一種高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及脈沖無(wú)線傳輸通信領(lǐng)域中的一種高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法，特別適用于雷達(dá)脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸。在發(fā)端進(jìn)行脈沖整形，采用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘的上升沿或下降沿之間的時(shí)間差轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采樣、編碼和調(diào)制等步驟；在收端利用定時(shí)誤差估計(jì)、環(huán)路濾波、數(shù)控NCO、內(nèi)插濾波等模塊，提高本地時(shí)鐘精度，在不犧牲帶寬的前提下，減小輸出脈沖相位誤差，最終輸出高精度的低抖動(dòng)脈沖信號(hào)。本發(fā)明采用全數(shù)字化處理方式，無(wú)需本地同步時(shí)鐘，就能夠達(dá)到高精度的異步低抖動(dòng)脈沖傳輸效果。主要電路部件采用FPGA或ASIC實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)、調(diào)試難度低。
【專利說(shuō)明】一種高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖無(wú)線傳輸通信領(lǐng)域中的一種高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法，特別適用于雷達(dá)脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002]常用的脈沖數(shù)字化采樣無(wú)線傳輸方法，在接收端能夠準(zhǔn)確的判定脈沖信號(hào)的有無(wú)，但是接收到的脈沖信號(hào)的上升沿、下降沿抖動(dòng)較大。要降低沿抖動(dòng)，就需要提高采樣時(shí)鐘頻率，從而提高對(duì)脈沖的采樣率。如果對(duì)沿抖動(dòng)的要求低至納秒級(jí)，則所需的時(shí)鐘頻率高達(dá)IGHz甚至更高。在當(dāng)前的技術(shù)條件下,這是難以實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)有的同步低抖動(dòng)傳輸方法，其脈沖的低抖動(dòng)傳輸要以犧牲系統(tǒng)帶寬為代價(jià)；在發(fā)送端只能處理脈沖沿和時(shí)鐘沿同步的情形，導(dǎo)致其在雷達(dá)脈沖傳輸上應(yīng)用受限；而在接收端采用模擬鎖相環(huán)電路降低沿抖動(dòng)，系統(tǒng)調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，精度的提升有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于避免上述背景中的不足之處而提供一種基于異步時(shí)鐘的高精度脈沖數(shù)字化無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法，在不犧牲帶寬的前提下，減小輸出脈沖相位誤差，最終輸出高精度的低抖動(dòng)脈沖信號(hào)。在發(fā)射端，將雷達(dá)脈沖與本地時(shí)鐘通過(guò)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，將雷達(dá)脈沖與本地時(shí)鐘上升沿或下降沿的時(shí)間差轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后完成對(duì)該信號(hào)的調(diào)制傳輸。在接收端，利用定時(shí)誤差估計(jì)模塊、環(huán)路濾波模塊、數(shù)控NCO模塊、內(nèi)插濾波模塊等，采用反饋環(huán)路設(shè)計(jì)，提高本地時(shí)鐘精度，從而實(shí)現(xiàn)脈沖的低抖動(dòng)傳輸。本發(fā)明方法的主要電路部件采樣FPGA或ASIC實(shí)現(xiàn)，一致性好，調(diào)試難度低，容易實(shí)現(xiàn)脈沖抖動(dòng)小于3ns的無(wú)線傳輸。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，它包括步驟:
[0005]發(fā)送端:
[0006]I)將輸入異步脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖整形，實(shí)現(xiàn)有線線路傳輸上的脈沖變形矯正；
[0007]2)采用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘的上升沿或下降沿之間的時(shí)間差轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；
[0008]3)對(duì)步驟2)生成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖采樣、編碼和調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號(hào)，數(shù)字調(diào)制號(hào)中包含有脈沖息和時(shí)間差信息；
[0009]4)對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為模擬調(diào)制信號(hào)；
[0010]5)射頻單元對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行上變頻和功率放大，轉(zhuǎn)換為高頻信號(hào)，并將高頻信號(hào)通過(guò)天線送入無(wú)線信道；
[0011]接收端:
[0012]6)射頻單元通過(guò)天線接收無(wú)線信道中的高頻信號(hào)，并將高頻信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、下變頻和AGC放大后轉(zhuǎn)換為模擬零中頻信號(hào)；
[0013]7)對(duì)模擬零中頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字零中頻信號(hào)；[0014]8)根據(jù)數(shù)控NCO單元反饋回來(lái)的最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔和內(nèi)插基點(diǎn)，對(duì)數(shù)字零中頻信號(hào)的采樣值進(jìn)行數(shù)字內(nèi)插；
