生成所述接收报文的报文头标志，发送至时间戳采样模块和上升沿检测模块。上升沿检测模块在线路时钟下通过检测报文头标志对应的上升沿和线路时钟的当前周期的上升沿，确定报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差，并发送至时间戳补偿模块。时间戳采样模块收到报文头标志，在***时间下对所收到的报文头标志进行时间戳采样，得到与1588报文相关的时间戳，并发送至时间戳补偿模块，所述时间戳即收到报文头标志后，***时钟的下一周期上升沿对应的上升沿时间。时间戳补偿模块比较相位差与时间差，若相位差大于时间差，则将时间戳与相位差相减，得到补偿后的时间戳，否则将时间戳与相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳。最后，保存该补偿后的时间戳，作为该接收报文的接收时间。上述接收报文为接收的1588报文。
报文发送方向，PMA/PCS模块收到发送报文时，生成所述发送报文的报文头标志，并发送至时间戳采样模块和上升沿检测模块。上升沿检测模块在线路时钟下通过检测报文头标志对应的上升沿和线路时钟的当前周期的上升沿，确定报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差，并发送至时间戳补偿模块。时间戳采样模块收到报文头标志，在***时间下对所收到的报文头标志进行时间戳采样，得到与1588报文相关的时间戳，并发送至时间戳补偿模块，所述时间戳即收到报文头标志后，***时钟的下一周期上升沿对应的上升沿时间。时间戳补偿模块比较相位差与时间差，若相位差大于时间差，则将时间戳与相位差相减，得到补偿后的时间戳，否则将时间戳与相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳。最后，该补偿后的时间戳将添加至发送报文中，作为该发送报文的发送时间。上述发送报文为发送的1588报文。
本发明提供的基于1588的时间同步装置，精度高，可达到ns级甚至ps级的同步。
图3是本发明第三实施例提供的基于1588的时间同步装置的模块框图，如图3所示，包括1588收发包模块、1588报文解析及时间戳处理模块、接口转换模块、PMA/PCS模块、时间戳采样模块和时钟电路，还包括线路时钟和***时钟的相位差检测模块、上升沿检测模块、比较模块和时间戳补偿模块。本实施例将图2实施例的时间戳补偿模块分为两部分，一部分为用于比较相位差和时间差的比较模块，一部分为用于补偿时间戳的时间戳补偿模块。
其中，1588收发包模块负责1588报文的发送和接收；1588报文解析及时间戳处理模块解析出1588报文后，添加时间戳到1588收发包模块发送的报文中，存储来自接口转换模块的报文的时间戳，时间戳均从时间戳补偿模块获取；接口转换模块主要进行接口转换，将PMA/PCS的报文转换到***时钟域；PMA/PCS模块将从线路接口接收的信号转换成8bi t数据，发给接口转换模块，从接口转换模块接收的报文转换成信号发送到线路接口，同时PMA/PCS模块生成收发报文的报文头标志receive_sof和send_sof送给时间戳采样模块进行时间戳采样，并送至上升沿检测模块确定receive_sof或send_sof对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差。时间戳采样模块进行采样的时间戳由***时钟生成；相位差检测模块对***时钟和线路时钟进行相位差检测，得到二者的相位差，送给比较模块；比较模块比较相位差和时间差，时间戳补偿模块根据所述比较模块的比较结果对时间戳采样模块的时间戳进行相应补偿，得到高精度的时间戳。时钟电路用来同步源端装置时钟，并生成***时钟。
receive_sof和send_sof(下面统称sof)在线路时钟域生成，其上升沿一般都会比线路时钟滞后。而实际报文的sof应该与线路时钟上升沿对齐，所以要补偿线路时钟和***时钟的相位差，而不是生成的sof与***时钟上升沿的差。
具体补偿方式：sof滞后线路时钟的时间记为Δt2，线路时钟与***时钟的相位差记为Δt1。图4是本发明第四实施例提供的sof在线路时钟和***时钟之间时的时序图，如图4所示，当0≤Δt2<Δt1时，时间戳记为为t2-Δt1；图5是本发明第四实施例提供的sof在***时钟后的时序图，如图5所示，当Δt2>＝Δt1时，时间戳记为t3-Tclk_sys-Δt1，Tclk_sys为clk_sys的时钟周期。
对于报文接收方向：PMA/PCS模块对从线路接口收到的信号进行处理，并将得到的接收报文发送至接口转换模块；生成报文的报文头标志receive_sof，将receive_sof发送至上升沿检测模块和时间戳采样模块。上升沿检测模块在线路时钟下测量receive_sof对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差，并发送至比较模块。时间戳采样模块在***时钟下对所收到的receive_sof进行时间戳采样，得到与1588报文相关的时间戳，并发送至时间戳补偿模块，所述时间戳即收到receive_sof后，***时钟的下一周期上升沿对应的上升沿时间。时间戳补偿模块利用比较模块对相位差和时间差的比较结果，对来自时间戳采样模块的时间戳进行补偿，得到高精度的时间戳，也就是说，若相位差大于时间差，则将时间戳与相位差相减，得到补偿后的时间戳，否则将时间戳与相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳，该补偿后的时间戳发送至1588报文解析及时间戳处理模块。最后，1588报文解析及时间戳处理模块收到接口转换模块从线路时钟域转换到***时钟域的接收报文，若解析出该报文为1588报文，则保存从时间戳补偿模块得到的补偿后的时间戳，作为该1588报文的接收时间。
对于报文发送方向：1588报文解析及时间戳处理模块收到来自1588收发包模块的发送报文，并将该报文发送至接口转换模块。接口转换模块将该报文从***时钟域转换到线路时钟域后，发送至PMA/PCS模块。PMA/PCS模块从接口转换模块收到发送报文时，生成该发送报文的报文头标志send_sof，并发送至上升沿检测模块和时间戳采样模块。上升沿检测模块在线路时钟下测量send_sof对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差，并发送至比较模块。时间戳采样模块在***时钟下对所收到的send_sof进行时间戳采样，得到与1588报文相关的时间戳，并发送至时间戳补偿模块，所述时间戳即收到send_sof后，***时钟的下一周期上升沿对应的上升沿时间。时间戳补偿模块利用比较模块对相位差和时间差的比较结果，进行时间戳补偿，具体地说，若相位差大于时间差，则将时间戳与相位差相减，得到补偿后的时间戳，否则将时间戳与相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳，时间戳补偿模块将该补偿后的时间戳发送至1588报文解析及时间戳处理模块。由于报文具有一定长度，因此1588报文解析及时间戳处理模块在确定该发送报文为1588报文后，将从时间戳补偿模块得到的补偿后的时间戳添加至该1588报文中，作为该1588报文的发送时间。
