一種ptp主時鐘與從時鐘之間頻率同步的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及頻率同步技術領域，尤其涉及一種PTP主時鐘與從時鐘之間頻率同步 的方法及裝置。
【背景技術】
[0002] PTP精確時鐘同步協(xié)議（Precision Time Protocol，簡稱PTP)是一種通過以太 網進行時間同步的技術協(xié)議，其作為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS)的 一種替代方案用以解決3G/4G基站的時間同步問題，已經在電信運營商（如中國移動）的 城域網中得到了試點應用。由于PTP采用了在物理層（Physical layer，PHY)進行添加時 間戳的方法，相對于在應用層進行時間戳添加的網絡時間協(xié)議（Network Time Protocol， NTP)而言，由于避免了操作系統(tǒng)和協(xié)議棧帶來的抖動，因此大大提高了同步精度。當前，傳 統(tǒng)的PTP只用來進行時間同步，例如采用同步以太網技術（SyncE)進行時間同步。隨著對 頻率同步的重視，近年來出現(xiàn)了采用PTP進行頻率恢復的技術研究。
[0003] 在現(xiàn)有技術中，為了使得本地的PTP從時鐘頻率與PTP主時鐘頻率同步，一般通過 PTP的對時報文計算出鐘差，利用連續(xù)兩次的鐘差結果計算出頻率控制字，對本地PTP從時 鐘頻率進行控制。然而，由于整個系統(tǒng)的過程噪聲主要是網絡延遲噪聲被疊加在鐘差上引 起的，現(xiàn)有技術的頻率同步方式無法精確的計算本地頻率偏差，從而使得PTP主時鐘與從 時鐘之間頻率同步不夠精確。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的實施例提供一種PTP主時鐘與從時鐘之間頻率同步的方法及裝置，以解 決現(xiàn)有技術的頻率同步方式無法精確的計算本地頻率偏差，PTP主時鐘與從時鐘之間頻率 同步不夠精確的問題。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] -種PTP主時鐘與從時鐘之間頻率同步的方法，其特征在于，包括：
[0007] 接收PTP主時鐘每次發(fā)送的同步幀，獲取所述同步幀中攜帶的PTP主時鐘每次發(fā) 送所述同步幀的第一時刻值T lk;
[0008] 記錄每次接收到所述同步幀的第二時刻值T2k;
[0009] 向PTP主時鐘發(fā)送延遲請求幀，并記錄每次發(fā)送所述延遲請求幀時的第三時刻值 T3k；
[0010] 接收PTP主時鐘每次發(fā)送的延遲應答幀，并從所述延遲應答幀中解析PTP主時鐘 每次接收到所述延遲請求幀的第四時刻值T 4k;
[0011] 根據(jù)所述第一時刻值Tlk、第二時刻值T2k、第三時刻值T 3k、第四時刻值T4k確定每次 PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的測量值；
[0012] 根據(jù)所述時鐘偏差的測量值進行卡爾曼濾波方法計算，確定每次PTP主時鐘與 PTP從時鐘之間的時鐘偏差的估計值；
[0013] 根據(jù)第k次時鐘偏差的估計值與第k-1次時鐘偏差的估計值確定第k次PTP從時 鐘相對于PTP主時鐘的頻率偏移；
[0014] 通過數(shù)模轉換器件將所述第k次PTP從時鐘相對于PTP主時鐘的頻率偏移轉化為 電壓信號輸出到PTP從時鐘壓控晶振的電壓控制端，以使得PTP從時鐘壓控晶振輸出頻率 信號給PTP從時鐘作為基準頻率，進行與PTP主時鐘的頻率同步。
[0015] 具體的，根據(jù)所述第一時刻值Tlk、第二時刻值T2k、第三時刻值T 3k、第四時刻值T4k 確定每次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的測量值，包括：
[0016] 根據(jù)公式：
[0018] 計算每次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的測量值Θ k (k)。
[0019] 具體的，根據(jù)所述時鐘偏差的測量值進行卡爾曼濾波方法計算，確定每次PTP主 時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的估計值，包括：
[0020] 生成卡爾曼濾波信號模型；所述卡爾曼濾波信號模型為：
[0021] Θ (k) = Θ (k-1)+w (k-1)
[0022] 其中，Θ (k)為第k次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差值；Θ (k-1)為第 k-1次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差值；w (k-1)為第k-1次PTP主時鐘與PTP 從時鐘之間頻率同步到第k次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間頻率同步的獨立白噪聲；所述 w (k-i)的協(xié)方差為JJd
[0023] 進一步的，根據(jù)所述時鐘偏差的測量值進行卡爾曼濾波方法計算，確定每次PTP 主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的估計值，還包括：
[0024] 生成卡爾曼濾波觀測模型；所述卡爾曼濾波觀測模型為：
[0025] Θ k (k) = Θ (k) +V (k)
[0026] 其中，9k(k)為第k次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的測量值；v(k) 為附加在所述9 k(k)上的獨立白噪聲；所述v(k)的協(xié)方差為充,，
[0027] 另外，根據(jù)所述時鐘偏差的測量值進行卡爾曼濾波方法計算，確定每次PTP主時 鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的估計值，還包括：
[0028] 生成卡爾曼濾波估計模型；所述卡爾曼濾波估計模型為：
[0030] 其中：
為第k次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差估計值；
為 第k-Ι次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差估計值；b (k)為時變增益；
[0031] 其中，
所述PJk)為以幻的估計誤差的最小均方誤差；
[0032] 從每次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的測量值Θ k(k)中獲取多次時 鐘偏差的測量值，并以所述多次時鐘偏差的測量值的均值作為時鐘偏差估計值的初始值 ;將所述初始值?(ο)對應的最小均方誤差匕(O)作為所述匕(k)的初始值；
[0033] 根據(jù)所述初始值私0)、最小均方誤差Pe(O)和每次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的 時鐘偏差的測量值Θ k (k)，通過卡爾曼濾波估計模型迭代計算，確定每次PTP主時鐘與PTP 從時鐘之間的時鐘偏差的估計值δ(/〇 .
