CN108551378B - 一种射频信号远距离传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频信号远距离传输方法。发送端将多个通道待传输的射频信号进行下变频、模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，将N个通道数字信号打包，采用时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端；接收端将同一通道数据包存储至接收缓冲区中，之后，跟据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，轮询通道数据包，以通道数据包中的时间戳表示的时刻为基准，延迟固定时间T，根据量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换、上变频处理，最终恢复出传输的射频信号。

Description

一种射频信号远距离传输方法

技术领域

本发明一种射频信号远距离传输方法，适用于北斗***多家组网卫星地面互联互通的多链路远程光纤对接试验，以及其他航天任务大型地面试验，属于电子通信技术领域。

背景技术

随着中国北斗卫星导航***的建设，逐步从服务亚太地区的北斗二号区域导航***发展成为服务全球的北斗三号全球导航***，其最大的变化就是引入星间链路技术，将多颗卫星互联在一起，实现卫星之间的信息传输和交换，其功能主要是让星与星之间实现了通信、测距，进而提升导航***的自主可控能力。通过星间链路，将实现北斗卫星全球***自主导航。提高测定轨道和授时精度，并减少对地面布站的依赖，有效降低***的运行管理成本，极大提高战时***抗摧毁能力。

北斗***组网卫星发射前，需要在地面开展充分的试验验证，才能保证任务成功率；传统的单星单链路地面综合对接试验无法完成星间链路网络层和协议层验证，必须开展多星多链路综合对接试验。然而北斗***的两家卫星总体单位航天五院、中科院微小卫星创新研究院分别位于北京和上海，将卫星总装厂房的待测卫星及大量配套保障设备在发射前进行上千公里的搬移开展综合对接试验并不现实，需要解决射频信号远距离(上千公里)传输才能实现多星多链路异地综合对接试验。

北斗***的专用大型地面测试***建设在航天九院机房，距离航天五院卫星厂房几公里，距离上海卫星厂房一千余公里，需要一种射频信号远距离传输方法，才能实现航天九院北斗地面测试***与航天五院卫星厂房、上海卫星厂房待测卫星的多星多链路综合对接试验，完成北斗***星间链路网络层和协议层验证。

传统的模拟光传输方法可以将射频信号进行较远距离传输，但是最大传输距离有限，一般不超过100km，并且需要独占单模光纤；如果通过增加适应模拟光调试信号的光放大器实现中继传输，最大传输距离可以达到200～300km，但是单独敷设单模光纤并建设适应模拟光调制信号的光中继站的成本高，实施难度大；并且模拟光传输方法随着传输距离增加，噪声和非线性产物不断累积，会劣化传输射频信号载噪比，传输距离越长，传输射频信号质量越差。因此，无论从技术上还是成本上，采用模拟光传输方案实现北京-上海之间一千余公里的射频信号传输是不可行的。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对上述北斗***任务需求，提出一种射频信号远距离传输方法，解决北斗***开展异地多星多链路综合对接问题。

本发明的技术解决方案是：一种射频信号远距离传输方法，该方法包括发送端的步骤和接收端的步骤，其中：

发送端步骤如下：

(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；

(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻，所述包序号顺序递增；

(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端；

接收端解析接收到的串行数据，得到N个通道数据包，并根据通道号，将同一通道数据包存储至接收缓冲区中，之后，接收端对每个通道的通道数据包执行如下步骤：

(4)、解析通道数据包，得到包序号，根据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，并将其存储至输出缓冲区；

(5)、轮询输出缓冲区中的通道数据包，解析出时间戳信息和量化位数，以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T，根据量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换和上变频处理，恢复出传输的射频信号。

所述发送端与接收端具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括时钟信号和秒脉冲信号，时钟信号用来保证发送端和接收端的采样时钟同步，秒脉冲用于保证发送端和接收端的时间同步。

所述固定时间T大于串行数据从发送端到接收端的最大传输时间。

所述发送端和接收端通过光纤或者商用数据线通信。

当发送端和接收端通过光纤进行通信时，所述同步的基准时频信号通过数据时钟恢复的方法实现。

当发送端和接收端通过商用数据进行通信时，所述同步的基准时频信号通过卫星共视的方法实现。

步骤(4)中的乱序重排处理过程为：

(4.1)、按照先入先出的原则，将接收缓冲区中的通道数据包提取出来，存入可容纳M个通道数据包的第一临时缓冲区中，所述M大于相邻两个包序号的通道数据包乱序后的最大间距，并初始化所期待包序号的值为0；

