專利名稱：單頻網中時鐘同步裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種數字信號處理技術領域的裝置，具體是一種單頻網中時鐘同步裝置。
背景技術：
在數字信號傳輸系統中，為了增加覆蓋范圍，改善覆蓋效果，在一定的地理區(qū)域內 (市、省，或者甚至是一個國家)，使用多個發(fā)射點，通過一個頻段在同一時刻發(fā)射同樣的無線信號，從而實現對該地理區(qū)域的可靠覆蓋，這種組網方式稱之為單頻網。
單頻網組網方式，是擴大覆蓋范圍、改善覆蓋質量的最好方法，對比起消耗頻譜資源、且頻譜規(guī)劃復雜的多頻網組網方式來說，在頻譜資源珍稀的當今，顯得尤其重要。單頻網的核心技術問題主要就是同步問題，強調的是在不同的發(fā)射點，需要以相同頻率在相同時刻發(fā)射相同的節(jié)目。單頻網的同步要求得不到滿足的話，將會對覆蓋重疊區(qū)的接收系統人為的造成復雜、惡劣的多徑影響，產生相干干擾，惡化接收性能。傳統的數字電視單頻網結構示意圖如圖1所示。
因此，在單頻網的構架下，所有的同步發(fā)射點都需要一個基準的標準時鐘，這個標準時鐘的頻率往往是10MHz。目前，這些發(fā)射點IOMHz標準時鐘的獲得，通常是利用外部的 GPS同步時鐘參考設備，接收GPS系統信號并鎖定，從而提供一個任何時候在任何地點都同步的準確的IOMHz時鐘。
這種方式有4點缺陷每一個發(fā)射點都需要一個標準時鐘，用以保證各個發(fā)射點之間的時間完全同步，所需要添加的外部GPS時鐘參考設備價格昂貴，維護成本高；整個單頻網依賴于系統以外的信息工作，而這個單頻網系統以外的GPS系統很容易受到人為的干擾，一旦GPS失鎖，各個發(fā)射點的基準頻率丟失，各個發(fā)射點的發(fā)射頻率會相差各異，導致整個單頻網的崩潰；即使是自然環(huán)境(如閃電雷擊、太陽風暴等不可抗因素)，也很容易導致GPS系統受到干擾，一旦GPS失鎖，各個發(fā)射點的基準頻率丟失，各個發(fā)射點的發(fā)射頻率會相差各異，導致整個單頻網的崩潰；GPS系統開機，以及失鎖后恢復時間很長，以小時計， 導致整個單頻網無法快速進入正常工作狀態(tài)。
在傳統的單頻網網絡結構下，電視節(jié)目信號通過復用器后，以標準MPEG格式的TS 流進入中心站的主單頻網適配器。該主單頻網適配器信號對輸入的TS流進行巨幀處理 (MIP)，插入時間、信令等信息，然后送入節(jié)目分配網絡。在各同步發(fā)射點，對應的收端適配器解析MIP包，計算傳輸延時并進行補償，從而保證單頻網時間同步和碼流同步的要求，如圖1所示。
傳統技術上，為保證單頻網的時間同步，在各同步發(fā)射點需要一個基準的標準時鐘，常常通過外部GPS同步時鐘參考設備來提供，如圖3所示。一旦該GPS同步時鐘參考設備受到人為、自然環(huán)境等干擾發(fā)生失鎖，那么各同步發(fā)射點的頻率將發(fā)生漂移，從而導致整個單頻網系統的崩潰。
經過對現有技術的檢索發(fā)現，中國專利號ZL200710041715. 1，授權公告號CN100512436C，授權公告日2009-7-8公開了一種“鐵路電視單頻網中系統時鐘饋送和恢復方法”，該技術簡化了各同步發(fā)射點對GPS同步時鐘參考設備的要求，其所使用的GPS設備只需要能產生Ipps秒脈沖，并不需要輸出高精度的IOMHz時鐘。這對比起傳統的方法的確有了一定程度的改進，然而該技術需要同時在發(fā)射端的主單頻網適配器和接收端適配器 (同步器)插入計數操作，因此只能使用應用該專利技術的特定專用設備，或者必須對原有設備進行技術改造，并不具有通用性，尤其不利于不同廠家的設備進行互聯互通；二來，它需要在TS流中額外插入的時間標簽，破壞了原有TS流的設置；最后也是最重要的是，該時鐘恢復算法屬于跟蹤算法，由于需要數字信號處理器在一定時間內平均計算數值，跟蹤的頻率非常低，從而導致恢復出來的時鐘容易產生來回抖動。