[發(fā)明專利]極低光信噪比下的相干光通信終端的時(shí)間同步方法與系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911163942.0
• 申請(qǐng)日: 2019-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN111010238B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔晟;唐劍威;谷云峰;程前;劉德明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/61
• 分類號(hào): H04B10/61;H04J3/06;H04L27/26;H04B10/25;H04B10/11
• 代理公司: 北京眾達(dá)德權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

1.一種極低光信噪比下的相干光通信終端的時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于，包括時(shí)鐘同步和幀同步模塊；

所述時(shí)鐘同步模塊內(nèi)部包含插值器、數(shù)控振蕩器、環(huán)路濾波器、下采樣器和時(shí)鐘誤差檢測(cè)器，所述時(shí)鐘誤差檢測(cè)器輸出時(shí)鐘誤差為:

其中(·)^*代表取括號(hào)內(nèi)操作數(shù)的共軛；csgn(·)表示復(fù)數(shù)符號(hào)函數(shù)csgn(c)＝sgn[Re(c)]+j·sgn[Im(c)]，在這里c代表一個(gè)復(fù)數(shù),sgn(·)代表符號(hào)函數(shù)，括號(hào)內(nèi)操作數(shù)為正數(shù)時(shí)輸出為1，反之為-1；x(n)為輸入到時(shí)鐘誤差檢測(cè)器的信號(hào)序列，n為其序列索引；Re(·)和Im(·)代表取括號(hào)內(nèi)操作數(shù)的實(shí)部和虛部，arg(·)代表求取括號(hào)內(nèi)操作數(shù)的相位角；所述幀同步模塊采用定時(shí)度量函數(shù)

其中r(d)和分別代表接收到的符號(hào)和幀同步導(dǎo)引序列符號(hào)的共軛值；N代表幀同步導(dǎo)引序列長(zhǎng)度，d和k代表時(shí)間序號(hào)；幀同步模塊內(nèi)部包含導(dǎo)引序列存儲(chǔ)模塊、2個(gè)共軛運(yùn)算器、2個(gè)存儲(chǔ)器、2個(gè)乘法器、延時(shí)單元、累加器、模值計(jì)算器、角度計(jì)算器；導(dǎo)引序列存儲(chǔ)模塊、第一共軛運(yùn)算器、第一乘法器、第一存儲(chǔ)器依次連接，累加器的輸出端分別連接模值計(jì)算器、角度計(jì)算器的輸入端；其中導(dǎo)引序列存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的為基于偽噪聲(PN)序列或Q-chu序列的幀同步導(dǎo)引序列，用于搜尋接收信號(hào)中所插入的幀同步序列；幀同步模塊內(nèi)部模值計(jì)算器輸出數(shù)值最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置即為幀頭位置，角度計(jì)算器輸出數(shù)值除以2πT_s即為激光器頻偏大小，T_s為碼元時(shí)隙；插值器的輸出端分別連接時(shí)鐘誤差檢測(cè)器、下采樣器的輸入端，下采樣器的輸出端連接幀同步模塊的輸入端，在時(shí)鐘同步模塊輸入端輸入的具有2倍采樣率的信號(hào)通過插值器產(chǎn)生新的插值信號(hào)，時(shí)鐘誤差檢測(cè)器計(jì)算時(shí)鐘誤差大小，環(huán)路濾波器對(duì)時(shí)鐘誤差檢測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波消除相位噪聲影響，并為數(shù)控振蕩器提供穩(wěn)定的數(shù)字控制信號(hào)；數(shù)控振蕩器在數(shù)字控制信號(hào)作用下產(chǎn)生插值器所需的整數(shù)和小數(shù)插值時(shí)刻坐標(biāo)，并將坐標(biāo)提供給插值器使用，形成一個(gè)反饋控制系統(tǒng)；下采樣器將2倍采樣率信號(hào)轉(zhuǎn)換為1倍采樣率信號(hào)；

在幀同步模塊內(nèi)部，首先通過第一乘法器將輸入序列與導(dǎo)引序列存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的幀同步導(dǎo)引序列共軛值進(jìn)行相乘，所得結(jié)果c(k)放入第一存儲(chǔ)器中，k代表時(shí)間序號(hào)；通過延時(shí)器，第二共軛運(yùn)算器以及第二乘法器得到z(k)＝c(k)·c^*(k-1)，并將結(jié)果放入第二存儲(chǔ)器；通過累加器和模值計(jì)算器可以得到該值即為新的定時(shí)度量函數(shù)值，角度計(jì)算器輸出信號(hào)為其中Δω為本振激光器頻偏，T_s為碼元時(shí)隙。

2.一種權(quán)利要求1所述的極低光信噪比下的相干光通信終端的時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)間同步方法，其特征在于，包括以下步驟：

輸入的具有2倍采樣率的信號(hào)通過插值器產(chǎn)生新的插值信號(hào)，TED按照如下公式計(jì)算時(shí)鐘誤差大小：

環(huán)路濾波器對(duì)TED輸出信號(hào)進(jìn)行濾波消除相位噪聲影響，并為數(shù)控振蕩器提供穩(wěn)定的數(shù)字控制信號(hào)，TED為時(shí)鐘誤差檢測(cè)器；數(shù)控振蕩器在數(shù)字控制信號(hào)作用下產(chǎn)生插值器所需的整數(shù)和小數(shù)插值時(shí)刻坐標(biāo)，并將坐標(biāo)提供給插值器使用，形成一個(gè)反饋控制系統(tǒng)；下采樣器將2倍采樣率信號(hào)轉(zhuǎn)換為1倍采樣率信號(hào)；

在幀同步模塊內(nèi)部，采用定時(shí)度量函數(shù)：

為計(jì)算該函數(shù)值，首先通過第一乘法器將輸入序列與導(dǎo)引序列存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的幀同步導(dǎo)引序列共軛值進(jìn)行相乘，所得結(jié)果c(k)放入第一存儲(chǔ)器中，c(k)中的k代表時(shí)間序號(hào)；通過延時(shí)器，第二共軛運(yùn)算器以及第二乘法器得到z(k)＝c(k)·c^*(k-1)，并將結(jié)果放入第二存儲(chǔ)器；通過累加器和模值計(jì)算器得到該值即為定時(shí)度量函數(shù)值；函數(shù)值達(dá)到最大的點(diǎn)對(duì)應(yīng)為幀頭位置；角度計(jì)算器輸出信號(hào)為其中Δω為本振激光器頻偏，T_s為碼元時(shí)隙；因此本振激光器頻偏等于角度計(jì)算器輸出數(shù)值除以2πT_s。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極低光信噪比下的相干光通信終端的時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)間同步方法，其特征在于，在幀同步模塊中，對(duì)于BPSK信號(hào)，導(dǎo)引序列存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)PN序列來對(duì)應(yīng)BPSK字母表；對(duì)于QPSK信號(hào)，導(dǎo)引序列存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)Q-chu序列對(duì)應(yīng)QPSK字母表；Q-chu序列是通過將多相Chu序列通過QPSK切片器獲得的四相序列，Q-chu序列QC_k通過以下公式獲得：

QC_k＝sgn[Re(CH_k)]+j·sgn[Im(CH_k)] (6)

其中mod(a,b)為求余函數(shù)，u和L是互質(zhì)的整數(shù)，n為整數(shù)，L是Q-Chu序列的長(zhǎng)度；Q-chu序列具有比PN序列更好的自相關(guān)特性。