使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源的方法，包括：通过同步以太网接收并恢复远程高精度频率信号；计算所述本地低精度频率源的频率信号与远程高精度频率信号的相位差；使用环路滤波器对所述相位差进行滤波并计算环路参数；使用所述环路参数驯服并锁定所述本地低精度频率源的频率信号。本发明专利技术能够在同步以太网的末端节点，驯服恢复出低成本、兼具高准确度和稳定度指标的频率信号，从而利用以太网实现频率传递，实现数据通信网和频率同步网的双网合一。

A Method of Taming Local Low Precision Frequency Sources with High Precision Synchronized Ethernet Frequency

【技术实现步骤摘要】
使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源的方法
本专利技术涉及频率源领域，特别是涉及一种使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源的方法。
技术介绍
高精度频率源是时间频率系统的核心设备，是时间能够稳定准确运行的心脏。原子频率标准如氢原子钟和铯原子钟具有很好的稳定度和准确度，但是价格昂贵；铷原子钟价格适中，但指标不如氢钟和铯钟；晶体振荡器如恒温晶振等相比较于原子频标，价格最便宜，但准确度也最差，而且存在较大的由老化引起的频率漂移。时频基准系统的频率信号由氢钟和铯钟产生，可以通过频率分配专用网络将高精度的频率信号发播出去，该网络只能进行频率信号的发播，不能实现数据的交互通信。以太网是实现数据交互通信很好的媒介，为了在以太网中实现频率同步，国际电信联盟于2007年推出了G.8262标准，即同步以太网技术，同步以太网是一种采用以太网链路码流恢复时钟的技术，简称SyncE。同步以太网通过以太网物理层芯片从串行数据码流中恢复出发送端的时钟，物理层编码平均每4个比特就插入1个附加比特(4B/5B编码)，这样在其所传输的数据码流中就不会出现超过4个1或者4个0的连续码流，可有效地包含时钟信息。在以太网源端口使用高精度的频率源(氢钟和铯钟)发送数据，在接收端恢复并提取这个频率，实现频率通过以太网络的传递，即同步以太网技术。利用同步以太网技术，可以实现数据通信网和频率同步网的双网合一，从而降低网络铺设的成本。同步以太网恢复出的频率信号具有很好的长期准确度和稳定度，但是由于网络噪声的存在，该频率信号的短期稳定度较差。铷钟和晶振具有优异的短期稳定度，但长期准确度较差。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使用同步以太网恢复的频率信号对本地频率源进行驯服，将具有良好的长期准确度和稳定度但存在网络噪声的以太网传输频率信号和具有优异的短期稳定度但长期准确度差的本地频率源信号的优点相结合，以实现具有低成本、高精度的频率标准信号。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：提供一种使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源的方法，包括：S101：通过同步以太网接收并恢复远程高精度频率信号；S103：计算所述本地低精度频率源的频率信号与远程高精度频率信号的相位差；S105：使用环路滤波器对所述相位差进行滤波并计算环路参数；S107：使用所述环路参数驯服并锁定所述本地低精度频率源的频率信号。进一步地，在所述步骤S101中使用同步以太网物理层收发芯片通过4B/5B解码恢复出同步以太网源端的远程高精度时钟频率信号。进一步地，在所述步骤S103中使用数字双混频时差法计算所述本地低精度频率源的频率信号和远程高精度频率信号的相位差。进一步地，在所述步骤S105中使用数字比例积分控制器实现环路滤波器，具体包括：S151：计算所述环路的鉴相增益；S153：计算所述环路的压控增益；S155：根据所述环路的鉴相增益和压控增益计算环路的特征频率和阻尼系数；S157：根据所述环路的特征频率和阻尼系数计算所述环路滤波器的比例系数和积分系数。进一步地，所述环路参数包括第一环路参数和第二环路参数，所述第一环路参数用于快速锁定驯服环路，所述第二环路参数用于降低环路噪声。进一步地，所述环路滤波器输出压控电压对本地低精度频率源进行调节，所述本地低精度频率源锁定后，所述方法还包括对所述环路滤波器输出的压控电压进行卡尔曼滤波，对所述本地低精度频率源的频率漂移进行估计和预测。进一步地，所述频率漂移的估计和预测具体包括：S191：使用所述压控电压和其变化速率建立k时刻的状态向量Xk，建立状态方程和测量方程，并计算最优估计值S192：使用卡尔曼滤波预测方程根据最优估计值计算k时刻的预测值和该时刻的先验估计误差协方差S193：使用卡尔曼滤波校正方程根据所述k时刻的先验估计误差协方差计算卡尔曼滤波增益Kk，并校正预测值得到最优估计值同时计算后验估计误差协方差Pk；S194：判断同步以太网参考频率是否有效，若有效则转入S195，否则转入S196；S195：使用所述最优估计值作为所述环路滤波器输出的压控电压值；S196：判断卡尔曼滤波运行的时间是否满足设定的第一参考时间，若满足则转入S197，否则转入S198；S197：按照所述卡尔曼滤波估计的频率漂移参数动态地调整所述环路滤波器输出的压控电压值以补偿所述本地频率源的频率漂移；S198：不调整所述环路滤波器输出的压控电压值；其中k为正整数。进一步地，所述第一参考时间设置为大于等于24小时。进一步地，以太网参考频率无效状态下使用所述卡尔曼滤波估计的频率漂移参数调整所述环路滤波器输出的压控电压值，若超过设定的第二参考时间则不再调整所述压控电压值。进一步地，所述第二参考时间设置为小于等于24小时。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述的技术方案能够实现使用同步以太网传输的频率信号驯服本地频率源的方法。该方法的数字双混频时差测量法利用D触发器实现数字混频，可以实现低成本和高精度的鉴相器；利用数字比例积分(PI)控制器实现环路滤波器，可灵活调整环路参数，实现不同的环路带宽；通过卡尔曼滤波预测估计铷钟的频漂特性，可以在同步以太网参考频率丢失时继续补偿铷钟的频漂，保持铷钟的高精度频率输出。本专利技术能够在同步以太网的末端节点，驯服恢复出低成本、兼具高准确度和稳定度指标的频率信号，从而利用以太网实现频率传递，实现数据通信网和频率同步网的双网合一。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术所述使用同步以太网驯服频率源方法的处理流程图；图2示出本专利技术所述使用同步以太网驯服频率源方法的处理框图；图3示出本专利技术的一个实施例中所述接收并恢复同步以太网频率信号的示意图；图4示出本专利技术的一个实施例中所述数字双混频时差鉴相的框图；图5示出本专利技术的一个实施例中所述环路滤波器的框图；图6示出本专利技术的一个实施例中所述构建环路滤波器的流程图；图7示出本专利技术的一个实施例中所述利用卡尔曼滤波估计频率漂移参数的流程图；图8示出本专利技术的一个实施例中所述卡尔曼滤波递归算法的框图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1和图2所示，本专利技术的一个实施例提供一种使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源(铷钟或晶振)的方法，包括：S101：通过同步以太网接收并恢复远程高精度频率信号；如图3所示，利用支持同步以太网的物理层收发芯片(PHY)和介质访问控制(MAC)芯片构建网络接口电路的网络接口卡硬件，从同步以太网络中接收数据码流，在进行以太网数据通信的同时，通过4B/5B解码从数据码流中恢复出125MHz的远程高精度同步以太网频率信号，该频率信号作为驯服本地铷钟的参考频率信号，即作为驯服环路的参考输入。S103：计算所述本地低精度频率源的频率信号与远程高精度频率信号的相位差；进一步地，使用数字双混频时差法计算所述本地低精度频率源的频率信号和远程高精度频率信号的相位差。如图4所示，其中fclkA为同步以太网恢复的频率，fclkB为本地铷钟的频率，fPLL为双混频时差测量的公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源的方法，其特征在于，包括：S101：通过同步以太网接收并恢复远程高精度频率信号；S103：计算所述本地低精度频率源的频率信号与远程高精度频率信号的相位差；S105：使用环路滤波器对所述相位差进行滤波并计算环路参数，具体包括：S151：计算所述环路的鉴相增益；S153：计算所述环路的压控增益；S155：根据所述环路的鉴相增益和压控增益计算环路的特征频率和阻尼系数；S157：根据所述环路的特征频率和阻尼系数计算所述环路滤波器的比例系数和积分系数；S107：使用所述环路参数驯服并锁定所述本地低精度频率源的频率信号，其中，所述环路滤波器输出压控电压对本地低精度频率源进行调节，所述本地低精度频率源锁定后，所述方法还包括对所述环路滤波器输出的压控电压进行卡尔曼滤波，对所述本地低精度频率源的频率漂移进行估计和预测：具体包括：S191：使用所述压控电压和其变化速率建立k时刻的状态向量Xk，建立状态方程和测量方程，并计算最优估计值