(4.2)、根据所期待包序号的值，遍历第一临时缓冲区中各个通道数据包的包头，以查看所期待包序号对应的通道数据包是否在第一临时缓冲区中，如果所期待包序号对应的通道数据包在第一临时缓冲区中，则将该通道数据包从第一临时缓冲区中读出存入第二临时缓冲区中，则从接收缓冲区中读取下一个通道数据包填入第一临时缓冲区中，填入位置即为最新读出通道数据包的位置，进入步骤(4.3)，否则，直接进入步骤(4.3)；

(4.3)、更新所期待包序号，重复步骤(4.2)～步骤(4.3)，直至接收缓冲区中的全部通道数据包全部处理完毕。

步骤(4)中所述丢包填充处理过程为：

(4.4)、从第二临时缓冲区依次读取通道数据包，判断当前通道数据包序号与期待包序号是否相同，相同，则将当前通道数据包存入输出缓冲区，进入步骤(4.5)；否则，将认为有丢包情况出现，此时填入一包数据为全0的数据包至输出缓冲区，进入步骤(4.5)；

(4.5)、更新所期待包序号，重复步骤(4.4)～步骤(4.5)，直至将第二缓冲区中的通道数据包全部排列在输出缓冲区中。

步骤(5)中以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T的具体方法为：首先，在同一时刻，分别向发送端和接收端发送发送控制指令数据包和接收指令数据包，发送端在接收到发送控制指令数据包之后收到一个秒脉冲信号时，开始采集AD转化后的数据并组包发送；接收端则接受到接收控制指令后收到一个秒脉冲信号后，以秒脉冲为基准，等待固定时延T再开始将输出缓冲区中的通道数字信号送往DA转换器进行DA转换，在等待的这段时间内，如接收端接收到了发送端发来的数据，则暂存在输出缓冲区中而不送往DA转换器进行DA转换。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用在接收端加数据接收缓冲区的方法，解决了光纤通信中的传输时延不稳定问题。

(2)、本发明采用丢包填充方法解决了传输数据包丢包问题。

(3)、本发明采用在乱序重排方法解决了传输数据包乱序问题。

附图说明

图1为本发明基于光纤传输的采样恢复设备原理图；

图2为本发明基于商用数据传输的采样恢复设备原理图；

图3为本发明实施例传输数据包乱序重排流程；

图4为本发明实施例传输数据包丢包填充流程；

图5为本发明实施例传输时延控制原理；

图6为本发明实施例卫星共视接收机数据处理流程；

图7为本发明实施例基于光纤的射频信号远距离传输***组成；

图8为本发明实施例基于商用数据专线的射频信号远距离传输***组成。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明进行详细说明。

当射频信号需要传输距离为100km以内时(例如在同一城市)，敷设或租用单模裸光纤成本较低，并能够从光纤传输的数据中恢复出时频信息；发射端利用采集恢复设备的模数(A/D)转化器将待传输的模拟射频信号转化为数字信号，在单模裸光纤中传输，接收端利用采集恢复设备的数模(D/A)转换器将接收到的数字信号恢复为模拟射频信号，实现射频信号远距离传输。其核心技术在于发射端与接收端的采样和恢复时钟一致，利用数据恢复时钟方法在光纤内传输数字信号的同时传输恢复时钟数据，供两端模数转化器(A/D)和数模转换器(D/A)使用相同的时钟。因此基于光纤远传输射频信号，可以实现同一城市内(距离100km以内)不同测试地点开展射频链路综合对接试验。

当射频信号需要传输距离为几百千米以上时(例如在不同城市)，敷设或租用单模裸光纤成本极高，只有租用一定带宽的商用数据专线成本才可接受；采用商用数据专线无法用恢复时钟信号实现异地时频同步(传输距离上限为100km)，但是可以采用卫星共视方法实现异地时频同步(传输距离无限制，成本稍高)；发射端利用采集恢复设备的模数(A/D)转化器将待传输的模拟射频信号转化为数字信号，在商用数据专线中传输，接收端利用采集恢复设备的数模(D/A)转换器将接收到的数字信号恢复为模拟射频信号，实现射频信号远距离传输。其核心技术在于发射端与接收端的采样和恢复时钟一致，利用卫星共视技术实现异地时频同步，供两端模数转化器(A/D)和数模转换器(D/A)使用相同的时钟。因此，基于商用数据专线传输射频信号，可以实现异地(无距离限制)不同测试地点开展射频链路综合对接试验。但是，商用数据专线传输数据时延不稳定，可能出现传输数据包丢包和乱序。

