一种XG-PON1系统的ONU端时间同步方法与装置

摘要

本发明公开了一种XG‑PON1系统的ONU端时间同步方法与装置，该方法包括以下步骤：判断ONU收到的下行数据帧是否同步，若不同步，则通过本地晶振时钟输出相应的1PPS与TOD信号；同步时，从下行数据帧中提取出包含TOD信息的OMCI帧并解析获得所述OMCI帧的SFC值，将此SFC值与下行数据帧的复帧计数值SFC进行比对，如果相等，则经延时补偿后，利用帧头指示信号和对应的时间信息输出相应的1PPS与TOD信号；如果SFC值不相等，则通过线路恢复时钟输出相应的1PPS与TOD信号。本发明，不论ONU端时钟同步或失步时，ONU端都能准确地输出精确的1PPS和TOD信号，系统不会因没有信号输出而无法正常工作。

权利要求

1.一种XG-PON1系统的ONU端时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、判断ONU收到的下行数据帧是否同步，若是，则转A2，否则转A5；

A2、从所述下行数据帧中提取出包含TOD信息的OMCI帧并解析获得所述OMCI帧的SFC值，将所述OMCI帧的SFC值与在下行数据帧中提取的复帧计数值SFC进行比对，若二者相等，则转A3,否则转A4；

A3、经过延时补偿后得到下行数据帧的帧头对应的时间信息，利用帧头指示信号和对应的时间信息得到整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息，转A6；

A4、利用线路恢复时钟基于现有时间信息获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息，转A6；

A5、利用本地晶振时钟基于现有时间信息获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息；

A6、将所述整秒脉冲信号和整秒时间信息送往TOD串行化电路后输出有效信号，转到A1。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断ONU收到的所述下行数据帧是否同步的过程中，从所述下行数据帧中识别出属于该ONU的所述OMCI帧，然后对所述OMCI帧进行报文完整性检测，如报文完整性检测为正确，则转步骤A2，否则丢弃所述下行数据帧。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断ONU收到的所述下行数据帧是否同步的过程中，给出下行同步指示信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当ONU收到的所述下行数据帧同步时，从所述下行数据帧中提取出帧头信号和所述下行数据帧的复帧计数值SFC。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延时补偿为下行数据帧头从OLT端抵达ONU端再经时间同步处理完毕所得到的延时。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线路恢复时钟由PON口的下行数据恢复得到，与OLT的PON口的发送时钟同源，仅存在相位差。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地晶振时钟由本地晶振生成，与所述线路恢复时钟的频率相等。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线路恢复时钟与所述本地晶振时钟通过整秒计时方式生成整秒脉冲信号，并将对应的整秒时间值加1，得到所述整秒脉冲信号对应的整秒时间信息。

9.一种XG-PON1系统的ONU端时间同步装置，其特征在于，包括：线路恢复时钟，利用PON口的下行数据恢复得到，与OLT的PON口的发送时钟同源，仅存在相位差；

本地晶振时钟，由本地晶振生成，与所述线路恢复时钟的频率相等；

下行数据帧解析电路，完成下行数据帧的同步判断功能，并在下行数据帧同步时，提取出帧头信号和下行数据帧的复帧计数值SFC以及包含TOD信息的OMCI帧；

CPU处理电路，从OMCI帧中提取SFC值和时间信息；

时间同步处理电路，将所述OMCI帧中提取的SFC值与所述下行数据帧的复帧计数值SFC进行比较；

时钟选择电路，根据下行数据帧的同步判断结果选择相应的时钟，如果ONU收到的所述下行数据帧不同步，利用本地晶振时钟获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息；否则，判断所述TOD信息的OMCI帧的SFC值与所述下行数据帧的复帧计数值SFC是否相等，若二者相等，则经过延时补偿后得到下行数据帧的帧头对应的时间信息，利用帧头指示信号和对应的时间信息得到整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息，若二者不相等，利用所述线路恢复时钟获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息；

