网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，以基于全球定位系统的GPS时钟作为配置时间，根据本地时间与配置时间的偏差值进行时间同步操作；在时间同步时对本地时钟的秒计数周期误差进行修正；所述时间同步操作是指采用同步使能信号控制本地时钟的秒和微秒计数器工作并以该同步使能信号对应的时钟频率进行计数；所述对本地时钟的秒计数周期误差进行修正是指采用修正使能信号得到同步使能信号，从而控制本地时钟的秒和微秒计数器以该同步使能信号的时钟频率进行计数。本发明专利技术的有益技术效果是采用GPS时钟作为配置时间实现时钟同步，采用CLK100M标准时钟的进行秒周期计数误差修正，其步骤简单，方便操作，可以在较低的成本下完成高精度的时间同步。

【技术实现步骤摘要】
网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法及装置
本专利技术涉及到网络测量中的时间同步技术，具体涉及到一种网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法及装置。
技术介绍
在无线通信系统的发展过程中，对网络的规划，测量环节必不可少，然而，在这些环节中的测量设备与本地设备的时间同步问题一直是一个极具挑战性的问题，设备秒计数周期和标准秒计数周期的差别等细微因素都会导致时间的不同步。时间不同步问题也直接导致网络规划、测量中参数的重大失误，如时间提前量参数，周期下行导频测量参数，随机接入相关参数等，这些失误的参数也由此失去了分析的意义。现有技术网络测量设备与本地设备的时间同步大多采用以下两种方法：一是采用网络时间服务器进行同步，传输控制协议/网际协议TCP/IP中有专门用于校时的网络时间协议/简单网络时间协议NTP/SNTP，这两种协议能提供时间补偿，减少网络延时带来的时间延时。但是，此方法误差高达毫秒级，在精度要求较高的场合不宜采用。二是通过全球定位系统GPS进行时间同步，卫星导航定位系统可提供高精度、全天候的授时服务，具有GPS功能的设备可接收GPS上的时间信号。GPS时钟是一种基于GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品，产品能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。但是，GPS时钟虽然精度高，但它仅能准确的表示1秒的开始时刻(通常称为秒头)，在两个秒头之间则需要依靠设备本地时钟来进行保持。通常本地时钟的精度在10ppm到50ppm之间，这必然导致在两个秒头之间的时间存在误差。其次，在将本地时间作为高速率数据采集设备的数据时间标签使用时，时间精度要做到微秒，且不允许出现时间倒流的情况。显然，现有技术网络测量设备与本地设备的时间同步方法存在着误差较高，或者对本地时钟的精度和要求较高等问题。
技术实现思路
为解决现有技术网络测量设备与本地设备的时间同步方法存在的误差较高，或者对本地时钟的精度和要求较高等问题，本专利技术提出一种网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法及装置。本专利技术网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，以基于全球定位系统的GPS时钟作为配置时间，根据本地时间与配置时间的偏差值进行时间同步操作；在时间同步时对本地时钟的秒计数周期误差进行修正；所述时间同步操作是指采用同步使能信号控制本地时钟的秒和微秒计数器工作并以该同步使能信号对应的时钟频率进行计数，使得本地时间与GPS配置时间同步；所述对本地时钟的秒计数周期误差进行修正是指采用修正使能信号得到同步使能信号，从而控制本地时钟的秒和微秒计数器以该同步使能信号的时钟频率进行计数，使得本地时钟秒计数周期与GPS时钟秒计数周期同步；其中，所述同步使能信号是指当该同步使能信号有效时计数器工作并以该同步使能信号对应时钟频率进行计数，该同步使能信号无效时计数器不工作；所述修正使能信号是指对本地时钟的时钟频率进行修正后得到的具有经过修正后的时钟频率的信号。进一步的，所述本地时钟的时钟频率为100MHZ；所述本地时间秒计数周期是指本地时钟对100×106个脉冲计数实际所需的时间；所述本地时钟的秒计数周期误差是指本地时间秒计数周期与GPS时钟秒计数周期的差值。