分布式高速信号收发系统的时钟同步方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式高速信号收发系统的时钟同步方法

【技术实现步骤摘要】
分布式高速信号收发系统的时钟同步方法、装置及介质


[0001]本专利技术属于分布式高速信号收发
，具体涉及一种分布式高速信号收发系统的时钟同步方法
、
装置及介质
。

技术介绍

[0002]由于分布式收发系统中的各个节点存在时钟偏差
、
频率偏差和相位偏差等问题，因此，可能会导致数据出现失真
、
噪声和干扰等现象，从而影响系统的性能和准确性，基于此，需要通过一定的设备和方法，将一个外部或内部的时钟源（例如
GPS
或原子钟）产生的高精度
、
高稳定的
PPS
（
Pulse Per Second
，秒脉冲信号）和
10MHz
信号，分发到分布式收发系统中的各个节点中，以使得各个节点能够接收到同频同相的时钟信号，并根据这些时钟信号来进行时钟同步，从而同步实现数据的采集
、
发射
、
处理和传输，进而保证整个系统的同步性能和数据质量
。
[0003]目前，分布式收发系统中的时钟同步方法大多为以下三种，其一为：将
PPS
和
10MHz
参考信号采用扇出逐级传递的方法进行分配；其二为：使用
GPS
纪律振荡器（
GPSDO
）作为时钟源，输出与
UTC
同步的
1PPS
信号和与
1PPS
相干的
10MHz
信号，并通过电缆或光纤将这些信号分发到各个数据采集站；其三为：使用分布式数据采集系统自身的通信协议来实现时钟同步，例如，使用
IEEE 1588
精确时间协议（
PTP
），其是一种基于以太网的时间同步协议，可以在网络中的设备之间交换时间信息，并根据网络延迟进行补偿，实现亚微秒级的时间精度
。
[0004]但是前述三种时钟同步方法存在以下不足：第一种方法在进行时钟同步时，存在以下三种缺陷：（1）每经过一级功分器，
PPS
和
10MHz
信号的幅度都会减小一半，如此，则会导致信号质量下降，且还需要增加放大器来补偿信号损耗，增加了成本和复杂度；（2）每经过一级功分器时，
PPS
和
10MHz
信号的延迟都会增加一定的时间，由此，则会导致信号相位不同步，且还需要增加延迟线来调整信号相位，增加了难度和不确定性；（3）每经过一级功分器，
PPS
和
10MHz
信号的噪声和失真都会累积一定的程度，基于此，则会导致信号精度下降，且还需要增加滤波器来抑制噪声和失真，增加了损耗和限制
。
[0005]第二种方法在进行时钟同步时，需要为每个数据采集站安装
GPS
接收机和天线，不仅增加了成本和复杂度，而且可能受到
GPS
信号的干扰或中断，无法输出准确的时间和频率信号，对
GPS
信号的可靠性和连续性有较高的要求
。
[0006]第三种方法在进行时钟同步时，需要系统支持
PTP
协议，增加了系统设计的复杂度，而且可能受到网络拓扑或设备性能的限制，且如果网络拓扑发生变化，或者设备之间的处理能力不均衡，那么
PTP
协议就会消耗更多的资源和时间来维持时钟同步；因此，这种方式对系统的兼容性和灵活性有较高的要求
。
[0007]基于前述现有技术的不足，如何开发一套适用于分布式信号收发系统的同步信号传输机制，以克服采用扇出逐级传输所存在的信号质量下降
、
精度下降和设计成本高的问
题，采用
GPS
纪律振荡器（
GPSDO
）作为时钟源来进行时钟同步所存在的成本高和易受
GPS
信号影响的问题，以及采用通信协议来实现时钟同步所存在的系统设计复杂度高的问题，已成为分布式信号收发系统的信号传输领域的研究热点
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种分布式高速信号收发系统的时钟同步方法
、
装置及介质，用以解决现有技术在进行时钟同步时所存在的容易造成信号质量下降和精度下降，以及设计成本高和复杂度高的问题
。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，提供了一种分布式高速信号收发系统的时钟同步方法，包括：获取本地时钟信号
、PPS
信号
、
第一时钟延迟信息以及第一时钟同步信号，其中，所述第一时钟延迟信息是本地系统在上一次时钟补偿闭环控制过程中，进行第二段的时钟延迟补偿处理时所使用的时钟延迟信息，所述第一时钟同步信号是本地系统将第二时钟同步信号传输至远端系统，再由远端系统环回至本地系统的信号，且所述第二时钟同步信号是本地系统经过上一次时钟补偿闭环控制后所得到的信号；根据所述第一时钟延迟信息，对所述第一时钟同步信号进行第一段的时钟延迟补偿处理，得到第一时钟补偿同步信号；基于所述本地时钟信号和所述
PPS
信号，生成初始时钟同步信号；根据所述第一时钟补偿同步信号和所述初始时钟同步信号，确定出第二时钟延迟信息，并基于所述第二时钟延迟信息对所述初始时钟同步信号进行第二段的时钟延迟补偿处理，得到经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号，其中，第一段的时钟延迟补偿处理和第二段的时钟延迟补偿处理，用于补偿各次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号，在本地系统与远端系统，以及远端系统与本地系统之间进行传输时所产生的传输延迟；将经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号发送至所述远端系统，以使所述远端系统在接收到经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号后，将经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号发送至所述本地系统，以便所述本地系统基于所述远端系统反馈的第一时钟同步信号得到下一次时钟补偿闭环控制时的第二时钟同步信号，以在经过多次时钟补偿闭环控制后，使远端系统接收到的第二时钟同步信号中的时钟信号，与本地时钟信号之间的相对相位差为