要達到工程應用的高精度，只能通過大大延長鎖定的時間(長達數小時甚至數天)，不利于工程應用以及我國國情。例如發(fā)射設備需要每天重新開關機的情況下，若每次都要重新用數小時鎖定時鐘的話，工程實用性將大大打折扣。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術存在的上述不足，提供一種單頻網中時鐘同步裝置，通過在單頻網中統一傳輸的TS流，用通用芯片完成碼流時鐘恢復，然后利用鎖相環(huán)芯片把本地晶振鎖定在恢復出來的碼流時鐘上。其輸出的參考時鐘，精度高，結構簡單，價格低廉；避免了對外部的GPS同步參考時鐘依賴，完全可以取代傳統昂貴的GPS同步參考時鐘設備來完成整個單頻網內的時鐘和頻率同步。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的，本發(fā)明包括碼流恢復單元、本地晶振單元、 鎖相環(huán)單元和數字信號處理器，其中碼流恢復單元接收端適配器輸出的TS流并進行碼流同步鎖定以及時鐘恢復處理后將與TS流同步的碼流時鐘輸出至鎖相環(huán)的第一時鐘輸入端和/或數字信號處理器，鎖相環(huán)的第一時鐘輸入端接收碼流恢復單元或數字信號處理器輸出的碼流時鐘，鎖相環(huán)的第二時鐘輸入端連接本地晶振輸出的參考時鐘，鎖相環(huán)單元的控制端接收數字信號處理器輸出的鎖相環(huán)控制字并輸出晶振控制字至本地晶振單元完成反饋控制，由本地晶振單元輸出鎖定后的本地參考時鐘。
所述的TS流是指經過主單頻網適配器的巨幀處理的含有幀初始化包的TS流。
所述的碼流恢復單元讀取TS流中的幀初始化包并構建出跟TS流完全同步的碼流時鐘。
所述的數字信號處理器根據本地晶振的時鐘與恢復的碼流時鐘之間的倍數關系輸出鎖相環(huán)控制字。
所述的數字信號處理器由控制字生成模塊和/或交互模塊組成，其中控制字生成模塊通過獨立自動檢測或通過交互模塊手動預設的方式得到本地晶振與碼流時鐘的倍數關系Τκ/Τχ，從而生成對應的鎖相環(huán)控制字，其中！^為恢復出的碼流時鐘，Tx為本地晶振的時鐘。
所述的自動檢測是指預測周期T內分別用碼流時鐘Tk與本地晶振的時鐘Tx于數字信號處理器中計數，記得到的碼流時鐘個數Nk與本地晶振的時鐘個數Νχ，則Tk與Tx的倍數關系即為Nk與Nx的倍數關系的倒數，Nx/Ne = ΤΕ/ΤΧ.；所述的手動預設是指通過向交互模塊手動輸入當前本地晶振的時鐘頻率，記為Fx，手動輸入碼流時鐘頻率，記為!^，則倍數關系為Fx/!^ = ΤΕ/Τχο由倍數關系可得到鎖相環(huán)控制字。
所述的鎖相環(huán)單元接收鎖相環(huán)控制字并將本地晶振的時鐘以同頻率或者準確倍數方式鎖定在碼流時鐘上并輸出晶振控制字至本地晶振。
本發(fā)明最特別之處在于，即使主單頻網適配器由于設備、人為或者自然環(huán)境等因素的干擾，導致并未鎖定在外部的GPS同步時鐘參考源上的情況下，本發(fā)明仍然能夠保證各個發(fā)射點彼此之間的時間和頻率保持嚴格的一致。此時各個發(fā)射點的時間將同步在主單頻網適配器的本地晶振上，因而即使沒有外部GPS設備或者丟失外部GPS時鐘參考源，單頻網仍然能夠維持正常工作。這對于單頻網組網來說有著極大的現實意義，其將極大的減少了對外部GPS系統的依賴性，避免了常見的由于GPS信號偶爾失鎖引發(fā)的故障，從而大大增強了系統的魯棒性。
