频标信号远程恢复方法、装置和频标信号远程传输方法

摘要

本申请涉及一种频标信号远程恢复方法、装置和频标信号远程传输方法。频标信号远程恢复方法包括：与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相；获取数字频标信号，并获取初始频标信号；初始频标信号为采用驯服后的本地时钟信号对数字频标信号进行数模转换后得到；获取数字频标信号的数据延时时间，并基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。本申请可节省大量资源，实现频率的共享，并使得恢复得到的目标频标信号能够远程跟随频标信号传输设备的标准频标信号。

说明书

技术领域

本申请涉及频率同步技术领域，特别是涉及一种频标信号远程恢复方法、装置和频标信号远程传输方法。

背景技术

频率信号一般以模拟信号为主，标准的频率信号常常以10MHz/5MHz的正弦波作为频标信号，例如可以为原子钟输出信号。其他的时频信号则以此为源头进行生成，为减少原子钟的设置数量，降低频率信号的生成成本，需要将频标信号进行传输，以为各设备提供频标信号。

对于近距离传输，传统的时频信号传递主要靠1PPS(秒信号)和TOD(Time of Day，时间信息)来实现，1PPS信号的上升沿体现了秒脉冲的精确时刻，TOD信号体现了整秒或者年月日时分秒信息，通过将两者结合从而可得到标准的时间和时刻信号。

而在远距离传输中，由于模拟信号并不适合远程传输，因此在进行远程传输之前，需要将模拟信号转换为数字信号。数字信号的传输存在延时，源端与恢复端的时钟不一致容易导致两端的同步性不佳。目前，远距离时间同步技术主要依靠NTP(Network TimeProtocol，网络时间协议)和PTP(Precision Time Protocol，高精度时间同步协议)技术，前述技术仅仅实现了对本地时钟的对齐，同时NTP或PTP技术在网络延时较大时，不确定延时也较大，导致误差增大，无法恢复远距离传输的标准频标信号。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对远程传输的频标信号进行准确恢复，以实现收发端频标信号同步的频标信号远程恢复方法、装置和频标信号远程传输方法。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种以频标信号远程恢复设备的控制单元为执行主体的频标信号远程恢复方法，包括步骤：

与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相；

获取数字频标信号，并获取初始频标信号；初始频标信号为采用驯服后的本地时钟信号对数字频标信号进行数模转换后得到；

获取数字频标信号的数据延时时间，并基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在其中一个实施例中，基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号的步骤，包括：

测量初始频标信号的周期，并通过驯服后的本地时钟信号得到数据延时时间；

根据周期与数据延时时间计算相位延迟量，且根据相位延迟量调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在其中一个实施例中，基于周期与数据延时时间计算相位延迟量的步骤，包括：获取数据延时时间与周期的比值，将比值与周期角度的乘积确认为相位延迟量。

在其中一个实施例中，基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号的步骤，包括：

根据PTP同步的结果，分别确定当前同步周期的主时钟计数值与本设备时钟计数值，并处理主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数；

将当前同步周期的分频系数与上一同步周期的频率补偿值相乘，将相乘的结果确认为当前同步周期的频率补偿值；

基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号。

在其中一个实施例中，处理主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数的步骤，包括：

将主时钟计数值与本设备时钟计数值的差值，确认为时钟偏差；

采用一维卡尔曼滤波算法对时钟偏差进行滤波，得到滤波后的时钟偏差，并获取滤波后的时钟偏差与主时钟计数值的和值，将和值与本设备时钟计数值的商，确认为同步周期的分频系数。

在其中一个实施例中，基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号的步骤，包括：

采用PID算法处理当前同步周期的频率补偿值，得到当前同步周期对应的时钟控制信号并输出。

在其中一个实施例中，数据延时时间为频标信号传输设备与本设备之间的平均路径延时；数字频标信号为本设备通过千兆网接收得到。

本申请实施例提供了一种与频标信号远程传输系统为执行主体的频标信号远程传输方法，包括步骤：

频标信号传输设备对目标频标信号进行模数转换，得到数字频标信号并发送；

频标信号恢复设备采用如上述任一项以频标信号恢复设备为执行主体的频标信号远程恢复方法处理数字频标信号，得到目标频标信号。

本申请实施例提供了一种从频标信号远程恢复设备的控制单元角度实施的频标信号远程恢复装置，包括：

时钟驯服模块，用于与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相；

初始频标信号获取模块，用于获取数字频标信号，并获取初始频标信号；所述初始频标信号为采用所述驯服后的本地时钟信号对所述数字频标信号进行数模转换后得到；

目标频标信号获取模块，用于获取数字频标信号的数据延时时间，并基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

