[發(fā)明專(zhuān)利]同步裝置、同步方法及使用該同步裝置的高速接收機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710382528.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107425953B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王長(zhǎng)紅;朱理辰;卜祥元;馬永鋒;王繼超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L7/00
• 分類(lèi)號(hào): H04L7/00
• 代理公司: 北京理工正陽(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鮑文娟

本發(fā)明提出了一種激光通信測(cè)距一體化系統(tǒng)的同步裝置、同步方法以及使用該同步裝置的高速接收機(jī)。高速接收機(jī)接收到高速信號(hào)，首先使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)其進(jìn)行采樣，再將采樣數(shù)據(jù)送入吉比特收發(fā)器(GTH)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為速率較低的多路并行數(shù)據(jù)。隨后并行數(shù)據(jù)被送入同步裝置中進(jìn)行信號(hào)同步，在同步裝置中并行數(shù)據(jù)將進(jìn)行并行數(shù)據(jù)幀捕獲、動(dòng)態(tài)校正和高速鎖相環(huán)跟蹤等步驟，由此，接收機(jī)完成對(duì)高速信號(hào)的精確同步。在信號(hào)精確同步的基礎(chǔ)上，接收機(jī)的測(cè)距支路和通信支路將解算出測(cè)距結(jié)果和通信數(shù)據(jù)。本發(fā)明在保證信號(hào)精確同步、測(cè)距和通信結(jié)果準(zhǔn)確的同時(shí)，減輕了時(shí)鐘負(fù)擔(dān)，并有效降低了硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光通信測(cè)距一體化系統(tǒng)中的一種同步裝置、同步方法以及使用該同步裝置的高速接收機(jī)，屬于電子通信和雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光通信測(cè)距一體化系統(tǒng)要求天基終端(衛(wèi)星)與地面站之間、天基終端(衛(wèi)星)與天基終端(衛(wèi)星)之間采用激光實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸與高精度測(cè)距一體化功能。也就是使用同一通道的信號(hào)同時(shí)完成通信與測(cè)距兩種功能，需要從兩種功能的異同點(diǎn)入手，盡可能合并二者的運(yùn)算步驟，節(jié)約資源與功耗，構(gòu)造集約型系統(tǒng)。

以激光作為媒介進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)是頻譜資源大，信號(hào)傳輸速率高。但相應(yīng)而生的一個(gè)問(wèn)題是接收機(jī)處理速率也要隨之大幅度提升。本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)碼元速率可以達(dá)到Gbps級(jí)別，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的采樣速率需要滿足奈奎斯特定理(即ADC的采樣頻率至少為信號(hào)頻率的2倍)才可對(duì)傳輸碼元進(jìn)行采樣，采樣后的信號(hào)即使經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換，每一路信號(hào)的處理時(shí)鐘也達(dá)上百兆赫茲，傳統(tǒng)的同步方法難以對(duì)如此高速率的信號(hào)進(jìn)行同步；另外，當(dāng)衛(wèi)星與地面站之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率(動(dòng)態(tài)速率)大到一定程度時(shí)，其引發(fā)的多普勒效應(yīng)將帶來(lái)大的頻率偏移，也無(wú)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步，這也使得接收機(jī)無(wú)法完成測(cè)距和通信，因此提出了一種高速接收機(jī)和接收方法來(lái)解決這一難題，其中信號(hào)高速同步是這種高速接收機(jī)和接收方法的核心技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了激光通信測(cè)距一體化系統(tǒng)中的一種高速接收機(jī)及其方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)的激光通信測(cè)距一體化系統(tǒng)高速接收機(jī)的思路是使用高速ADC對(duì)光電轉(zhuǎn)換后的接收信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)通過(guò)高速串并轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)為多路并行數(shù)據(jù)(降低每路數(shù)據(jù)處理速度，減輕時(shí)鐘負(fù)擔(dān))，高速接收機(jī)中的同步裝置對(duì)并行數(shù)據(jù)進(jìn)行精確同步，進(jìn)而可以計(jì)算出接收信號(hào)延時(shí)，從而計(jì)算出測(cè)距值；同時(shí)以鎖相環(huán)數(shù)控振蕩器輸出的碼相位作為依據(jù)對(duì)接收信號(hào)做內(nèi)插、解調(diào)，提取通信信息，自此完成了激光通信測(cè)距一體化系統(tǒng)高速接收機(jī)的設(shè)計(jì)。具體的，一種激光通信測(cè)距一體化系統(tǒng)的同步裝置，包括

并行捕獲電路：采用并行計(jì)算方式搜索信號(hào)到達(dá)時(shí)刻，獲得捕獲結(jié)果，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的粗同步；動(dòng)態(tài)校正電路：通過(guò)快速傅立葉變換(FFT)算法修正多普勒效應(yīng)帶來(lái)的頻率偏移，輸出動(dòng)態(tài)校正的標(biāo)志和結(jié)果；以及高速跟蹤電路：用積分清除運(yùn)算在并行捕獲的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮小本地碼序列與接收序列的碼相位差，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精確同步；所述并行捕獲電路將捕獲結(jié)果送至所述動(dòng)態(tài)校正電路和高速跟蹤電路，所述動(dòng)態(tài)校正電路將動(dòng)態(tài)校正的標(biāo)志輸給并行捕獲電路，將動(dòng)態(tài)校正的結(jié)果輸出到高速跟蹤電路。

進(jìn)一步的，所述并行捕獲電路包括用于存儲(chǔ)接收數(shù)據(jù)的寄存器組(Reg0)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)幀幀同步字采樣值的本地碼序列寄存器(Reg1)，Reg1中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)與Reg0中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)采用n級(jí)流水線結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算和比較運(yùn)算，通過(guò)比較一組相關(guān)運(yùn)算的峰值與預(yù)設(shè)的判決門(mén)限大小，確定該時(shí)鐘周期內(nèi)的捕獲結(jié)果。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)態(tài)校正電路對(duì)加在數(shù)據(jù)幀的幀同步字(N₁bit)與數(shù)據(jù)域(N₃bit)之間一段由二進(jìn)制數(shù)“1”、“0”循環(huán)組成的周期序列(N₂bit)進(jìn)行FFT，在FFT運(yùn)算結(jié)果中找到峰值點(diǎn)的位置m，測(cè)量所述頻率偏移。