專利名稱：一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于數(shù)字同步脈沖信號低抖動傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
同步信號可以為兩個設(shè)備提供相同時間參考信號，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星與地面站、衛(wèi)星與衛(wèi)星之間需要同步信號實現(xiàn)時間的相對同步，且對同步信號的抖動要求很高，目前國內(nèi)外對空間激光通信技術(shù)的研究都十分重視，而激光通信系統(tǒng)之間的信號傳輸需要同步信號實現(xiàn)同步，本實用新型正是在這樣的背景下提出來的，特別涉及應(yīng)用在空間激光通信、量子通信系統(tǒng)之間的數(shù)字同步脈沖低抖動傳輸。目前多數(shù)的同步脈沖信號傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)方法是:同步脈沖信號直接在信道中傳輸，同步脈沖信號經(jīng)過在信道中長距離傳輸后，很難在接收端檢測到該脈沖信號，即使被檢測到了，其邊沿抖動也會很大。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)，使同步信號在空間信道中長距離傳輸后也能精確地被解調(diào)出，且同步脈沖信號抖動小于 lOOps。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)，包括依次連接的發(fā)射端、光信道、接收端；發(fā)射端包括鎖相環(huán)模塊、分頻模塊、編碼模塊、電光轉(zhuǎn)換模塊，鎖相環(huán)模塊分別與分頻模塊、編碼模塊連接，分頻模塊與編碼模塊連接，編碼模塊與電光轉(zhuǎn)換模塊連接，電光轉(zhuǎn)換模塊與光信道連接；接收端包括光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊、解碼模塊，光信道與光電轉(zhuǎn)換模塊連接，光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊分別與解碼模塊連接。所述發(fā)射端的鎖相環(huán)模塊、分頻模塊、編碼模塊采用FPGA實現(xiàn)。所述接收端的鎖相環(huán)模塊、解碼模塊采用FPGA實現(xiàn)。利用本實用新型傳輸信號時，包括以下步驟，步驟1、將低頻率的時鐘信號輸入到鎖相環(huán)模塊，鎖相環(huán)模塊將時鐘信號倍頻到適合光信道傳輸?shù)母哳l率的編碼時鐘信號，高頻率的編碼時鐘信號進(jìn)入分頻模塊，分頻模塊產(chǎn)生與高頻率的編碼時鐘信號上升沿嚴(yán)格同步、且與同步脈沖信號頻率相同的方波信號；步驟2、高頻率的編碼時鐘信號和方波信號進(jìn)入編碼模塊，編碼模塊對這兩個信號進(jìn)行編碼，編碼后輸出同步脈沖信號和已編碼的高頻率的同步脈沖信號；編碼模塊的編碼方法包括，步驟2.1、在方波信號的低電平期間用編碼時鐘的下降沿計數(shù)，計數(shù)寄存器為Count,在方波信號的高電平期間Count為0,設(shè)在方波信號一個周期中整個低電平Count最大值為M ；[0016]步驟2.2、Count計數(shù)值小于(M_n)時，高頻率同步脈沖信號與編碼時鐘相同，所有標(biāo)志位清零；步驟2.3、Count計數(shù)計到(M_n)時，高頻率同步脈沖信號的開始標(biāo)志置I，高頻率同步脈沖信號輸出開始低電平；步驟2.4、Count計數(shù)計到(M - n/2 - 2)時,高頻率同步脈沖信號的校驗標(biāo)志置I ;步驟2.5、Count計數(shù)計到(M - n/2 -1)時,高頻率同步脈沖信號的開始標(biāo)志清零，在編碼時鐘的上升沿處判斷校驗標(biāo)志位，標(biāo)志位為I時,高頻率同步脈沖信號輸出校驗高電平；
