CN117478292A - 一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法及设备；该方法包括：获取频率同步网节点和时间同步网节点的频率同步信号和时间同步信号，时间同步信号包括当前计数周期和相邻的多个历史计数周期的时间同步信号测量值；频率同步信号为与每个计数周期对应的频率同步信号计数值；基于频率同步信号和时间同步信号进行时频一致性检测；若时频一致性检测未通过，则基于当前计数周期及多个历史计数周期对应的频率同步信号，对当前计数周期的时间同步信号进行修正，完成时间同步网的时间同步。本发明解决了现有技术中的时间同步***成本高、可靠性差的问题。

Description

一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法及设备

技术领域

本发明属于多路通信***时间同步技术领域，具体涉及一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法及设备。

背景技术

在移动通信网或电力网等多路通信***中，站点高精度时间和频率同步作为***重要的基础支撑，对于通信和电力***正确稳定运行具有重要的意义。在同步网的建设中，目前建设有时间同步网和频率同步网来提供高可靠的地基时间和频率信号给通信基站或者电力应用站点。

目前的时间同步网和频率同步网作为两个独立的网络，通过传输链路传递时间同步信号和高稳定频率信号，各站点利用高精度时间同步信号和频率信号完成各自相关业务。时间同步信号由于采用双向链路原理，在建设上与承载网共网建设，其信号精度性能会受到往返链路不一致影响（尤其是单向光纤链路下），随着网络规模的扩大，切网操作导致的时间同步信号的抖动可能达到毫秒量级；频率同步信号由于其物理传输机制的特点，其信号频率稳定性基本不受影响。

但由于时间与频率的相关性，如果在终端能够将时间信号和频率信号结合，基于频率同步网的高频频率信号实现时间同步网的时间同步信号性能监测和修正，则可以在不额外增加硬件设施的情况下，进一步提高时间同步信号的性能，并且一定程度上消弱时间同步性能下降（如网切操作等）对于***同步性能的影响。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在公开一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法及设备，解决了现有技术中的时间同步***成本高、可靠性差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明公开了一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，包括：

获取频率同步网节点和时间同步网节点的频率同步信号和时间同步信号，所述时间同步信号包括当前计数周期和相邻的多个历史计数周期的时间同步信号测量值；所述频率同步信号为与每个计数周期对应的频率同步信号计数值；

基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测；

若时频一致性检测未通过，则基于当前计数周期及多个所述历史计数周期对应的所述频率同步信号，对当前计数周期的时间同步信号进行修正，完成所述时间同步网的时间同步。

进一步的，所述基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测，包括：

获取当前及相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值；

基于获取得到的相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值，得到所述相邻N个历史计数周期的时频一致性统计参数；

基于当前计数周期和前一相邻计数周期的频率同步信号计数值，得到当前计数周期的时频一致性参数；

基于和/>的差值/>，及所述频率同步网节点的秒稳指标/>，判定得到时频一致性检测结果。

进一步的，所述差值表示为：/>；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>未通过时频一致性检测；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>通过时频一致性检测。

进一步的，通过下述公式得到所述相邻的N个历史计数周期的时频一致性统计参数：

；

其中，表示第/>个计数周期，/>表示当前计数周期数，/>和为第/>和/>个计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

进一步的，通过下述公式得到当前计数周期的时频一致性参数：

；

其中，和/>为当前计数周期和前一计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

进一步的，所述对未通过时频一致性检测的当前计数周期的时间同步信号进行修正包括：

基于当前计数周期对应的频率同步信号计数值和相邻的N个历史计数周期的时频一致性统计参数，得到当前计数周期对应的频率修正量；

基于所述频率修正量，得到当前计时周期对应的修正频率计数值；

基于所述修正频率计数值，对时间同步信号进行修正，得到修正后的时间同步信号。

进一步的，通过下述公式，得到所述频率修正量：

；

其中，为当前计数周期对应的频率修正量，/>和为当前计数周期和前一计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