[0034] 具體的，根據(jù)第k次時鐘偏差的估計值與第k-1次時鐘偏差的估計值確定第k次 PTP從時鐘相對于PTP主時鐘的頻率偏移，包括：
[0035] 根據(jù)公式：
[0037] 確定第k次PTP從時鐘相對于PTP主時鐘的頻率偏移fd;其中，
為第k次PTP 主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的估計值；
為第k-ι次PTP主時鐘與PTP從時 鐘之間的時鐘偏差的估計值；τ為連續(xù)兩次對時的時間間隔。
[0038] 具體的，所述通過數(shù)模轉換器件將所述第k次PTP從時鐘相對于PTP主時鐘的頻 率偏移轉化為電壓信號輸出到PTP從時鐘壓控晶振的電壓控制端，包括：
[0039] 通過公式：
[0041] 將第k次PTP從時鐘相對于PTP主時鐘的頻率偏移fd轉化為電壓控制字V ;其中 η為數(shù)模轉換器件的量化比特數(shù)，所述η大于等于12bit。
[0042] 一種PTP主時鐘與從時鐘之間頻率同步的裝置，包括：
[0043] 第一時刻值獲取單元，用于接收PTP主時鐘每次發(fā)送的同步幀，獲取所述同步幀 中攜帶的PTP主時鐘每次發(fā)送所述同步幀的第一時刻值T lk;
[0044] 第二時刻值獲取單元，用于記錄每次接收到所述同步幀的第二時刻值T2k;
[0045] 第三時刻值獲取單元，用于向PTP主時鐘發(fā)送延遲請求幀，并記錄每次發(fā)送所述 延遲請求幀時的第三時刻值T 3k;
[0046] 第四時刻值獲取單元，用于接收PTP主時鐘每次發(fā)送的延遲應答幀，并從所述延 遲應答幀中解析PTP主時鐘每次接收到所述延遲請求幀的第四時刻值T 4k;
[0047] 測量值計算單元，用于根據(jù)所述第一時刻值Tlk、第二時刻值T2k、第三時刻值T 3k、第 四時刻值T4k確定每次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的測量值；
[0048] 估計值計算單元，用于根據(jù)所述時鐘偏差的測量值進行卡爾曼濾波方法計算，確 定每次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的估計值；
[0049] 頻率偏移確定單元，用于根據(jù)第k次時鐘偏差的估計值與第k-Ι次時鐘偏差的估 計值確定第k次PTP從時鐘相對于PTP主時鐘的頻率偏移；
[0050] 頻率同步單元，用于通過數(shù)模轉換器件將所述第k次PTP從時鐘相對于PTP主時 鐘的頻率偏移轉化為電壓信號輸出到PTP從時鐘壓控晶振的電壓控制端，以使得PTP從時 鐘壓控晶振輸出頻率信號給PTP從時鐘作為基準頻率，進行與PTP主時鐘的頻率同步。
[0051] 另外，所述測量值計算單元，具體用于：
[0052] 根據(jù)公式：
[0054] 計算每次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差的測量值Θ k (k)。
[0055] 另外，所述估計值計算單元，具體用于：
[0056] 生成卡爾曼濾波信號模型；所述卡爾曼濾波信號模型為：
[0057] Θ (k) = Θ (k-l)+w(k-l)
[0058] 其中，Θ (k)為第k次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差值；Θ (k-1)為第 k-Ι次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間的時鐘偏差值；w (k-Ι)為第k-Ι次PTP主時鐘與PTP 從時鐘之間頻率同步到第k次PTP主時鐘與PTP從時鐘之間頻率同步的獨立白噪聲；所述 w(k_l)的協(xié)方差為
[0059] 進一步的，所述估計值計算單元，具體用于：
[0060] 生成卡爾曼濾波觀測模型；所述卡爾曼濾波觀測模型為：
[0061] Θ k (k) = Θ (k) +V (k)
[0062]