相位差检测精度越高，时间戳精度越高，1588时间同步的精度也越高。相位差检测可采用高频率时钟或TDC技术来实现，可使1588同步精度达到ns级，甚至ps级。
图6是本发明第四实施例提供的将装置应用到GE电口的框图，如图6所示，将本发明实施例的装置应用到GE电口，其硬件模块部分包括：
PMA/PCS模块：接收方向，从GE电口接收信号，进行AD转换，数字均衡，解码，得到8bit的并行数据，同时生成接收报文头标志receive_sof；发送方向，将8bit并行数据进行编码，整形，然后DA转换成模拟信号，通过GE电口发送出去，并生成发送报文头标志send_sof；要保证send_sof/receive_sof，生成位置与GE电口之间没有fifo。
接口转换模块：进行时钟域和总线转换，即进行***时钟域和线路时钟域之间的信号转换。
1588报文解析及时间戳处理模块：负责报文解析，识别到1588报文后，进行相应的时间戳处理。
1588收发包模块：包括1588报文的发送、响应及终结。
时间戳采样模块：首先，有一个***125M时钟下的时间戳计数器，当receive_sof或send_sof到来时记录其上升沿时间戳，记录的时间戳，送到时间戳补偿模块进行补偿。
相位差检测模块：检测***125M时钟和线路125M时钟的相位差，该相位差在时钟锁定时是固定值，其检测需要高精度，可用高频率时钟或TDC技术来实现。
上升沿检测模块：在线路时钟下确定send_sof对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差。
比较模块：比较相位差检测模块确定的相位差和上升沿检测模块确定的时间差。
时间戳补偿模块：sof的生成和时间戳采样使用不同的低频时钟，精度较低，需要补偿两个时钟的相位差，相位差精度越高，补偿后的时间戳越精准。具体补偿时，根据比较模块的比较结果，采用不用的补偿方式。
本实施例中，时间戳采样的精度是8ns，当相位差检测精度达到100ps时，补偿后的时间戳精度即可提高到100ps。
锁相环和时钟芯片(相当于时钟电路)：同步源端装置时钟，并生成***时钟。时钟同步精度及所产生的***时钟的稳定性，直接影响相位差检测精度，进而影响时间戳精度和时间同步精度，因此需要高性能的锁相环和时钟芯片。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于1588的时间同步方法，包括：
根据***时钟和线路时钟，得到所述***时钟和所述线路时钟之间的相位差；
在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差；
在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳；
利用所述相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致。
2.根据权利要求1所述的方法，所述在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差的步骤之前，还包括：
在线路时钟下，生成所述1588报文的报文头标志，并将所生成的报文头标志发送至***时钟域。
3.根据权利要求2所述的方法，所述在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差的步骤包括：
在线路时钟下，检测所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿；
根据检测到的所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿，确定所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差。
4.根据权利要求2或3所述的方法，所述在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳的步骤包括：
在***时钟下，接收所述报文头标志，并通过对所收到的报文头标志进行时间戳采样，得到与所述1588报文相关的时间戳。
5.根据权利要求1所述的方法，所述利用所述相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致的步骤包括：
比较所述相位差与所述时间差；
若所述相位差大于所述时间差，则将所述时间戳与所述相位差相减，得到补偿后的时间戳；
否则，将所述时间戳与所述相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳。
6.一种基于1588的时间同步装置，包括：
相位差检测模块，用于根据***时钟和线路时钟，得到所述***时钟和所述线路时钟之间的相位差。
上升沿检测模块，在线路时钟下，确定1588报文的报文头标志对应的上升沿与线路时钟当前周期的上升沿的时间差；
时间戳采样模块，用于在***时钟下，生成与所述1588报文相关的时间戳；
时间戳补偿模块，用于利用所述相位差和所述时间差，对所生成的时间戳进行补偿，使之与线路时钟一致。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：
PMA/PCS模块，用于在线路时钟下，生成所述1588报文的报文头标志，并将所生成的报文头标志发送至***时钟域。
8.根据权利要求7所述的装置，所述上升沿检测模块在线路时钟下，检测所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿，并根据检测到的所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿，确定所述报文头标志对应的上升沿和所述线路时钟的当前周期的上升沿的时间差。
9.根据权利要求7或8所述的装置，所述时间戳采样模块用于在***时钟下，接收所述报文头标志，并通过对所收到的报文头标志进行时间戳采样，得到与所述1588报文相关的时间戳。
10.根据权利要求9所述的装置，所述时间戳补偿模块比较所述相位差与所述时间差，若所述相位差大于所述时间差，则将所述时间戳与所述相位差相减，得到补偿后的时间戳，否则将所述时间戳与所述相位差、***时钟周期相减，得到补偿后的时间戳。
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