專利名稱：一種數(shù)字同步脈沖信號(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)字同步脈沖信號(hào)低抖動(dòng)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字同步脈沖信號(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
同步信號(hào)可以為兩個(gè)設(shè)備提供相同時(shí)間參考信號(hào)，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(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的相對同步，且對同步信號(hào)的抖動(dòng)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(hào)傳輸需要同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步，本實(shí)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(dòng)傳輸。目前多數(shù)的同步脈沖信號(hào)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法是:同步脈沖信號(hào)直接在信道中傳輸，同步脈沖信號(hào)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(hào)，即使被檢測到了，其邊沿抖動(dòng)也會(huì)很大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)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(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)傳輸系統(tǒng)，使同步信號(hào)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(hào)抖動(dòng)小于 lOOps。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種數(shù)字同步脈沖信號(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)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(shí)現(xiàn)。所述接收端的鎖相環(huán)模塊、解碼模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)。利用本實(shí)用新型傳輸信號(hào)時(shí)，包括以下步驟，步驟1、將低頻率的時(shí)鐘信號(hào)輸入到鎖相環(huán)模塊，鎖相環(huán)模塊將時(shí)鐘信號(hào)倍頻到適合光信道傳輸?shù)母哳l率的編碼時(shí)鐘信號(hào)，高頻率的編碼時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入分頻模塊，分頻模塊產(chǎn)生與高頻率的編碼時(shí)鐘信號(hào)上升沿嚴(yán)格同步、且與同步脈沖信號(hào)頻率相同的方波信號(hào)；步驟2、高頻率的編碼時(shí)鐘信號(hào)和方波信號(hào)進(jìn)入編碼模塊，編碼模塊對這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后輸出同步脈沖信號(hào)和已編碼的高頻率的同步脈沖信號(hào)；編碼模塊的編碼方法包括，步驟2.1、在方波信號(hào)的低電平期間用編碼時(shí)鐘的下降沿計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)寄存器為Count,在方波信號(hào)的高電平期間Count為0,設(shè)在方波信號(hào)一個(gè)周期中整個(gè)低電平Count最大值為M ；[0016]步驟2.2、Count計(jì)數(shù)值小于(M_n)時(shí)，高頻率同步脈沖信號(hào)與編碼時(shí)鐘相同，所有標(biāo)志位清零；步驟2.3、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M_n)時(shí)，高頻率同步脈沖信號(hào)的開始標(biāo)志置I，高頻率同步脈沖信號(hào)輸出開始低電平；步驟2.4、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M - n/2 - 2)時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)的校驗(yàn)標(biāo)志置I ;步驟2.5、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M - n/2 -1)時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)的開始標(biāo)志清零，在編碼時(shí)鐘的上升沿處判斷校驗(yàn)標(biāo)志位，標(biāo)志位為I時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)輸出校驗(yàn)高電平；
步驟2.6、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M - 2)時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)的同步脈沖標(biāo)志置I,高頻率同步脈沖信號(hào)直接復(fù)制方波信號(hào)，同時(shí)同步脈沖信號(hào)也直接復(fù)制方波信號(hào)；步驟2.7、在檢測到方波信號(hào)的上升沿后，高頻率同步脈沖信號(hào)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(shí)間，在脈寬標(biāo)志位為I時(shí)，高頻率同步脈沖信號(hào)為高電平；同時(shí)同步脈沖信號(hào)也為高電平。