專利名稱：一種大氣激光通信ppm同步器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大氣激光通信PPM同步器。
背景技術(shù)：
時間同步是大氣激光通信系統(tǒng)的重要組成部分。目前的PPM時間同步 器包括時隙同步系統(tǒng)和幀同步系統(tǒng)。時隙同步采用的是模擬鎖相環(huán)提取時隙 時鐘信號，這種方法實現(xiàn)電路復(fù)雜，達到時隙時鐘同步時間長；也有采用單 片機的方式來實現(xiàn)幀同步，但幀同步實現(xiàn)的數(shù)字化集成度不高，不利于廣泛 應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種無線激光通信PPM同步器，將時隙同步 系統(tǒng)和幀同步系統(tǒng)集成于一片現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片實現(xiàn)，通過 高速的數(shù)字化處理技術(shù)，快速建立PPM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的時隙同步和幀同步， 解決了目前PPM時鐘同步建立速度慢、集成度低的問題。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是， 一種大氣激光通信PPM同步器，包 括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片包 括接收PPM輸入脈沖信號的分路器，分路器將信號同時輸入給數(shù)字鎖相環(huán) DPLL和脈沖間隔時隙計數(shù)器，數(shù)字鎖相環(huán)DPLL將時隙時鐘信號輸入脈沖
間隔時隙計數(shù)器，脈沖間隔時隙計數(shù)器傳輸信號給滑動相關(guān)檢測器，滑動相 關(guān)檢測器輸出幀同步信號；同步器還包括一外部時鐘模塊，外部時鐘模塊將
時鐘信號輸入給數(shù)字鎖相環(huán)DPLL，數(shù)字鎖相環(huán)DPLL輸出時隙同步信號。 本實用新型的特點還在于，
現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片采用SpantanII 2S200PQ208。 外部時鐘模塊采用40MHz有源晶振0-64NK。
本實用新型的有益效果是，利用了 FPGA芯片處理速度快、數(shù)字化集成度 高的優(yōu)點，和外部時鐘模塊為PPM大氣光無線通信系統(tǒng)的解調(diào)提供時鐘信號， 使該PPM同步器快速輸出時隙同步信號和幀同步信號，該PPM同步器數(shù)字 化集成度高，應(yīng)用簡單。

圖1是本實用新型的大氣激光通信PPM同步器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是數(shù)字鎖相環(huán)DPLL原理示意圖。
圖3是PPM幀同步頭的原理示意圖。
圖4是滑動相關(guān)器原理示意圖。
圖5是"滑動相關(guān)法"檢測幀同步頭的原理示意圖。
圖中，l.PPM脈沖輸入信號，2.分路器，3.外部時鐘模塊，4.數(shù)字鎖 相環(huán)DPLL， 5.脈沖間隔時隙計數(shù)器，6.滑動相關(guān)檢測器，7.FPGA芯片。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。 本實用新型一種大氣激光通信PPM同步器，包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣 列FPGA芯片7，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片7包括接收PPM輸入 脈沖信號1的分路器2，分路器2將信號同時輸入給數(shù)字鎖相環(huán)DPLL4和脈 沖間隔時隙計數(shù)器5，數(shù)字鎖相環(huán)DPLL4將時隙時鐘信號輸入脈沖間隔時隙 計數(shù)器5，脈沖間隔時隙計數(shù)器5傳輸信號給滑動相關(guān)檢測器6，滑動相關(guān)