[0015]9)對(duì)數(shù)字內(nèi)插后的基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波；
[0016]10)對(duì)匹配濾波后的信號(hào)進(jìn)行載波恢復(fù)，用于補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的頻偏和相偏；
[0017]11)對(duì)載波恢復(fù)后信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行判決，之后，同時(shí)轉(zhuǎn)入步驟12)和步驟15);
[0018]12)根據(jù)步驟11)得到的判決結(jié)果信息，采用Gardner算法，估計(jì)出載波恢復(fù)后信號(hào)的定時(shí)誤差信息；
[0019]13)將估計(jì)出的定時(shí)誤差信息通過(guò)環(huán)路濾波模塊濾除噪聲；
[0020]14)數(shù)控NCO單元根據(jù)估計(jì)出的定時(shí)誤差信息計(jì)算出最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔和內(nèi)插基點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步驟8)；
[0021]15)對(duì)步驟11)得到的判決結(jié)果信息進(jìn)行譯碼匹配；
[0022]16)根據(jù)數(shù)控NCO單元提供的最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔對(duì)譯碼匹配后的信號(hào)進(jìn)行脈沖恢復(fù)，輸出低抖動(dòng)的異步脈沖信號(hào)；
[0023]完成高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸。
[0024]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1、本發(fā)明提出的高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法，與常用的同步脈沖無(wú)線低抖動(dòng)傳輸相比，更符合實(shí)際應(yīng)用需求，處理精度更高，實(shí)現(xiàn)和調(diào)試更簡(jiǎn)單快捷，而且不以犧牲系統(tǒng)帶寬為代價(jià)?，F(xiàn)有的同步脈沖無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法只能處理在發(fā)端脈沖沿和時(shí)鐘沿同步的情形，這是不符合雷達(dá)脈沖傳輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用的，導(dǎo)致其在雷達(dá)脈沖傳輸上應(yīng)用受限；現(xiàn)有的同步脈沖無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法在接收端采用模擬鎖相環(huán)電路降低沿抖動(dòng)的方式，由于傳統(tǒng)模擬電路中的延遲時(shí)間長(zhǎng)和鎖相信號(hào)間的精度低等缺點(diǎn)，不只系統(tǒng)調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)于脈沖傳輸定時(shí)精度的提升有限；現(xiàn)有的同步脈沖無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法，其脈沖的低抖動(dòng)傳輸需要以擴(kuò)展帶寬為代價(jià)，造成了系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。本發(fā)明提出的高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法，無(wú)需系統(tǒng)提供產(chǎn)生脈沖的同步時(shí)鐘，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘要求不高，降低了調(diào)制解調(diào)的設(shè)計(jì)難度，無(wú)需擴(kuò)展系統(tǒng)帶寬，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全數(shù)字化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)處理精度更高，更易調(diào)試。
[0026]2、本發(fā)明方法的主要電路部件采用FPGA或ASIC實(shí)現(xiàn)，一致性好，容易實(shí)現(xiàn)脈沖抖動(dòng)小于3ns的無(wú)線傳輸。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明有線側(cè)信號(hào)到無(wú)線側(cè)內(nèi)部處理實(shí)施例的電原理方框圖。
[0028]圖2是本發(fā)明無(wú)線側(cè)信號(hào)到有線側(cè)內(nèi)部處理實(shí)施例的電原理方框圖。
[0029]圖1中I為脈沖整形模塊，2為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)化模塊，3為脈沖采樣、編碼、調(diào)制模塊，4為數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊，5為射頻單元模塊。其中時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)化模塊一般由觸發(fā)器，放大器等器件組成，脈沖采樣、編碼、調(diào)制模塊一般由FPGA或ASIC構(gòu)成，射頻單元模塊一般包括本振、I/Q調(diào)制器、上變頻器、功率放大器、天線等部分。
[0030]圖2中6為射頻單元模塊，7為模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，8為內(nèi)插濾波模塊，9為匹配濾波模塊，10為載波恢復(fù)模塊，11為信息判決模塊，12為定時(shí)誤差估計(jì)模塊，13為環(huán)路濾波模塊，14為數(shù)控NCO模塊，15為譯碼匹配模塊，16為脈沖恢復(fù)模塊。其中射頻單元模塊一般包括天線、低噪聲放大器、下變頻器、AGC、I/Q解調(diào)器、本振等部分。
【具體實(shí)施方式】
