专利名称：一种时间同步设备精度测试方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及时间同步领域，尤其涉及一种时间同步设备精度测试方法及其装置。
背景技术：
精确、可靠的时间在卫星、通信和航天等领域有着广泛的应用，对于某些应用来说，万分之一秒的误差也会造成严重影响。用于通信网络的计费系统，可减小计费信息的错误，提供不同运营商的网间结算的依据。时间同步最终的时间源是全球卫星定位系统(如GPS)，从时间源获得标准时间后，需要将时间信息通过局间/局内时间分配链路发送到各种需要时间同步的设备上。目前常用的时间信号格式主要有两种时间码和网络时间协议(NetworkTime Protocol，NTP)。时间码有靶场时间组B型格式(Inter RangeInstrumentation Group-B，IRIG-B)、直流电平携带码(DC Level Shift，DCLS)、串行口ASCII字符串等。
IRIG-B采用1KHz的正弦波作为载频进行幅度调制，对最近的1秒进行编码，IRIG-B的帧内包括的内容有天、时、分、秒及控制信息等，传输介质可用双绞线(1.2km)和同轴电缆。
DCLS用直流电位来携带码元信息，是IRIG调制码的包络，其码流图可如图2所示。DCLS的时帧周期是1s，每秒100个码元，为脉宽编码方式，码元的重复速率是100Hz。两个相邻码元前沿间隔为索引计数间隔，宽度为10ms，码元有三种，位置识别标志的脉宽是8ms，二进制“1”和“0”的脉宽分别为5ms和2ms。连续两个8ms宽脉冲中的第二个8ms脉冲的前沿为秒的准时点，从第二个8ms开始，分别为第0、1、2、…、99个码元。时间格式帧中含有秒、分、时、天等信息，信息这些均用BCD码表示，低位在前，高位在后，个位在前，十位在后。
NTP是用在网络中提供可靠时间的标准互联网(Internet)协议，基于用户数据报协议报文，使用123端口。NTP是目前比较成熟的方式，只要有一个完善的数据通信网(如IP网)，设备或下级服务器到上级服务器的网络可达，就能实现时间信息的传递，实现NTP时间同步。
时间服务器和被同步的客户端同步性能的好坏往往通过时间同步指标的测量而获得。IRIG-B、DCLS和串行口ASCII等可通过示波器或其他测试仪器较精确的测试出。目前，在所有的时间接口中，NTP是使用最广泛的一种，但NTP是网络时间协议，一般的仪器不易测试，所以它的测试精度的高低就显得尤为关键。
时间同步设备的精度测试原理如图1所示。时间服务器采用GPS信号作为时间源，其输出NTP信号作为测试的基准。测试客户端依次从时间服务器和时间同步设备上获取时间信息，然后计算测试客户端和两者的偏差ΔT01和ΔT02，这样就可计算获得时间同步设备在此时刻输出的精度ΔT12＝ΔT01-ΔT02。
此方案的缺点虽然采用配置有GPS卫星的时间服务器输出的NTP作为测试基准，但是由于NTP输出的本身的精度只能到达100μs级，给时间的测试带来了100μs级或ms级的误差。另外，测试客户端从时间同步设备和时间服务器获取时钟，由于存在不确定网络延迟、客户端本身的时间漂移和计算精度等因素的影响，测试出的时间同步设备的精度大大受到影响，这样测试的精度一般只能达到数ms级。尤其，当同步设备输出的NTP的精度在数100μs时，此种测试方案已经无法测试出同步设备输出NTP的真实精度。
因此，有必要对现有技术进行改进以适应实际应用的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试精度高的时间同步设备精度测试系统及万法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案一种时间同步设备精度测试系统，包括时间同步设备、时间服务器、测试仪器和NTP转换器，时间同步设备和时间服务器分别与测试仪器相连，时间同步设备和测试仪器之间连接有着网络时间协议NTP转换器，该NTP转换器将从时间同步设备接收的NTP信号转换为DCLS信号，所述时间服务器输出DCLS信号，所述测试仪器以时间服务器输出的DCLS信号作为测试基准，对时间服务器输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试。
所述NTP转换器包括时间接收器、时间合成器、DCLS生成器、倍频器和振荡器，所述时间接收器在CPU中实现，所述时间合成器和DCLS生成器在逻辑器件中实现。所述时间服务器为全球卫星系统GPS接收机。所述测试仪器采用双通道的示波器。
一种时间同步设备精度测试方法，包括以下步骤A、时间同步设备向NTP转换器输出NTP信号；B、NTP转换器将从时间同步设备接收的NTP信号转换为DCLS信号；C、时间服务器输出DCLS信号，测试仪器以时间服务器输出的DCLS信号作为测试基准，对时间服务器输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试。
所述NTP转换器包括时间接收器、时间合成器、DCLS生成器、倍频器和振荡器，其中，时间接收器完成NTP协议处理和时间信息的处理；时间合成器产生无符号的64位秒时间码信息；振荡器向时间合成器和倍频器输出频率信号；倍频器将振荡器输出的频率倍频后输出给DCLS生成器；DCLS生成器利用从倍频器接收的倍频频率信息和从时间合成器接收的64位秒时间码信息形成DCLS信号。
