CN201066849Y - 一种大气激光通信ppm同步器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种大气激光通信PPM同步器，包括现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片和外部时钟模块。本实用新型利用了FPGA芯片处理速度快、数字化集成度高的优点，和外部时钟模块为PPM大气光无线通信***的解调提供时钟信号，使该PPM同步器快速输出时隙同步信号和帧同步信号，该PPM同步器数字化集成度高，应用简单。

Description

一种大气激光通信PPM同步器

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，涉及一种大气激光通信PPM同步器。

背景技术

时间同步是大气激光通信***的重要组成部分。目前的PPM时间同步器包括时隙同步***和帧同步***。时隙同步采用的是模拟锁相环提取时隙时钟信号，这种方法实现电路复杂，达到时隙时钟同步时间长；也有采用单片机的方式来实现帧同步，但帧同步实现的数字化集成度不高，不利于广泛应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种无线激光通信PPM同步器，将时隙同步***和帧同步***集成于一片现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片实现，通过高速的数字化处理技术，快速建立PPM调制解调***的时隙同步和帧同步，解决了目前PPM时钟同步建立速度慢、集成度低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种大气激光通信PPM同步器，包括现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片，现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片包括接收PPM输入脉冲信号的分路器，分路器将信号同时输入给数字锁相环DPLL和脉冲间隔时隙计数器，数字锁相环DPLL将时隙时钟信号输入脉冲间隔时隙计数器，脉冲间隔时隙计数器传输信号给滑动相关检测器，滑动相关检测器输出帧同步信号；同步器还包括一外部时钟模块，外部时钟模块将时钟信号输入给数字锁相环DPLL，数字锁相环DPLL输出时隙同步信号。

本实用新型的特点还在于，

现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片采用SpantanII 2S200PQ208。

外部时钟模块采用40MHz有源晶振O-64NK。

本实用新型的有益效果是，利用了FPGA芯片处理速度快、数字化集成度高的优点，和外部时钟模块为PPM大气光无线通信***的解调提供时钟信号，使该PPM同步器快速输出时隙同步信号和帧同步信号，该PPM同步器数字化集成度高，应用简单。

附图说明

图1是本实用新型的大气激光通信PPM同步器的结构示意图。

图2是数字锁相环DPLL原理示意图。

图3是PPM帧同步头的原理示意图。

图4是滑动相关器原理示意图。

图5是“滑动相关法”检测帧同步头的原理示意图。

图中，1.PPM脉冲输入信号，2.分路器，3.外部时钟模块，4.数字锁相环DPLL，5.脉冲间隔时隙计数器，6.滑动相关检测器，7.FPGA芯片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种大气激光通信PPM同步器，包括现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片7，现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片7包括接收PPM输入脉冲信号1的分路器2，分路器2将信号同时输入给数字锁相环DPLL4和脉冲间隔时隙计数器5，数字锁相环DPLL4将时隙时钟信号输入脉冲间隔时隙计数器5，脉冲间隔时隙计数器5传输信号给滑动相关检测器6，滑动相关检测器6输出帧同步信号；同步器还包括一外部时钟模块3，外部时钟模块3将时钟信号输入给数字锁相环DPLL4，数字锁相环DPLL4输出时隙同步信号。

FPGA芯片7采用SpantanII 2S200PQ208芯片，进行同步运算。

外部时钟模块3采用40MHz有源晶振O-64NK，用来提供***工作的时钟信号。

分路器2，将PPM信号分成两路。

数字锁相环DPLL 4，用来完成时隙同步。

脉冲间隔时隙计数器5，以时隙时钟为参考计算相邻脉冲间的间隔数。

滑动相关检测器6，通过检测同步头实现帧同步。

如图2所示为DPLL的结构图，DPLL能够实现时隙同步。DPLL主要由鉴相器、K变模可逆计数器、脉冲加减电路和除N计数器四部分构成。

本实用新型中采用了异或门(XOR)鉴相器。异或门鉴相器比较输入信号Fin相位和输出信号Fout相位之间的相位差Φe＝Φin-Φout，并输出误差信号Se作为K变模可逆计数器的计数方向信号。环路锁定时，Se为一占空比50％的方波，此时的绝对相位差为90°。因此异或门鉴相器相位差极限为±90°。

K变模可逆计数器消除了鉴相器输出的相位差信号Se中的高频成分，保证环路的性能稳定。K变模可逆计数器模块中使用了一个可逆计数器Count，当鉴相器的输出信号dnup为低时，进行加法运算，达到预设模值则输出进位脉冲CARRY；为高时，进行减法运算，为零时，输出借位脉冲BORROW。Count的模值Ktop由输入信号Kmode预设，一般为2的整数幂，这里模值的变化范围是23-29。模值的大小决定了DPLL的跟踪步长，模值越大，跟踪步长越小，锁定时的相位误差越小，但捕获时间越长；模值越小，跟踪步长越大，锁定时的相位误差越大，但捕获时间越短。