[0031]參照?qǐng)D1至圖2。圖1是本發(fā)明有線側(cè)信號(hào)到無(wú)線側(cè)內(nèi)部處理實(shí)施例的電原理方框圖，它包括脈沖整形模塊1，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2，脈沖采樣、編碼、調(diào)制模塊3，數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊4，射頻單元模塊5 ;其中脈沖整形模塊1，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2，脈沖采樣、編碼、調(diào)制模塊3，數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊4構(gòu)成調(diào)制單元。脈沖整形模塊I完成有線線路傳輸上的脈沖變形矯正；時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2將脈沖整形后的異步脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘的上升沿或下降沿之間的時(shí)間差轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；脈沖采樣、編碼、調(diào)制模塊3對(duì)步驟2)生成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖采樣、編碼和調(diào)制，生成包含脈沖信息和時(shí)間差信息的數(shù)字調(diào)制信號(hào)；數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊4對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為模擬調(diào)制信號(hào)；模擬調(diào)制信號(hào)通過(guò)射頻單元模塊5變換為射頻信號(hào)進(jìn)入無(wú)線傳輸。
[0032]圖2是本發(fā)明無(wú)線側(cè)信號(hào)到有線側(cè)內(nèi)部處理實(shí)施例的電原理方框圖，它包括射頻單元模塊6，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7，內(nèi)插濾波模塊8，匹配濾波模塊9，載波恢復(fù)模塊10，信息判決模塊11，定時(shí)誤差估計(jì)模塊12，環(huán)路濾波模塊13，數(shù)控NCO模塊14，譯碼匹配模塊15，脈沖恢復(fù)模塊16 ;其中模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7，內(nèi)插濾波模塊8，匹配濾波模塊9，載波恢復(fù)模塊10,信息判決模塊11，定時(shí)誤差估計(jì)模塊12，環(huán)路濾波模塊13，數(shù)控NCO模塊14，譯碼匹配模塊15，脈沖恢復(fù)模塊16構(gòu)成解調(diào)單元。射頻單元模塊6將無(wú)線傳輸?shù)纳漕l信號(hào)變換為模擬零中頻信號(hào)；模擬零中頻信號(hào)進(jìn)入模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7，轉(zhuǎn)換為數(shù)字零中頻信號(hào)；利用內(nèi)插濾波模塊8，對(duì)數(shù)字零中頻信號(hào)的采樣值進(jìn)行數(shù)字內(nèi)插，通過(guò)定時(shí)誤差估計(jì)模塊12，環(huán)路濾波模塊13，數(shù)控NCO模塊14構(gòu)成的反饋回路得到最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔和內(nèi)插基點(diǎn)，供內(nèi)插濾波器模塊和脈沖恢復(fù)模塊使用，然后經(jīng)過(guò)匹配濾波模塊9，載波恢復(fù)模塊10，信息判決模塊11，譯碼匹配模塊15，脈沖恢復(fù)模塊16完成數(shù)字解調(diào)、解碼、脈沖恢復(fù)；最終輸出低抖動(dòng)的異步脈沖信號(hào)。
[0033]本發(fā)明技術(shù)方案的信號(hào)傳輸是按以下步驟進(jìn)行的:
[0034]發(fā)送端:
[0035]I)將輸入異步脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖整形，實(shí)現(xiàn)有線線路傳輸上的脈沖變形矯正，實(shí)施例由圖1中的脈沖整型模塊I來(lái)完成；
[0036]2)采用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘的上升沿或下降沿之間的時(shí)間差轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，實(shí)施例由圖1中的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2來(lái)完成；
[0037]3)對(duì)步驟2)生成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖采樣、編碼和調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號(hào)；數(shù)字調(diào)制信號(hào)中包含有脈沖信息和時(shí)間差信息，實(shí)施例由圖1中的脈沖采樣、編碼、調(diào)制模塊3來(lái)完成；
[0038]4)對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為模擬調(diào)制信號(hào)，實(shí)施例由圖1中的數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊4來(lái)完成；
[0039]5)射頻單元對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行上變頻和功率放大，轉(zhuǎn)換為高頻信號(hào)，并將高頻信號(hào)通過(guò)天線送入無(wú)線信道，實(shí)施例由圖1中的射頻單元模塊5來(lái)完成；
[0040]接收端:[0041]6)射頻單元通過(guò)天線接收無(wú)線信道中的高頻信號(hào)，并將高頻信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、下變頻和AGC放大后轉(zhuǎn)換為模擬零中頻信號(hào)，實(shí)施例由圖2中的射頻單元模塊6來(lái)完成；
[0042]7)對(duì)模擬零中頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字零中頻信號(hào)，實(shí)施例由圖2中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7來(lái)完成；