进一步的，所述根据本地时间与配置时间的偏差值进行时间同步操作，包括，在配置开始时，即在每一个GPS_1PPS秒脉冲上升沿时刻，计算本地时间与GPS配置时间的偏差值n，判断本地时间与GPS配置时间的超前或滞后关系，即判断下式中n与0的大小关系：n＝(Sec_cnt-Cfg_sec)×1000000+(Us_cnt-Cfg_us)式中，Sec_cnt为本地时间秒计数，Us_cnt为本地时间微秒计数，Cfg_sec为GPS配置时间的秒计数，Cfg_us为GPS配置时间的微秒计数，n的单位为微秒；如果n大于0表示本地时间超前GPS配置时间，采用慢速跟进来等待配置时间，防止本地时间出现时间倒退现象；如果n小于0表示本地时间滞后GPS配置时间，将GPS配置时间写入本地时钟，以达到时间同步；如果n等于0表示本地时间准确，不采取任何操作。进一步的，所述采用慢速跟进来等待配置时间，包括，从100MHZ时钟上进行10分频得到时钟频率为10MHZ的修正使能信号Cen10M，再将该修正使能信号Cen10M进行11分频得到时钟频率为0.909MHZ的同步使能信号Cen1M，采用该同步使能信号Cen1M控制本地时钟的秒和微秒计数器开始工作并以0.909MHZ的时钟频率进行计数；维持n×10个脉冲个数后，对修正使能信号Cen10M进行10分频得到时钟频率为1MHZ的同步使能信号Cen1M并以此控制本地时钟的秒和微秒计数器采用1MHZ的时钟频率进行计数；其中，n＝(Sec_cnt-Cfg_sec)×1000000+(Us_cnt-Cfg_us)，式中，Sec_cnt为本地时间秒计数，Us_cnt为本地时间微秒计数，Cfg_sec为GPS配置时间的秒计数，Cfg_us为GPS配置时间的微秒计数，n为本地时间与GPS配置时间的偏差值，单位为微秒。进一步的，在计算本地时间与GPS配置时间的偏差值n的过程中，采用20bit有符号减法器、32bit有符号减法器、乘法器和加法器进行计算；其中，20bit有符号减法器的输入为本地时间微秒计数Us_cnt和GPS配置时间微秒计数Cfg_us两个20bit的无符号数，将本地时间微秒计数减去GPS配置时间微秒计数，输出为21bit的有符号数，由此完成微秒的差值处理；32bit有符号减法器的输入为本地时间秒计数Sec_cnt和GPS配置时间秒计数Cfg_sec两个32bit的无符号数，将本地时间秒计数减去GPS配置时间秒计数，输出为33bit的有符号数；由此完成秒的差值处理；其中，在32bit有符号减法器输出正值时，若结果大于32767，进行上限调节，将偏差值强制置为32767，否则，取其结果的低16bit使用；若输出负值时，当结果小于-255，进行上限调节，将偏差值强制置为-255；否则，取其结果的低16bit使用；乘法器输入为上限调节后输出的16bit有符号数，输出为37bit有符号数；将上限调节单元输出的值乘以1000000后输出；加法器输入为乘法器输出的37bit有符号数和20bit有符号减法器输出的21bit有符号数，输出为38bit有符号数；将微秒差和秒差相加，即得到输出本地时间与GPS配置时间的偏差值n。进一步的，所述将GPS配置时间写入本地时钟，包括，从100MHZ时钟上进行10分频得到时钟频率为10MHZ的修正使能信号Cen10M，再将该修正使能信号Cen10M进行10分频得到时钟频率为1MHZ的同步使能信号Cen1M，将GPS配置时间的秒和微秒写入本地时钟的秒和微秒计数器，采用该同步使能信号Cen1M控制本地时钟的秒和微秒计数器开始工作并以1MHZ时钟频率进行计数。进一步的，所述在时间同步时对本地时钟的秒计数周期误差进行修正，包括，在GPS配置秒信号GPS_1PPS与本地时钟秒信号同步时，对本地时钟在一个GPS时钟秒计数周期内的脉冲个数进行计数，计数个数记为Cnt_1；将100MHZ时钟标准脉冲个数100×106与Cnt_1相减得到脉冲个数误差值df本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，以基于全球定位系统的GPS时钟作为配置时间，根据本地时间与配置时间的偏差值进行时间同步操作；在时间同步时对本地时钟的秒计数周期误差进行修正；所述时间同步操作是指采用同步使能信号控制本地时钟的秒和微秒计数器工作并以该同步使能信号对应的时钟频率进行计数，使得本地时间与GPS配置时间同步；所述对本地时钟的秒计数周期误差进行修正是指采用修正使能信号得到同步使能信号，从而控制本地时钟的秒和微秒计数器以该同步使能信号的时钟频率进行计数，使得本地时钟秒计数周期与GPS时钟秒计数周期同步；其中，所述同步使能信号是指当该同步使能信号有效时计数器工作并以该同步使能信号对应时钟频率进行计数，该同步使能信号无效时计数器不工作；所述修正使能信号是指对本地时钟的时钟频率进行修正后得到的具有经过修正后的时钟频率的信号。

【技术特征摘要】