本申请实施例提供了一种FPGA，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项以频标信号恢复设备为执行主体的频标信号远程恢复方法的步骤。

本申请实施例提供了一种频标信号远程恢复设备，包括时钟、数模转换器和上述FPGA；FPGA分别连接时钟和数模转换器。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

上述频标信号远程恢复方法、装置和频标信号远程传输方法中，本设备在恢复频标信号时，通过PTP技术将本地时钟信号调整至与主时钟信号同频同相，利用同步后的本地时钟信号对接收到的数字频标信号进行数模转换，从而可令转换得到的初始频标信号与目标频标信号在幅度和频率特性上是相同的，再利用数字频标信号的数据延时时间调整初始频标信号的相位，从而可得到目标频标信号，目标频标信号与源端发送的标准频标信号同频同相，实现了频标信号的远程恢复，进而可节省大量资源，实现频率的共享。本申请通过远程传输的数字频标信号和PTP信号这两套时钟恢复机制，既能在本设备恢复频标信号传输设备的时钟信号，又能消除本地时钟与频标信号传输设备的时钟之间的累计误差，实现很好的时钟恢复效果，使得恢复得到的目标频标信号能够远程跟随频标信号传输设备的标准频标信号。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中频标信号远程恢复方法的应用环境图；

图2为一个实施例中频标信号远程恢复方法的流程示意图；

图3为一个实施例中得到目标频标信号的步骤的流程示意图；

图4为一个实施例中获取数据延时时间的步骤的数据传输图；

图5为一个实施例中输出时钟控制信号的步骤的流程示意图；

图6为一个实施例中得到分频系数的步骤的流程示意图；

图7为一个实施例中频标信号远程传输方法的流程示意图；

图8为一个实施例中源端与恢复端的信号波形图；

图9为一个实施例中频标信号远程恢复装置的结构框图；

图10为一个实施例中频标信号远程恢复设备的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

正如背景，传统技术无法实现标准频标信号的远程传输，恢复端难以从接收到的数据中恢复出标准的频标信号。经发明人研究发现，远程频率信号的传输主要有两个关键问题，第一个关键问题是网络传输只能传输数字信号，因此需要将模拟信号转换为数字信号以进行传输，但是源端与恢复端的时钟不是同一时钟信号，两个时钟信号之间会存在雷累计误差，因此在进行AD(模数)/DA(数模)转换时两者难以达到一致的效果。第二个关键问题是网络传输存在延时，使得发送与接收的两个信号的相位难以对齐。

因此，在现有技术中，若要产生和远程频标信号同性能的频率信号，需要在恢复端额外设置一个性能大致相同的原子钟，并结合定时修正技术以达到本地频标和远程频标同步的目的，但是这种设置方式大大地增加成本，存在浪费资源的问题。

基于此，有必要提供一种能够从远程传输的信号中恢复标准频标信号，且使得恢复端的标准频标信号可与源端的标准频标信号进行同步的频标信号远程恢复方法、装置和频标信号远程传输方法。

本申请提供的频标信号远程恢复方法，可以应用于如图1所示的频标信号远程传输系统中。其中，频标信号传输设备(即源端)处可设置有标准频标信号的生成设备，如原子钟等。该生成设备生成标准频标信号后，通过频标信号传输设备对标准频标信号进行转换和发送。转换后的信号经远程传输后被频标信号恢复设备(即恢复端)所接收。

其中，频标信号传输设备和频标信号恢复设备可包括控制单元、AD/DA转换模块、时钟以及传输接口，控制单元为具备PTP同步功能和数据包交互功能的电路或器件，进一步地，控制单元可基于单片机或FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)等实现。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种频标信号远程恢复方法，以该方法应用于图1中的频标信号恢复设备的控制单元(如FPGA)为例进行说明。本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤210，与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相。

