CN109194431A - 一种时钟时频一体传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信传输领域，具体涉及一种时钟时频一体传输方法及装置，发送模块接收外部输入的时间基准和频率基准；时间基准通过编码单元，得到B码码元；基准频率Fs，通过倍频电路生成高频工作频率Fns；时间基准和频率基准还进行频率调相，实现同步，生成时频一体信号；恢复单元恢复出相应的B码码元波形；解码单元解算B码波形,输出时间信息和秒脉冲信号；频率恢复单元恢复出基准频率信号，整形后输出。本发明利用IRIG‑B码进行时间传递，同时在传输底层完成精确的频率传递，通过传输频率周期相同，占空比不同的信号实现时频一体化传输，即一条传输链路实现基于B码的时间和频率精确传输,实现链路复用,成本低,结构简单,传输可靠。

Description

一种时钟时频一体传输方法及装置
技术领域
本发明涉及通信传输领域，具体涉及一种时钟时频一体传输方法及装置。
背景技术
随着科学技术水平的发展和自动化程度的提高，时频同步技术在电力，通信等领域发挥着至关重要的作用，是电网和通信网正常运行的基础，当前时间同步系统已经成熟，发挥着重要的基础性作用，但频率同步技术传输还未能普及。
发明内容
本发明提供一种利用现有时间传输链路实现时间和频率精确传递，可以解决时频一体化传输同步问题。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：
一种时钟时频一体传输方法，包括以下步骤：
1）发送模块接收外部输入的时间基准和频率基准，外部输入信号为时间信息和秒脉冲；
2）时间基准通过B码编码单元，得到B码码元，传递到时频波形发生单元；
3）外部输入的基准频率Fs，首先通过倍频电路生成高频工作频率Fns，传递到时频波形发生单元；
4）外部输入的时间基准和频率基准还通过时频同步单元进行频率调相，实现外部输入的频率基准与时间基准同步，即秒脉冲上升沿与频率基准同步，将同步的波形信号传递给时频波形发生单元；
5）时频波形发生单元基于B码码元波形、高频工作频率和同步的波形信号，根据波形发生算法，生成时频一体信号；
6）信号发送电路将时频一体信号调制为通讯信号发送出去；
7）时频接收电路接收信号发送电路传输的通讯信号，转换为后序处理单元可处理识别的电脉冲信号,整形为方波形式；
8）B码码元恢复单元,通过采样算法,解算方波形式时频一体信号中高低电平的占空比,恢复出相应的B码码元波形；
9）B码解码单元解算B码波形,输出时间信息和秒脉冲信号；
10）频率恢复单元,通过检测时频一体信号上升沿,恢复出基准频率信号；
11）频率整形单元，将恢复出基准频率信号，整形为占空比50%为方波，或者正弦波输出。
所述步骤4）包括以下子步骤：
a）通过边沿触发器检测基准频率Fs的上升沿，当检测到上升沿后，输出Nh个高电平，得到频率信号F`Hs，其上升沿与基准频率Fs存在处理延时，脉宽得到拓展；
b）将基准频率Fs和拓展脉宽频率F`Hs输入合路器，即可得到上升沿与基准频率Fs一致，但脉宽不同的频率信号拓展脉宽频率FHs。
所述步骤5）包括以下子步骤：
c）将基准频率Fs和拓展脉宽频率FHs输入到切换开关，作为频率信号；
d）用IRIG-B信号，作为切换信号，使用IRIG-B信号的电平对输入的两个频率信号进行选择，选择方式为：当低电平时输出基准频率Fs，当高电平时输出拓展脉宽频率FHs，或当高电平时输出基准频率Fs，当低电平时输出拓展脉宽频率FHs的一种；
e）最终生成电平为CMOS的时频一体信号TFs。
所述步骤8）包括以下子步骤：
f) 通过采样，识别出不同的占空比的波形；
g) 高占空比脉冲连续输出高电平，低占空比为脉冲输出低电平，恢复出B码波形。
所述通讯信号为RS485差分信号、多模光信号、单模光信号的一种。
一种时钟时频一体传输装置，包括发送模块和接收模块，发送模块与接收模块连接，发送模块包括B码调制单元、时频同步单元、倍频单元、时频波形发生单元和信号发送电路，所述B码调制单元、时频同步单元、倍频单元分别与时频波形发生单元连接，时频波形发生单元和信号发送电路连接；接收模块包括时频接收电路和时频解码单元，频接收电路和时频解码单元连接，时频解码单元包括B码码元恢复单元、B码解码单元、频率恢复单元和频率整形单元，B码码元恢复单元和B码解码单元连接，频率恢复单元和频率整形单元连接。