本發(fā)明所提供的時鐘信息傳輸方法有以下的優(yōu)勢， 1.不依賴于額外的GPS時鐘參考源，極大的降低了組網的設備成本以及維護的費用 2.不受任何人為或者自然環(huán)境因素影響 3.不增加任何額外的信息量和傳輸通道，不改變原有的碼流內容及設置，有利于提高設備通用性，降低設備復雜度，且可實現不同廠家的設備互聯互通 4.快速鎖定，整個單頻網系統各同步發(fā)射點的時鐘鎖定時間在毫秒級 5.恢復出的參考時鐘精度高，能滿足單頻網組網要求 6.價格低廉


圖1為傳統單頻網網絡結構。
圖2為實施例1結構示意圖。
圖3為采用GPS系統的單頻網結構。
圖4為實施例1應用示意圖。
圖5為實施例2結構示意圖。
圖6為實施例1數字信號處理器結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1 如圖2所示，本實施例包括碼流恢復單元、本地晶振單元、鎖相環(huán)單元和數字信號處理器，其中碼流恢復單元接收端適配器輸出的TS流并進行碼流同步鎖定以及時鐘恢復處理后，將與TS流同步的碼流時鐘輸出至鎖相環(huán)的第一時鐘輸入端和數字信號處理器， 鎖相環(huán)的第一時鐘輸入端接收碼流恢復單元輸出的碼流時鐘，鎖相環(huán)的第二時鐘輸入端連接本地晶振輸出的參考時鐘，鎖相環(huán)單元的控制端接收數字信號處理器輸出的鎖相環(huán)控制字并輸出晶振控制字至本地晶振單元完成反饋控制，由本地晶振單元輸出鎖定后的本地參考時鐘。
所述的TS流是指經過主單頻網適配器的巨幀處理的含有幀初始化包(MIP)的 TS流。
所述的碼流恢復單元讀取TS流中的幀初始化包并構建出跟TS流完全同步的碼流時鐘，該碼流恢復單元在本實施例中采用通用碼流恢復芯片實現。
所述的數字信號處理器根據本地晶振的時鐘與收到的碼流時鐘之間的倍數關系輸出鎖相環(huán)控制字，該數字信號處理器包括控制字生成模塊。
所述的控制字生成模塊指的是，首先自動檢測方式得到本地晶振與碼流時鐘的倍數關系在所述同步裝置初始化階段，在同一時刻用初始化信號Rst對計數器(^和Cx清零， 然后在設置預測周期T內分別用碼流時鐘Tk與本地晶振的時鐘Tx于數字信號處理器中計數器Ck和Cx進行計數，記得到的計數器讀數分別記為碼流時鐘個數Nk與本地晶振的時鐘個數Nx,則Te與Tx的倍數關系即為Nk與N的倍數關系的倒數，NX/NK = TE/TX.。結構如圖6 所示。得到倍數關系后生成對應的鎖相環(huán)控制字送到鎖相環(huán)控制端。該鎖相環(huán)控制字為實時計算得到。
所述的鎖相環(huán)單元接收鎖相環(huán)控制字并輸出晶振控制字從而將本地晶振的時鐘準確鎖定在恢復出來的碼流時鐘鎖上。該鎖相環(huán)單元在本實施例中采用通用模擬鎖相環(huán)芯片實現。
如圖3和圖4所示，本實施例包括以下步驟 第一步、TS流經過發(fā)射端主單頻網適配器完成巨幀處理(MIP)后通過單頻網節(jié)目分配網絡發(fā)送到接收端各個同步發(fā)射點，同時送入發(fā)射點的激勵器以及本發(fā)明裝置。
第二步，本發(fā)明裝置接收經過巨幀處理后的TS流，恢復出與發(fā)射端主單頻網適配器的時鐘參考源準確鎖定的參考時鐘，輸出到激勵器。其具體步驟如下 2. 1)碼流同步鎖定TS流中攜帶了發(fā)射端主單頻網適配器的時鐘信息，其輸入通用的碼流恢復芯片，碼流恢復芯片通過讀取TS流中的幀初始化包(MIP)，完成碼流串并轉換并鎖定，從而最終構建出跟TS流完全同步的碼流時鐘。
2. 2)時鐘恢復處理數字信號處理器通過自動判斷或者手動設置得到本地晶振和碼流時鐘的倍數關系輸出給鎖相環(huán)相應控制字。從而使得本地晶振準確的鎖定在恢復出的碼流時鐘，從而準確鎖定在發(fā)射端主單頻網適配器的參考時鐘上，并最終輸出到各個發(fā)射點的激勵器。