进一步的，通过下述公式得到当前计时周期对应的修正频率计数值：

；

通过下述公式得到修正后的时间同步信号：

其中，为修正频率计数值，/>为当前计数周期对应的频率修正量，/>为当前计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为频率同步网的频率信号的周期，/>为修正后的时间同步信号。

另一方面，还公开了一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步设备，所述设备包括频率同步网节点、时间同步网节点和融合节点，其中：

所述频率同步网节点和时间同步网节点分别用于向所述融合节点发送频率同步信号和时间同步信号，所述时间同步信号包括当前计数周期和相邻的多个历史计数周期的时间同步信号测量值；所述频率同步信号为与每个计数周期对应的频率同步信号计数值；

所述融合节点用于基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测；并基于当前及多个所述历史计数周期对应的所述频率同步信号，对未通过时频一致性检测的当前计数周期的时间同步信号进行修正。

进一步的，所述基于所述频率同步信号和时间同步信号进行时频一致性检测，包括：

获取当前及相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值；

基于获取得到的相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值，得到所述相邻N个历史计数周期的时频一致性统计参数；

基于当前计数周期和前一相邻计数周期的频率同步信号计数值，得到当前计数周期的时频一致性参数；

获取所述频率同步网节点的秒稳指标，并计算得到/>和/>的差值/>；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>未通过时频一致性检测；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>通过时频一致性检测。

本发明至少可实现以下有益效果：

该发明所提出的频率同步网辅助时间同步网的节点高可信时间同步方法，通过将现有时间同步网和频率同步网的融合，将频率网高稳频率信号对时间网同步信号进行辅助，完成时间同步信号跳变的检测和修正，可消弱由于时间同步信号跳变对时间同信号的影响，从而提高时间同步网时间同步精度、稳定性和可信性。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；

图1为本发明实施例中的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法流程图；

图2为本发明实施例中通过软件方法进行同步时间修正的方法示意图；

图3为本发明实施例中通过硬件方式进行同步时间修正的方法示意图；

图4为本发明实施例中基于FPGA结合高精度鉴相器的精密硬件时间调整方法框图；

图5为本发明实施例中通过软硬结合的方式进行同步时间修正的方法示意图；

图6为本发明实施例中频率同步网辅助时间同步网的时间同步设备框图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的实施例公开了一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1：获取频率同步网节点和时间同步网节点的频率同步信号和时间同步信号，所述时间同步信号包括当前计数周期和相邻的多个历史计数周期的时间同步信号测量值；所述频率同步信号为与每个计数周期对应的频率同步信号计数值；

具体的，在移动通信网络、电力网络等多节点的同步网***中，时间同步网和频率同步网通常作为两个独立的网络，通过传输链路传递时间同步信号和高稳定的频率信号，各站点节点利用高精度时间同步信号和频率信号完成各自相关业务；频率同步网由时钟节点设备和同步时钟链路组成；时间同步网采用光纤网络通过IEEE 1588协议实现主站PPS秒冲的高精度传递；时间同步信号容易受到切网操作等的影响导致时间同步信号抖动；而频率同步信号由于其物理传输机制的特点，其信号频率稳定性基本不受影响。本实施例通过频率同步网的频率同步信号对时间同步网的时间同步信号进行检测和辅助修正，实现时间同步网同步精度、稳健性和可信性的提升。在实际应用中，首先获取时间同步网的当前计数周期及多个历史计数周期的时间同步信号测量值，及每个时间计数周期内的频率同步信号计数值/>，优选的，/>取/>，用于后续的融合处理；特殊的，频率同步信号计数值可以是整数或小数形式，具体与该部分的计数方式相关，在同样的条件下，小数形式可以实现比整数形式更高的精度。

步骤S2：基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测；

具体的，记当前时刻为k，历史时间同步信号测量值为、/>、……/>；历史频率同步信号测试值为/>、/>、……/>，当前时刻时间同步信号测量值和频率同步信号计数值为/>和/>，测量间隔为/>；首先基于获取得到的相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值，得到相邻N个历史计数周期的时频一致性统计参数/>；并基于当前计数周期和前一相邻计数周期的频率同步信号计数值，得到当前计数周期的时频一致性参数/>；然后，基于/>和/>的差值/>，及频率同步网节点的秒稳指标/>，判定得到时频一致性检测结果，即利用频率同步信号的高稳定指标，结合以时间同步网计算得到的频率指标来判断时间同步信号是否发生跳变；

