CN100512436C - 铁路电视单频网中系统时钟馈送和恢复方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁路电视单频网中系统时钟馈送和恢复方法，包括以下步骤：在铁路电视单频网的适配器配置可产生秒脉冲的GPS，本地高稳系统时钟计数器通过该秒脉冲清零，适配器在TS流中周期插入时钟标戳，写入计数器的当前值；在铁路电视单频网的同步器也配置可产生秒脉冲的GPS，本地系统时钟采用压控晶振驱动本地计数器，该计数器通过GPS秒脉冲清零；同步器提取TS流中的时钟标戳和计数值，同时计算出该标志与前一个时延计数之间的相对差值，将该差值做一定处理后驱动D/A转换芯片输出模拟电压，该电压经过模拟滤波电路后控制同步器的本地时钟，使其输出频率与适配器本地系统时钟同步，达到铁路电视单频网全网时钟统一的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种信息技术领域的方法，特别涉及一种铁路电视单频网中系统时钟馈送和恢复方法。
背景技术
单频网技术(SFN)是数字电视技术扩大覆盖范围的最优方法。所谓单频网即在一定的地理区域内(市，省，或者甚至是一个国家)，若干个发射机同时在同一个频段上发射同样的无线信号，以实现对该区域的可靠覆盖。多点发射对接收机来说就是复杂、恶劣的多径。模拟电视系统存在重影问题，因此只能采用极其耗频谱资源且频谱规划复杂的多频网组网方式(MFN)，来对信号在频率上隔离，避免覆盖区重叠。由于强大的抗干扰能力和便捷的数字处理能力的支撑，单频网对数字电视系统来说就是非常有利的扩大覆盖的方式，允许覆盖区重叠将大大改善原有覆盖边缘的峭壁效应，扩大覆盖范围。
单频网的两个技术难点：频率同步，网内各发射机发射频率要十分精确，即要频域同步。时间同步，各发射机发送同一套节目要保证精确的时间一致，即要时域同步。单频网中多个发射台的覆盖中存在相干区域，要求各发射信号保持严格的同步，否则将产生互相干扰。为了达到发射频率和发射信号时域的同步，目前研究的最为广泛的单频网系统DVB_SFN采用单频网适配器和GPS接收机实现同步，详见标准ETSI 101 191。
虽然采用GPS接收机在分布各地的发射机恢复统一的系统时钟信号十分方便，但是通常情况下，GPS接收机需要接收三颗以上运行在距离地面20183km处的导航卫星发出的时钟信号，才可保证基准10MHz时钟和1PPS时间参考的精度，频率稳定度可达到1E-10量级。如果接收信号受到闪电雷击、太阳风暴等不可抗因素的干扰，GPS接收机输出的基准时钟就会受到影响，将直接导致整个单频网的服务区的覆盖问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种铁路电视单频网中系统时钟馈送和恢复方法，使其在数字电视地面广播单频网组网时，系统信号延迟调节步长可根据实现该单频网时所使用的不同标准来确定，即该时钟可以是各数字电视地面广播标准的系统时钟；同时，简化单频网中所使用的GPS设备，降低建站成本。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明具体包括如下步骤：
①在铁路电视单频网的适配器配置可产生秒脉冲的GPS，并安装有一个本地晶振，频率稳定度要求高于±0.5ppm，该晶振的稳定度指标决定全网能达到的频率稳定度指标，产生频率f1，本地高稳系统时钟计数器通过该秒脉冲保存至一个中间变量t1后清零，通过频率f1计数。适配器在实现原有适配功能之后另外再在要传输的数据TS流中周期插入时钟标戳CLK_SYNC，写入计数值t1；
②在铁路电视单频网的同步器配置可产生秒脉冲的GPS，并安装有一个本地压控晶振，频率稳定度要求高于±0.5ppm，该晶振的稳定度指标决定全网能达到的频率稳定度指标，产生频率f2，本地高稳系统时钟计数器通过该秒脉冲保存至一个中间变量t2后清零，通过频率f2计数。各同步器在接收到数据TS流后，提取时钟标戳CLK_SYNC和计数值t1；
③计算两个中间变量t1与t2的差t，即可判断出适配器时钟f1与同步器时钟f2间的频率快慢关系，并将差值送给外围的D/A转换芯片，由D/A转换芯片来送出电压经积分电路消除抖动，滤除相噪后，调节同步器上的压控晶振，使该压控晶振产生的时钟信号f2不断跟踪适配器时钟f1，达到锁定状态后完成同步；
④重复上一步骤，使t1与t2的差值t趋近于0，该趋近于0的程度取决于D/A转换芯片的转换精度，这个精度和同步器上压控晶振的压控精度一起决定了同步器与适配器之间频率同步的精确程度。
本发明在构建单频网时，鉴于现有DVB-T构架单频网所面临的问题，可以抛弃由GPS产生的10MHz，仅仅使用秒脉冲信号来作为一个同步参照基准，而所有的同步单元的系统时钟频率则与适配器上由本地晶振所产生的时钟频率实现精确同频。这样，在调节各同步发射点的信号延迟时，其调节步长就由适配器上的本地晶振的频率决定，而此晶振可以根据实现该单频网时所使用的不同标准来确定，即该时钟可以是各数字电视地面广播标准的系统时钟。另外，可以节约各同步发射基站的设备成本，其中所使用的GPS设备只需要能产生1pps秒脉冲的设备即可，而无需输出高精度的10MHz时钟。