檢測器6輸出幀同步信號；同步器還包括一外部時鐘模塊3，外部時鐘模塊 3將時鐘信號輸入給數(shù)字鎖相環(huán)DPLL4，數(shù)字鎖相環(huán)DPLL4輸出時隙同步 信號。
FPGA芯片7采用SpantanII 2S200PQ208芯片，進行同步運算。 外部時鐘模塊3采用40MHz有源晶振0-64NK，用來提供系統(tǒng)工作的 時鐘信號。
分路器2，將PPM信號分成兩路。 數(shù)字鎖相環(huán)DPLL 4，用來完成時隙同步。
脈沖間隔時隙計數(shù)器5，以時隙時鐘為參考計算相鄰脈沖間的間隔數(shù)。 滑動相關(guān)檢測器6，通過檢測同步頭實現(xiàn)幀同步。
如圖2所示為DPLL的結(jié)構(gòu)圖，DPLL能夠?qū)崿F(xiàn)時隙同步。DPLL主要 由鑒相器、K變?？赡嬗嫈?shù)器、脈沖加減電路和除N計數(shù)器四部分構(gòu)成。
本實用新型中采用了異或門(XOR)鑒相器。異或門鑒相器比較輸入信號 Fin相位和輸出信號Fout相位之間的相位差(De-Oin-Oout,并輸出誤差信號 Se作為K變?？赡嬗嫈?shù)器的計數(shù)方向信號。環(huán)路鎖定時，Se為一占空比50% 的方波，此時的絕對相位差為90。。因此異或門鑒相器相位差極限為±90°。
K變模可逆計數(shù)器消除了鑒相器輸出的相位差信號Se中的高頻成分， 保證環(huán)路的性能穩(wěn)定。K變?？赡嬗嫈?shù)器模塊中使用了一個可逆計數(shù)器 Cmmt，當(dāng)鑒相器的輸出信號dmip為低時，進行加法運算，達到預(yù)設(shè)模值則 輸出進位脈沖CARRY;為高時，進行減法運算，為零時，輸出借位脈沖 BORROW。 Count的模值Ktop由輸入信號Kmode預(yù)設(shè)， 一般為2的整數(shù)冪， 這里模值的變化范圍是23-29。模值的大小決定了 DPLL的跟蹤步長，模值 越大，跟蹤步長越小，鎖定時的相位誤差越小，但捕獲時間越長；模值越小，跟蹤步長越大，鎖定時的相位誤差越大，但捕獲時間越短。
脈沖加減電路實現(xiàn)了對輸入信號頻率和相位的跟蹤和調(diào)整，最終使輸出 信號鎖定在輸入信號的頻率和信號上。
K變模計數(shù)器和脈沖加減電路的時鐘分別為Mfc和2Nfc。這里fc是環(huán) 路中心頻率，M和N都是2的整數(shù)冪。
除N計數(shù)器對脈沖加減電路的輸出IDOUT再進行N分頻，得到整個環(huán) 路的輸出信號Fout。同時，因為fc=IDCLOCK/2N,因此通過改變分頻值N 可以得到不同的環(huán)路中心頻率fc。
如圖3所示為PPM幀同步頭的原理示意圖。為達到幀同步目的，可以 采用在信息幀前插入幀同步頭的方法。接收端采用相關(guān)器檢測幀同步頭。對 于接收端，在沒有實現(xiàn)幀同步時，我們無法獲知光脈沖在幀中的準(zhǔn)確位置， 因為幀的起始位置我們還不知道。接收端唯一能利用的信息就是兩個光脈沖 之間的時隙數(shù)，因此幀同步碼應(yīng)與這個時隙數(shù)聯(lián)系起來。
脈沖之間的間隔與54位Gold碼相對應(yīng)。54位的Gold碼為
<formula>formula see original document page 6</formula>
將Gold碼中的"-l"換成"O"，則得到
10 1111
10 110 1 0 10 111
<formula>formula see original document page 7</formula>x'總長度仍為54，我們將其分成9行，每行6個數(shù)，再令一行代表一個6bit 二進
制數(shù)，則
jc'=[47 45 23 5 43 34 5 24 ]
x中的每一行與幀同歩頭的脈沖間的間隔相對應(yīng)，同時添加一個起始定
位幀(該幀脈沖位于第3時隙)，則組成一個完整的同步幀。在接收端通過 檢測同步幀實現(xiàn)幀同步。
如圖4所示為相關(guān)器的原理示意圖。相關(guān)器的輸入一Ti為脈沖之間的間 隔，步驟如下
1, 將Ti用6bit二進制數(shù)表示；
2. 將二進制表示的si中的"o"變?yōu)?-r';