本发明基于上述光纤或商用数据专线的射频信号远距离传输方法的可行性和存在的困难，提出了一种射频信号远距离传输方法，该方法采用接收端加数据接收缓冲区的方法解决传输时延不稳定问题；采用乱序重排技术解决数据包乱序问题；利用丢包填充方法解决丢包问题；采用数据恢复时钟方法实现光纤远距离(不大于100km)传输的异地视频同步；采用卫星共视方法实现商用数据专线远距离(大于100km)传输的异地时频同步。采用该方法实现了航天九院北斗地面测试机房(北京)与航天五院卫星厂房、上海卫星厂房待测卫星的多星多链路综合对接试验，有效验证了北斗三号星间链路网络层和协议层，对北斗***建设具有重大意义，并且还可以推广到其他航天型号任务中。

上述一种射频信号远距离传输方法的具体实现包括发送端的步骤和接收端的步骤，所述发送端与接收端具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括时钟信号和秒脉冲信号，时钟信号用来保证发送端和接收端的采样时钟同步，秒脉冲信号(1PPS信号)用于保证发送端和接收端的时间同步。其中：

发送端步骤如下：

(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；

低通滤波处理用来防信号混叠，抽取用来实现信号的降采样，数字AGC用来实现信号功率控制，量化的目的则是为了将数据转换为适合的数据传输速率，当传输带宽富裕时，采用高量化位数，提高射频信号传输质量；当传输带宽紧张时，采用低量化位数，降低传输带宽需求。

如果使用单模光纤传输，传输速率可达10Gbps，因此各个通道均可使用满量程的12bit量化位数来进行传输；如果使用商用数据专线传输，从经费可行性考虑(传输速率越高，数据专线租赁费用越高)，传输速率远低于10Gbps，因此必须根据各个通道的情况采用不同的bit量化位数来进行传输。

量化采用的策略为截取A/D送来的高位进行传输，低位直接舍去的方式，例如使用4bit量化，则仅截取高4bit，低8bit直接舍去。在接收端恢复成送给D/A的12bit数据时，则需在低8bit补零。

由于采用了量化策略，因此需要进行数字AGC，将信号尽量放大至满量程，以确保在bit量化时不会出信号幅度小于量化范围的情况。AGC模块首先对采样进来的信号进行功率估计，比较其和满量程信号的幅度大小；如果信号功率远小于满量程信号幅度，则放大信号，保证放大后的信号达到满量程信号幅度的50％以上。

(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻；

开始传输后，发送端每发送一个数据包，包序号字段自增1。

每个通道数据包的长度相同，量化位数低，单位时间内的数据量少，每个数据包内包含数据时间长；量化位数高，单位时间内的数据包多，每个数据包内包含数据时间短。

(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端。具体为：发送端通过轮询的方式将N个通道数据包时分复用组成串行数据，有的通道量化位数低，总数据量小，单位时间内数据包少，轮询经常轮空无数据包发送直接跳过；有的通道量化位数高，总数据量大、单位时间内数据包多，轮询经常有数据包发送。

如图1和图2所示，所述发送端和接收端可以通过光纤或者商用数据线通信。当传输线路为单模光纤时，串行数据通过标准商用光模块(例如10Gbps光模块)转换为光信号，通过单模光纤发送至接收端；当传输线路为商用数据专线时，串行数据再按照标准UDP协议进行再次打包封装，送至交换机，通过商用数据专线发送至接收端。

接收端解析接收到的串行数据，得到N个通道数据包，并根据通道号，将同一通道数据包存储至接收缓冲区(FIFO)中；

当传输线路为单模光纤时，接收端接收光信号通过标准商用光模块(例如10Gbps光模块)转换为串行数据；当传输线路为商用数据专线时，接收端交换机输出数据按照标准UDP协议解包转换为串行数据。

之后，接收端对每个通道的通道数据包执行如下步骤：

(4)、解析通道数据包，得到包序号，根据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，并将其存储至输出缓冲区。

由于传输过程中会导致乱序和丢包的产生，因此接收端必须对数据包进行重新排序和丢包补充，以保证传输时延稳定。

接收端维护一个期待包序号寄存器，每收到一个数据包后，该寄存器自增1。数据包乱序重排处理过程如图3所示：

(4.1)、按照先入先出的原则，将接收缓冲区中的通道数据包提取出来，存入可容纳M个通道数据包的第一临时缓冲区(如RAM)中，所述M大于相邻两个包序号的通道数据包乱序后最大的间距，并初始化所期待包序号的值为0；