其中，差值表示为：/>；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>未通过时频一致性检测；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>通过时频一致性检测。

更具体的，通过下述公式得到相邻的N个历史计数周期的时频一致性统计参数，N取/>：

；

其中，表示第/>个计数周期，/>表示当前计数周期数，/>和/>为第/>和/>个计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

通过下述公式得到当前计数周期的时频一致性参数：

；

其中，和/>为当前计数周期和前一计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

本实施例基于时间同步网和频率同步网的当前计数值和历史计数值，对当前时频信号进行一致性检验，即基于稳定的频率信号来检验时间同步信号是否存在跳变，据此在频率信号辅助下判断当前时间同步信号的是否完好。如果不存在跳变，则认为当前时间同步信号完好，直接将当前时间同步信号作为更新时间同步信号进行输出；如果存在跳变，则对当前计数周期的时间同步信号进行修正。

步骤S3：若时频一致性检测未通过，则基于当前计数周期及多个所述历史计数周期对应的所述频率同步信号，对当前计数周期的时间同步信号进行修正，完成所述时间同步网的时间同步。

具体的，首先基于当前计数周期对应的频率同步信号计数值和相邻的N个历史计数周期的时频一致性统计参数，得到当前计数周期对应的频率修正量；即基于前一个测量时间段的频率值和前N个测量值的频率量，预测本次测量时间段的频率修正量；

然后基于所述频率修正量，得到当前计时周期对应的修正频率计数值；并基于所述修正频率计数值，对时间同步信号进行修正，得到修正后的时间同步信号。

更具体的，通过下述公式，得到所述频率修正量：

；

其中，为当前计数周期对应的频率修正量，/>和/>为当前计数周期和前一计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

通过下述公式得到当前计时周期对应的修正频率计数值：

；

通过下述公式得到修正后的时间同步信号：

；

其中，为修正频率计数值，/>为当前计数周期对应的频率修正量，/>为当前计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为频率同步网的频率信号的周期，/>为修正后的时间同步信号。

本实施例的时间同步方法建立在频率同步网能够稳定频率的基础上，由于时频一致性检验用到历史记录信息，因此***对同步信号的检测精度随着历史信息的积累而提高。

在实际应用中，根据同步网***的实际软硬件配置条件，在得到修正频率计数值后，可通过软件、硬件或软硬结合的方式实现时间修正；即时间同步网在输出时间信号时，在原始时间同步网输出PPS和时标的基础上，另外增加前述的修正频率计数值进行输出；

具体的，如图2所示，通过软件方式进行时间修正包括：将修正频率计数值转化为单位为s的物理时间计数值，即，并将输入的时标信息转换为修正后的物理时间计数值进行输出，完成时间同步网秒脉冲信息的时标软件修正。

如图3所示，通过硬件方式进行修正包括：以频率同步网的高稳原子钟作为参考，采用FPGA结合高精度鉴相器，或者基于FPGA的时钟移相TDC（Time-to-Digital Converter）技术，基于修正频率计数值对时间同步网中的PPS信号进行精确的硬件修正，该方式对于FPGA的性能要求比较高，完成节点秒脉冲信号PPS的修正。

FPGA结合高精度鉴相器的硬件调整方式如图4所示，通过FPGA实现数控振荡器、分频器、锁相环、高精度鉴相器、低通滤波器、修正器和频率生成字计算等处理单元，用于时间同步信号修正；具体的，通过数控振荡器基于FPGA本身或频率网引入的本地高稳参考频率产生频率信号，并分别输入分频器和锁相环；通过锁相环产生高频率源作为高精度鉴相器高稳工作时钟；通过分频器生成秒脉冲信号，并与输入的1PPS通过高精度鉴相器完成鉴相，鉴相结果通过低通滤波器完成噪声抑制后输入修正器；修正器以高稳时钟锁相环产生的高频率源作为调整基准，在分频器产生的1PPS的基础上，基于噪声抑制后的鉴相结果完成对1PPS的精密调整；本实施例还基于高精度鉴相器输出结果，结合修正频率计数值进行数控振荡器的频率生成字的计算和更新，以对时间同步信号进行修正和更新，提高时间同步的精度。