步驟2.6、Count計數(shù)計到(M - 2)時,高頻率同步脈沖信號的同步脈沖標(biāo)志置I,高頻率同步脈沖信號直接復(fù)制方波信號，同時同步脈沖信號也直接復(fù)制方波信號；步驟2.7、在檢測到方波信號的上升沿后，高頻率同步脈沖信號的脈寬標(biāo)志位置1，脈寬標(biāo)志位清零，根據(jù)脈寬的要求設(shè)置脈寬保持時間，在脈寬標(biāo)志位為I時，高頻率同步脈沖信號為高電平；同時同步脈沖信號也為高電平。步驟3、已編碼的高頻率同步脈沖信號進(jìn)入電光轉(zhuǎn)換模塊，電光轉(zhuǎn)換模塊將同步脈沖信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，進(jìn)入光信道傳輸；步驟4、光電轉(zhuǎn)換模塊接收光信道中的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；步驟5、電信號進(jìn)入解碼模塊，時鐘信號進(jìn)入接收端的鎖相環(huán)模塊產(chǎn)生解調(diào)時鐘信號，電信號和解調(diào)時鐘信號進(jìn)入解碼模塊，解碼后輸出同步脈沖信號。解碼模塊的解碼方法包括，步驟5.1、解碼模塊用解調(diào)時鐘對接收到的高頻率同步脈沖信號的高低電平分別計數(shù)，計數(shù)寄存器分別為Cnt_high和Cnt_low，設(shè)在沒有誤碼的情況下，312段解調(diào)時鐘計數(shù)值Cnt_low為a, 313段解調(diào)時鐘計數(shù)值Cnt_high為b ；步驟5.2、當(dāng)Cnt_low計數(shù)值在(a_3,a+3)范圍內(nèi)時，同步脈沖信號的開始標(biāo)志位置1，否則清零；步驟5.3、在開始標(biāo)志位為I的條件下，Cnt_high計數(shù)值也在(b_3, b+3)范圍內(nèi)時，同步脈沖信號的同步脈沖標(biāo)志位置1，否則清零；步驟5.4、當(dāng)同步脈沖信號的同步脈沖標(biāo)志位為I時，同步脈沖信號復(fù)制高頻率同步脈沖信號，同時檢測高頻率同步脈沖上升沿；步驟5.5、檢測到高頻率同步脈沖上升沿時，恢復(fù)同步脈沖寬度標(biāo)志位置1，根據(jù)脈寬的要求設(shè)置脈寬保持時間，在恢復(fù)同步脈沖寬度標(biāo)志位為I時，同步脈沖信號為高電平，其他時間，同步脈沖信號為低電平。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:1、本實用新型提出了一種適用于空間激光通信的同步脈沖信號傳輸系統(tǒng)，能滿足同步脈沖信號上升沿低抖動的特殊應(yīng)用；采用較低的時鐘頻率，結(jié)合簡單的編解碼方法就能滿足抖動皮秒級的要求，電路部件采用FPGA實現(xiàn)，功耗低，調(diào)試難度低。2、使用本實用新型傳輸信號時，同步脈沖信號經(jīng)過同步脈沖編碼后含有同步脈沖開始校驗信息，能有效避免接收端的偽同步，而且把低頻的同步脈沖信號轉(zhuǎn)換為適于在空間信道中傳輸?shù)母哳l同步脈沖編碼信號，能提高傳輸可靠性。[0040]3、使用本實用新型傳輸信號時，同步脈沖解碼方法只有在檢測到同步脈沖開始信息和校驗信息都滿足時才判斷為有同步脈沖上升沿的到來，并直接恢復(fù)同步脈沖上升沿，而不是用本地時鐘去產(chǎn)生同步脈沖上升沿，這樣使得發(fā)射端和接收端的同步脈沖信號上升沿之間只存在固定傳輸延時，相對抖動很小，可實現(xiàn)高精確相對同步。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖。圖2是本實用新型的編碼原理圖。圖3是本實用新型的解碼原理圖。其中，I一編碼時鐘，2—方波信號，3一編碼模塊輸出的同步脈沖信號，4一編碼模塊輸出的高頻率同步脈沖信號，5—解調(diào)時鐘，6—解碼模塊輸出的同步脈沖信號；T1為方波信號的周期，301段是同步脈沖維持段，302段為編碼時鐘段，303段為同步脈沖編碼開始信號段，304段為同步脈沖編碼校驗信號段，305段為同步脈沖信號段；T2為已編碼的高頻率的同步脈沖信號的周期，307段為同步脈沖信號檢測段，308段為同步脈沖信號校驗段，309段為同步脈沖沿檢測段，310同步脈沖恢復(fù)段；