(4.2)、根据所期待包序号的值，遍历第一临时缓冲区中各个通道数据包的包头，以查看所期待包序号对应的通道数据包是否在第一临时缓冲区中，如果所期待包序号对应的通道数据包在第一临时缓冲区中，则将该通道数据包从第一临时缓冲区中读出存入第二临时缓冲区中，则从接收缓冲区中读取下一个通道数据包填入第一临时缓冲区中，填入位置即为最新读出通道数据包的位置，进入步骤(4.3)，否则，直接进入步骤(4.3)；

(4.3)、更新所期待包序号，重复步骤(4.2)～步骤(4.3)，直至接收缓冲区中的全部通道数据包全部处理完毕。。

数据包丢包填充处理过程如图4所示：

(4.4)、从第二临时缓冲区依次读取通道数据包，判断当前通道数据包序号与期待包序号是否相同，相同，则将当前通道数据包存入输出缓冲区，进入步骤(4.5)；否则，将认为有丢包情况出现，此时填入一包数据为全0的数据包至输出缓冲区，进入步骤(4.5)；

(4.5)、更新所期待包序号，重复步骤(4.4)～步骤(4.5)，直至将第二缓冲区中的通道数据包全部排列在输出缓冲区中。

(5)、轮询输出缓冲区中的通道数据包，解析出时间戳信息和bit量化位数，以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T，根据bit量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换获得中频信号，再将中频信号上变频，最终恢复出传输的射频信号，所述固定时间T大于串行数据从发送端到接收端的最大传输时间。

由于数据包的传输过程中受各种因素影响，会导致数据包的端到端时延有所波动。为了实现传输时延精确控制，因此需通过一种机制保证从发送端A/D到接收端D/A间数字信号的传输时延是稳定的。

以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T的具体方法为：首先，在同一时刻，分别向发送端和接收端发送发送控制指令数据包和接收指令数据包，发送端在接收到发送控制指令数据包之后收到一个秒脉冲信号时，开始采集AD转化后的数据并组包发送；接收端则接受到接收控制指令后收到一个秒脉冲信号后，以秒脉冲为基准，等待固定时延T再开始将输出缓冲区中的通道数字信号送往DA转换器进行DA转换，在等待的这段时间内，如接收端接收到了发送端发来的数据，则暂存在输出缓冲区中而不送往DA转换器进行DA转换。传输时延控制原理如图5所示。当发送端的发送使能拉高时，开始将A/D的信号打包入数据包进行传输；当接收端的接收使能拉高时，开始将接收到的数据送至D/A。

按照此操作，在接收端开始向D/A传输数据后，只要缓冲区FIFO中的数据不空不满，则从A/D到D/A的传输时延就保持为固定时延T，从而实现了传输时延的严格控制。由于A/D和D/A采样的时钟频率严格同频，因此在正常传输情况下，缓冲区FIFO中的数据应该在一个很小的范围内波动。

传输时延T的设置必须满足以下条件：(1)大于收发两端数据包的传输时延，以便当接收端开启接收使能时，缓冲区FIFO中有数据；(2)时延不能太大，以防止在接收端开启接收使能时，缓冲区FIFO已满造成数据丢失。

插值的作用是升采样，低通滤波是为了消除频谱中出现的高频镜像干扰。

由上可知，如果发送端和接收端使用的时钟基准频率不同频，接收端的接收缓冲区FIFO读空或溢出，会导致恢复射频信号频谱畸变。秒脉冲用于保证发送端和接收端的时间同步，使发送端和接收端采样恢复设备在同一时刻开始执行动作，如果发送端和接收端使用的时间不同步，会导致射频信号传输时延非设定值，接收端的接收缓冲区FIFO读空或溢出。

当发送端和接收端通过光纤进行通信时，所述同步的基准时频信号通过数据时钟恢复的方法实现。数据时钟恢复方法主要依靠FPGA中高速串行收发器的时钟恢复电路进行。

光纤送来的10Gbps串行数字信号经过幅度调整后，采样时钟对数据的边沿和中间位置进行采样。采样后的信号送至时钟恢复电路中，该电路根据采样信号的信息调整采样时钟的相位，使采样时钟正好采样到数据的中部位置。按照此方法即可将本地的采样时钟调整至与发送端数据相位相同，该采样时钟经分频后送至FPGA使用。