所述时间接收器接收时间同步设备输出的NTP信号获取设备的时间信息，并从时间合成器获取本地时间信息，以获得本地时间信息和时间同步设备的时间偏差。
所述时间合成器利用从振荡器接收的频率信息和本地时间信息合成无符号的64位秒时间码信息。所述时间合成器利用从振荡器接收的频率信号不停的刷新本地时间信息，同时根据时间接收器获得的时间偏差来实时微调时间合成器生成的64位秒时间码信息。
所述DCLS生成器接收倍频器输出的倍频频率信息生成每秒一个脉冲1PPS信号，再利用1PPS信号和从时间合成器接收的64位秒时间码信息形成DCLS信号。
本发明的有益效果如下通过NTP转换器将从时间同步设备接收的NTP信号转换成DCLS信号，采用GPS接收机输出的DCLS电信号作为测试基准，测试仪器对GPS接收机输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试，其中GPS接收机输出的DCLS信号的精度可达100ns级，测试仪器的测试精度也可达ns级，所以测试基准和测试仪器带来的测试误差即可忽略不计；另一方面，相较于现有技术中将GPS接收机输出的NTP信号和NTP转换器输出的NTP信号进行比对测试，测试输出的NTP信号精度ms级，最好的只能达到100μs级，本发明大大提高了NTP测试的精度。
另外，NTP转换器中的时间接收器在CPU中实现，时间合成器和DCLS生成器在逻辑器件中实现，即在NTP信号转换为DCLS信号的实现过程中，在逻辑器件中生成DCLS信号和PPS信号，大大减少的CPU的负担，同时保证了输出的DCLS信号的准确度。
图1是现有技术时间同步设备的测试示意图。
图2是DCLS码流图。
图3是本发明时间同步设备的测试示意图。
图4是本发明NTP转换器的示意图。
图5是本发明DCLS信号形成的示意图。
图6是本发明测试过程中时间偏差形成的示意图。
具体实施例方式
本发明的时间同步设备精度测试系统包括时间同步设备、时间服务器、测试仪器和NTP转换器，时间服务器与测试仪器相连，时间同步设备通过NTP转换器与测试仪器相连，基于上述架构的时间同步设备精度测试的实现过程可参见图3所示，时间同步设备输出NTP网络信号，NTP网络信号通过NTP转换器转换成DCLS电信号，采用GPS接收机输出的DCLS电信号作为测试基准，测试仪器对GPS接收机输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试。
NTP转换器如图4所示，包括时间接收器、时间合成器、DCLS生成器、倍频器以及振荡器。
时间接收器在CPU中实现，负责和同步设备进行通信，完成NTP协议处理和时间信息的处理。时间接收器通过网口从时间同步设备输出的NTP信号获取设备的时间信息，同时从时间合成器获取本地时间信息，然后采用NTP的标准算法可获取网络的传输延时，并采用软件过滤器的方法滤除时间的抖动。通过延时补偿和消除抖动，最后获得高准确度的本地时间信息和时间同步设备的时间偏差，其中NTP的标准算法和软件过滤器的方法为此领域习知技术，故在此不赘述。为了尽可能的提高获取时间同步设备的时间的准确度，在NTP转换器和时间同步设备之间采用交叉网线进行点对点的通信。
时间合成器在逻辑器件中实现，负责产生64位秒时间码。逻辑器件可采用可编程逻辑器件(EPLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。64位秒时间码自公元1900年1月1日零时起开始描述，前32位是整数部分，后32位是小数部分，理论上计数的精度可达2-32秒。逻辑的计数脉冲来振荡器输出的时钟。设备开始工作时，通过时间接收器写入绝对的时间信息。当时间接收器接收到从时间同步设备输出的NTP信号后，通过向前调整或向后调整的方式，来调整时间合成器中的时间，调节的精度可达2-32秒。
DCLS生成器在逻辑器件(EPLD或FPGA)中实现，其功能是产生DCLS信号，同时可产生1PPS信号(每秒一个脉冲)。如图5所示，时间合成器产生了64位秒时间码信息，将秒位T
输出给DCLS生成器。T
由于是秒位，同时由于是二进制，所以T
的波形为0.5Hz的信号，利用倍频器输出的高频时钟来检测T
的上升沿和下降沿可形成1PPS信号，再利用1PPS信号和时间合成器中的时间信息，可形成DCLS信号。
振荡器向时间合成器和倍频器输出频率信号，在本发明中，振荡器采用恒温控制晶体振荡器件，该晶振时钟精度是10E-8量级，老化率一般为5*10-10/day，具有精度高，抖动小的特点。
倍频器采用专门的倍频器件，将振荡器输出的频率倍频到较高的频率。倍频的频率越高，时间合成器的分辨率越高，合成时间码的精度也就越高，生成DCLS和1PPS的精度也就越高。
结合上述NTP转换器的架构，NTP信号通过NTP转换器转换成DCLS信号的过程如下时间接收器通过网口接收NTP信号获取设备的时间信息，同时从时间合成器获取本地时间信息，最后获得本地时间信息和时间同步设备的时间偏差；振荡器向时间合成器和倍频器输出频率信号；时间合成器利用频率信号和本地时间信息合成无符号的64位秒时间码信息，时间合成器用频率信号不停的刷新自身的时间信息，同时根据时间接收器获得的时间偏差来实时微调时间合成器生成的64位秒时间码信息；倍频器将振荡器输出的频率倍频到较高的频率输出给DCLS生成器，DCLS生成器利用此高频形成1PPS信号，再利用1PPS信号和时间合成器中的时间信息，可形成DCLS信号。
