[发明专利]在IP网络中依靠卫星定位系统校准时钟频率的方法及设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及数字通信领域中的IP网络，主要是一种在IP网络中依靠卫星定位系统校准时钟频率的方法及设备。

背景介绍

长期以来，主要的电信业务都是像电话一类有实时要求的业务，所以在数字通信网络中采用的是基于TDM、即“时分复用”的技术，主要有SDH和PDH两种。如果要通过这样的网络传输IP流量，就要从中静态分配一个TDM信道，在TDM信道上面传输IP流量，所以可称为IPoverTDM。但是，随着IP技术和应用的发展，电信网络中各种流量的比重已经偏向于以IP流量为主。在这样的背景下，就开始出现基于IP技术的数字通信网络，而把TDM业务所产生的流量打成IP包，通过IP网络传输，称为TDMoverIP。而人们所熟知的“IP电话”，即VoIP(意思是IP网上的语音传输)，就是TDMoverIP技术的一种应用。

但是，与TDM技术相比，IP技术有一个重要特点，就是链路上收发两端的异步性。在TDM网络的链路上，收发两端使用的时钟脉冲可以是公共的，并且时钟脉冲和数据都调制在同一个电(或光)信号中。如果指定其中一端为主、一端为从，则“从端设备”可以从来自“主端设备”的信号中分离出时钟信号，使本地(自身)的时钟频率与之同步。这样，主端的时钟频率就传递到了从端，或者说从端跟随着主端，并且这种传递和跟随的关系可以扩散到整个网络，实现全网的时钟频率同步。然而，在IP网络中，时钟脉冲并不调制在链路上的电(或光)信号中，两端的设备各有自己的时钟，只不过是频率非常接近，而且所传输的包与包之间有间隙，所以并不需要严格同步。可以说，IP网络只传递数据，而不传递时钟信号。

然而，时钟频率的同步对于TDMoverIP的流量是至关重要的。如果两端的设备都采用自由振荡方式，则尽管现代高精度晶振的精度可以控制在10ppm以内(1ppm就是百万分之一)，两端速度的细微差别还是会引起“滑码”，从而导致误码率上升。为此，这些设备常常采用一种称为“自适应时钟恢复(Adaptive ClockRecovery)”的技术，通过压控振荡器和锁相环根据IP流量和TDM业务接口的相对速度实现时钟跟随。例如，要是发现承载着TDM数据的IP包到达的速度超过了由本地时钟决定的输出TDM数据的速度，使到达的IP包发生堆积的时候，就把本地的时钟频率略为调高一些，这称为“校频”。但是，在要求较高的网络中，自适应时钟恢复技术所提供的时钟精度是不够的。这是因为，当一端观察到所到达的IP包发生堆积的时候，实际上本地时钟频率偏低的时间已经相当长(例如几十分钟、或更长)了。而如果两端相隔着好几个节点，问题就更复杂了。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述技术的不足，而提供一种在IP网络中依靠卫星定位系统校准时钟频率的方法，依靠卫星定位系统校准IP网络中各节点的时钟频率、从而能够实现TDMoverIP流量两端时钟频率同步的方法，本方法的要点为：

1、在TDMoverIP流量的两端，指定其一端的设备为提供基准时钟频率的“主设备”，另一端为“从设备”。主设备的时钟信号可以选择来自该设备中的晶振，也可以选择来自外部的时钟源。

2、主设备和从设备均带有能提供1PPS信号、即“秒脉冲”信号的卫星定位系统接收模块，例如GPS接受模块。主设备和从设备均从卫星定位系统接收模块获取1PPS信号和当前(卫星)时间。

3、主设备以1PPS信号的周期对其时钟信号在一秒钟之内的脉冲个数进行计数。所得的计数值为基准时钟信号在这一秒钟之内实际的时钟频率。例如，假定其时钟频率应该为2MHz，而计数的结果为2,000,003，则实际的频率偏高了3Hz。

4、主设备每一秒钟向从设备通报计数结果，具体可以将计数结果和当前时间信息搭载在承载着TDMoverIP流量的IP包中发送、也可以单独以单播、多播、或广播形式发送。

5、从设备节点也以1PPS信号的周期对其时钟信号在一秒钟之内的脉冲个数进行计数。所得的计数值为该节点本地时钟信号在这一秒钟之内实际的时钟频率。

6、接收到来自主设备节点的基准时钟频率计数时，从节点将其与本地的时钟频率计数相比较，并根据比较的结果微调本地的时钟频率。

在这个过程中，卫星定位模块的主要作用就是提供1PPS信号，这个信号使主设备和从设备按相同的时间长度对本地的时钟频率计数。1PPS本身的精度并非很高，但是只要主、从设备都按相同的时间长度计数，而且又是按累计误差(正负相消)微调本地的频率，就仍旧可以达到精确的时钟频率同步。