由于整个流程均在10Gbps的速率下进行，且恢复时钟与发送端数据相位相同，因此恢复时钟与数据之间的相位偏差不会大于一个bit的传输时间，即100ps。

在10Gbps速率下恢复出的10GHz时钟与源端的时钟偏差小于100ps，然而10GHz时钟需经过两次分频后才能得到采样恢复设备所需的10MHz时钟，这两次分频操作会引起接收端的10MHz时钟与发送端的10MHz时钟相位出现偏差。

FPGA的高速串行收发器的工作时钟为250MHz，发送端的250MHz时钟直接由10MHz倍频得到，因此不存在相位的不确定性；接收端恢复的250MHz时钟由于是从10GHz分频下来的，因此和发送端的250MHz时钟存在相位不确定性，计该时间为ΔT1。得到250MHz时钟后，需再分频至10MHz以供采样恢复设备使用，此时又引入了相位不确定性，计该时间为ΔT2。恢复时钟保持相位确定的核心即为消除ΔT1和ΔT2，使其贡献的相位误差在1ns以内。

高速串行收发器在传输时使用8B/10B编码，编码后内部处理时所用的数据位宽为40bit。接收端在接收数据时，会首先通过逗号对齐来确认串行数据的边界，以进行串行数据到并行数据的转换。

FPGA的高速串行收发器在进行逗号对齐时，会记录下逗号对齐的时刻相对于250MHz上升沿的延迟，该延迟为0～39的数值。由于逗号序列在发送端是在250MHz的上升沿发送出的，而接收端的250MHz与发送端存在相位偏差，因此在接收到逗号序列时，逗号序列的同步时刻与250MHz的上升沿存在误差。通过读取高速串行收发器的状态寄存器，可以读出该值。随后通过FPGAMMCX的移相功能，根据读出的相位偏差值，将接收端的250MHz时钟相位移至和发送端相同即可。经过该处理后，收发两端的250MHz同相精度可达到100ps以内。

在时钟相位对齐中，1PPS主要用于对齐发送端和接收端的10MHz相位。之前已消除了相位不确定ΔT1，而消除ΔT2则需要发送端和接收端有一个时间基准，该时间基准即为同步的1PPS。

发送端在10MHz的上升沿，产生一个250MHz时钟域下的1PPS脉冲，发送至接收端。该脉冲经光纤传输后，通过同样的数据时钟恢复方法恢复出1PPS脉冲和发送端的250MHz时钟，从而可以产生与发送端的250MHz对齐的接收端250MHz的高速串行收发器时钟，在该高速串行收发器时钟的驱动下，在发送端1PPS脉冲上升沿之后，由本地250MHz时钟打一拍后，即得到了与发送端相差固定为4ns的1PPS，即为接收端的1PPS。

接收端最终得到的调整后的1PPS与发送端10MHz的上升沿相差固定的4ns。因此该1PPS可以用于后续的接收端10MHz与发送端10MHz的对齐。

前面已经得到了与发送端同相的250MHz时钟和1PPS，下一步需要通过该时钟和1PPS得到与发送端同相的10MHz时钟。

接收端将调整后的250MHz时钟通过MMCX分频至10MHz，该分频会引入相位误差ΔT2。将分频后的10MHz时钟在调整后的250MHz时钟域下采样，由此可得到10MHz时钟的上升沿。随后在调整后的250MHz时钟域下，将10MHz的上升沿与调整后的1PPS进行相位比较，可得到接收端10MHz时钟与调整后的1PPS之间的相位差。而由于调整后的1PPS与发送端10MHz的相位固定，因此此相位差即可反映接收端的10MHz与发送端10MHz的相位差。

随后，根据得到的相位差，将10MHz时钟通过FPGA的MMCX移相至和发送端10MHz相位相同，则接收端就得到了与发送端10MHz同相的参考时钟。再将该同相时钟供给采样恢复设备使用，即可保证发送端和接收端的采样时钟相位关系确定。

当发送端和接收端通过商用数据进行通信时，所述同步的基准时频信号通过卫星共视的方法实现。

“卫星共视”就是两个不同位置的观测者，在同一时刻观测同一颗或同一组卫星。其含义是在一颗或一组卫星的视角内，地球上任何两个地点的钟可以利用同时收到的同一颗或同一组卫星的时间信号进行时间比对。