测试过程是以时间服务器输出的DCLS信号作为测试基准，通过测试仪器对GPS接收机输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试，本发明的测试仪器采用双通道的示波器。示波器采用上升沿触发，触发源为GPS接收机输出的DCLS信号。示波器的显示调整到连续两个8ms宽脉冲中的第二个8ms的前沿附近，如图6所示，可测试出两个DCLS之间的时间偏差t(ns)，同时，示波器可读出两个连续8ms后面的时间信息(时、分、秒)的偏差为T秒，这样，即可测试出时间同步设备输出时间的偏差为T-t。
GPS接收机输出的DCLS信号的精度可达100ns级别，测试仪器的测试精度也可达ns级别，所以测试基准和测试仪器带来的测试误差即可忽略，大大提高了NTP测试的精度。
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，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种时间同步设备精度测试系统，包括时间同步设备、时间服务器和测试仪器，时间同步设备和时间服务器分别与测试仪器相连，其特征在于所述时间同步设备和测试仪器之间还连接有网络时间协议NTP转换器，该NTP转换器将从时间同步设备接收的NTP信号转换为直流电平携带码DCLS信号，所述时间服务器输出DCLS信号，所述测试仪器以时间服务器输出的DCLS信号作为测试基准，对时间服务器输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试。
2.根据权利要求1所述的时间同步设备精度测试系统，其特征在于所述NTP转换器包括时间接收器、时间合成器、DCLS生成器、振荡器和倍频器，所述时间接收器在CPU中实现，所述时间合成器和DCLS生成器在逻辑器件中实现。
3.根据权利要求1所述的时间同步设备精度测试系统，其特征在于所述时间服务器为全球卫星系统GPS接收机。
4.根据权利要求1所述的时间同步设备精度测试系统，其特征在于所述测试仪器采用双通道的示波器。
5.一种时间同步设备精度测试方法，其特征在于，包括以下步骤S1、时间同步设备向NTP转换器输出NTP信号；S2、NTP转换器将从时间同步设备接收的NTP信号转换为DCLS信号；S3、时间服务器输出DCLS信号，测试仪器以时间服务器输出的DCLS信号作为测试基准，对时间服务器输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试。
6.根据权利要求5所述的时间同步设备精度测试方法，其特征在于所述NTP转换器包括时间接收器、时间合成器、DCLS生成器、倍频器和振荡器，其中，时间接收器完成NTP协议处理和时间信息的处理；时间合成器产生无符号的64位秒时间码信息；振荡器向时间合成器和倍频器输出频率信号；倍频器将振荡器输出的频率倍频后输出给DCLS生成器；DCLS生成器利用从倍频器接收的倍频频率信息和从时间合成器接收的64位秒时间码信息形成DCLS信号。
7.根据权利要求6所述的时间同步设备精度测试方法，其特征在于所述时间接收器接收时间同步设备输出的NTP信号获取设备的时间信息，并从时间合成器获取本地时间信息，以获得本地时间信息和时间同步设备的时间偏差。
8.根据权利要求7所述的时间同步设备精度测试方法，其特征在于所述时间合成器利用从振荡器接收的频率信息和本地时间信息合成无符号的64位秒时间码信息。
9.根据权利要求8所述的时间同步设备精度测试方法，其特征在于所述时间合成器利用从振荡器接收的频率信号不停的刷新本地时间信息，同时根据时间接收器获得的时间偏差来实时微调时间合成器生成的64位秒时间码信息。
10.根据权利要求6所述的时间同步设备精度测试方法，其特征在于所述DCLS生成器接收倍频器输出的倍频频率信息生成每秒一个脉冲1PPS信号，再利用1PPS信号和从时间合成器接收的64位秒时间码信息形成DCLS信号。
全文摘要
本发明公开了一种时间同步设备精度测试系统及方法，该系统包括时间同步设备、时间服务器、测试仪器和NTP转换器，时间同步设备和时间服务器分别与测试仪器相连，时间同步设备和测试仪器之间还连接有NTP转换器，该方法包括以下步骤1.时间同步设备向NTP转换器输出NTP信号；2.NTP转换器将从时间同步设备接收的NTP信号转换为DCLS信号；3.时间服务器输出DCLS信号，测试仪器以时间服务器输出的DCLS信号作为测试基准，对时间服务器输出的DCLS信号和NTP转换器输出的DCLS信号进行比对测试。本发明将对NTP信号的测试转换成DCLS信号的测试，提高了测试的精度。
文档编号H04L7/027GK101043317SQ200610061060
公开日2007年9月26日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者张庆 申请人:华为技术有限公司