一种光纤双向信号传输时延误差消除方法及时频系统与流程

本发明属于时间统一领域和信号通信，具体涉及一种光纤双向信号传输时延误差消除方法及时频系统。

背景技术：

1、通信设备之间通过自身站点搭载的时间统一领域设备（时频设备）进行授时同步，同时时间统一领域设备之间常常通过光纤进行授时传输，当前传统的光纤授时方式为ptp光纤授时，在进行ptp光纤授时前，时间统一领域设备之间需搭建光纤链路连接，通过光纤链路连接，时间统一领域设备基于ptp报文传输完成通信设备之间的授时，由此可见，授时传输基于单独搭建的光纤链路进行，与通信设备之间的信号通信链路为分离状态，在进行ptp授时传输的同时无法同步传输通信设备之间的业务通信信号，并且通信设备之间的业务通信信号时延无法进行校正。授时信号通过时间统一领域设备之间单独搭建的光纤链路进行传输，通信设备之间的业务通信信号通过通信链路进行传输，将造成极大的线路资源浪费，尤其对于远距离的通信设备而言，此种资源浪费极为突出；与此同时，通信设备之间的业务通信信号时延无法消除，将造成通信设备之间的同步性能变差。若通信设备为雷达探测系统内的各个雷达通信终端，那么信号之间的不同步将使得雷达探测系统的性能急剧下降，甚至无法正常工作。

2、综上所述，如何降低通信设备之间的链路搭建成本，在完成授时同步的同时完成信号通信，以及完成通信信号之间高精度的时延误差消除，是目前时间统一领域设备研究的重点内容。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种光纤双向信号传输时延误差消除方法及时频系统。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、第一方面

4、本发明的第一方面提供了一种光纤双向信号传输时延误差消除方法，所述方法应用于通信系统，所述通信系统包括主站和多个从站，主站包括时频主机和dbf主机，各个从站均包括时频分机和dbf分机，dbf主机与时频主机连接，时频分机与dbf分机连接，时频主机与各个时频分机经光纤通信连接，所述方法包括如下步骤：

5、上电初始化通信系统；

6、时频主机基于自身获取的授时信息生成初始化脉冲，并基于初始化脉冲生成不包含业务信息的第一授时码，并将第一授时码发送至各个从站，其中，初始化脉冲与第一授时码保持同步；

7、时频主机接收各个从站回传的第一授时码，并根据自身发出的第一授时码和各个从站回传的第一授时码确定出用于表征主站与各个从站之间链路传输延迟大小的各个时延值，各个时延值与各个从站一一对应；

8、时频主机根据各个从站对应的时延值确定各个从站对应的时延调整值，以及根据所有时延值确定主站自身的时延调整值，并根据每个时延调整值分别对初始化脉冲进行延迟，延迟后得到该时延调整值对应的目标脉冲，目标脉冲和初始化脉冲之间的延迟值为该时延调整值；

9、时频主机基于各个目标脉冲一一对应生成包含业务信息的各个第二授时码,并将dbf主机生成的指令脉冲分别与每个第二授时码进行serdes组帧，serdes组帧完成后生成与各个第二授时码对应的各个通信串码，并将各个通信串码一一对应发送至各个从站，以及将与主站对应的通信串码回传至主站，各个从站和主站均在同一时刻接收到各自对应的通信串码；

10、时频主机和各个时频分机分别对自身接收到的通信串码进行serdes解帧，serdes解帧后得到指令脉冲和第二授时码，时频主机将解帧得到的指令脉冲透传至dbf主机，以及根据第二授时码进行主站时间校正，时频分机将解帧得到的指令脉冲透传至对应连接的dbf分机，以及根据第二授时码进行从站时间校正。

11、优选地，所述方法还包括：

12、各个时频分机分别将serdes解帧后得到的第二授时码回传至时频主机；

13、时频主机根据自身发出的第一授时码和各个从站回传的第二授时码确定出各个时延值的动态更新值，并将时频主机内存储的各个时延值一一对应更新为各个时延值的动态更新值。

14、优选地，所述第一授时码和第二授时码的码型均为非标irig-b码，其中，非标irig-b码为与标准irig-b码速率和码元脉宽不同的irig-b码；所述dbf主机生成的指令脉冲包括bw脉冲、cpi脉冲、fr脉冲和子fr脉冲。