理想情况下，假设卫星接收机分别置于两个已知位置A和B，在同一时刻观测同一颗卫星i。于是有：

ΔtiA＝(ti-tA)＝钟A和卫星i的钟差 式(1)

ΔtiB＝(ti-tB)＝钟B和卫星i的钟差 式(2)

两式做差可得A、B两站的钟差：

ΔtiA-ΔtiB＝(ti-tA)-(ti-tB)＝tB-tA＝tAB 式(3)

设A地点的钟时间为tA，B地点的钟时间为tB，卫星时间为t卫星，dA和dB为卫星到A、B两地的路径延迟。精确测量A、B两地时差的原理如下：

两地的接收机在同一时刻接收同一颗卫星信号，把接收机输出代表卫星时间的秒脉冲，与本地钟输出的秒脉冲比对，从而得到A、B两地接收机与相同卫星的时差计数值ΔtA卫星和ΔtB卫星，分别表示为式(4)和式(5)：

ΔtA卫星＝tA-(t卫星+dA) 式(4)

ΔtB卫星＝tB-(t卫星+dB) 式(5)

把A、B两地的数据通过通讯网传到对方的计算机中，其中dA和dB可以通过卫星星历计算得到，然后式(4)和式(5)相减可得两地之间的时间差，如式(6)所示。

ΔtA卫星-ΔtB卫星＝(tA-t卫星-dA)-(tB-t卫星-dB)＝(tA-tB)-(dA-dB)式(6)

因此，卫星共视可去掉卫星星钟的影响，消除大部分的路径附加时延影响。

卫星共视接收机能够接收GPS/北斗卫星信号，同时，将发送端接收到的卫星信号与接收端接收到的卫星信号进行比对，获取发送端与接收端间的钟差，然后发送端按照共视算法求出补偿值下发至接收端，接收端根据该值对其铷钟秒进行不断修正，最终产生与发送端同步精度<5ns的共视秒信号。

卫星共视数据处理流程如图6所示，其主要流程如下：

(1)发送端/接收端钟差计算；

(2)接收端上传其钟差数据至发送端；

(3)发送端自同步并下发接收端修正数据；

(4)接收端自同步；

(5)发送端和接收端选取最优卫星进行数据获取，并对数据进行计算；

(6)数据计算完毕后接收端向发送端上传接收端的数据；

(7)发送端收到接收端数据后以共视卫星为标准计算接收端的时间修正量并下发给接收端；

(8)接收端收到修正数据后对本地秒进行精确移相同步，最终完成接收端的共视秒输出；

(9)发送端实时测量本地秒(原子钟秒)与接收机参考秒的时差，并发送至时差补偿单元，最终完成本地秒与参考秒的紧密跟踪并生成发送端的共视秒。

该方法通过收发双方时钟信号采用同频的高精度时钟实现，例如茹钟或者铯钟。

实施例1：

基于光纤的射频信号远距离传输***(适用传输距离100km以内)组成如图7所示，该***应用于航天九院北斗地面测试机房(北京)与航天五院卫星厂房之间的射频信号远距离传输。该***包括主端机房采样恢复设备、从端机房采样恢复设备、传输线路(单模光纤)、原子钟、主端机房时钟恢复设备、从端机房时钟恢复设备。所述主端机房为航天九院北斗地面测试机房；从端机房为航天五院卫星厂房。

主端机房的原子钟为时钟恢复设备提供10MHz和1PPS基准时频信号；通过时钟恢复设备，使主端和从端使用同步的秒脉冲信号作为时间基准，使主端和从端采样恢复设备在同一时刻开始执行动作；主端和从端使用同频的采样时钟信号作为频率基准；使主端和从端采样恢复设备的采样与恢复所用时钟信号频率相同。

射频信号传输的具体过程如下所示：

(1)待传输的射频信号进入发送端采样恢复设备，该采样恢复设备完成射频信号的下变频和ADC采样，并根据射频信号带宽依次完成滤波、抽取、数字AGC、量化；

(2)发送端将处理完的数字信号按照约定的格式组包，每包长度相同；所述每个数据包包括包头和该通道数字信号，其中包头包括包序号(用于后续丢包填充、乱序重排)、通道号(用于接收端解复用分通道处理)、时间戳(用于统计传输时延)、bit量化位数(用于解包)，所述时间戳为N个通道数字信号对应的采样时刻；