1.一种网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，以基于全球定位系统的GPS时钟作为配置时间，根据本地时间与配置时间的偏差值进行时间同步操作；在时间同步时对本地时钟的秒计数周期误差进行修正；所述时间同步操作是指采用同步使能信号控制本地时钟的秒和微秒计数器工作并以该同步使能信号对应的时钟频率进行计数，使得本地时间与GPS配置时间同步；所述对本地时钟的秒计数周期误差进行修正是指采用修正使能信号得到同步使能信号，从而控制本地时钟的秒和微秒计数器以该同步使能信号的时钟频率进行计数，使得本地时钟秒计数周期与GPS时钟秒计数周期同步；其中，所述同步使能信号是指当该同步使能信号有效时计数器工作并以该同步使能信号对应时钟频率进行计数，该同步使能信号无效时计数器不工作；所述修正使能信号是指对本地时钟的时钟频率进行修正后得到的具有经过修正后的时钟频率的信号。2.根据权利要求1所述网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，所述本地时钟的时钟频率为100MHZ；所述本地时间秒计数周期是指本地时钟对100×106个脉冲计数实际所需的时间；所述本地时钟的秒计数周期误差是指本地时间秒计数周期与GPS时钟秒计数周期的差值。3.根据权利要求1或2所述网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，所述根据本地时间与配置时间的偏差值进行时间同步操作，包括，在配置开始时，即在每一个GPS_1PPS秒脉冲上升沿时刻，计算本地时间与GPS配置时间的偏差值n，判断本地时间与GPS配置时间的超前或滞后关系，即判断下式中n与0的大小关系：n＝(Sec_cnt-Cfg_sec)×1000000+(Us_cnt-Cfg_us)式中，Sec_cnt为本地时间秒计数，Us_cnt为本地时间微秒计数，Cfg_sec为GPS配置时间的秒计数，Cfg_us为GPS配置时间的微秒计数，n的单位为微秒；如果n大于0表示本地时间超前GPS配置时间，采用慢速跟进来等待配置时间，防止本地时间出现时间倒退现象；如果n小于0表示本地时间滞后GPS配置时间，将GPS配置时间写入本地时钟，以达到时间同步；如果n等于0表示本地时间准确，不采取任何操作。4.根据权利要求3所述网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，所述采用慢速跟进来等待配置时间，包括，从100MHZ时钟上进行10分频得到时钟频率为10MHZ的修正使能信号Cen10M，再将该修正使能信号Cen10M进行11分频得到时钟频率为0.909MHZ的同步使能信号Cen1M，采用该同步使能信号Cen1M控制本地时钟的秒和微秒计数器开始工作并以0.909MHZ的时钟频率进行计数；维持n×10个脉冲个数后，对修正使能信号Cen10M进行10分频得到时钟频率为1MHZ的同步使能信号Cen1M并以此控制本地时钟的秒和微秒计数器采用1MHZ的时钟频率进行计数；其中，n＝(Sec_cnt-Cfg_sec)×1000000+(Us_cnt-Cfg_us)，式中，Sec_cnt为本地时间秒计数，Us_cnt为本地时间微秒计数，Cfg_sec为GPS配置时间的秒计数，Cfg_us为GPS配置时间的微秒计数，n为本地时间与GPS配置时间的偏差值，单位为微秒。5.根据权利要求3所述网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，在计算本地时间与GPS配置时间的偏差值n的过程中，采用20bit有符号减法器、32bit有符号减法器、乘法器和加法器进行计算；其中，20bit有符号减法器的输入为本地时间微秒计数Us_cnt和GPS配置时间微秒计数Cfg_us两个20bit的无符号数，将本地时间微秒计数减去GPS配置时间微秒计数，输出为21bit的有符号数，由此完成微秒的差值处理；32bit有符号减法器的输入为本地时间秒计数Sec_cnt和GPS配置时间秒计数Cfg_sec两个32bit的无符号数，将本地时间秒计数减去GPS配置时间秒计数，输出为33bit的有符号数；由此完成秒的差值处理；其中，在32bit有符号减法器输出正值时，若结果大于32767，进行上限调节，将偏差值强制置为32767，否则，取其结果的低16bit使用；若输出负值时，当结果小于-255，进行上限调节，将偏差值强制置为-255；否则，取其结果的低16bit使用；乘法器输入为上限调节后输出的16bit有符号数，输出为37bit有符号数；将上限调节单元输出的值乘以1000000后输出；加法器输入为乘法器输出的37bit有符号数和20bit有符号减法器输出的21bit有符号数，输出为38bit有符号数；将微秒差和秒差相加，即得到输出本地时间与GPS配置时间的偏差值n。6.根据权利要求3所述网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，所述将GPS配置时间写入本地时钟，包括，从100MHZ时钟上进行10分频得到时钟频率为10MHZ的修正使能信号Cen10M，再将该修正使能信号Cen10M进行10分频得到时钟频率为1MHZ的同步使能信号Cen1M，将GPS配置时间的秒和微秒写入本地时钟的秒和微秒计数器，采用该同步使能信号Cen1M控制本地时钟的秒和微秒计数器开始工作并以1MHZ时钟频率进行计数。