CN101355675B - 实现电信网节点设备时间同步的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于实现电信网节点设备时间同步的装置，包括：依次连接的一体化高频前端、电视信号图文接收解码器、控制器和存储器以及与控制器连接的接口；其中：一体化高频前端内置中频放大电路，将电视高频载波信号下变频为中频视频载波信号；电视信号图文接收解码器对中频视频载波信号经信号处理得到视频数据流承载的各类信息，并对其中有场消隐期间规定的第16行播发的北京标准时间信号解调并解码；控制器读取解码出的时间代码并将其存储及通过接口输出。本发明简单、廉价地从电视广播信号中获取高精度的北京时间标准，并能同时保证同步精度、安全性及可靠性。

Description

实现电信网节点设备时间同步的方法及其装置

技术领域

本发明涉及电信领域的时间同步技术，尤其涉及实现电信网络节点设备时间同步的方法及其装置。

背景技术

随着电信网络的飞速发展其信道的数据流速度越来越快，电信网络服务的内容越来越丰富，信息的实时性要求越来越高。因此，网络各节点设备的时间(时刻)同步要求越来越重要。

由于网络节点设备的本地时间(时刻)不统一或精度不够，会使电信网络产生各种各样的问题。例如，认证及计费问题、市话，长话计费系统一致性、电信管理网对信令的跟踪、移动通信中的漫游切换、电信网络互连互通和网间结算，对时间敏感的金融业计算机系统、电子商务交易的过程、通信业务所涉及的安全、大话务量数据统计以及网络故障定位等问题，都与网络节点设备的本地时间(时刻)同步及同步精度有着密切联系。

目前在各电信网领域采用的时间同步方法有以下几种：

(1)互连网领域的时间同步技术，即由基准时间服务器产生标准时间源(UTC时间)，通过网络时间协议(NTP，Network Time Protocol)逐级传递。由于传输介质距离的变化和各级服务器设备的不确定性使其时间精度不高，一般在国内或区域内可以获得小于100ms的时间校准精度。这种方法其精度和可靠性不高。

(2)在移动通信网络，通常采用由全球定位系统(GPS，GlobalPositioning System)接收机输出的1PP秒和UTC标准时间代码来同步设备的时间标签。这种方法虽然精度高，但安全性及经济性不好。

(3)在公共交换电话网(PSTN，Public Switched Telephone Network)中，通过网管系统从时间服务器提供的标准时间标签来实现程控电话交换机的自动校时.这种方法精度不高，且可靠性和安全性不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于实现电信网节点设备时间同步的装置及方法，能够简单而又廉价地获取精度足够高的北京(国家)时间标准，同时保证同步精度、安全性及可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于实现电信网节点设备时间同步的装置，包括：依次连接的一体化高频前端、电视信号图文接收解码器、控制器和存储器以及与控制器连接的接口；其中：

一体化高频前端内置中频放大电路，用于将电视高频载波信号下变频为中频视频载波信号；

电视信号图文接收解码器用于对中频视频载波信号经信号处理得到视频数据流承载的各类信息，并对其中有场消隐期间规定的行所播发的标准时间信号解调并解码；

存储器用于存储解码出的时间代码；

接口用于输出时间代码；

控制器用于读取所述时间代码并将其存储在所述存储器中，以及将时间代码通过接口输出。

进一步地，本发明上述装置还可具有以下特点：电视高频载波信号承载模拟视频信号，所述标准时间信号包括相位基准脉冲及标准时间脉冲信号；控制器还用于控制所述电视信号图文接收解码器的所述信号处理，电视信号图文接收解码器包括视频信号检波器、同步信号分离器、行同步计数器以及视频信号解码器；其中：

视频信号检波器分别与一体化高频前端和视频信号解码器连接，用于将中频视频载波信号进行检波，并将标准时间脉冲信号传送给视频信号解码器；

同步信号分离器分别与行同步计数器以及控制器连接，用于从的中频视频载波信号中分离出奇偶场同步识别信号和行同步信号，并将行同步信号输出给行同步计数器，以及将奇偶场同步识别信号输出给控制器；