TOD串行化电路，将所述时间同步处理电路送入的整秒脉冲指示信号转换为符合协议规范要求的1PPS信号与TOD信息。

说明书

一种XG-PON1系统的ONU端时间同步方法与装置

技术领域

[0001] 本发明涉及通信无源光网络领域，具体涉及一种XG-PON1系统的ONU端时间同步方法与装置。

背景技术

[0002] XG-PON1作为接入网技术，与GPON相比具有更高的速率和分光比、从吉比特无源光网络(GPON)技术的平滑演进、对全业务运营能力支持等优势，实现了低成本、远距离的高速接入。

[0003] XG-PON1接入系统由局端光线路终端设备OLT和远端光网络单元ONU设备组成，其物理层速率为非对称方式，即下行速率为10Gbit/s，上行速率为2.5Gbit/s。在国际电信联盟远程通信标准化组织ITU-T制定的XG-PON1协议G.987.3中定义了时间同步功能，当XG-PON1设备用于移动通信的传输网络时，ONU设备会与移动基站连接，为移动基站提供移动回传业务，XG-PON1的时间同步功能可以为移动基站提供低成本的时钟源。

[0004] 当ONU端时钟发生失步时，ONU端不能准确地输出1PPS和TOD信号，会导致系统无法正常工作。

[0005] 有鉴于此，急需提供一种XG-PON1系统的ONU端高精度时间同步及当ONU处于失步状态时也可输出相对准确的1PPS和TOD信号的方法及系统。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是如何实现XG-PON1系统ONU端高精度的时间同步，以及在ONU处于失步状态时，也可输出相对准确的1PPS和TOD信号，来保持系统的正常运行。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种XG-PON1系统的ONU端时间同步方法，包括以下步骤：

[0008] A1、判断ONU收到的下行数据帧是否同步，若是，则转A2，否则转A5；

[0009] A2、从所述下行数据帧中提取出包含TOD信息的OMCI帧并解析获得所述OMCI帧的SFC值，将所述OMCI帧的SFC值与下行数据帧的复帧计数值SFC进行比对，若二者相等，则转A3,否则转A4；

[0010] A3、经过延时补偿后得到下行数据帧的帧头对应的时间信息，利用帧头指示信号和对应的时间信息得到整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息，转A6；

[0011] A4、利用线路恢复时钟基于现有时间信息获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息，转A6；

[0012] A5、利用本地晶振时钟基于现有时间信息获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息；

[0013] A6、将所述整秒脉冲信号和整秒时间信息送往TOD串行化电路后输出有效信号，转到A1。

[0014] 在上述方法中，在判断ONU收到的所述下行数据帧是否同步的过程中，从所述下行数据帧中识别出属于该ONU的所述OMCI帧，然后对所述OMCI帧进行报文完整性检测(MIC)，如果MIC检测正确，则转步骤A2，否则丢弃所述下行OMCI数据帧。

[0015] 在上述方法中，在判断ONU收到的所述下行数据帧是否同步的过程中，给出下行同步指示信号。

[0016] 在上述方法中，当ONU收到的所述下行数据帧同步时，从所述下行数据帧中提取出帧头信号和所述下行数据帧的复帧计数值SFC。

[0017] 在上述方法中，所述延时补偿为下行数据帧头从OLT端抵达ONU端再经时间同步处理完毕所得到的延时。

[0018] 在上述方法中，所述线路恢复时钟由PON口的下行数据恢复得到，与OLT的PON口的发送时钟同源，仅存在相位差。

[0019] 在上述方法中，所述本地晶振时钟由本地晶振生成，与所述线路恢复时钟的频率相等，但存在频差和相差。

[0020] 在上述方法中，所述线路恢复时钟与所述本地晶振时钟通过整秒计时方式生成整秒脉冲信号，并将对应的整秒时间值加1，得到所述整秒脉冲信号对应的整秒时间信息。

[0021] 本发明还提供了一种XG-PON1系统的ONU端时间同步装置，包括：

[0022] 线路恢复时钟，利用PON口的下行数据恢复得到，与OLT的PON口的发送时钟同源，仅存在相位差；

[0023] 本地晶振时钟，由本地晶振生成，与所述线路恢复时钟的频率相等，但存在频差和相差；

[0024] 下行数据帧解析电路，完成下行数据帧的同步判断功能，并在下行数据帧同步时，提取出帧头信号和下行数据帧的复帧计数值SFC以及包含TOD信息的OMCI帧；