0。
[0010]基于上述公开的内容，本专利技术所提供的时钟同步方法，在本地端系统向远端系统分发同步触发信号的过程中引入了反馈补偿设计，即在进行时钟同步过程中，设置有闭环控制的时钟校正环路，具体的，在一次时钟同步过程中，本地系统利用其上一次时钟补偿闭环控制过程中，进行第二段的时钟延迟补偿处理时的时钟延迟信息，来对远端系统反馈的第一时钟同步信号进行一次延迟补偿处理（该第一时钟同步信号是由本地系统将上一次时钟补偿闭环控制时所得到的第二时钟同步信号传输至远端系统，再由远端系统环回至本地系统的信号），接着，即可基于第一次补偿后的信号，来对本次时钟同步时所产生的初始时钟信号进行二次的时钟延迟补偿，得到经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号；如此，经过两次的时钟延迟补偿，可补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分布式高速信号收发系统的时钟同步方法，其特征在于，包括：获取本地时钟信号
、PPS
信号
、
第一时钟延迟信息以及第一时钟同步信号，其中，所述第一时钟延迟信息是本地系统在上一次时钟补偿闭环控制过程中，进行第二段的时钟延迟补偿处理时所使用的时钟延迟信息，所述第一时钟同步信号是本地系统将第二时钟同步信号传输至远端系统，再由远端系统环回至本地系统的信号，且所述第二时钟同步信号是本地系统经过上一次时钟补偿闭环控制后所得到的信号；根据所述第一时钟延迟信息，对所述第一时钟同步信号进行第一段的时钟延迟补偿处理，得到第一时钟补偿同步信号；基于所述本地时钟信号和所述
PPS
信号，生成初始时钟同步信号；根据所述第一时钟补偿同步信号和所述初始时钟同步信号，确定出第二时钟延迟信息，并基于所述第二时钟延迟信息对所述初始时钟同步信号进行第二段的时钟延迟补偿处理，得到经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号，其中，第一段的时钟延迟补偿处理和第二段的时钟延迟补偿处理，用于补偿各次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号，在本地系统与远端系统，以及远端系统与本地系统之间进行传输时所产生的传输延迟；将经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号发送至所述远端系统，以使所述远端系统在接收到经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号后，将经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号发送至所述本地系统，以便所述本地系统基于所述远端系统反馈的第一时钟同步信号得到下一次时钟补偿闭环控制时的第二时钟同步信号，以在经过多次时钟补偿闭环控制后，使远端系统接收到的第二时钟同步信号中的时钟信号，与本地时钟信号之间的相对相位差为
0。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一时钟补偿同步信号和所述初始时钟同步信号，确定出第二时钟延迟信息，包括：对所述第一时钟补偿同步信号进行解析处理，得到第一时钟补偿同步信号中的时钟信号；基于所述第一时钟补偿同步信号中的时钟信号与所述初始时钟同步信号中的本地时钟信号，确定所述第二时钟延迟信息
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述第一时钟补偿同步信号中的时钟信号与所述初始时钟同步信号中的本地时钟信号，确定所述第二时钟延迟信息，包括：将所述第一时钟补偿同步信号中的时钟信号，作为本地参考时钟信号，并与本地时钟信号进行相位比较，以得到所述本地参考时钟信号与本地时钟信号之间的相位差；根据所述相位差，得到时钟延迟时间，以将所述时钟延迟时间，作为第二时钟延迟信息；相应的，基于所述第二时钟延迟信息对所述初始时钟同步信号进行第二段的时钟延迟补偿处理，得到经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号，则包括：根据所述时钟延迟时间，对所述初始时钟同步信号进行延迟补偿处理，以在延迟补偿处理后，得到经过本次时钟补偿闭环控制后的第二时钟同步信号
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述本地时钟信号和所述
PPS
信号，生成初始时钟同步信号，包括：对所述本地时钟信号和所述
PPS
信号进行合并编码处理，以在合并编码处理后，得到所
述初始时钟同步信号
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述本地时钟信号和所述
PPS
信号进行合并编码处理，以在合并编码处理后，得到所述初始时钟同步信号，包括：获取接收到所述
PPS
信号的上升沿时所对应的接收时刻；基于所述接收时刻，对所述本地时钟信号在所述接收时刻时所对应下降沿处进行脉冲宽度扩展处理，以在脉冲宽度扩展处理后，得到所述初始时钟同步信号
。6.
一种分布式高速信号收...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊翔，刘岑炜，寇煜承，
申请(专利权)人：成都立思方信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：