控制器通过奇偶场同步识别信号以及行同步信号计数值确定奇、偶场和行扫描数，由此控制视频信号解码器进行解调和解码。

进一步地，本发明上述装置还可具有以下特点：所述标准时间信号还包括秒脉冲信号，视频信号检波器将秒脉冲信号检波并输出给电信网节点设备。

进一步地，本发明上述装置还可具有以下特点：电视高频载波信号承载数字视频信号，标准时间信号为标准时间代码，电视信号图文接收解码器含有场消隐间隔VBI处理器，信号处理包括：A/D变换、正交幅度调制QAM解调、前向纠错FEC以及MPEG-2解码生成各类IP包，并启动相应程序进行处理。

进一步地，本发明上述装置还可具有以下特点：存储器还用于存储时延修正值，控制器还用于从存储器里读取所述时延修正值对时间代码修正处理成标准时间代码，将标准时间代码存储在存储器中，并通过接口输出该标准时间代码。

进一步地，本发明上述装置还可具有以下特点：规定的行为第16行，标准时间为中国标准北京时间。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现电信网节点设备时间同步的方法，包括步骤：

(a)接收电视高频载波信号CATV-in，并对CATV-in信号进行转换；

(b)将转换信号中的场消隐期间规定的行所播发的标准时间信号解调及解码；

(c)将解码出的时间代码输出给所述电信网节点设备；

(d)电信网节点设备用时间代码校准本地时钟。

进一步地，本发明上述方法还具有以下特点：电视高频载波信号承载模拟视频信号，标准时间信号包括相位基准脉冲信号和标准时间脉冲信号，步骤(a)转换包括：

(a1)将CATV-in下变频为中频视频载波信号并进行放大；

(a2)将中频视频载波信号检波出相位基准脉冲信号和标准时间脉冲信号，并从中频视频载波信号中分离出奇偶场同步识别信号和行同步信号；

(a3)根据奇偶场同步识别信号和行同步信号确定行扫描数；

步骤(b)将标准时间脉冲信号解码成时间代码。

进一步地，本发明上述方法还具有以下特点：电视高频载波信号承载数字视频信号，标准时间信号为标准时间代码，步骤(a)转换包括：

(a1)将CATV-in下变频为中频视频载波信号并进行放大；

(a2)将中频视频载波信号进行A/D变换；

步骤(b)解调和解码包括：

(b1)进行QAM解调及FEC纠错；

(b2)进行MPEG-2解码生成各类IP包，并启动相应程序进行处理从而得到视频数据流承载的各类信息；

(b3)将标准时间代码分离。

进一步地，本发明上述方法还具有以下特点：步骤(b)还包括对时间代码进行时延修正成标准时间代码的步骤，时延修正包括步骤：

对于本地卫星地面站接收，由不同接收点的地理位置通过测试和统计计算得到一确定的值来对所接收时间标准进行时延修正；

对于本地电视转播台到电视广播用户采样点之间的传输，通过电缆长度的时延计算作固定时延修正。

进一步地，本发明上述方法还具有以下特点：场消隐期间规定的行为第16行，标准时间为中国标准北京时间。

本发明利用极其容易得到的电视广播信号资源，通过简单而又廉价的方式从电视广播信号中获取精度足够高的北京(国家)时间标准，并在同步精度、安全性及可靠性方面得到很好的统一。这对于解决国内电信网络节点设备中时间(时刻)同步问题具有很高的实用性和经济价值。

附图说明

图1为国标(UDC 621.391.8.08，GB 7402-87)中规定的插入在电视信号场逆程期间的第16行和第329行内的标准时间、标准频率及电台码等信息的相对时序关系；

图2为本发明一实施例的电信网节点设备时间同步装置的电路结构框图；

图3为本发明另一实施例的电信网节点设备时间同步装置的电路结构框图；

图4为图3中视频解码芯片TVP5147内VBUS寄存器存储时间代码的示意图；

图5为本发明提供的一种电信网节点设备时间同步方法流程图；

图6为本发明提供的另一种电信网节点设备时间同步方法的流程图；

图7为本发明提供的又一种电信网节点设备时间同步方法的流程图。

具体实施方式

本发明的理论根据来自1987年3月国家标准局颁布的文件《利用电视信号传送标准时间频率(UDC 621.391.8.08，GB 7402-87)》。该标准规定，将标准时间、标准频率及台标码等信息插入在电视信号场逆程期间的第16行和第329行内。