[0025] CPU处理电路，从OMCI帧中提取SFC值和时间信息；

[0026] 时间同步处理电路，将所述OMCI帧中提取的SFC值与所述下行数据帧的复帧计数值SFC进行比较；

[0027] 时钟选择电路，根据下行数据帧的同步判断结果选择相应的时钟，如果ONU收到的所述下行数据帧不同步，利用本地晶振时钟获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息；否则，判断所述TOD信息的OMCI帧的SFC值与所述下行数据帧的复帧计数值SFC是否相等，若二者相等，则经过延时补偿后得到下行数据帧的帧头对应的时间信息，利用帧头指示信号和对应的时间信息得到整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息，若二者不相等，利用所述线路恢复时钟获得整秒脉冲信号和对应的整秒时间信息；

[0028] 本发明通过下行数据帧解析电路判断ONU是否与OLT处于时钟同步状态，若不同步，时钟选择电路将锁定本地晶振时钟处理输出相应的1PPS与TOD信号；同步时，时间同步处理电路将CPU寄存器中的SFC值与提取的下行帧的SFC值进行比较，若SFC值相等，则将输出CPU处理电路提出的时间加上延时补偿时间，若SFC值不等，时钟选择电路将锁定线路恢复时钟处理输出相应的1PPS与TOD信号。如此，不论ONU端时钟同步或失步时，ONU端都能准确地输出精确的1PPS和TOD信号，系统不会因没有信号输出而无法正常工作。

附图说明

[0029] 图1为本发明XG-PON1系统ONU端时间同步电路；

[0030] 图2为本发明XG-PON1系统ONU端时间同步工作流程图。

具体实施方式

[0031] 下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。

[0032] 如图1所示，为本发明提供了一种XG-PON1系统的ONU端时间同步装置，包括下行数据帧解析电路10、CPU处理电路20、时间同步处理电路30、TOD串行化电路40、时钟恢复电路50和时钟选择电路60。

[0033] 下行数据帧解析电路10与时钟恢复电路50都接收PON口的下行数据，下行数据帧解析电路10的输出端分别连接CPU处理电路20与时间同步处理电路30的输入端，CPU处理电路20经时间同步处理电路30连接TOD串行化电路40，时钟恢复电路50的输出端分别连接下行数据帧解析电路10与时钟选择电路60，时钟选择电路60有一个本地晶振时钟信息接入，且输出端分别接时间同步处理电路30与TOD串行化电路40。

[0034] 图1中各传输信号的意义及各电路的工作原理如下：

[0035] 下行数据帧解析电路10完成三个功能：一是根据下行数据帧中的同步字段完成下行数据帧的同步判断功能，并给出下行同步指示信号，如果同步，下行同步指示信号为高，如果不同步，下行同步指示信号为低。二是处于同步状态时，从下行数据帧中提取出帧头信号和下行数据帧的复帧计数值SFC。三是从下行数据帧中识别属于本ONU的包含TOD信息的OMCI帧，对该OMCI帧完成报文完整性检测(MIC),如果MIC正确，将该OMCI帧送往CPU处理，如果MIC不正确，对该OMCI帧做丢弃处理。

[0036] CPU处理电路20完成对包含TOD信息的OMCI帧的解析，从OMCI帧中提取SFC值和时间信息，该时间信息是下行复帧计数值为SFC的下行数据帧从OLT端到达ONU端的时间信息，该时间信息精确到纳秒(ns)，然后将从OMCI帧提取的SFC值和时间信息配置到时间同步处理电路30的配置寄存器中，同时还需要配置延时补偿值，该延时补偿值为下行数据帧头从OLT端抵达ONU端再经时间同步处理完毕所得到的延时。

[0037] 时间同步处理电路30完成ONU将本地时间同步到OLT时间的功能，当ONU处于同步状态时，根据下行数据帧解析电路10送入的帧头指示信号和帧的复帧计数值SFC，与CPU处理电路20提供的SFC值进行比较，如果SFC值相等，那么帧头指示的时间就为CPU处理电路20得出的时间加上延时补偿时间，由于帧头指示的时间不是整秒时间，还需要将帧头指示信号和帧头指示的时间转换为整秒脉冲信号和整秒时间。如果SFC值不相等，基于现有时间信息进行时间保持操作。