(3)、在收到发送控制指令后(接收端同时刻获得接收控制指令)，开启发送使能，将各个通道的数据包时分复用为一个通道，时分复用策略采用时间片轮询的方式，每个通道有相同的优先级，依次轮询。若某一个通道数据准备好，就发送该通道的数据，若没准备好，就跳过该通道。一包数据发送完之后，切换到下一个通道。

(4)将通道复用之后的串行数据通过标准商用光模块(例如10Gbps光模块)转换为光信号，通过单模光纤发送至接收端；

(5)收光信号通过标准商用光模块(例如10Gbps光模块)转换为串行数据；

(6)在串行数据的每一包的包头中解出通道号，根据通道号分别输出给N个通道进行解析；

(7)将各个通道的数据包分别送至各个通道的接收缓冲区FIFO，在每一包的包头中解出包序号，根据包序号进行乱序重排和丢包填充(由于传输过程中会导致乱序和丢包的产生，因此接收端必须对数据包进行重新排序和丢包补充，以保证传输时延稳定)，得到连续无丢包乱序的连续数据包；

(8)在收到接收控制指令后(发送端同时刻获得发送控制指令)，延时固定时间T(T为设定的传输时延值，)开启接收使能，在每一包的包头中解出bit量化位数，根据bit量化位数解包；对解包后的数字信号依次进行插值(升采样)、低通滤波(消除频谱中出现的高频镜像)、数/模(D/A)转换获得中频信号；将中频信号上变频，最终恢复出传输的射频信号。

实施例2：

基于商用数据专线的射频信号远距离传输***(适用传输距离无限制)组成如图8所示，该***应用于航天九院北斗地面测试机房(北京)与上海卫星厂房(上海)之间的射频信号远距离传输。该***包括主端机房采样恢复设备、从端机房采样恢复设备、传输线路(长途商用数据专线和两端交换机)、原子钟、主端机房卫星共视接收机及天线、从端机房卫星共视接收机及天线。所述主端机房为航天九院北斗地面测试机房；从端机房为上海卫星厂房。

主端机房的原子钟为卫星共视接收机提供10MHz和1PPS基准时频信号；两端的卫星共视接收机通过天线接收北斗或GPS卫星导航信号，利用采样恢复设备和商用数据专线传递钟差信息，通过卫星共视方法实现两端输出时频同步的10MHz和1PPS信号；两端采样恢复设备都使用卫星共视接收机输出的10MHz和1PPS作为自己的参考时钟，以保持主从时钟频率的一致性。

射频信号传输的具体过程如下所示：

(1)待传输的射频信号进入采样恢复设备，采样恢复设备完成射频信号的下变频和ADC采样，并根据射频信号带宽依次完成滤波、抽取、数字AGC、bit量化；

(2)将处理完的数字信号按照约定的格式组包，每包长度相同；所述每个数据包包括包头和该通道数字信号，其中包头包括包序号(用于后续丢包填充、乱序重排)、通道号(用于接收端解复用分通道处理)、时间戳(用于统计传输时延)、bit量化位数(用于解包)，所述时间戳为N个通道数字信号对应的采样时刻；

(3)在收到发送控制指令后(接收端同时刻获得接收控制指令)，开启发送使能，将各个通道的数据包时分复用为一个通道，时分复用策略采用时间片轮询的方式，每个通道有相同的优先级，依次轮询。若某一个通道数据准备好，就发送该通道的数据，若没准备好，就跳过该通道。一包数据发送完之后，切换到下一个通道。

(4)将通道复用之后的串行数据再按照标准UDP协议进行再次打包封装，送至交换机，通过商用数据专线发送至接收端；

(5)接收端交换机输出数据按照标准UDP协议解包转换为串行数据；

(6)在串行数据的每一包的包头中解出通道号，根据通道号分别输出给N个通道进行解析；

(7)将各个通道的数据包分别送至各个通道的接收缓冲区FIFO，在每一包的包头中解出包序号，根据包序号进行乱序重排和丢包填充(由于传输过程中会导致乱序和丢包的产生，因此接收端必须对数据包进行重新排序和丢包补充，以保证传输时延稳定)，得到连续无丢包乱序的连续数据包；

(8)在收到接收控制指令后(发送端同时刻获得发送控制指令)，延时固定时间T(T为设定的传输时延值，)开启接收使能，在每一包的包头中解出bit量化位数，根据bit量化位数解包；对解包后的数字信号依次进行插值(升采样)、低通滤波(消除频谱中出现的高频镜像)、数/模(D/A)转换获得中频信号；将中频信号上变频，最终恢复出传输的射频信号。