第16行内以行同步前沿为基准，依次排列为：相位基准脉冲、标准频率、秒脉冲和时间码。其相对时序关系如图1所示。

由于中央电视台的标准时间源由铯原子钟产生，其秒信号精度优于1ns，通过国际比对产生的北京时间其时刻准确度优于10ns。北京时间是东八时区的区时，北京时间(BST，Beijing Standard Time)与世界时UTC的关系为：BST＝UTC+8h，即北京时间比世界时的时刻提前8小时。北京时间是我国的国家标准时间，是我国政府公文及社会公共活动中确定、计算法定日期和时间(时刻)的依据。

当地方电视台通过卫星地面站接收中央电视台并直接转播时，在通过对传播延时进行修正后，其时刻准确度可优于3μs。

本发明提供的实现电信网节点设备时间同步的装置包括一体化高频前端(内置中频放大器)、电视信号图文接收解码器、控制器、存储器及专用接口。其中，一体化高频前端将电视高频载波信号下变频为中频视频载波信号，经放大后送入电视信号图文接收解码器，经信号处理将场消隐期间规定的行所播发的相位基准脉冲、场、行同步信号、秒脉冲信号及时间脉冲信号解调、解码出来，其中，秒脉冲信号可作为本地网络节点设备的实时时钟的秒基准信号；而其后的时间脉冲信号被解调、解码成时间代码，经过控制器根据当地的地理位置对其进行时延修正后分别得到北京(国家)标准时间的时间代码(时/分/秒)，再通过专用接口将该当地时间代码输出给电信网节点设备来实现其时间的同步。

本发明上述技术方案可用于我国国内以及世界各国各地网络节点设备实现时间同步，所不同的只是各国的标准时间应参照该国的电视广播传送标准时间频率的规定进行。但完成上述功能的任意参照方式和相应的标准时间信息获取方式均应视为等同的变化，均属于本发明的保护范围。

以下结合具体实施例和附图详细说明本发明的技术方案。

实施例1

对于以模拟方式承载的北京时间代码，其用于实现电信网节点设备时间同步的装置如图2所示，该装置200包括一体化高频前端210(内置中频放大器2101)、电视信号图文接收解码器220、CPU(80C51)230、存储器240以及专用接口250；其中，电视信号图文接收解码器220内含有视频信号检波器2201、同步信号分离器2202、行同步计数器2203以及视频解码器2204。

一体化高频前端210将模拟电视高频载波信号(CATV-in)下变频为中频视频载波信号，该信号经放大后，一路(包括相位基准脉冲、秒脉冲信号及时间脉冲信号的各种脉冲信号)送入视频信号检波器2201检波，检波出的信号送到视频解码器2204；另一路则送入同步信号分离器2202分离出奇偶场同步识别信号和行同步信号，将行同步信号送入行同步计数器2203，并将奇偶场同步识别信号送入CPU 230。CPU 230通过奇偶场同步识别信号和行同步计数值确定出奇、偶场和行扫描数，控制视频解码器2204将在场消隐期间规定的行(譬如第16行)中播发的相位基准脉冲、秒脉冲信号及时间脉冲信号解调、解码出来，秒脉冲信号可作为本地网络节点设备的实时时钟的秒基准信号；而其后的时间脉冲信号(x时y分z秒)被解调、解码成时间代码。

CPU 230从存储器240中取出时延(由于电视信号接收和传输造成的时延，与本地地理位置相关)修正值，对该时间代码进行修正处理后形成标准的北京时间的时/分/秒代码存储在存储器240中，并将该标准时间代码通过设定的接口250输出给本地的网络节点设备(图中未示)。

其中，经视频信号检波器2301对中频视频载波信号检波出的1PPS(秒脉冲信号)信号可用来与本地(网络节点设备)的秒信号比对，从而对本地时钟的准确度进行修正。也就是说，可以直接通过该1PPS信号对本地时钟的秒信号准确度进行校准，以达到对本地时钟的校准的目的。