其中，频标信号传输设备，即源端，包括PTP时间协议中的主时钟的设备。PTP时间协议中定义了主从的概念，其规定了在一个局域网内只有一个主时钟和多个从时钟，PTP运行时主时钟的选择是PTP自身决算出来的时钟，可根据最佳主时钟算法进行推算，局域网内的各从时钟均以主时钟作为参考进行时钟同步。本设备可以为控制单元所属的频标信号恢复设备，即恢复端。本地时钟信号可为本设备的系统时钟信号，主时钟信号为频标信号传输设备备的系统时钟信号。

本设备的控制单元与主时钟设备进行PTP同步，并获取本设备时钟与主时钟之间的时钟偏差，即本设备时钟的时间与主时钟的时间的差值。基于所获取的时钟偏差对本设备的时钟进行时钟驯服，以校准本设备的时钟，直至本设备的时钟与主时钟同步，即与主时钟同频同相。具体而言，本设备的控制单元可向本设备的时钟输出时钟控制信号，并通过时钟控制信号对本设备的时钟进行驯服，进一步地，可采用广义锁相环的原理驯服本设备的时钟。如此，通过PTP同步与时钟驯服，既能在恢复端恢复源端时钟信号，又能消除本地时钟与源端时钟之间的累计误差，实现很好的时钟恢复效果。

步骤220，获取数字频标信号，并获取初始频标信号；初始频标信号为采用驯服后的本地时钟信号对数字频标信号进行数模转换后得到。

其中，数字频标信号为对标准频标信号进行模数转换后所得到的数字信号，可以通过远程传输网络(如千兆网)接收得到。初始频标信号为以驯服后的本地时钟为数模转换的工作时钟，对数字频标信号进行数模转换后得到的信号。

具体地，本设备的控制单元可获取数字频标信号，进一步地，可接收经过远程传输的数字频标信号，并将数字频标信号与驯服后的本地时钟信号输出至数模转换器，数模转换器的工作时钟是根据驯服后的本地时钟生成的，数模转换器对数字频标信号进行数模转换，得到初始频标信号。本设备的控制单元可接收数模转换器输出的初始频标信号。由于主时钟信号为源端的系统工作时钟，用于生成标准频标信号模数转换处理的工作时钟，而本地时钟信号作为本设备的系统工作时钟，用于生成数字频标信号数模处理的工作时钟，且本地时钟信号与主时钟信号同步，因此在进行数模转后后，可得到与标准频标信号同频的初始频标信号。

步骤230，获取数字频标信号的数据延时时间，并基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

其中，数据延时时间为源端与恢复端之间的网络延时，即源端发送数字频标信号与恢复端接收到该数字频标信号的时间间隔。目标频标信号为与源端的标准频标信号同频同相的信号。

具体地，初始频标信号的相位延后于标准频标信号的相位，通过获取数字频标信号的数据延时时间，从而可确定初始频标信号与标准频标信号之间的相位差，并根据相位差调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

上述频标信号远程恢复方法中，恢复端在恢复频标信号时，通过PTP技术将本地时钟信号调整至与主时钟信号同频同相，利用同步后的本地时钟信号对接收到的数字频标信号进行数模转换，从而可令转换得到的初始频标信号与目标频标信号在幅度和频率特性上是相同的，再利用数字频标信号的数据延时时间调整初始频标信号的相位，从而可得到目标频标信号，目标频标信号与源端发送的标准频标信号同频同相，实现了频标信号的远程恢复，进而可节省大量资源，实现频率的共享。本申请通过远程传输的数字频标信号和PTP信号这两套时钟恢复机制，既能在恢复端恢复频标信号传输设备的时钟信号，又能消除本地时钟与源端时钟之间的累计误差，实现很好的时钟恢复效果，使得恢复得到的目标频标信号能够远程跟随源端的标准频标信号。

在一个实施例中，如图3所示，基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号的步骤，包括：

步骤310，测量初始频标信号的周期，并通过驯服后的本地时钟信号得到数据延时时间；

步骤320，根据周期与数据延时时间计算相位延迟量，且根据相位延迟量调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