基于FPGA的时钟移相TDC（Time-to-Digital Converter）技术采用现有的一种基于TDC方法开发出的时间间隔计数器，该计数器在一片FPGA上实现，由于采用了最新的延迟线设计以及超强功能FPGA，延迟单元达到了128个，使得该计数器的测量分辨力达到了100ps，最差情况下的测量结果为170ps，对非线性误差进行补偿之后的测量分辨力达到了70ps，计数器芯片的最大功耗为260mw。如图5所示，通过软硬件结合的方式进行修正是针对节点“PPS秒脉冲硬件”单元时间处理分辨率不足，采取的一种时间同步网时间修正方法，与硬件修正不同的是，其将硬件修正的时间残差作为修正时间残差信息，通过软件的方式对原有输入的时标信息进行修正。结合硬件和软件的修正方法，对“PPS秒脉冲硬件”单元的时间处理分辨率要求较低，实施中可采用FPGA完成，以FPGA的参考时钟或参考时钟倍频作为计时参考完成。

在软硬件结合方式下，采用FPGA的时间调整通过对输入PPS进行采样，FPGA基于参考时钟或者参考时钟倍频生成时间调整基本间隔单元，完成对PPS的调整，其对PPS进行调整的残差信息主要来源两方面，一方面是FPGA对输入PPS的采集误差（误差小于FPGA一个时钟周期），另一方面是FPGA时钟调整单元的基本间隔时间（误差为一个基本间隔时间），该方式时钟调整方式简单，对FPGA的要求较低，但是时间调整误差较大；所以进一步结合软件修正的方式对硬件修正产生的残差信息进行进一步修正，提高了时间同步信号的修正精度。

本发明的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，通过将现有时间同步网和频率同步网融合，利用频率同步网的高稳频率信号对时间同步网的时间同步信号进行辅助，完成时间同步信号的跳变检测，并对存在跳变的时间同步信号进行修正，可消弱由于时间同步信号跳变对时间同信号的影响，从而提高时间同步网的时间同步精度、稳定性和可信性，实现了时间同步节点的高可信时间同步

本发明的另一个实施例，还提供一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步设备，如图6所示，所述设备包括频率同步网节点、时间同步网节点和融合节点，其中：

所述频率同步网节点和时间同步网节点分别用于向所述融合节点发送频率同步信号和时间同步信号，所述时间同步信号包括当前计数周期和相邻的多个历史计数周期的时间同步信号测量值；所述频率同步信号为与每个计数周期对应的频率同步信号计数值；

所述融合节点用于基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测；并基于当前及多个所述历史计数周期对应的所述频率同步信号，对未通过时频一致性检测的当前计数周期的时间同步信号进行修正。

其中，基于所述频率同步信号和时间同步信号进行时频一致性检测，包括：

获取当前及相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值；

基于获取得到的相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值，得到所述相邻N个历史计数周期的时频一致性统计参数；

基于当前计数周期和前一相邻计数周期的频率同步信号计数值，得到当前计数周期的时频一致性参数；

获取所述频率同步网节点的秒稳指标，并计算得到/>和/>的差值/>；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>未通过时频一致性检测；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>通过时频一致性检测。

综上所述，本发明的频率同步网辅助时间同步网的时间同步设备，通过各个站点的融合节点将对应的时间同步信号和频率同步信号融合，利用频率同步网的高稳频率信号对时间同步网的时间同步信号进行辅助，对存在跳变的时间同步信号进行修正，在站点多、单站成本低的通信网***、电网***等应用场景下，无需外部对时信号、无需硬件电路调整，实现了低成本、高可靠性的时间同步方法，提高了时间同步网的时间同步精度、稳定性和可信性，实现了时间同步节点的高可信时间同步。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，包括：