实施例2

对于以数字方式承载的北京时间，其用于实现电信网节点设备时间同步的装置如图3所示，该装置300包括一体化高频前端310、电视信号图文接收解码器320、CPU 330、存储器340以及专用接口350。

其中，一体化高频前端310将数字电视高频载波信号下变频为中频视频载波信号，经放大后送入电视信号图文接收解码器320，本实施例采用IT公司的TVP5147视频数字信号处理芯片(但也可采用其它视频数字信号处理芯片)。

电视信号图文接收解码器320先将数字视频载波信号经A/D变换，然后进行正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)解调、前向纠错(FEC，Forward Error Correction)、MPEG-2解码生成各类IP包并启动相应程序进行处理，从而得到视频数据流承载的各类信息。其内置的场消隐间隔(VBI，Vertical Blanking Interval)处理器，可对场间隔时间代码(VITC，Vertical Interval Time Code)进行处理，并在对VBUS寄存器寻访中将时间代码存储在80 052CH-80 0534H单元中。

请同时参见图4，CPU 330从TVP5147解码芯片的80 052EH-80 0533H单元中依次取出时间代码，并从存储器340中取出时延修正值对该时间代码进行时延修正，处理成标准的北京时间代码，然后将其存回存储器340中，通过专用接口350输出该标准时间代码给本地网络节点设备。

上述两个实施例中关于信号接收和传输时延的修正：

1)对于本地卫星地面站接收时延的修正：由不同接收点的地理位置通过测试和统计计算得到某一确定的值(各卫星地面站均有统计数据，其不确定度小于500ns)对所接收时间标准进行修正；

2)对于本地电视转播台到CATV用户采样点(用户地理位置)之间的传输时延的修正：可通过电缆长度的时延(其不确定度小于100ns)计算作固定修正。

用本发明上述两个实施例的装置实现的一种电信网节点设备时间同步的方法，请分别参见图5、图6和图7。

如图5所示，本发明对于以模拟方式承载标准时间时间信息，其实现电信网节点设备时间同步的方法流程有如下步骤：

步骤401：接收模拟电视高频载波信号CATV-in；

步骤402：对该CATV-in信号进行下变频、中频放大、检波、同步信号分离等处理；

步骤403：将场消隐期间的第16行播发的相位基准脉冲、秒脉冲及时间脉冲信号进行解调并解码；

步骤404：依据本地地理位置将解码出的时间代码进行时延修正，处理成标准的北京时间代码存储；

步骤405：通过专用接口将标准时间代码输出给本地网络节点设备。

如图6所示，本发明对于以数字方式承载标准时间时间信息，其实现电信网节点设备时间同步的方法流程有如下步骤：

步骤501：接收数字电视高频载波信号CATV-in；

步骤502：对该CATV-in进行下变频、中频放大后送到视频数字信号处理芯片TVP5147；

步骤503：TVP5147先将数字视频射频载波信号经A/D变换，然后进行QAM解调、FEC纠错、MPEG-2解码生成各类IP包并启动相应程序进行处理从而得到视频数据流承载的各类信息；

步骤504：依据本地地理位置将分离出的时间代码进行时延修正，处理成标准的北京时间代码存储；

步骤505：通过专用接口将标准时间代码输出给本地网络节点设备。

本发明除上述两种方法外的另一种电信网节点设备时间同步的方法流程如图7所示，该流程包括步骤：

步骤601：接收模拟电视信号CATV-in；

步骤602：对该CATV-in信号进行下变频、中频放大及检波处理；

步骤603：获取1PPS信号对本地实时时钟秒信号进行校准。

本发明提供的装置和方法利用易得到的电视广播信号资源，通过简单、廉价的方式能够获取足够高精度的北京时间标准，且能同时保证同步精度、安全性及可靠性。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于实现电信网节点设备时间同步的装置，其特征在于，该装置包括依次连接的一体化高频前端、电视信号图文接收解码器、控制器和存储器以及与控制器连接的接口；其中：