7.根据权利要求2所述网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，所述在时间同步时对本地时钟的秒计数周期误差进行修正，包括，在GPS配置秒信号GPS_1PPS与本地时钟秒信号同步时，对本地时钟在一个GPS时钟秒计数周期内的脉冲个数进行计数，计数个数记为Cnt_1；将100MHZ时钟标准脉冲个数100×106与Cnt_1相减得到脉冲个数误差值dfl，即dfl＝100×106-Cnt_1；将Cnt_1与dfl相除得到本地时间秒计数周期误差修正的修正周期Perr，即Perr＝Cnt_1/(100×106-Cnt_1)，其中，Perr的正负符号位记为Dadj，Perr为正值时，Dadj为正，反之，Dadj为负；并且，在一个GPS时钟标准秒周期内需要修正的次数为Cnt_1/Perr；如果Dadj为正值，说明本地时间秒计数周期大于GPS时钟标准秒计数周期，则每经过一个修正周期Perr对修正使能信号Cen10M的时钟频率进行一次修正；即从100MHZ时钟上进行9分频得到时钟频率11.11MHZ的修正使能信号Cen10M，在时间同步过程中采用该修正使能信号Cen10M得到同步使能信号Cen1M；维持100MHZ时钟信号的一个脉冲时间，在100MHZ时钟信号的下一个脉冲信号上升沿时刻，将修正使能信号Cen10M恢复为默认时钟频率10MHZ；如果Dadj为负值，说明本地时间秒计数周期小于GPS时钟标准秒计数周期，则每经过一个修正周期Perr对修正使能信号Cen10M的时钟频率进行一次修正，即从100MHZ时钟上进行11分频得到时钟频率9.09MHZ修正使能信号Cen10M，在时间同步过程中采用该修正使能信号Cen10M得到同步使能信号Cen1M；维持100MHZ时钟信号的一个脉冲时间，在100MHZ时钟信号的下一个脉冲信号上升沿时刻，将修正使能信号Cen10M恢复为默认时钟频率10MHZ；并且，在以后每次GPS配置秒信号GPS_1PPS与本地时钟秒信号同步时，均采用上述方法对本地时钟的秒计数周期误差进行修正。8.根据权利要求1所述网络测量中本地时钟与GPS时钟的时间同步方法，其特征在于，所述以基于全球定位系统的GPS时钟作为配置时间，根据本地时间与配置时间的偏差值进行时间同步操作，包括以下步骤：S101、以全球定位系统GPS时钟作为配置时间，配置开始时，即在GPS_1PPS秒脉冲上升沿时刻开始计算本地时间与GPS配置时间的偏差值n，判断本地时间与GPS配置时间的超前或滞后关系，即判断下式中n与0的大小关系：n＝(Sec_cnt-Cfg_sec)×1000000+(Us_cnt-Cfg_us)式中，Sec_cnt为本地时间秒计数，Us_cnt为本地时间微秒计数，Cfg_sec为GPS配置时间的秒计数，Cfg_us为GPS配置时间的微秒计数，n为本地时间与GPS配置时间的偏差值，单位为微秒；其中，所述本地时钟的时钟频率为100MHZ；S102、判断n＞0？是则，表示本地时间超前GPS配置时间，从100MHZ时钟上进行10分频得到时钟频率为10MHZ的修正使能信号Cen10M，再将该修正使能信号Cen10M进行11分频得到时钟频率为0.909MHZ的同步使能信号Cen1M，采用该同步使能信号Cen1M控制本地时钟的秒和微秒计数器开始工作并以0.909MHZ时钟频率进行计数；维持n×10个脉冲个数后，对修正使能信号Cen10M进行10分频得到时钟频率为1MHZ的同步使能信号Cen1M并以此控制本地时钟的秒和微秒计数器采用1MHZ的时钟频率进行计数，同步完成；其中，n为本地时间与GPS配置时间的偏差值，单位为微秒；n＝(Sec_cnt-Cfg_sec)×1000000+(Us_cnt-Cfg_us)，式中，Sec_cnt为本地时间秒计数，Us_cnt为本地时间微秒计数，Cfg_sec为GPS配置时间的秒计数，Cfg_us为GPS配置时间的微秒计数；否则，顺序执行步骤S103；S103、判断n＜0？是则，表示本地时间滞后GPS配置时间，将GPS配置时间写入本地时间，即从100MHZ时钟上进行10分频得到时钟频率为10MHZ的修正使能信号Cen10M，再将该修正使能信号Cen10M进行10分频得到时钟频率为1MHZ的同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：何林，李茹莹，张治中，黄世广，万雪松，李世兴，
申请(专利权)人：重庆重邮汇测通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50