CN108134626A - 一种vsat网时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VSAT网时间同步方法，包括基准站NCR(Network Clock Reference，网络时钟参考)发送模块和地球站NCR接收同步模块，所述地球站NCR接收同步模块包括NCR提取模块、本地时钟计数模块、鉴相模块、二阶环路滤波器、频率控制字加和模块、DA(Digital to Analog，数模转换)模块、VCO(Voltage‑controlled oscillator，压控振荡器)模块、闪存存储模块以及延时补偿模块。本发明能够快速实现频率、时间同步，同时具备掉电记忆功能，具有较强的实用性和创造性。

Description

一种VSAT网时间同步方法
技术领域
本发明涉及VSAT(Very Small Aperture Terminal，甚小天线地球站)卫星通信领域，尤其涉及一种VSAT网时间同步方法。
背景技术
VSAT(Very Small Aperture Terminal，甚小天线地球站)站卫星链路有主站到VSAT站的出主站链路，有VSAT站到主站的入主站链路。入主站链路有多种卫星多址接入方式：频分多址、码分多址以及时分多址。而对于TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)传输系统来说，由于分配给各地球站的是特定的时隙，因而每个地球站必须在分配给自己的时隙中用相同的载波频率向卫星发射信号，并经放大后沿下行链路重新发回地面。由此可见卫星转发器必须按时间顺序接收来自不同地球站的信号，时隙间排列必须紧凑且互不重叠。这样才能保证某一时刻卫星转发器中只有一条TDMA载波。由于TDMA系统中所有地球站发送的上行信号的载波频率都相同，因而要求所有的地球站在时间上必须保持同步，才能保证每个地球站能够在制定的时间段发送和接收信息，而不误入其他时段，造成对相邻信道的干扰。
TDMA系统中由基准站发送了用于全网同步的基准子帧，由于各个地球站离卫星的距离不相同，信号从各个地球站到卫星的传输延时也各不相同，于是为了保证各个地球站发送的突发子帧在指定的时隙位置到达卫星接收机的输入端口，这就需要解决子帧同步的问题，也就是全网时间同步问题。
其中专利“一种系统时钟恢复装置”(CN101227617)提供了一种能够快速捕获频率的系统统时钟恢复装置。但这种方法只实现了频率同步，没有实现时间同步和系统记忆功能。
发明内容
本发明提供一种VSAT网时间同步方法，以解决上述现有技术的不足，能够快速实现频率、时间同步，同时具备掉电记忆功能，具有较强的实用性。
为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：
一种VSAT网时间同步方法，包括基准站NCR(Network Clock Reference，网络时钟参考)发送模块和地球站NCR接收同步模块，所述地球站NCR接收同步模块包括NCR提取模块、本地时钟计数模块、鉴相模块、二阶环路滤波器、频率控制字加和模块、DA(Digital toAnalog，数模转换)模块、VCO(Voltage-controlled oscillator，压控振荡器)模块、闪存存储模块以及延时补偿模块；
所述基准站NCR发送模块在第n(传输物理帧的次序)帧时发送NCR，并在第n帧的SOF(Start of Frame，帧的起始标志)有效时锁存本地时间信息，同时组帧成NCR时间帧，并对NCR时间帧进行FEC(Forward Error Correction，向前纠错)编码，在第n+2帧时，发送给调制模块；
所述NCR提取模块连接于所述鉴相模块，所述鉴相模块连接于所述二阶环路滤波器，所述二阶环路滤波器分别连接于所述频率控制字加和模块和所述闪存存储模块，所述闪存存储模块连接于所述频率控制字加和模块，所述频率控制字加和模块连接于DA模块，所述DA模块连接于VCO模块，所述VCO模块连接于所述本地时钟计数模块，所述本地时钟计数模块连接于鉴相模块，所述本地时钟计数模块还连接于延时补偿模块；
所述二阶环路滤波器、闪存存储模块、频率控制字模块、DA模块以及VCO模块共同构成了锁相环；