第三步、各個發(fā)射點的激勵器接收本發(fā)明裝置恢復出來的完全一致的參考時鐘， 作為各個發(fā)射點的系統參考時鐘，對單頻網中傳送的TS流進行編碼、調制、變頻等操作，從而實現單頻網中所需要的碼流同步、時鐘同步和頻率同步。
實施例2 如圖5所示，本實施例中的碼流恢復單元接收端適配器輸出的TS流并進行碼流同步鎖定以及時鐘恢復處理后將與TS流同步的碼流時鐘輸出至數字信號處理器，鎖相環(huán)的第一時鐘輸入端接收數字信號處理器輸出的碼流時鐘，鎖相環(huán)的第二時鐘輸入端連接本地晶振輸出的參考時鐘，鎖相環(huán)單元的控制端接收數字信號處理器輸出的鎖相環(huán)控制字并輸出晶振控制字至本地晶振單元完成反饋控制，由本地晶振單元輸出同步后的本地參考時鐘。
所述的數字信號處理器根據本地晶振的時鐘與內置的碼流時鐘之間的倍數關系輸出鎖相環(huán)控制字，同時輸出碼流時鐘給鎖相環(huán)第一時鐘輸入端。該數字信號處理器包括 交互模塊和控制字生成模塊。
所述的交互模塊是指通過包括(但不僅限于)串行通信接口(RS232或者 RS485)、網口(RJ45Ethernet)或者按鍵加液晶等人機交互的方式，手動輸入當前本地晶振的時鐘頻率，記為Fx (如40MHz)，手動輸入碼流時鐘頻率，記為Fk (如27MHz)，則得到本地晶振和碼流時鐘的倍數關系FX/FK = TE/TX 所述的鎖相環(huán)控制字生成模塊為根據本地晶振與碼流時鐘的倍數關系Τκ/Τχ生成相應的控制字，從而保證鎖相環(huán)將本地晶振準確鎖定在恢復出來的碼流時鐘上。該倍數關系在本實施例中為通過交互模塊手動預設得到。
通過數字信號處理器輸出碼流時鐘給鎖相環(huán)第一時鐘輸入端的好處是可以通過數字信號處理器專用的時鐘管腳進行輸出，保證了時鐘傳輸的高精度與高性能。
所述的碼流恢復單元，采用通用的串化器/解串器(SERDERS)芯片，例如 Cy7b933/923，或者(但不僅限于)是LMH0071。其目的是將通用ASI接口過來的標準TS流完成同步鎖定、串并轉換，最終恢復出與TS流完全準確一致的碼流時鐘。
所述的鎖相環(huán)，采用通用的模擬鎖相環(huán)，例如ADF4001，其功能在于通過配置控制值設定鑒相頻率與時鐘關系，并輸出一個電壓控制值，從而將本地晶振時鐘的頻率，準確的鎖定在碼流時鐘上。
所述的本地晶振，采用通用的壓控振蕩器，例如TCXO、OCXO等，由于存在鎖相環(huán)， 本地晶振的時鐘頻率并無嚴格要求，從而增加了應用的靈活性。通過鎖相環(huán)，確保該時鐘將準確的鎖定在與碼流時鐘上，從而準確的鎖定在發(fā)射端主單頻網適配器參考時鐘(或其準確的倍數)上。
本裝置通過單頻網中統一分發(fā)的TS流實現時鐘傳輸，接收端設備無需依賴于額外的GPS時鐘參考源，大大降低了對組網設備的要求。其傳輸時鐘的精度主要受發(fā)端主單頻網適配器的時間參考源的精度所限制，后續(xù)處理不降低其精度檔級。例如主單頻網適配器采用外接GPS時鐘參考源，則本裝置所實現的傳輸時鐘完全可以做到跟外接GPS時鐘的精度檔級。假如主單頻網適配器采用本地晶振，如穩(wěn)定度在0. 05ppm,則本裝置所實現的傳輸時鐘精度檔級跟本地晶振同檔級。因此在大大降低對單頻網組網設備成本及維護費用的同時，時鐘精度能得到很好的保障，而且本發(fā)明裝置的本地時鐘并不受限于固定頻率，因而具有較大的經濟性和實用性。
權利要求
1.一種單頻網中時鐘同步裝置，其特征在于，包括碼流恢復單元、本地晶振單元、鎖相環(huán)單元和數字信號處理器，其中碼流恢復單元接收端適配器輸出的TS流并進行碼流同步鎖定以及時鐘恢復處理后將與TS流同步的碼流時鐘輸出至鎖相環(huán)的第一時鐘輸入端和 /或數字信號處理器，鎖相環(huán)的第一時鐘輸入端接收碼流恢復單元或數字信號處理器輸出的碼流時鐘，鎖相環(huán)的第二時鐘輸入端連接本地晶振輸出的參考時鐘，鎖相環(huán)單元的控制端接收數字信號處理器輸出的鎖相環(huán)控制字并輸出晶振控制字至本地晶振單元完成反饋控制，由本地晶振單元輸出鎖定后的本地參考時鐘。