具体地，在调整初始频标信号的相位的步骤中，可通过延时测量和延时补偿两个部分，通过延时测量获取源端与恢复端之间的网络延时，并根据测量结果进行相位补偿计算。在延时测量中，可通过驯服后的本地时钟信号得到数据延时时间。由于源端的系统时钟信号与恢复端的系统时钟信号为同一频率的时钟信号，通过在源端和恢复端分别设计高位计数器，从而可对本地时钟进行计时。恢复端将包含本地计数器值的数据包发送给源端，源端再把自身计数器值加在数据包中，并将更新后的数据包发送给恢复端。如此，恢复端在接收到数据包时，可确定2个发送时间和2个接收时间。请参阅图4，4个时间分别为恢复端的数据包发送时间t1、源端的数据包接收时间t2、源端的数据包发送时间t3和恢复端的数据包接收时间t4。其中，图4的实线表示实际发送接收时间间隔，虚线表示理论发送接收时间间隔。

进一步地，数据延时时间为频标信号传输设备与本设备之间的平均路径延时，即数据延时时间可以为恢复端至源端的延时时间(即t2减去t1的差值)，与源端至恢复端的延时时间(即t4减去t3的差值)的平均值。

在进行延时补偿时，可对初始频标信号的周期进行测量，进一步地，可利用FPGA采用等精度测量法来测量，动态测量门限宽度在1秒左右，在整个测量范围内的频率(周期)测量进度接近于TCLK(秒)/1(秒)，其中TCLK为FPGA工作时间，能够达到纳秒量级。因此，周期测量精度能够由于1E-8。在确定初始频标信号的周期后，可根据周期与数据延时时间计算相位延迟量，并根据相位延迟量对初始频标信号的相位进行调整，将初始频标信号的相位延迟量补齐为周期角度(即360°)的整数倍，如1倍、2倍或5倍等，得到目标频标信号。进一步地，可利用高速双口SRAM延时读管理实现精确延时控制，从而使得源端和恢复端实现较为严格的相位对齐。

示例性地，可将数据延时时间与周期的比值，与周期角度的乘积确认为相位延迟量。若测量得到的周期为Ts，数据延时时间为t5，则恢复端相位滞后量可为(t5/Ts)*360°。

如此，由于初始频标信号与目标频标信号均为周期信号，当初始频标信号的相位延迟量为周期角度的整数倍时，则调整后的初始频标信号与源端的目标频标信号在相位上是一致的，使得恢复端可得到与源端同频同相的目标频标信号，实现标准频标信号的远程恢复。

进一步地，可通过延时测量技术精确测量源端与恢复端之间的网络延时，由于频率信号为周期信号，可通过地址控制技术控制频标信号恢复设备中存储器的输出来进行数据的延时，以控制相位的对齐。如此，通过采用数字技术对相位进行精确对齐，对齐精度可达FPGA时钟周期，即纳秒级精度。

在一个实施例中，如图5所示，基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号的步骤，包括：

步骤510，根据PTP同步的结果，分别确定当前同步周期的主时钟计数值与本设备时钟计数值，并处理主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数；

步骤520，将当前同步周期的分频系数与上一同步周期的频率补偿值相乘，将相乘的结果确认为当前同步周期的频率补偿值；

步骤530，基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号。

其中，主时钟计数值为频标信号传输设备中时钟计数器的值，本设备时钟计数值为本设备中时钟计数器的值。设备在生成系统时钟信号时，需要通过时钟计数器对设备时钟(如晶振)输出的信号进行计数，当计数值等于或大于与系统时钟频率所对应的值时，输出时钟信号，并继续计数或清零计数器，以生成下一周期的系统时钟信号。

具体地，在进行时钟校准时，需要根据同步消息对频率偏移进行计算，并相应地更新加数寄存器。首先，可利用加数寄存器中的频率补偿值设置本设备的时钟，频率补偿值可采用下式计算得到：

Fre

其中，Fre

Fre

其中，Fre

具体而言，在PTP同步过程中，对于每一个同步周期，频标信号传输设备向频标信号恢复设备发送一同步消息，同步消息经过一定的网络延时后，经由频标信号恢复设备接收。本设备的时钟计数值为接收到该同步信息时频标信号传输设备的时钟计数器的值，主时钟计数值为频标信号恢复设备接收到该同步消息时，频标信号传输设备的时钟计数器的值。