【技术特征摘要】
1.一种使用高精度同步以太网频率驯服本地低精度频率源的方法，其特征在于，包括：S101：通过同步以太网接收并恢复远程高精度频率信号；S103：计算所述本地低精度频率源的频率信号与远程高精度频率信号的相位差；S105：使用环路滤波器对所述相位差进行滤波并计算环路参数，具体包括：S151：计算所述环路的鉴相增益；S153：计算所述环路的压控增益；S155：根据所述环路的鉴相增益和压控增益计算环路的特征频率和阻尼系数；S157：根据所述环路的特征频率和阻尼系数计算所述环路滤波器的比例系数和积分系数；S107：使用所述环路参数驯服并锁定所述本地低精度频率源的频率信号，其中，所述环路滤波器输出压控电压对本地低精度频率源进行调节，所述本地低精度频率源锁定后，所述方法还包括对所述环路滤波器输出的压控电压进行卡尔曼滤波，对所述本地低精度频率源的频率漂移进行估计和预测：具体包括：S191：使用所述压控电压和其变化速率建立k时刻的状态向量Xk，建立状态方程和测量方程，并计算最优估计值S192：使用卡尔曼滤波预测方程根据最优估计值计算k时刻的预测值和该时刻的先验估计误差协方差S193：使用卡尔曼滤波校正方程根据所述k时刻的先验估计误差协方差计算卡尔曼滤波增益Kk，并校正预测值得到最优估计值同时计算后验估计误差协方差Pk；S194：判断同步以太网参考频率是否有效，若有效则转入S195，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世光，张明，王鹏，毛新凯，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11