步驟3、已編碼的高頻率同步脈沖信號(hào)進(jìn)入電光轉(zhuǎn)換模塊，電光轉(zhuǎn)換模塊將同步脈沖信號(hào)由電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，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(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；步驟5、電信號(hào)進(jìn)入解碼模塊，時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入接收端的鎖相環(huán)模塊產(chǎn)生解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)，電信號(hào)和解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入解碼模塊，解碼后輸出同步脈沖信號(hào)。解碼模塊的解碼方法包括，步驟5.1、解碼模塊用解調(diào)時(shí)鐘對接收到的高頻率同步脈沖信號(hào)的高低電平分別計(jì)數(shù)，計(jì)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(shí)鐘計(jì)數(shù)值Cnt_low為a, 313段解調(diào)時(shí)鐘計(jì)數(shù)值Cnt_high為b ；步驟5.2、當(dāng)Cnt_low計(jì)數(shù)值在(a_3,a+3)范圍內(nèi)時(shí)，同步脈沖信號(hào)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(jì)數(shù)值也在(b_3, b+3)范圍內(nèi)時(shí)，同步脈沖信號(hào)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(hào)的同步脈沖標(biāo)志位為I時(shí)，同步脈沖信號(hào)復(fù)制高頻率同步脈沖信號(hào)，同時(shí)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(shí)，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(shí)間，在恢復(fù)同步脈沖寬度標(biāo)志位為I時(shí)，同步脈沖信號(hào)為高電平，其他時(shí)間，同步脈沖信號(hào)為低電平。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:1、本實(shí)用新型提出了一種適用于空間激光通信的同步脈沖信號(hào)傳輸系統(tǒng)，能滿足同步脈沖信號(hào)上升沿低抖動(dòng)的特殊應(yīng)用；采用較低的時(shí)鐘頻率，結(jié)合簡單的編解碼方法就能滿足抖動(dòng)皮秒級(jí)的要求，電路部件采用FPGA實(shí)現(xiàn)，功耗低，調(diào)試難度低。2、使用本實(shí)用新型傳輸信號(hào)時(shí)，同步脈沖信號(hào)經(jīng)過同步脈沖編碼后含有同步脈沖開始校驗(yàn)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(hào)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(hào)，能提高傳輸可靠性。[0040]3、使用本實(shí)用新型傳輸信號(hào)時(shí)，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(yàn)信息都滿足時(shí)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(shí)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(hào)上升沿之間只存在固定傳輸延時(shí)，相對抖動(dòng)很小，可實(shí)現(xiàn)高精確相對同步。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡圖。圖2是本實(shí)用新型的編碼原理圖。圖3是本實(shí)用新型的解碼原理圖。其中，I一編碼時(shí)鐘，2—方波信號(hào)，3一編碼模塊輸出的同步脈沖信號(hào)，4一編碼模塊輸出的高頻率同步脈沖信號(hào)，5—解調(diào)時(shí)鐘，6—解碼模塊輸出的同步脈沖信號(hào)；T1為方波信號(hào)的周期，301段是同步脈沖維持段，302段為編碼時(shí)鐘段，303段為同步脈沖編碼開始信號(hào)段，304段為同步脈沖編碼校驗(yàn)信號(hào)段，305段為同步脈沖信號(hào)段；T2為已編碼的高頻率的同步脈沖信號(hào)的周期，307段為同步脈沖信號(hào)檢測段，308段為同步脈沖信號(hào)校驗(yàn)段，309段為同步脈沖沿檢測段，310同步脈沖恢復(fù)段；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如附圖1所示，本實(shí)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(shí)現(xiàn)；接收端的鎖相環(huán)模塊、解碼模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)。利用本實(shí)用新型進(jìn)行數(shù)字同步脈沖信號(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)傳輸，具體方法包括以下步驟，步驟1、將低頻率的時(shí)鐘信號(hào)輸入到鎖相環(huán)模塊，鎖相環(huán)模塊將時(shí)鐘信號(hào)倍頻到適合光信道傳輸?shù)母哳l率的編碼時(shí)鐘信號(hào)，高頻率的編碼時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入分頻模塊，分頻模塊產(chǎn)生與高頻率的編碼時(shí)鐘信號(hào)上升沿嚴(yán)格同步、且與同步脈沖信號(hào)頻率相同的方波信號(hào)；步驟2、高頻率的編碼時(shí)鐘信號(hào)和方波信號(hào)進(jìn)入編碼模塊，編碼模塊對這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后輸出同步脈沖信號(hào)和已編碼的高頻率的同步脈沖信號(hào)；編碼模塊的編碼方法為:步驟2.1、在方波信號(hào)2的低電平期間用編碼時(shí)鐘I的下降沿計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)寄存器為Count，在方波信號(hào)2的高電平期間Count為0，設(shè)在方波信號(hào)2 —個(gè)周期中整個(gè)低電平Count最大值為M ；步驟2.2、Count計(jì)數(shù)值小于(M_n)時(shí)，高頻率同步脈沖信號(hào)4與編碼時(shí)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(hào)的頻率確定，不需要很大，一般取10 ；[0058]步驟2.3、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M_n)時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)4的開始標(biāo)志置I，高頻率同步脈沖信號(hào)4輸出開始低電平，即圖2中的303段；步驟2.4、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M - n/2 - 2)時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)4的校驗(yàn)標(biāo)志置I;步驟2.5、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M - n/2 -1)時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)4的開始標(biāo)志清零，在編碼時(shí)鐘的上升沿處判斷校驗(yàn)標(biāo)志位，標(biāo)志位為I時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)4輸出校驗(yàn)高電平，即圖2中的304段；步驟2.6、Count計(jì)數(shù)計(jì)到(M - 2)時(shí),高頻率同步脈沖信號(hào)4的同步脈沖標(biāo)置1，高頻率同步脈沖信號(hào)4直接復(fù)制方波信號(hào)2，即圖2中的305段，同時(shí)同步脈沖信號(hào)3也直接復(fù)制方波信號(hào)2 ；步驟2.7、在檢測到方波信號(hào)2的上升沿后，高頻率同步脈沖信號(hào)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(shí)間，在脈寬標(biāo)志位為I時(shí)，高頻率同步脈沖信號(hào)4為高電平，即圖2中的301段；同時(shí)同步脈沖信號(hào)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(hào)進(jìn)入電光轉(zhuǎn)換模塊，電光轉(zhuǎn)換模塊將同步脈沖信號(hào)由電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，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(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；步驟5、電信號(hào)進(jìn)入解碼模塊，時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入接收端的鎖相環(huán)模塊產(chǎn)生解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)，電信號(hào)和解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入解碼模塊，解碼后輸出同步脈沖信號(hào)。解碼模塊的解碼方法為:步驟5.1、解碼模塊用解調(diào)時(shí)鐘5對接收到的高頻率同步脈沖信號(hào)4的高低電平分別計(jì)數(shù)，計(jì)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(shí)鐘計(jì)數(shù)值Cnt_low為a，313段解調(diào)時(shí)鐘計(jì)數(shù)值Cnt_high為b ；步驟5.2、當(dāng)Cnt_low計(jì)數(shù)值在(a_3, a+3)范圍內(nèi)時(shí)，同步脈沖信號(hào)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(jì)數(shù)值也在(b_3, b+3)范圍內(nèi)時(shí)，同步脈沖信號(hào)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(hào)6的同步脈沖標(biāo)志位為I時(shí)，同步脈沖信號(hào)6復(fù)制高頻率同步脈沖信號(hào)4，即圖3中的309段，同時(shí)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(shí)，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(shí)間，在恢復(fù)同步脈沖寬度標(biāo)志位為I時(shí)，同步脈沖信號(hào)6為高電平，即圖3中的310段，其他時(shí)間，同步脈沖信號(hào)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(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)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(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)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(shí)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(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)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(shí)現(xiàn)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種數(shù)字同步脈沖信號(hào)皮秒級(jí)抖動(dòng)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(shí)用新型的主要電路部件采用FPGA實(shí)現(xiàn)，其一致性好，調(diào)試難度低，且采用的時(shí)鐘頻率較低，功耗低，實(shí)現(xiàn)難度低，本實(shí)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(hào)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)