发送模块与接收模块的连接方式为RS485 、多模光纤、单模光纤的一种。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用IRIG-B码进行时间传递，同时在传输底层完成精确的频率传递，通过传输频率周期相同，占空比不同的信号实现时频一体化传输，即一条传输链路实现基于B码的时间和频率精确传输,实现链路复用,成本低,结构简单,传输可靠。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明的发送模块原理示意图。
图3为本发明的时频合成示原理示意图。
图4为本发明的脉宽拓展原理示意图。
图5为本发明装置的接收模块示意图。
图6为本发明的接收模块原理示意图。
图7为本发明的时频解码单元原理示意图。
具体实施方式
如图1-7所示，一种时钟时频一体传输方法，包括以下步骤：
1）发送模块接收外部输入的时间基准和频率基准，外部输入信号为时间信息和秒脉冲；
2）时间基准通过B码编码单元，得到B码码元，传递到时频波形发生单元；
时间基准：输入秒脉冲和时间信息，或者B码码元信号；输入秒脉冲和时间信息时，通过秒脉冲和时间信息生成B码码元；
B码码元生成算法:通过输入秒脉冲和时间信息，根据B码生成算法，生成对应的B码码元。B码的基本的码元有“0 ”码元、“1”码元和“P”码元,每个码元占用10ms时间, 码元“0”和“1”对应的脉冲宽度为2 ms、5 ms ，“P”码元是位置码元,对应的脉冲宽度为8 ms ,设B码元宽度为Bh；
3）外部输入的基准频率Fs，首先通过倍频电路生成高频工作频率Fns，传递到时频波形发生单元；
频率基准：外部输入频率基准信号Fs，如2M,5M,10M等；输入的频率信号可选正弦波和方波；输入正弦波频率基准，则通过整形电路，整形为方波；
频率倍频：实现频率基准倍频，生成频率为基准4倍以上的频率Fns；系统时钟单元输入采用较低频率的高稳定度时钟，使用锁相环倍频单元把输入的频率基准信号Fs倍频至系统工作所需的高频信号Fns。为了降低锁相环倍频单元的输入宽带噪声，要把输入频率双倍频。锁相环倍频单元是一个由完整LC振荡器和压控振荡器的倍频器，倍频倍数设置为合适的倍数；
4）外部输入的时间基准和频率基准还通过时频同步单元进行频率调相，实现外部输入的频率基准与时间基准同步，即秒脉冲上升沿与频率基准同步，将同步的波形信号传递给时频波形发生单元；
脉冲和频率同步：秒脉冲和频率同步，调整时间信号相位，保证实现B码秒脉冲和频率脉冲上升沿同步；
脉宽拓展：产生周期相同，占空比不同的频率波形信号FHs。高电平对应基准频率为高占空比Fs波形，低电平为基准频率为低占空比FHs波形；或者相反, 高电平对应基准频率为低占空比FHs波形，低电平为基准频率为高占空比Fs波形，都不影响传输效果和性能。
脉宽拓展高电平取值：实现高占空比基准频率FHs波形生成，占空比为75%，容差范围+/-5%;脉宽周期约为倍频信号Nh个周期，Nh采用(3N)/4取整，取值范围：[(7N)/10,(8N)/10];
5）时频波形发生单元基于B码码元波形、高频工作频率和同步的波形信号，根据波形发生算法，生成时频一体信号；
6）信号发送电路将时频一体信号调制为通讯信号发送出去；
7）时频接收电路接收信号发送电路传输的通讯信号，转换为后序处理单元可处理识别的电脉冲信号,整形为方波形式；
8）B码码元恢复单元,通过采样算法,解算方波形式时频一体信号中高低电平的占空比,恢复出相应的B码码元波形；
9）B码解码单元解算B码波形,输出时间信息和秒脉冲信号；
10）频率恢复单元,通过检测时频一体信号上升沿,恢复出基准频率信号；
11）频率整形单元，将恢复出基准频率信号，整形为占空比50%为方波，或者正弦波输出。
所述步骤4）包括以下子步骤：
a）通过边沿触发器检测基准频率Fs的上升沿，当检测到上升沿后，输出Nh个高电平，得到频率信号F`Hs，其上升沿与基准频率Fs存在处理延时，脉宽得到拓展；
b）将基准频率Fs和拓展脉宽频率F`Hs输入合路器，即可得到上升沿与基准频率Fs一致，但脉宽不同的频率信号拓展脉宽频率FHs。
所述步骤5）包括以下子步骤：
c）将基准频率Fs和拓展脉宽频率FHs输入到切换开关，作为频率信号；
d）用IRIG-B信号，作为切换信号，使用IRIG-B信号的电平对输入的两个频率信号进行选择，选择方式为：当低电平时输出基准频率Fs，当高电平时输出拓展脉宽频率FHs，或当高电平时输出基准频率Fs，当低电平时输出拓展脉宽频率FHs的一种；
e）最终生成电平为CMOS的时频一体信号TFs。
所述步骤8）包括以下子步骤：
f) 通过采样，识别出不同的占空比的波形；
g) 高占空比脉冲连续输出高电平，低占空比为脉冲输出低电平，恢复出B码波形。
所述通讯信号为RS485差分信号、多模光信号、单模光信号的一种。