脉冲加减电路实现了对输入信号频率和相位的跟踪和调整，最终使输出信号锁定在输入信号的频率和信号上。

K变模计数器和脉冲加减电路的时钟分别为Mfc和2Nfc。这里fc是环路中心频率，M和N都是2的整数幂。

除N计数器对脉冲加减电路的输出IDOUT再进行N分频，得到整个环路的输出信号Fout。同时，因为fc＝IDCLOCK/2N，因此通过改变分频值N可以得到不同的环路中心频率fc。

如图3所示为PPM帧同步头的原理示意图。为达到帧同步目的，可以采用在信息帧前***帧同步头的方法。接收端采用相关器检测帧同步头。对于接收端，在没有实现帧同步时，我们无法获知光脉冲在帧中的准确位置，因为帧的起始位置我们还不知道。接收端唯一能利用的信息就是两个光脉冲之间的时隙数，因此帧同步码应与这个时隙数联系起来。

脉冲之间的间隔与54位Gold码相对应。54位的Gold码为

$\mathrm{pn}=\left[\begin{array}{cccccc}1& -1& 1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& 1& -1& 1\\ -1& 1& -1& 1& 1& 1\\ -1& -1& -1& 1& -1& 1\\ 1& -1& 1& -1& 1& 1\\ 1& -1& 1& 1& 1& 1\\ 1& -1& -1& -1& 1& -1\\ -1& -1& -1& 1& -1& 1\\ -1& 1& 1& -1& -1& -1\end{array}\right]$

将Gold码中的“-1”换成“0”，则得到

$x^{\′}=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 1& 0& 1& 1& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0& 1\\ 1& 0& 1& 0& 1& 1\\ 1& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 1\\ 0& 1& 1& 0& 0& 0\end{array}\right]$

x’总长度仍为54，我们将其分成9行，每行6个数，再令一行代表一个6bit二进制数，则

x′＝[47 45 23 5 43 34 5 24]

x′中的每一行与帧同步头的脉冲间的间隔相对应，同时添加一个起始定位帧(该帧脉冲位于第3时隙)，则组成一个完整的同步帧。在接收端通过检测同步帧实现帧同步。

如图4所示为相关器的原理示意图。相关器的输入-Ti为脉冲之间的间隔，步骤如下：

1.将Ti用6bit二进制数表示；

2.将二进制表示的Si中的“0”变为“-1”；

例如：S1＝47，S2＝45，则

S1＝47＝10，1111B→T1＝[1-1 1 1 1 1]；

S2＝45＝10，1101B→T2＝[1-1 1 1-1]。

接收端每帧都收到一个光脉冲，可以计算出相应的Ti，然后将6位的Ti送入滑动相关器的最左端Tn，而先前的值依次右移，最早的6位数值Tn-6被移出移位寄存器(丢弃)。此后，移位寄存器的内容与预先保存的54位Gold码作乘加运算(相关)，得到一个相关值。

如图5所示，相关器接收端采用了“滑动相关法”检测帧同步头。

“滑动相关”指的是接收端预存的54位Gold码不动，但随着时间的变化，接收数据T依次与Gold码对齐、求相关，好像接收数据不停的向右“滑行”一样。接收数据中包含业务数据和帧同步头，业务数据不同于Gold码，根据Gold码的特性，它们的相关值很小；而接收机收到帧同步头后，它与本地的Gold码相关可以得到一个较大的值。由此，我们在滑动相关器之后接一个门限检测器，这个检测器的作用是——它有一个预设的门限值，当输入数据小于这个门限值时检测器输出0，当输入数据大于门限时检测器输出1。

综上所述，本实用新型将PPM输入脉冲信号输入FPGA芯片，同时外部时钟模块向FPGA芯片提供时钟信号，FPGA芯片经过运算同时输出时隙同步信号和帧同步信号，具备了处理速度快、数字化集成度高的优点，可广泛应用于高速通信。

Claims (3)

1.一种大气激光通信PPM同步器，其特征在于，包括现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片(7)，所述的现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片(7)包括接收PPM输入脉冲信号(1)的分路器(2)，分路器(2)分别与数字锁相环DPLL(4)和脉冲间隔时隙计数器(5)连接，数字锁相环DPLL(4)依次与脉冲间隔时隙计数器(5)、滑动相关检测器(6)连接，所述的同步器还包括一外部时钟模块(3)，外部时钟模块(3)与数字锁相环DPLL(4)连接。

2.按照权利要求1所述的一种大气激光通信PPM同步器，其特征在于，所述的FPGA芯片(7)采用SpantanII 2S200PQ208。

3.按照权利要求1所述的一种大气激光通信PPM同步器，其特征在于，所述的外部时钟模块(3)采用40MHz有源晶振O-64NK。

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