所述一体化高频前端内置中频放大电路，用于将电视高频载波信号下变频为中频视频载波信号；

所述电视信号图文接收解码器用于对中频视频载波信号经信号处理得到视频数据流承载的各类信息，并对其中由场消隐期间规定的行所播发的标准时间信号解调并解码；

所述存储器用于存储解码出的时间代码；

所述接口用于输出所述时间代码；

所述控制器用于读取所述时间代码并将其存储在所述存储器中，以及将所述时间代码通过所述接口输出给电信网节点设备，所述电信网节点设备用所述时间代码校准本地时钟，实现电信网节点设备的时间同步。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电视高频载波信号承载模拟视频信号，所述标准时间信号包括相位基准脉冲及标准时间脉冲信号；所述控制器还用于控制所述电视信号图文接收解码器的所述信号处理，所述电视信号图文接收解码器包括视频信号检波器、同步信号分离器、行同步计数器以及视频信号解码器；其中：

所述视频信号检波器分别与所述一体化高频前端和所述视频信号解码器连接，用于将所述中频视频载波信号进行检波，并将标准时间脉冲信号传送给所述视频信号解码器；

所述同步信号分离器分别与所述行同步计数器以及所述控制器连接，用于从所述的中频视频载波信号中分离出奇偶场同步识别信号和行同步信号，并将所述行同步信号输出给所述行同步计数器，以及将所述奇偶场同步识别信号输出给所述控制器；

所述控制器通过所述奇偶场同步识别信号以及行同步信号计数值确定奇、偶场和行扫描数，由此控制所述视频信号解码器进行所述解调和解码。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述标准时间信号还包括秒脉冲信号，所述视频信号检波器将所述秒脉冲信号检波并输出给所述电信网节点设备。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电视高频载波信号承载数字视频信号，所述标准时间信号为标准时间代码，所述电视信号图文接收解码器含由场消隐间隔VBI处理器，所述信号处理包括：A/D变换、正交幅度调制QAM解调、前向纠错FEC以及MPEG-2解码生成各类IP包，并启动相应程序进行处理。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述存储器还用于存储时延修正值，所述控制器还用于从所述存储器里读取所述时延修正值对所述时间代码修正处理成标准时间代码，将所述标准时间代码存储在所述存储器中，并通过所述接口输出该标准时间代码。

6.按照权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述规定的行为第16行，所述标准时间为中国标准北京时间。

7.一种实现电信网节点设备时间同步的方法，包括以下步骤：

(a)接收电视高频载波信号CATV-in，并对所述CATV-in信号进行转换；

(b)将转换信号中的场消隐期间规定的行所播发的标准时间信号解调及解码；所述场消隐期间规定的行为第16行，所述标准时间为中国标准北京时间；

(c)将解码出的时间代码输出给所述电信网节点设备；

(d)所述电信网节点设备用所述时间代码校准本地时钟。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电视高频载波信号承载模拟视频信号，所述标准时间信号包括相位基准脉冲信号和标准时间脉冲信号，步骤(a)所述转换包括：

(a1)将所述CATV-in下变频为中频视频载波信号并进行放大；

(a2)将中频视频载波信号检波出所述相位基准脉冲信号和所述标准时间脉冲信号，并从所述中频视频载波信号中分离出奇偶场同步识别信号和行同步信号；

(a3)根据所述奇偶场同步识别信号和所述行同步信号确定行扫描数；

步骤(b)将所述标准时间脉冲信号解码成时间代码。

9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电视高频载波信号承载数字视频信号，所述标准时间信号为标准时间代码，步骤(a)所述转换包括：

(a1)将所述CATV-in下变频为中频视频载波信号并进行放大；

(a2)将所述中频视频载波信号进行A/D变换；

步骤(b)所述解调和解码包括：

(b1)进行QAM解调及FEC纠错；

(b2)进行MPEG-2解码生成各类IP包，并启动相应程序进行处理从而得到视频数据流承载的各类信息；

(b3)将所述标准时间代码分离。

10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括对所述时间代码进行时延修正成标准时间代码的步骤，所述时延修正包括步骤：

对于本地卫星地面站接收，由不同接收点的地理位置通过测试和统计计算得到一确定的值来对所接收时间标准进行时延修正；

对于本地电视转播台到电视广播用户采样点之间的传输，通过电缆长度的时延计算作固定时延修正。

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