在地球站NCR同步模块启动时把所述NCR提取模块提取的基准时钟作为本地时钟计数模块预设初始值，并通过所述本地时钟计数模块开始独立计数；
通过鉴相模块，进行计算本地计数和基准计数的差运算；
通过二阶环路滤波器，接收鉴相模块中的差运算结果，并滤除鉴相模块输出电压中的高频噪声；
通过闪存存储模块，当所述锁相环锁定之后储存频率控制字，作为下次频率控制字的预设值基准值；
通过频率控制字加和模块，将所述二阶环路滤波器中输出的频率控制字和所述闪存存储模块读出的频率控制字的预设置加和，得到频率控制字；
通过DA模块，根据频率控制字输出控制电压；
通过VCO模块，根据控制电压输出本地时钟频率；
通过本地时钟计数模块，接收所述VCO模块输出本地时钟计数值；
通过延时补偿模块，向本地时钟计数模块补偿传输延时和硬件处理延时，待频率锁定之后将本地时钟计数值和所述延时相加，得到同步时间。
上述技术方案的优点在于：
1、本发明采用动态参数切换的二阶环路滤波器的频率跟踪算法，实时跟踪基准时钟，相位精度高，而且能快速恢复基准站时钟；
2、本发明采用本地计数与基准时钟直接做差和本地独立计数，提过了相位精度，同时NCR基准时钟发送周期不影响同步精度；
3、本发明采用二阶环路滤波器锁定之后，把频率控制字存入闪存存储模块，达到下次上电快速同步目的；
4、本发明增加延时补偿模块，达到时间同步的目的；
5、本发明采用了闪存存储模块，使得同步装置具备掉电记忆的功能；
6、本发明能够快速实现频率、时间同步，同时具备掉电记忆功能，具有较强的实用性和创造性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细描述。其中：
图1示出了本发明基准站NCR发送的结构示意图。
图2示出了本发明地球站NCR接收同步的结构示意图。
具体实施方式
如图1～图2所示，一种VSAT网时间同步方法，包括基准站NCR(Network ClockReference，网络时钟参考)发送模块和地球站NCR接收同步模块，所述地球站NCR接收同步模块包括NCR提取模块、本地时钟计数模块、鉴相模块、二阶环路滤波器、频率控制字加和模块、DA(Digital to Analog，数模转换)模块、VCO(Voltage-controlled oscillator，压控振荡器)模块、闪存存储模块以及延时补偿模块；
所述基准站NCR发送模块在第n(传输物理帧的次序)帧时发送NCR，并在第n帧的SOF(Start of Frame，帧的起始标志)有效时锁存本地时间信息，同时组帧成NCR时间帧，并对NCR时间帧进行FEC(Forward Error Correction，向前纠错)编码，在第n+2帧时，发送给调制模块；
所述NCR提取模块连接于所述鉴相模块，所述鉴相模块连接于所述二阶环路滤波器，所述二阶环路滤波器分别连接于所述频率控制字加和模块和所述闪存存储模块，所述闪存存储模块连接于所述频率控制字加和模块，所述频率控制字加和模块连接于DA模块，所述DA模块连接于VCO模块，所述VCO模块连接于所述本地时钟计数模块，所述本地时钟计数模块连接于鉴相模块，所述本地时钟计数模块还连接于延时补偿模块；
所述二阶环路滤波器、闪存存储模块、频率控制字模块、DA模块以及VCO模块共同构成了锁相环；
在地球站NCR同步模块启动时把所述NCR提取模块提取的基准时钟作为本地时钟计数模块预设初始值，并通过所述本地时钟计数模块开始独立计数；
通过鉴相模块，进行计算本地计数和基准计数的差运算；
通过二阶环路滤波器，接收鉴相模块中的差运算结果，并滤除鉴相模块输出电压中的高频噪声；
通过闪存存储模块，当所述锁相环锁定之后储存频率控制字，作为下次频率控制字的预设值基准值；
通过频率控制字加和模块，将所述二阶环路滤波器中输出的频率控制字和所述闪存存储模块读出的频率控制字的预设置加和，得到频率控制字；
通过DA模块，根据频率控制字输出控制电压；
通过VCO模块，根据控制电压输出本地时钟频率；
通过本地时钟计数模块，接收所述VCO模块输出本地时钟计数值；
通过延时补偿模块，向本地时钟计数模块补偿传输延时和硬件处理延时，待频率锁定之后将本地时钟计数值和所述延时相加，得到同步时间。