根据主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数，再将当前周期的分频系数与上一同步周期的频率补偿值相乘，将相乘得到的乘积确认为当前同步周期的频率补偿值。在得到频率补偿值后，可确认本设备的时钟输出的信号与源端时钟输出的信号之间的频率和相位之差，基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号，进一步地，可采用广义锁相环原理对本设备的时钟进行驯服和校准，以使本设备的时钟与源端时钟实现同步。

在一个实施例中，如图6所示，处理主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数的步骤，包括：

步骤610，将主时钟计数值与本设备时钟计数值的差值，确认为时钟偏差；

步骤620，采用一维卡尔曼滤波算法对时钟偏差进行滤波，得到滤波后的时钟偏差，并获取滤波后的时钟偏差与主时钟计数值的和值，将和值与本设备时钟计数值的商，确认为同步周期的分频系数。

具体地，若主从延时MasterToSlaveDelay(即源端向恢复端发送数据的延时时间)对于连续的同步消息是相同的，可通过以下过程进行计算当前同步周期的分频系数和频率补偿值。在数个同步周期之后，频率将会锁定，本设备的时钟(即从时钟)随后可确定MasterToSlaveDelay的精确值，并使用更新后的MasterToSlaveDelay重新与频标信号传输设备的时钟(即主时钟)进行同步。具体而言，计算当前同步周期的分频系数和频率补偿值可为：

(1)在MasterSyncTime(n)时刻，主时钟向从时钟发送同步消息。从时钟在本地时钟为SlaveClockTime(n)时接收到该同步消息，并用下公式计算MasterClockTime(n)：

MasterClockTime(n)＝MasterSyncTime(n)+MasterToSlaveDelay(n)

其中，n为第n个离散化的数字时刻，即第n个同步周期；MasterClockTime(n)为当前同步周期下，在从时钟时间为SlaveClockTime(n)时对应的主时钟时间。

(2)若主从延时MasterToSlaveDelay对于第n个同步周期和第n-1个同步周期而言是相同的，则当前同步周期的主时钟计数值MasterClockCount(n)为：

MasterClockCount(n)＝MasterClockTime(n)－MasterClockTime(n-1)

其中，MasterClockTime(n-1)为第n-1个同步周期所对应的主时钟时间。

(3)当前同步周期的本设备时钟计数值SlaveClockCount(n)为：

SlaveClockCount(n)＝SlaveClockTime(n)－SlaveClockTime(n-1)

其中，SlaveClockTime(n-1)为从时钟在第n-1个同步周期接收同步消息的时间。

(4)当前同步周期的主从时钟计数差值ClockDiffCount(n)，也即时钟偏差为：ClockDiffCount(n)＝MasterClockCount(n)－SlaveClockCount(n)。

(5)当前同步周期下，从时钟的分频系数为：

(6)当前同步周期下，加数寄存器的频率补偿值Fre

Fre

其中，Fre

所得的频率补偿值作为驯服本地时钟的一个参考输入，用于生成时钟控制信号，通过时钟控制信号对本设备的时钟进行驯服。理论上，本申请的算法可在一个同步周期内实现锁定，但是考虑到网络传输延迟和工作条件的不断变化，因此可能需要多个周期。本申请的算法可进行自校准，若出于某些原因导致初通过主时钟设置的从时钟不正确，则可通过数量较多的同步周期实现本地时钟的校准。

为尽量减小PTP恢复的时间频率信息中存在的秒信号抖动和测量的系统误差对时钟驯服的影响，在远程对时后，可对测量得到的时钟偏差进行滤波处理以消除抖动，并根据本设备的时钟输出的信号与PTP输出的秒脉冲频率相位之差，来驯服本设备的时钟。由于PTP输出秒脉冲和标准时间之间的抖动是随机服务，服从正太分布，因此可利用多个测量数据的算数平均来消除其随机跳变的影响，又因为时钟偏差的平均个数难以确定，也不能进行实时处理，因而可采用一维卡尔曼算法来对时钟偏差进行实时的滤波处理。如此，在保证滤波结果，消除抖动的同时，还可减少数据的存储量。

在一个实施例中，基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号的步骤，包括：采用PID算法处理当前同步周期的频率补偿值，得到当前同步周期对应的时钟控制信号并输出。