一种时钟时频一体传输装置，包括发送模块和接收模块，发送模块与接收模块连接，发送模块包括B码调制单元、时频同步单元、倍频单元、时频波形发生单元和信号发送电路，所述B码调制单元、时频同步单元、倍频单元分别与时频波形发生单元连接，时频波形发生单元和信号发送电路连接；接收模块包括时频接收电路和时频解码单元，频接收电路和时频解码单元连接，时频解码单元包括B码码元恢复单元、B码解码单元、频率恢复单元和频率整形单元，B码码元恢复单元和B码解码单元连接，频率恢复单元和频率整形单元连接。
本发明利用IRIG-B码进行时间传递，同时在传输底层完成精确的频率传递，通过传输频率周期相同，占空比不同的信号实现时频一体化传输，需要满足如下以下条件：
脉冲信号占空比∆F大于等于20%，且小于等于80%；不同脉冲信号电平占空比差∆Fhl大于等于20%。
本发明利用一条传输链路实现基于B码的时间和频率精确传输,实现链路复用,成本低,结构简单,传输可靠。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种时钟时频一体传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）发送模块接收外部输入的时间基准和频率基准，外部输入信号为时间信息和秒脉冲；
2）时间基准通过B码编码单元，得到B码码元，传递到时频波形发生单元；
3）外部输入的基准频率Fs，首先通过倍频电路生成高频工作频率Fns，传递到时频波形发生单元；
4）外部输入的时间基准和频率基准还通过时频同步单元进行频率调相，实现外部输入的频率基准与时间基准同步，即秒脉冲上升沿与频率基准同步，将同步的波形信号传递给时频波形发生单元；
5）时频波形发生单元基于B码码元波形、高频工作频率和同步的波形信号，根据波形发生算法，生成时频一体信号；
6）信号发送电路将时频一体信号调制为通讯信号发送出去；
7）时频接收电路接收信号发送电路传输的通讯信号，转换为后序处理单元可处理识别的电脉冲信号,整形为方波形式；
8）B码码元恢复单元,通过采样算法,解算方波形式时频一体信号中高低电平的占空比,恢复出相应的B码码元波形；
9）B码解码单元解算B码波形,输出时间信息和秒脉冲信号；
10）频率恢复单元,通过检测时频一体信号上升沿,恢复出基准频率信号；
11）频率整形单元，将恢复出基准频率信号，整形为占空比50%为方波，或者正弦波输出。
2.根据权利要求1所述的一种时钟时频一体传输方法，其特征在于：所述步骤4）包括以下子步骤：
a）通过边沿触发器检测基准频率Fs的上升沿，当检测到上升沿后，输出Nh个高电平，得到频率信号F`Hs，其上升沿与基准频率Fs存在处理延时，脉宽得到拓展；
b）将基准频率Fs和拓展脉宽频率F`Hs输入合路器，即可得到上升沿与基准频率Fs一致，但脉宽不同的频率信号拓展脉宽频率FHs。
3.根据权利要求1所述的一种时钟时频一体传输方法，其特征在于：所述步骤5）包括以下子步骤：
c）将基准频率Fs和拓展脉宽频率FHs输入到切换开关，作为频率信号；
d）用IRIG-B信号，作为切换信号，使用IRIG-B信号的电平对输入的两个频率信号进行选择，选择方式为：当低电平时输出基准频率Fs，当高电平时输出拓展脉宽频率FHs，或当高电平时输出基准频率Fs，当低电平时输出拓展脉宽频率FHs的一种；
e）最终生成电平为CMOS的时频一体信号TFs。
4.根据权利要求1所述的一种时钟时频一体传输方法，其特征在于：所述步骤8）包括以下子步骤：
f) 通过采样，识别出不同的占空比的波形；
g) 高占空比脉冲连续输出高电平，低占空比为脉冲输出低电平，恢复出B码波形。
5.根据权利要求1所述的一种时钟时频一体传输方法，其特征在于：所述通讯信号为RS485差分信号、多模光信号、单模光信号的一种。
6.一种时钟时频一体传输装置，其特征在于：包括发送模块和接收模块，发送模块与接收模块连接，发送模块包括B码调制单元、时频同步单元、倍频单元、时频波形发生单元和信号发送电路，所述B码调制单元、时频同步单元、倍频单元分别与时频波形发生单元连接，时频波形发生单元和信号发送电路连接；接收模块包括时频接收电路和时频解码单元，频接收电路和时频解码单元连接，时频解码单元包括B码码元恢复单元、B码解码单元、频率恢复单元和频率整形单元，B码码元恢复单元和B码解码单元连接，频率恢复单元和频率整形单元连接。
7.根据权利要求6所述的一种时钟时频一体传输方法，其特征在于：发送模块与接收模块的连接方式为RS485 、多模光纤、单模光纤的一种。
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