例如Sl=47， S2=45，貝lj Sl=47=10， 1111B+T1=[1 —1 1 1 1 l]; S2=45=10, 1101 B^T2=[1 -1 1 1 -l]。
接收端每幀都收到一個光脈沖，可以計算出相應(yīng)的Ti，然后將6位的 Ti送入滑動相關(guān)器的最左端Tn，而先前的值依次右移，最早的6位數(shù)值Tn-6 被移出移位寄存器(丟棄)。此后，移位寄存器的內(nèi)容與預(yù)先保存的54位Gold 碼作乘加運算(相關(guān))，得到一個相關(guān)值。
如圖5所示，相關(guān)器接收端采用了"滑動相關(guān)法"檢測幀同步頭。 "滑動相關(guān)"指的是接收端預(yù)存的54位Gold碼不動，但隨著時間的變
化，接收數(shù)據(jù)T依次與Gold碼對齊、求相關(guān)，好像接收數(shù)據(jù)不停的向右"滑 行"一樣。接收數(shù)據(jù)中包含業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和幀同步頭，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不同于Gold碼， 根據(jù)Gold碼的特性，它們的相關(guān)值很??；而接收機收到幀同步頭后，它與 本地的Gold碼相關(guān)可以得到一個較大的值。由此，我們在滑動相關(guān)器之后 接一個門限檢測器，這個檢測器的作用是——它有一個預(yù)設(shè)的門限值，當(dāng)輸 入數(shù)據(jù)小于這個門限值時檢測器輸出0，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)大于門限時檢測器輸出 1。
綜上所述，本實用新型將PPM輸入脈沖信號輸入FPGA芯片，同時外 部時鐘模塊向FPGA芯片提供時鐘信號，F(xiàn)PGA芯片經(jīng)過運算同時輸出時隙 同歩信號和幀同步信號，具備了處理速度快、數(shù)字化集成度高的優(yōu)點，可廣 泛應(yīng)用于高速通信。
權(quán)利要求1.一種大氣激光通信PPM同步器，其特征在于，包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片(7)，所述的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片(7)包括接收PPM輸入脈沖信號(1)的分路器(2)，分路器(2)分別與數(shù)字鎖相環(huán)DPLL(4)和脈沖間隔時隙計數(shù)器(5)連接，數(shù)字鎖相環(huán)DPLL(4)依次與脈沖間隔時隙計數(shù)器(5)、滑動相關(guān)檢測器(6)連接，所述的同步器還包括一外部時鐘模塊(3)，外部時鐘模塊(3)與數(shù)字鎖相環(huán)DPLL(4)連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種大氣激光通信PPM同步器,其特征在于， 所述的FPGA芯片(7)采用SpantanlI2S200PQ208。
3. 按照權(quán)利要求i所述的一種大氣激光通信PPM同步器，其特征在于， 所述的外部時鐘模塊(3)采用40MHz有源晶振O-64NK。
專利摘要本實用新型公開的一種大氣激光通信PPM同步器，包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA芯片和外部時鐘模塊。本實用新型利用了FPGA芯片處理速度快、數(shù)字化集成度高的優(yōu)點，和外部時鐘模塊為PPM大氣光無線通信系統(tǒng)的解調(diào)提供時鐘信號，使該PPM同步器快速輸出時隙同步信號和幀同步信號，該PPM同步器數(shù)字化集成度高，應(yīng)用簡單。
文檔編號H04B10/10GK201066849SQ200720031908
公開日2008年5月28日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者丁德強, 柯熙政 申請人:西安理工大學(xué)