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示的實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如附圖1所示，本實用新型包括依次連接的發(fā)射端、光信道、接收端；發(fā)射端包括鎖相環(huán)模塊、分頻模塊、編碼模塊、電光轉(zhuǎn)換模塊，鎖相環(huán)模塊分別與分頻模塊、編碼模塊連·接，分頻模塊與編碼模塊連接，編碼模塊與電光轉(zhuǎn)換模塊連接，電光轉(zhuǎn)換模塊與光信道連接；接收端包括光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊、解碼模塊，光信道與光電轉(zhuǎn)換模塊連接，光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊分別與解碼模塊連接；發(fā)射端的鎖相環(huán)模塊、分頻模塊、編碼模塊采用FPGA實現(xiàn)；接收端的鎖相環(huán)模塊、解碼模塊采用FPGA實現(xiàn)。利用本實用新型進(jìn)行數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸，具體方法包括以下步驟，步驟1、將低頻率的時鐘信號輸入到鎖相環(huán)模塊，鎖相環(huán)模塊將時鐘信號倍頻到適合光信道傳輸?shù)母哳l率的編碼時鐘信號，高頻率的編碼時鐘信號進(jìn)入分頻模塊，分頻模塊產(chǎn)生與高頻率的編碼時鐘信號上升沿嚴(yán)格同步、且與同步脈沖信號頻率相同的方波信號；步驟2、高頻率的編碼時鐘信號和方波信號進(jìn)入編碼模塊，編碼模塊對這兩個信號進(jìn)行編碼，編碼后輸出同步脈沖信號和已編碼的高頻率的同步脈沖信號；編碼模塊的編碼方法為:步驟2.1、在方波信號2的低電平期間用編碼時鐘I的下降沿計數(shù)，計數(shù)寄存器為Count，在方波信號2的高電平期間Count為0，設(shè)在方波信號2 —個周期中整個低電平Count最大值為M ；步驟2.2、Count計數(shù)值小于(M_n)時，高頻率同步脈沖信號4與編碼時鐘I相同，所有標(biāo)志位清零，即圖2中的302段；n具體取值根據(jù)方波信號的頻率確定，不需要很大，一般取10 ；[0058]步驟2.3、Count計數(shù)計到(M_n)時,高頻率同步脈沖信號4的開始標(biāo)志置I，高頻率同步脈沖信號4輸出開始低電平，即圖2中的303段；步驟2.4、Count計數(shù)計到(M - n/2 - 2)時,高頻率同步脈沖信號4的校驗標(biāo)志置I;步驟2.5、Count計數(shù)計到(M - n/2 -1)時,高頻率同步脈沖信號4的開始標(biāo)志清零，在編碼時鐘的上升沿處判斷校驗標(biāo)志位，標(biāo)志位為I時,高頻率同步脈沖信號4輸出校驗高電平，即圖2中的304段；步驟2.6、Count計數(shù)計到(M - 2)時,高頻率同步脈沖信號4的同步脈沖標(biāo)置1，高頻率同步脈沖信號4直接復(fù)制方波信號2，即圖2中的305段，同時同步脈沖信號3也直接復(fù)制方波信號2 ；步驟2.7、在檢測到方波信號2的上升沿后，高頻率同步脈沖信號4的脈寬標(biāo)志位置1，脈寬標(biāo)志位清零，根據(jù)脈寬的要求設(shè)置脈寬保持時間，在脈寬標(biāo)志位為I時，高頻率同步脈沖信號4為高電平，即圖2中的301段；同時同步脈沖信號3也為高電平，即圖2中的306段；步驟3、已編碼的高頻率同步脈沖信號進(jìn)入電光轉(zhuǎn)換模塊，電光轉(zhuǎn)換模塊將同步脈沖信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，進(jìn)入光信道傳輸；步驟4、光電·轉(zhuǎn)換模塊接收光信道中的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；步驟5、電信號進(jìn)入解碼模塊，時鐘信號進(jìn)入接收端的鎖相環(huán)模塊產(chǎn)生解調(diào)時鐘信號，電信號和解調(diào)時鐘信號進(jìn)入解碼模塊，解碼后輸出同步脈沖信號。