[0038] TOD串行化电路40完成中国移动TD TOD协议规范的1PPS信号和TOD信号的输出，根据中国移动TD TOD协议规范的要求，将时间同步处理电路30送入的整秒脉冲指示信号转换为符合协议规范要求的1PPS信号，将整秒时间数据转换为符合协议规范的TOD串行数据。同时对TOD工作时钟进行分频，输出频率可调的输出时钟，供后续电路使用。

[0039] 时钟恢复电路50完成PON口下行串行数据的时钟的提取，输出线路恢复时钟，该时钟与OLT的PON口发送时钟为同源时钟，只是存在相位差。当PON下行串行数据正常时，时钟恢复电路50输出的时钟为正常时钟，可以供后续电路使用，当PON口下行数据质量差或者没有信号时，时钟恢复电路50输出的时钟质量差或者没有时钟，不能给后续电路使用。

[0040] 时钟选择电路60完成对时间同步处理电路30的工作时钟的选择，当下行数据帧解析电路10送出的下行同步指示信号指示为同步状态时，时钟选择电路60的输出锁定为线路恢复时钟。当下行数据帧解析电路10送出的下行同步指示信号为失步状态时，时钟选择电路60的输出锁定为本地晶振时钟。

[0041] 上述技术术语含义如下：

[0042] PON口下行数据：由OLT发送，ONU接收到的下行串行数据。

[0043] TOD工作时钟：利用下行同步指示信号对时钟进行选择，当下行同步时，选择后的时钟为线路恢复时钟，当下行失步时，选择后的时钟为本地晶振时钟。

[0044] 下行同步指示：ONU根据接受的到下行数据做同步判断，为高是表示同步，为低时表示失步。

[0045] 下行数据帧的SFC值：指示下行数据帧的复帧计数值的低32比特。

[0046] 下行数据帧帧头指示：在下行同步状态时，给出的下行数据帧的帧头指示信号为脉冲信号，有效宽度为一个时钟。

[0047] 整秒脉冲：该信号为整秒时间指示脉冲信号，有效宽度为一个时钟宽度。

[0048] 整秒时间：整秒脉冲信号对应的时间信息，为并行数据，该时间信息采用格林威治时间计时。

[0049] 1PPS：符合中国移动TD TOD协议规范的秒脉冲。

[0050] TOD：符合中国移动TD TOD协议规范的日时间，即1PPS上升沿对应的秒时间。

[0051] 输出时钟：TOD工作时钟分频输出的时钟，该输出时钟的频率可调。

[0052] 延时补偿：根据实际测试得到的从下行数据帧头抵达ONU到时间同步处理完毕的延时，该延时由CPU配置到寄存器中。

[0053] 本发明XG-PON1系统ONU端时间同步系统的工作原理如下：

[0054] 下行数据帧解析电路10对接收到的PON口下行数据进行解析，判断ONU下行是否同步，并给时钟选择电路60下行同步指示信号，当信号为低时，说明OUN端失步，时钟选择电路60选择锁定本地晶振时钟进行整秒计数，当到达整秒计数时生成整秒脉冲信号，同时整秒时间加1；将得到的整秒脉冲信号与对应的整秒时间输入到TOD串行化电路40，TOD串行化电路40将此整秒脉冲信号和整秒时间转换为符合中国移动TD TOD协议规范的1PPS信号和TOD信号的输出，同时对TOD工作时钟进行分频，输出频率可调的输出时钟，供后续电路使用。

[0055] 当信号为高时，说明OUN下行同步，此时时钟选择电路60选择锁定线路恢复时钟，同时下行数据帧解析电路10提取TOD OMCI帧送往CPU处理电路20，CPU处理电路20从TOD OMCI帧提取SFC值和该帧对应的时间信息，并将该信息与延时补偿值(下行数据帧头从OLT端抵达ONU端再经时间同步处理完毕所得到的延时)配置到时间同步处理电路30的寄存器中，CPU寄存器中的SFC值与提取的下行数据帧的SFC值进行比较，若相等，则将延时补偿后的帧头对应的时间信息输入至TOD串行化电路40，由于帧头指示的时间不是整秒时间，时间同步处理电路30将帧头指示信号和帧头指示的时间转换为整秒脉冲信号和整秒时间，TOD串行化电路40再将此整秒脉冲信号和整秒时间转换为符合中国移动TD TOD协议规范的1PPS信号和TOD信号的输出，同时对TOD工作时钟进行分频，输出频率可调的输出时钟，供后续电路使用。