[0043]8)根據(jù)數(shù)控NCO單元反饋回來(lái)的最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔和內(nèi)插基點(diǎn)，對(duì)數(shù)字零中頻信號(hào)的采樣值進(jìn)行數(shù)字內(nèi)插，實(shí)施例由圖2中的內(nèi)插濾波模塊8來(lái)完成；
[0044]9)對(duì)數(shù)字內(nèi)插后的基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，實(shí)施例由圖2中的匹配濾波模塊9來(lái)完成;
[0045]10)對(duì)匹配濾波后的信號(hào)進(jìn)行載波恢復(fù)，用于補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的頻偏和相偏，實(shí)施例由圖2中的載波恢復(fù)模塊10來(lái)完成；
[0046]11)對(duì)載波恢復(fù)后信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行判決；之后，同時(shí)轉(zhuǎn)入步驟12)和步驟15)，實(shí)施例由圖2中的信息判決模塊11來(lái)完成；
[0047]12)根據(jù)步驟11)得到的判決結(jié)果信息，采用Gardner算法，估計(jì)出載波恢復(fù)后信號(hào)的定時(shí)誤差信息，實(shí)施例由圖2中的定時(shí)誤差估計(jì)模塊12來(lái)完成；
[0048]13)將估計(jì)出的定時(shí)誤差信息通過(guò)環(huán)路濾波模塊濾除噪聲，實(shí)施例由圖2中的環(huán)路濾波模塊13來(lái)完成；
[0049]14)數(shù)控NCO單元根據(jù)估計(jì)出的定時(shí)誤差信息計(jì)算出最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔和內(nèi)插基點(diǎn)；轉(zhuǎn)入步驟8)，實(shí)施例由圖2中的數(shù)控NCO模塊14來(lái)完成；
[0050]15)對(duì)步驟11)得到的判決結(jié)果信息進(jìn)行譯碼匹配，實(shí)施例由圖2中的譯碼匹配模塊15來(lái)完成；
[0051]16)根據(jù)數(shù)控NCO單元提供的最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔對(duì)譯碼匹配后的信號(hào)進(jìn)行脈沖恢復(fù)，輸出低抖動(dòng)的異步脈沖信號(hào)，實(shí)施例由圖2中的脈沖恢復(fù)模塊16來(lái)完成。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸方法，其特征在于包括步驟: 發(fā)送端: 1)將輸入異步脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖整形，實(shí)現(xiàn)有線線路傳輸上的脈沖變形矯正； 2)采用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘的上升沿或下降沿之間的時(shí)間差轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)； 3)對(duì)步驟2)生成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖采樣、編碼和調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號(hào)；數(shù)字調(diào)制信號(hào)中包含有脈沖信息和時(shí)間差信息； 4)對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為模擬調(diào)制信號(hào)； 5)射頻單元對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行上變頻和功率放大，轉(zhuǎn)換為高頻信號(hào)，并將高頻信號(hào)通過(guò)天線送入無(wú)線信道； 接收端: 6)射頻單元通過(guò)天線接收無(wú)線信道中的高頻信號(hào)，并將高頻信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、下變頻和AGC放大后轉(zhuǎn)換為模擬零中頻信號(hào)； 7)對(duì)模擬零中頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字零中頻信號(hào)； 8)根據(jù)數(shù)控NCO單元反饋回來(lái)的最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔和內(nèi)插基點(diǎn)，對(duì)數(shù)字零中頻信號(hào)的采樣值進(jìn)行數(shù)字內(nèi)插； 9)對(duì)數(shù)字內(nèi)插后的基帶信號(hào)進(jìn)行匹配濾波； 10)對(duì)匹配濾波后的信號(hào)進(jìn)行載波恢復(fù)，用于補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的頻偏和相偏； 11)對(duì)載波恢復(fù)后信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行判決；之后，同時(shí)轉(zhuǎn)入步驟12)和步驟15)； 12)根據(jù)步驟11)得到的判決結(jié)果信息，采用Gardner算法，估計(jì)出載波恢復(fù)后信號(hào)的定時(shí)誤差信息； 13)將估計(jì)出的定時(shí)誤差信息通過(guò)環(huán)路濾波模塊濾除噪聲； 14)數(shù)控NCO單元根據(jù)估計(jì)出的定時(shí)誤差信息計(jì)算出最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔和內(nèi)插基點(diǎn)；轉(zhuǎn)入步驟8)； 15)對(duì)步驟11)得到的判決結(jié)果信息進(jìn)行譯碼匹配； 16)根據(jù)數(shù)控NCO單元提供的最佳抽樣位置分?jǐn)?shù)間隔對(duì)譯碼匹配后的信號(hào)進(jìn)行脈沖恢復(fù)，輸出低抖動(dòng)的異步脈沖信號(hào)； 完成高精度數(shù)字異步脈沖的無(wú)線低抖動(dòng)傳輸。
【文檔編號(hào)】H03K5/135GK103905015SQ201410150428
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】毛晶晶, 王棟良, 王偉, 陳小溪 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所