本发明基准站NCR发送模块实施方式为：在卫星DVS-S传输系统中，物理帧处于连续发送状态，即在没有传输业务帧时，要传输空帧。NCR以一个固定的周期插入，而NCC(Network Color Code，网络色码)以合理的固定间隔时间进行传输，NCC最好每秒插入10次，NCC参考时钟至少好于5ppm。计数器宽度为42bit，其中9bit是扩展位。当NCR发送周期到来时，加入当前传输的是第n帧，则在第n(传输物理帧的次序)帧的sof有效时锁存本地时间信息。同时组帧成NCR时间帧，并对NCR时间帧进行FEC编码，在第n+2帧时，发送给调制模块，即达成了从锁存送至调制模块2帧的传输延时。
本发明地球站NCR接收同步模块的实施方式为：NCR提取模块，主要是识别物理帧，根据帧头指示(特殊的WAVEID)提取NCR帧，经过解调和解码得到基准时钟；当启动NCR同步时把提取基准时钟作为本地时钟计数模块预设初始值，启动NCR同步计数器之后，本地计数模块在VCO模块时钟驱动本地时钟下独立计数。以后每次收到NCR基准时钟时，把计算本地计数和基准计数送入鉴相模块进行做差运算，结果送入二阶环路滤波器中；在二阶环路滤波器参数控制模块中，参数kp，ki分别为误差比例衰减因子和积分衰减因子。统计鉴相输入误差，最初最大鉴相误差大于锁定误差，此时二阶环路滤波器出于捕获阶段，此时kp，ki可设定衰减较小值，从而达到快速捕获目的。当本地捕获到基准时钟时，切换参数到等比例扩大的衰减因子kp，ki，此时一直进行频率跟踪阶段；二阶环路滤波器输出和从闪存储存模块中读出的频率控制字的预设置相加得频率控制字，DA根据频率控制字输出控制电压，VCO根据控制电压输出本地时钟频率，传输给DA模块使整个系统构成锁相环；当锁相环锁定之后，同时把频率控制字存入闪存存储模块中，供下次上电时读出作为频率控制字的预设值基准值；补偿模块根据地理位置得到的“地星地”传输延时，大约为0.27s，以及基准站和地球站之间的内部硬件处理延迟。在频率锁定之后，本地时钟频率计数值加上所述延时，得到同步时间，从而完成全网时间同步；若NCR提取模块间隔一段时间内没有收到NCR信息，就注销NCR同步，本地时钟采用最新一次同步后的时钟，当收到NCR时间帧又从新进入同步处理。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种VSAT网时间同步方法，其特征在于，包括基准站NCR发送模块和地球站NCR接收同步模块，所述地球站NCR接收同步模块包括NCR提取模块、本地时钟计数模块、鉴相模块、二阶环路滤波器、频率控制字加和模块、DA模块、VCO模块、闪存存储模块以及延时补偿模块；
所述基准站NCR发送模块在第n帧时发送NCR，并在第n帧的SOF有效时锁存本地时间信息，同时组帧成NCR时间帧，并对NCR时间帧进行FEC编码，在第n+2帧时，发送给调制模块；
所述NCR提取模块连接于所述鉴相模块，所述鉴相模块连接于所述二阶环路滤波器，所述二阶环路滤波器分别连接于所述频率控制字加和模块和所述闪存存储模块，所述闪存存储模块连接于所述频率控制字加和模块，所述频率控制字加和模块连接于DA模块，所述DA模块连接于VCO模块，所述VCO模块连接于所述本地时钟计数模块，所述本地时钟计数模块连接于鉴相模块，所述本地时钟计数模块还连接于延时补偿模块；
所述二阶环路滤波器、闪存存储模块、频率控制字模块、DA模块以及VCO模块共同构成了锁相环；
在地球站NCR同步模块启动时把所述NCR提取模块提取的基准时钟作为本地时钟计数模块预设初始值，并通过所述本地时钟计数模块开始独立计数；
通过鉴相模块，进行计算本地计数和基准计数的差运算；
通过二阶环路滤波器，接收鉴相模块中的差运算结果，并滤除鉴相模块输出电压中的高频噪声；
通过闪存存储模块，当所述锁相环锁定之后储存频率控制字，作为下次频率控制字的预设值基准值；
通过频率控制字加和模块，将所述二阶环路滤波器中输出的频率控制字和所述闪存存储模块读出的频率控制字的预设置加和，得到频率控制字；
通过DA模块，根据频率控制字输出控制电压；
通过VCO模块，根据控制电压输出本地时钟频率；
通过本地时钟计数模块，接收所述VCO模块输出本地时钟计数值；
通过延时补偿模块，向本地时钟计数模块补偿传输延时和硬件处理延时，待频率锁定之后将本地时钟计数值和所述延时相加，得到同步时间。
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