[0056] 若不相等，则时钟选择电路60将选择线路恢复时钟进行整秒计数，当到达整秒计数时生成整秒脉冲信号，同时整秒时间加1，再如上述所述的传输给TOD串行化电路40处理得到相应的有效信息。

[0057] 上述判断时间同步后的时钟选择采用时钟锁相环(PLL)来实现，可提高TOD处理电路所用时钟质量。

[0058] 本发明还提供了一种XG-PON1系统的ONU端时间同步方法，如图2所示，为本发明的工作流程图，包括以下步骤：

[0059] S1、ONU上电初始化，给出一个整秒脉冲信号和整秒脉冲信号对应的整秒时间信息的初始值；

[0060] S2、判断ONU下行是否处于同步状态，若是，则转S3，否则转S8；

[0061] S3、从下行数据帧中提取出包含TOD信息的OMCI帧并解析获得所述OMCI帧的SFC值，将所述OMCI帧的SFC值与下行数据帧的复帧计数值SFC进行比对，若二者相等，则转S4,否则转S6；

[0062] S4、根据CPU处理电路提取的时间信息加上延时补偿时间得到数据帧帧头对应的时间信息；

[0063] S5、将帧头指示信号和帧头指示信号对应的时间信息转换为整秒脉冲信号和整秒脉冲信号对应的整秒时间信息后，转S10；

[0064] S6、利用线路恢复时钟进行整秒计时；

[0065] S7、到达整秒计数时，生成整秒脉冲信号，同时将对应的整秒时间值加1；并转S10；

[0066] S8、利用本地晶振时钟进行整秒计时；

[0067] S9、到达整秒计数时，生成整秒脉冲信号，同时将对应的整秒时间值加1；

[0068] S10、将整秒脉冲信号和整秒时间信息送往TOD串行化电路后有效信号，转到S1。

[0069] 本发明的流程图的工作原理如下：

[0070] ONU上电初始化，即给出一个整秒脉冲信号和整秒脉冲信号对应的整秒时间信息的初始值，然后判断ONU下行是否处于同步状态。

[0071] 当ONU处于失步状态时，进行时间保持处理，利用本地晶振时钟进行整秒计时，到达整秒计数时，生成整秒脉冲信号，同时将对应的整秒时间值加1，将整秒脉冲信号和整秒时间信息送往TOD串行化电路40，将其转换为符合中国移动TD TOD协议规范的1PPS信号和TOD信号的输出，同时对TOD工作时钟进行分频，输出频率可调的输出时钟，供后续电路使用；同时处理流程重新回到ONU下行同步的判断状态，并将整秒脉冲信号和整秒时间值更新为最新状态。

[0072] 当ONU处于同步状态时，判断下行数据帧的SFC值与CPU从包含TOD信息的OMCI帧提取出的SFC值是否相等，如果相等，那么下行数据帧帧头对应的时间信息就可得到，该时间信息为从OMCI帧提取的时间信息加上CPU处理电路20的延时补偿时间，进一步将帧头指示信号和帧头指示信号对应的时间信息转换为整秒脉冲信号和整秒脉冲信号对应的整秒时间信息，将整秒脉冲信号和整秒时间信息送往TOD串行化电路40进行处理输出，同时处理流程重新回到ONU下行同步的判断状态，并将整秒脉冲信号和整秒时间更新为最新状态；

[0073] 如果不相等，利用线路恢复时钟进行整秒计时，到达整秒计数时，生成整秒脉冲信号，同时将对应的整秒时间值加1，将整秒脉冲信号和整秒时间信息送往TOD串行化电路40进行处理输出，同时处理流程重新回到ONU下行同步的判断状态，并将整秒脉冲信号和整秒时间更新为最新状态。

[0074] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。