具体地，为消除系统的静差，通过经典的PID算法处理当前同步周期的频率补偿值以计算出所需要调整的电压值，即时钟控制信号。进一步地，还可加入平滑滤波使得输出的时钟控制信号电压值平缓，从而控制本设备的时钟的最终偏差趋向于零。此时，PID算法可用于实现滤波功能，进一步地，可用于实现低通滤波功能。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种频标信号远程传输方法，以该方法应用于图1中的频标信号远程传输系统为例进行说明。本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤710，频标信号传输设备对目标频标信号进行模数转换，得到数字频标信号并发送；

步骤720，频标信号恢复设备采用上述任一实施例中的频标信号远程恢复方法处理数字频标信号，得到目标频标信号。

其中，目标频标信号为标准频标信号，为模拟信号。

具体地，频标信号传输设备为源端，用于将目标频标信号从模拟信号转换为数字信号，得到数字频标信号，并可通过远程传输网络(如千兆网)传输数字频标信号。频标信号恢复设备为恢复端，用于通过远程传输网络接收数字频标信号，并根据数字频标信号恢复得到目标频标信号。在目标频标信号的恢复过程中，频标信号恢复设备可先通过PTP技术令本设备的系统时钟信号(即本地时钟信号)与源端的系统时钟信号同步，即恢复端的系统时钟信号与源端的系统时钟信号同频同相，利用同步后的本地时钟信号对接收到的数字频标信号进行数模转换，得到初始频标信号。如此，可令初始频标信号在幅度和频率特性上，与目标频标信号是相同的。

对于初始频标信号与目标频标信号在相位上存在的差异，可通过相位同步技术进行相位对齐。具体而言，可通过延时测量技术精确测量源端与恢复端之间的网络延时，由于频率信号为周期信号，可通过地址控制技术控制频标信号恢复设备中存储器的输出来进行数据的延时，以控制相位的对齐。

本申请实现了频率信号的远程传输与恢复，频率对准，相位对齐，源信号和远端信号实现了较为严格的同步。如图8所示，通过实际测量频率稳定度和相位噪声基本一致，其中蓝色线为网络不稳定引起测量误差而造成的震荡，因此尽量保证传输网络的稳定传输，在调试驯服模块的时候应尽量避免破坏频率稳定度，PID参数要自适应调整。如此，请参阅图8中剩余两次测量的结果，可以确定，已基本上输入和输出信号是基本吻合的。

在一个示例中，通过3个路由器增加延时后，通过示波器观测后，可以确定源端和恢复端的两个信号波形基本重叠，没有相位波动。源端和恢复端的数据基本如表1和表2所示：

表1 10MHz频率特性测试记录

表2 10MHz频率相位噪声测试记录

应该理解的是，虽然图1-图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-图7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图9所示，提供了一种从频标信号恢复设备的控制单元角度实施的频标信号远程恢复装置，包括：

时钟驯服模块，用于与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相；

初始频标信号获取模块，用于获取数字频标信号，并获取初始频标信号；初始频标信号为采用驯服后的本地时钟信号对数字频标信号进行数模转换后得到；

目标频标信号获取模块，用于获取数字频标信号的数据延时时间，并基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在一个实施例中，目标频标信号获取模块包括：测量单元，用于测量初始频标信号的周期，并通过驯服后的本地时钟信号得到数据延时时间；调整单元，用于根据周期与数据延时时间计算相位延迟量，且根据相位延迟量调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在一个实施例中，调整单元，还用于获取数据延时时间与周期的比值，将比值与周期角度的乘积确认为相位延迟量。

在一个实施例中，时钟驯服模块包括：分频系数确认单元，用于根据PTP同步的结果，分别确定当前同步周期的主时钟计数值与本设备时钟计数值，并处理主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数；频率补偿值确认单元，用于将当前同步周期的分频系数与上一同步周期的频率补偿值相乘，将相乘的结果确认为当前同步周期的频率补偿值；信号输出单元，用于基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号。

在一个实施例中，分频系数确认单元，还用于将主时钟计数值与本设备时钟计数值的差值，确认为时钟偏差；采用一维卡尔曼滤波算法对时钟偏差进行滤波，得到滤波后的时钟偏差，并获取滤波后的时钟偏差与主时钟计数值的和值，将和值与本设备时钟计数值的商，确认为同步周期的分频系数。