15、优选地，所述时频主机基于自身获取的授时信息生成初始化脉冲，具体包括如下子步骤：

16、时频主机接收与主站连接的卫星接收机生成的授时信息；

17、时频主机根据所述授时信息驯服本地的晶振，晶振驯服后生成初始化脉冲。

18、优选地，所述时频主机根据各个从站对应的时延值确定各个从站对应的时延调整值，以及根据所有时延值确定主站自身的时延调整值，具体包括如下子步骤：

19、时频主机判断各个从站对应的时延值中的最大值；

20、时频主机将该最大的时延值对应的从站的时延调整值确定为零值，将其他每个从站对应的时延调整值确定为该最大的时延值与该从站对应的时延值之间的差值；

21、时频主机根据所有时延值将主站自身的时延调整值确定为该最大的时延值与第一预设值之和，所述第一预设值为每个从站的时频分机进行serdes解帧的硬件时延，每个从站对应的所述硬件时延相同。

22、本发明的第一方面带来的有益效果为：

23、（1）、

24、通过第一阶段：在系统上电初始化后，时频主机发送不包含业务信息的第一授时码（业务信息为空的码型，不包含授时传递所需的年、天、时、分、秒等信息）至各个时频分机，各个时频分机将第一授时码回传至时频主机，基于往返的第一授时码，时频主机完成时频主机和各个时频分机之间的传输链路时延测量；

25、通过第二阶段：时频主机根据各个传输链路时延值，确定各个时延调整值，然后对向各个从站传递授时所需业务信息的第二授时码进行相应的延迟，并将延迟后的第二授时码与dbf主机生成的各个通信信号（指令脉冲）进行serdes组帧，将serdes组帧后得到的通信串码一一对应的发送至各个从站和传回主站，使得时频主机和各个时频分机接收到的通信串码同步；时频主机和时频分机均对自身接收的通信串码进行serdes解帧操作，得到第二授时码和dbf主机生成的各个通信信号，并将dbf主机生成的各个通信信号透传至各个dbf分机和dbf主机；

26、至此，本发明第一方面实现的所述方法将光纤双向信号传输时延误差消除技术与授时技术相结合，实现了在各个站点之间授时同步的同时，将dbf主机生成的通信信号（指令脉冲）同步地传输至了各个dbf分机，各个dbf分机和dbf主机的通信信号保持了同步，从而实现了通信信号的时延误差消除，保证了通信设备之间信号的同步性，确保了通信系统的可靠性；此外，授时信号和通信信号均使用同一光纤链路进行传输，从而也实现了链路资源的节约。

27、（2）、各个时频分机将serdes解帧后得到的第二授时码回传至时频主机，时频主机对各个已锁定的时延值进行实时地动态更新，进一步提高了信号传输时延误差消除的精度。

28、第二方面

29、本发明的第二方面提供了一种时频系统，包括时频主机和多个时频分机，时频主机和各个时频分机内部结构相同，所述时频主机设置在主站内，各个时频分机分别一一对应设置在各个从站内，时频主机用于与主站内的dbf主机和与主站连接的参考时钟源连接，时频分机用于与该时频分机所在从站内的dbf分机连接，时频主机与各个时频分机经光纤通信连接；所述时频主机包括fpga模块、tdc时差测量模块和主控模块，所述主控模块与fpga模块连接，主控模块还用于与所述参考时钟源连接，所述fpga模块用于与所述dbf主机连接，所述fpga模块还用于经光纤与各个时频分机连接，fpga模块还与所述tdc时差测量模块连接；

30、所述主控模块用于自所述参考时钟源获取授时信息，并基于获取到的授时信息生成初始化脉冲，并将初始化脉冲发送至fpga模块；

31、所述fpga模块用于根据初始化脉冲生成不包含业务信息的第一授时码，并将所述第一授时码经光纤发送至各个时频分机，其中，初始化脉冲与第一授时码保持同步；

32、所述fpga模块还用于接收各个时频分机回传的第一授时码，并将fpga模块自身发出的第一授时码和各个时频分机回传的第一授时码发送至所述tdc时差测量模块；

33、所述tdc时差测量模块用于测量fpga模块自身发出的第一授时码和每个时频分机回传的第一授时码之间的时差，并将各个时差经fpga模块发送至主控模块；

34、所述主控模块用于根据各个时差确定各个时延值，各个时延值用于一一对应地表征主站与各个从站之间的链路传输时延大小，各个时延值与各个从站一一对应，然后根据各个从站对应的时延值确定各个从站对应的时延调整值，以及根据所有时延值确定主站自身的时延调整值，并将各个时延调整值发送至fpga模块；

35、所述fpga模块用于根据每个时延调整值分别对初始化脉冲进行延迟，延迟后得到该时延调整值对应的目标脉冲，目标脉冲和初始化脉冲之间的延迟值为该时延调整值；

36、所述fpga模块还用于基于各个目标脉冲一一对应生成包含业务信息的各个第二授时码,然后将dbf主机生成的指令脉冲分别与每个第二授时码进行serdes组帧，serdes组帧完成后生成与各个第二授时码对应的各个通信串码，并将各个通信串码一一对应发送至各个从站，以及将与主站对应的通信串码回传至主站，各个从站和主站均在同一时刻接收到各自对应的通信串码；