上述方法也可以传输1PPS信号。待传输的1PPS信号进入采样恢复设备之后，与设备自身的时间同步信号进行比较，得到两个信号之间的时间差。将该时间差以数据的形式通过光纤传输到另一端采样恢复设备，另一端采样恢复设备在自身的时间同步信号上加上该时间差，然后在另一端输出恢复的1PPS信号。

对采样恢复设备的管理和监控由上位机软件通过以太网接口实现，可完成对射频的参数配置、bit量化、传输时延控制(设置传输时延T)、收发使能(下达传输指令)等，也能监控传输状态、传输时延、丢包率、接收信号功率估计等。

本说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种射频信号远距离传输方法，其特征在于包括发送端的步骤和接收端的步骤，其中：

发送端步骤如下：

(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；

(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻，所述包序号顺序递增；

(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端；

接收端解析接收到的串行数据，得到N个通道数据包，并根据通道号，将同一通道数据包存储至接收缓冲区中，之后，接收端对每个通道的通道数据包执行如下步骤：

(4)、解析通道数据包，得到包序号，根据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，并将其存储至输出缓冲区；

(5)、轮询输出缓冲区中的通道数据包，解析出时间戳信息和量化位数，以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T，根据量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换和上变频处理，恢复出传输的射频信号。

2.根据权利要求1所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于所述发送端与接收端具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括时钟信号和秒脉冲信号，时钟信号用来保证发送端和接收端的采样时钟同步，秒脉冲用于保证发送端和接收端的时间同步。

3.根据权利要求1所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于所述固定时间T大于串行数据从发送端到接收端的最大传输时间。

4.根据权利要求2所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于所述发送端和接收端通过光纤或者商用数据线通信。

5.根据权利要求4所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于当发送端和接收端通过光纤进行通信时，所述同步的基准时频信号通过数据时钟恢复的方法实现。

6.根据权利要求4所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于当发送端和接收端通过商用数据进行通信时，所述同步的基准时频信号通过卫星共视的方法实现。

7.根据权利要求1所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于步骤(4)中的乱序重排处理过程为：

(4.1)、按照先入先出的原则，将接收缓冲区中的通道数据包提取出来，存入可容纳M个通道数据包的第一临时缓冲区中，所述M大于相邻两个包序号的通道数据包乱序后的最大间距，并初始化所期待包序号的值为0；

(4.2)、根据所期待包序号的值，遍历第一临时缓冲区中各个通道数据包的包头，以查看所期待包序号对应的通道数据包是否在第一临时缓冲区中，如果所期待包序号对应的通道数据包在第一临时缓冲区中，则将该通道数据包从第一临时缓冲区中读出存入第二临时缓冲区中，则从接收缓冲区中读取下一个通道数据包填入第一临时缓冲区中，填入位置即为最新读出通道数据包的位置，进入步骤(4.3)，否则，直接进入步骤(4.3)；

(4.3)、更新所期待包序号，重复步骤(4.2)～步骤(4.3)，直至接收缓冲区中的全部通道数据包全部处理完毕。

8.根据权利要求7所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于步骤(4)中所述丢包填充处理过程为：

(4.4)、从第二临时缓冲区依次读取通道数据包，判断当前通道数据包序号与期待包序号是否相同，相同，则将当前通道数据包存入输出缓冲区，进入步骤(4.5)；否则，将认为有丢包情况出现，此时填入一包数据为全0的数据包至输出缓冲区，进入步骤(4.5)；

(4.5)、更新所期待包序号，重复步骤(4.4)～步骤(4.5)，直至将第二缓冲区中的通道数据包全部排列在输出缓冲区中。

9.根据权利要求7所述的一种射频信号远距离传输方法，其特征在于所属步骤(5)中以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T的具体方法为：首先，在同一时刻，分别向发送端和接收端发送发送控制指令数据包和接收指令数据包，发送端在接收到发送控制指令数据包之后收到一个秒脉冲信号时，开始采集AD转化后的数据并组包发送；接收端则接受到接收控制指令后收到一个秒脉冲信号后，以秒脉冲为基准，等待固定时延T再开始将输出缓冲区中的通道数字信号送往DA转换器进行DA转换，在等待的这段时间内，如接收端接收到了发送端发来的数据，则暂存在输出缓冲区中而不送往DA转换器进行DA转换。