解碼模塊的解碼方法為:步驟5.1、解碼模塊用解調(diào)時鐘5對接收到的高頻率同步脈沖信號4的高低電平分別計數(shù)，計數(shù)寄存器分別為Cnt_high和Cnt_low，設(shè)在沒有誤碼的情況下，312段解調(diào)時鐘計數(shù)值Cnt_low為a，313段解調(diào)時鐘計數(shù)值Cnt_high為b ；步驟5.2、當(dāng)Cnt_low計數(shù)值在(a_3, a+3)范圍內(nèi)時，同步脈沖信號6的開始標(biāo)志位置I，否則清零；步驟5.3、在開始標(biāo)志位為I的條件下，Cnt_high計數(shù)值也在(b_3, b+3)范圍內(nèi)時，同步脈沖信號6的同步脈沖標(biāo)志位置I,否則清零；步驟5.4、當(dāng)同步脈沖信號6的同步脈沖標(biāo)志位為I時，同步脈沖信號6復(fù)制高頻率同步脈沖信號4，即圖3中的309段，同時檢測高頻率同步脈沖4上升沿；步驟5.5、檢測到高頻率同步脈沖4上升沿時，恢復(fù)同步脈沖寬度標(biāo)志位置1，根據(jù)脈寬的要求設(shè)置脈寬保持時間，在恢復(fù)同步脈沖寬度標(biāo)志位為I時，同步脈沖信號6為高電平，即圖3中的310段，其他時間，同步脈沖信號為低電平，如圖3所示。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的發(fā)射端、光信道、接收端；發(fā)射端包括鎖相環(huán)模塊、分頻模塊、編碼模塊、電光轉(zhuǎn)換模塊，鎖相環(huán)模塊分別與分頻模塊、編碼模塊連接，分頻模塊與編碼模塊連接，編碼模塊與電光轉(zhuǎn)換模塊連接，電光轉(zhuǎn)換模塊與光信道連接；接收端包括光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊、解碼模塊，光信道與光電轉(zhuǎn)換模塊連接，光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊分別與解碼模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射端的鎖相環(huán)模塊、分頻模塊、編碼模塊采用FPGA實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述接收端的鎖相環(huán)模 塊、解碼模塊采用FPGA實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型提供一種數(shù)字同步脈沖信號皮秒級抖動傳輸系統(tǒng)，包括依次連接的發(fā)射端、光信道、接收端；發(fā)射端包括鎖相環(huán)模塊、分頻模塊、編碼模塊、電光轉(zhuǎn)換模塊，鎖相環(huán)模塊分別與分頻模塊、編碼模塊連接，分頻模塊與編碼模塊連接，編碼模塊與電光轉(zhuǎn)換模塊連接，電光轉(zhuǎn)換模塊與光信道連接；接收端包括光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊、解碼模塊，光信道與光電轉(zhuǎn)換模塊連接，光電轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊分別與解碼模塊連接。本實用新型的主要電路部件采用FPGA實現(xiàn)，其一致性好，調(diào)試難度低，且采用的時鐘頻率較低，功耗低，實現(xiàn)難度低，本實用新型的編碼方法和解碼方法可靠性高，同步性好。
文檔編號H04L7/033GK203135900SQ20132013789
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者鄭建生, 雷莉, 朱玉建, 郭文飛, 劉鄭 申請人:武漢大學(xué)