2.根據權利要求1所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的TS流是指經過主單頻網適配器的巨幀處理的含有幀初始化包的TS流。
3.根據權利要求1所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的碼流恢復單元讀取TS流中的幀初始化包并構建出跟TS流完全同步的碼流時鐘。
4.根據權利要求1或3所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的碼流恢復單元采用通用碼流恢復芯片實現。
5.根據權利要求1所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的數字信號處理器根據本地晶振的時鐘與恢復的碼流時鐘之間的倍數關系輸出鎖相環(huán)控制字。
6.根據權利要求1或5所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的數字信號處理器由控制字生成模塊和/或交互模塊組成，其中控制字生成模塊通過獨立自動檢測或通過交互模塊手動預設的方式得到本地晶振與碼流時鐘的倍數關系Τκ/τχ，從而生成對應的鎖相環(huán)控制字，其中τκ為恢復出的碼流時鐘，Tx為本地晶振的時鐘。
7.根據權利要求6所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的交互模塊采用串行通信接口、網口或者按鍵加液晶實現。
8.根據權利要求6所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的自動檢測是指預測周期T內分別用碼流時鐘Tk與本地晶振的時鐘Tx于數字信號處理器中計數，記得到的碼流時鐘個數Nk與本地晶振的時鐘個數Νχ，則Tk與Tx的倍數關系即為Nk與N的倍數關系的倒數，NX/NK = ΤΕ/ΤΧ.；所述的手動預設是指通過向交互模塊手動輸入當前本地晶振的時鐘頻率，記為Fx，手動輸入碼流時鐘頻率，記為FK，則倍數關系為Fx/!^ = Τκ/Τχ。由倍數關系可生成鎖相環(huán)控制字。
9.根據權利要求1所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的鎖相環(huán)單元接收鎖相環(huán)控制字并將本地晶振的時鐘以同頻率或者準確倍數方式鎖定在碼流時鐘上并輸出晶振控制字至本地晶振。
10.根據權利要求1或9所述的單頻網中時鐘同步裝置，其特征是，所述的鎖相環(huán)單元采用通用模擬鎖相環(huán)芯片實現。
全文摘要
一種數字信號處理技術領域的單頻網中時鐘同步裝置，包括碼流恢復單元、本地晶振單元、鎖相環(huán)單元和數字信號處理器，本發(fā)明通過在單頻網中統一傳輸的TS流，用通用芯片完成碼流時鐘恢復，然后利用鎖相環(huán)芯片把本地晶振鎖定在恢復出來的碼流時鐘上。其輸出的參考時鐘，精度高，結構簡單，價格低廉；避免了對外部的GPS同步參考時鐘依賴，完全可以取代傳統昂貴的GPS同步參考時鐘設備來完成整個單頻網內的時鐘和頻率同步。
文檔編號H04N21/242GK102186106SQ201110113919
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權日2011年5月4日
發(fā)明者李文華, 夏勁松, 李奇, 宋伯煒, 范瑩瑩 申請人:蘇州全波通信技術有限公司