37、所述fpga模块还用于对自身接收到的通信串码进行serdes解帧，serdes解帧后得到指令脉冲和第二授时码，时频主机将解帧得到的指令脉冲透传至dbf主机，以及根据第二授时码进行主站时间校正。

38、优选地，所述时频主机还包括dpll调相模块和光模块；所述dpll调相模块分别与fpga模块和主控模块连接，所述光模块与所述fpga模块连接，所述光模块还用于与主站内的光端机连接，主站内的光端机经光纤与各个时频分机连接；

39、所述光模块用于对fpga模块生成的第一授时码和各个通信串码进行电光转换，并将电光转换后的第一授时码和各个通信串码发送至主站内的光端机；

40、所述主控模块还用于基于获取到的授时信息生成第一工作时钟，并将第一工作时钟发送至fpga模块和dpll调相模块；

41、所述主控模块还用于将每个时延调整值对应分解为第一数值和第二数值，并将第一数值发送至fpga模块，将第二数值发送至dpll调相模块，所述第一数值为该时延调整值与第一工作时钟周期相除的商值再同第一工作时钟周期的乘积，所述第二数值为该时延调整值与第一工作时钟周期相除的余数值；

42、所述dpll调相模块用于根据每个第二数值分别对第一工作时钟进行移相，移相后生成与各个第二数值一一对应的各个本地延迟时钟，并将各个本地延迟时钟发送至fpga模块，其中，每个本地延迟时钟相比于第一工作时钟的延迟为该本地延迟时钟对应的第二数值；所述fpga模块还用于根据每个第一数值，以寄存器打拍的方式对初始化脉冲进行延迟，延迟后生成与各个第一数值一一对应的目标脉冲，其中，目标脉冲和初始化脉冲之间的延迟值为该目标脉冲对应的第一数值所对应的时延调整值，寄存器打拍的个数为该第一数值与第一工作时钟周期相除的商值，寄存器打拍的时钟为相应的本地延迟时钟，所述相应的本地延迟时钟为该第一数值对应的时延调整值所对应的第二数值所对应的本地延迟时钟。

43、优选地，所述时频分机内的fpga模块用于与该时频分机所在从站内的dbf分机连接；每个时频分机内的fpga模块分别对该时频分机自身接收到的通信串码进行serdes解帧，serdes解帧后得到指令脉冲和第二授时码，并将解帧得到的指令脉冲透传至对应连接的dbf分机，以及根据第二授时码进行从站时间校正；

44、各个时频分机内的fpga模块还分别将serdes解帧后得到的第二授时码回传至时频主机内的fpga模块；

45、时频主机内的fpga模块还用于将各个从站回传的第二授时码传输至tdc时差测量模块；

46、时频主机内的tdc时差测量模块还用于测量时频主机内的fpga模块自身发出的第一授时码和每个时频分机回传的第二授时码之间的新时差，并将各个新时差经fpga模块发送至时频主机内的主控模块；

47、时频主机内的主控模块还用于根据各个新时差确定各个时延值的动态更新值，并将存储的各个时延值一一对应更新为各个时延值的动态更新值。

48、优选地，所述参考时钟源为与主站连接的卫星接收机；所述第一工作时钟的频率为200mhz；所述dpll调相模块采用型号为ad9545的dpll芯片。

49、优选地，主控模块根据各个从站对应的时延值确定各个从站对应的时延调整值，以及根据所有时延值确定主站自身的时延调整值，具体过程如下：

50、主控模块判断各个从站对应的时延值中的最大值；

51、主控模块将该最大的时延值对应的从站的时延调整值确定为零值，将其他每个从站对应的时延调整值确定为该最大的时延值与该从站对应的时延值之间的差值；

52、主控模块根据所有时延值将主站自身的时延调整值确定为该最大的时延值与第一预设值之和，所述第一预设值为每个从站的fpga模块进行serdes解帧的硬件时延，每个从站对应的所述硬件时延相同。

53、本发明的第二方面带来了与本发明的第一方面相同的有益效果，在此不再赘述。与此同时，通过dpll调相模块的设置，由dpll调相模块实现第一阶段延迟调整，由fpga模块实现第二阶段延迟调整，第一阶段延迟调整的数值低于第一工作时钟周期，第二阶段延迟调整的数值为第一工作时钟周期的整数倍，通过选定第一工作时钟频率和与所需移相精度相匹配的dpll芯片，实现了对各个站点高精度的时延补偿。例如本发明实施例选定的第一工作时钟频率为200mhz，dpll芯片选取为ad9545，ad9545的移相精度为ps级，由此实现了对各个站点ns级的时延补偿，进而实现了时延补偿后的指令脉冲在到达各站点时达到ns级同步。