在一个实施例中，时钟驯服模块还包括：采用PID算法处理当前同步周期的频率补偿值，得到当前同步周期对应的时钟控制信号并输出。

在一个实施例中，数据延时时间为频标信号传输设备与本设备之间的平均路径延时；数字频标信号为本设备通过千兆网接收得到。

关于频标信号远程恢复装置的具体限定可以参见上文中对于频标信号远程恢复方法的限定，在此不再赘述。上述频标信号远程恢复装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

在一个实施例中，提供了一种FPGA，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相；

获取数字频标信号，并获取初始频标信号；初始频标信号为采用驯服后的本地时钟信号对数字频标信号进行数模转换后得到；

获取数字频标信号的数据延时时间，并基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：测量初始频标信号的周期，并通过驯服后的本地时钟信号得到数据延时时间；根据周期与数据延时时间计算相位延迟量，且根据相位延迟量调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取数据延时时间与周期的比值，将比值与周期角度的乘积确认为相位延迟量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据PTP同步的结果，分别确定当前同步周期的主时钟计数值与本设备时钟计数值，并处理主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数；将当前同步周期的分频系数与上一同步周期的频率补偿值相乘，将相乘的结果确认为当前同步周期的频率补偿值；基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：将主时钟计数值与本设备时钟计数值的差值，确认为时钟偏差；采用一维卡尔曼滤波算法对时钟偏差进行滤波，得到滤波后的时钟偏差，并获取滤波后的时钟偏差与主时钟计数值的和值，将和值与本设备时钟计数值的商，确认为同步周期的分频系数。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：采用PID算法处理当前同步周期的频率补偿值，得到当前同步周期对应的时钟控制信号并输出。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：数据延时时间为频标信号传输设备与本设备之间的平均路径延时；数字频标信号为本设备通过千兆网接收得到。

在一个实施例中，如图10所示，提供了一种频标信号远程恢复设备，包括时钟、数模转换器和上述任一实施例中的FPGA；FPGA分别连接时钟和数模转换器。

具体地，FPGA与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相。FPGA获取数字频标信号，并向数模转换器输出数字信号和驯服后的本地时钟信号。数模转换以基于驯服后的本地时钟信号的信号作为工作时钟，对数字频标信号进行数模转换，得到初始频标信号。FPGA获取初始频标信号，并调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

与频标信号传输设备进行PTP同步，并基于PTP同步的结果，向本设备的时钟输出时钟控制信号；时钟控制信号用于驯服本设备的时钟，直至驯服后的本地时钟信号与频标信号传输设备的主时钟信号同频同相；

获取数字频标信号，并获取初始频标信号；初始频标信号为采用驯服后的本地时钟信号对数字频标信号进行数模转换后得到；

获取数字频标信号的数据延时时间，并基于数据延时时间调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：测量初始频标信号的周期，并通过驯服后的本地时钟信号得到数据延时时间；根据周期与数据延时时间计算相位延迟量，且根据相位延迟量调整初始频标信号的相位，得到目标频标信号。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取数据延时时间与周期的比值，将比值与周期角度的乘积确认为相位延迟量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据PTP同步的结果，分别确定当前同步周期的主时钟计数值与本设备时钟计数值，并处理主时钟计数值和本设备时钟计数值，得到当前同步周期的分频系数；将当前同步周期的分频系数与上一同步周期的频率补偿值相乘，将相乘的结果确认为当前同步周期的频率补偿值；基于当前同步周期的频率补偿值，向本设备的时钟输出当前同步周期对应的时钟控制信号。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：将主时钟计数值与本设备时钟计数值的差值，确认为时钟偏差；采用一维卡尔曼滤波算法对时钟偏差进行滤波，得到滤波后的时钟偏差，并获取滤波后的时钟偏差与主时钟计数值的和值，将和值与本设备时钟计数值的商，确认为同步周期的分频系数。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：采用PID算法处理当前同步周期的频率补偿值，得到当前同步周期对应的时钟控制信号并输出。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：数据延时时间为频标信号传输设备与本设备之间的平均路径延时；数字频标信号为本设备通过千兆网接收得到。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。