本发明的有益效果是：能根据系统最终所使用的不同调制方式，来确定不同的系统时钟，即能够在适配器上使用不同频率的高稳定度晶振，而非固定的一种频率，从而就能在调节同步发射机信号延时时能够调节不同的步长，该步长由系统时钟来确定，降低所使用的GPS设备成本。
附图说明
图1为按本发明铁路电视单频网系统时钟处理过程及时钟信号馈送方式原理图
图2为按本发明铁路电视单频网系统时钟同步流程图
其中：图2a为在适配器TS流中插入时钟标戳的流程，图2b为同步器接收到TS流后从其中得到时钟标戳并计算出误差的流程，图2c为同步器时钟同步电路根据误差信号来调整压控晶振时钟输出的流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示本发明时钟处理过程及时钟信号馈送方式原理，以及图2所示，本发明时钟同步流程来更改铁路电视单频网适配器和同步器硬件并编写程序来实现功能。
在本实施例中，如图2(a)所示，单频网适配器在完成原有适配功能的硬件基础上，在本地加上一个用于产生单频网系统时钟f1的高稳定度晶振来代替原有的由GPS所产生的基准频率10MHz，其频率以及频率稳定度可根据系统的实际需要来选择。单频网适配器在完成原有适配功能的FPGA程序软件基础上，在FPGA程序中加入用于实现如下功能的程序模块：计数器根据本地高稳系统时钟不断计数，当GPS秒脉冲出现时，将计数值写入一个中间变量t1后对计数器清零，并判断当前TS包是否该插入时钟标戳，如是，则在TS数据流中插入时钟标戳CLK_SYNC，同时在其中写入中间变量t1的值。最后将TS数据流通过光纤卫星等数据分发网络传出。
如图2(b)以及图2(c)所示，改造单频网同步器的硬件时钟电路，加入D/A转换芯片和与适配器同频率的压控晶振，其频率压控范围和频率稳定度可根据系统的实际需要来选择，并去除GPS所产生的基准频率10MHz输入电路。在此处，D/A转换芯片可选用12bit串行D/A芯片或其余可实现相同功能的D/A转换芯片，如需要控制电压更精确，也可使用16bit串行D/A，其输出电压连至压控晶振的压控端。
更改单频网同步器FPGA程序，加入用于实现以下功能的程序：单频网同步器从光纤卫星等数据分发网络接收到由适配器送出的TS数据流后，从TS数据流中提取时钟标戳CLK_SYNC和在适配器所插入的计数值t1。同步器本地计数器根据由本地压控晶振产生的同步器本地系统时钟f2不断计数t2，当同步器接收到GPS秒脉冲时，将计数值写入一个中间变量t2后对计数器清零。同时用减法器实现t1-t2得到误差值t。再用比较器比较t与预先设定的范围T之间的关系，这个范围T为事先确定的t可能得出的误差范围。若t在范围T之外，则误差值t无效，丢弃此误差值t；若t在范围T之内，则误差值t有效，并送出此误差值t用于驱动D/A芯片工作，来调节同步器本地压控晶振频率输出。若误差值t为负值，说明t1<t2，即适配器时钟频率慢于同步器时钟频率，D/A芯片输出给晶振压控端的电压会增高，以控制同步器晶振频率提升；若误差值t为正值，说明t1>t2，即适配器时钟频率快于同步器时钟频率，D/A芯片输出给晶振压控端的电压会降低，以控制同步器晶振频率降低。如此反复，直至误差值t趋近于0时，此时即实现了单频网的适配器与同步器之间的系统频率同步。
Claims (3)
1、一种铁路电视单频网中系统时钟馈送和恢复方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
①在铁路电视单频网的适配器配置产生秒脉冲的GPS，并安装有一个本地晶振，产生频率f1，通过时钟计数器秒脉冲保存至一个中间变量t1后清零，通过频率f1计数；
②在铁路电视单频网的同步器配置产生秒脉冲的GPS，并安装有一个本地压控晶振，产生频率f2，通过时钟计数器秒脉冲保存至一个中间变量t2后清零，通过频率f2计数；
③计算两个中间变量t1与t2的差t，判断出适配器时钟f1与同步器时钟f2间的频率快慢关系，并将差值送给外围的D/A转换芯片来送出电压经积分电路消除抖动，滤除相噪后，调节同步器上的压控晶振，该压控晶振产生的时钟信号f2不断跟踪适配器时钟f1，达到锁定状态后完成同步；
④重复上一步骤，使t1与t2的差值t趋近于0。
2、根据权利要求1所述的铁路电视单频网中系统时钟馈送和恢复方法，其特征是，所述的适配器在实现适配功能之后，在要传输的数据TS流中周期插入时钟标戳CLK_SYNC，写入计数值t1。
3、根据权利要求1所述的铁路电视单频网中系统时钟馈送和恢复方法，其特征是，所述的同步器，各同步器在接收到数据TS流后，提取时钟标戳CLK_SYNC和计数值t1。
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