获取频率同步网节点和时间同步网节点的频率同步信号和时间同步信号，所述时间同步信号包括当前计数周期和相邻的多个历史计数周期的时间同步信号测量值；所述频率同步信号为与每个计数周期对应的频率同步信号计数值；

基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测；

若时频一致性检测未通过，则基于当前计数周期及多个所述历史计数周期对应的所述频率同步信号，对当前计数周期的时间同步信号进行修正，完成所述时间同步网的时间同步。

2.根据权利要求1所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，所述基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测，包括：

获取当前及相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值；

基于获取得到的相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值，得到所述相邻N个历史计数周期的时频一致性统计参数；

基于当前计数周期和前一相邻计数周期的频率同步信号计数值，得到当前计数周期的时频一致性参数；

基于和/>的差值/>，及所述频率同步网节点的秒稳指标/>，判定得到时频一致性检测结果。

3.根据权利要求2所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，所述差值表示为：/>；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>未通过时频一致性检测；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>通过时频一致性检测。

4.根据权利要求2所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，通过下述公式得到所述相邻的N个历史计数周期的时频一致性统计参数：

；

其中，表示第/>个计数周期，/>表示当前计数周期数，/>和/>为第/>和/>个计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

5.根据权利要求2所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，通过下述公式得到当前计数周期的时频一致性参数：

；

其中，和/>为当前计数周期和前一计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

6.根据权利要求2所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，所述对未通过时频一致性检测的当前计数周期的时间同步信号进行修正包括：

基于当前计数周期对应的频率同步信号计数值和相邻的N个历史计数周期的时频一致性统计参数，得到当前计数周期对应的频率修正量；

基于所述频率修正量，得到当前计时周期对应的修正频率计数值；

基于所述修正频率计数值，对时间同步信号进行修正，得到修正后的时间同步信号。

7.根据权利要求6所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，通过下述公式，得到所述频率修正量：

；

其中，为当前计数周期对应的频率修正量，/>和为当前计数周期和前一计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为预设的每个计数周期的时间间隔。

8.根据权利要求6所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步方法，其特征在于，通过下述公式得到当前计时周期对应的修正频率计数值：

；

通过下述公式得到修正后的时间同步信号：

，

其中，为修正频率计数值，/>为当前计数周期对应的频率修正量，/>为当前计数周期对应的频率同步信号计数值，/>为频率同步网的频率信号的周期，/>为修正后的时间同步信号。

9.一种频率同步网辅助时间同步网的时间同步设备，其特征在于，所述设备包括频率同步网节点、时间同步网节点和融合节点，其中：

所述频率同步网节点和时间同步网节点分别用于向所述融合节点发送频率同步信号和时间同步信号，所述时间同步信号包括当前计数周期和相邻的多个历史计数周期的时间同步信号测量值；所述频率同步信号为与每个计数周期对应的频率同步信号计数值；

所述融合节点用于基于当前及多个历史计数周期对应的频率同步信号计数值进行时频一致性检测；并基于当前及多个所述历史计数周期对应的所述频率同步信号，对未通过时频一致性检测的当前计数周期的时间同步信号进行修正。

10.根据权利要求9所述的频率同步网辅助时间同步网的时间同步设备，其特征在于，所述基于所述频率同步信号和时间同步信号进行时频一致性检测，包括：

获取当前及相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值；

基于获取得到的相邻的N个历史计数周期对应的频率同步信号计数值，得到所述相邻N个历史计数周期的时频一致性统计参数；

基于当前计数周期和前一相邻计数周期的频率同步信号计数值，得到当前计数周期的时频一致性参数；

获取所述频率同步网节点的秒稳指标，并计算得到/>和/>的差值/>；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>未通过时频一致性检测；

若，则判定当前计数周期的时间同步信号测量值/>通过时频一致性检测。