一種高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸方法
【專利摘要】本發明涉及脈沖無線傳輸通信領域中的一種高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸方法，特別適用于雷達脈沖的無線低抖動傳輸。在發端進行脈沖整形，采用時間數字轉換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號與本地時鐘的上升沿或下降沿之間的時間差轉化為數字信號，然后對數字信號進行數字采樣、編碼和調制等步驟；在收端利用定時誤差估計、環路濾波、數控NCO、內插濾波等模塊，提高本地時鐘精度，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脈沖信號。本發明采用全數字化處理方式，無需本地同步時鐘，就能夠達到高精度的異步低抖動脈沖傳輸效果。主要電路部件采用FPGA或ASIC實現，設計、調試難度低。
【專利說明】一種高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及脈沖無線傳輸通信領域中的一種高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸方法，特別適用于雷達脈沖的無線低抖動傳輸。
【背景技術】
[0002]常用的脈沖數字化采樣無線傳輸方法，在接收端能夠準確的判定脈沖信號的有無，但是接收到的脈沖信號的上升沿、下降沿抖動較大。要降低沿抖動，就需要提高采樣時鐘頻率，從而提高對脈沖的采樣率。如果對沿抖動的要求低至納秒級，則所需的時鐘頻率高達IGHz甚至更高。在當前的技術條件下,這是難以實現的。現有的同步低抖動傳輸方法，其脈沖的低抖動傳輸要以犧牲系統帶寬為代價；在發送端只能處理脈沖沿和時鐘沿同步的情形，導致其在雷達脈沖傳輸上應用受限；而在接收端采用模擬鎖相環電路降低沿抖動，系統調試費時費力，精度的提升有限。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問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鐘的高精度脈沖數字化無線低抖動傳輸方法，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脈沖信號。在發射端，將雷達脈沖與本地時鐘通過時間數字轉換模塊，將雷達脈沖與本地時鐘上升沿或下降沿的時間差轉化為數字信號，然后完成對該信號的調制傳輸。在接收端，利用定時誤差估計模塊、環路濾波模塊、數控NCO模塊、內插濾波模塊等，采用反饋環路設計，提高本地時鐘精度，從而實現脈沖的低抖動傳輸。本發明方法的主要電路部件采樣FPGA或ASIC實現，一致性好，調試難度低，容易實現脈沖抖動小于3ns的無線傳輸。
[0004]本發明的目的是這樣實現的，它包括步驟:
[0005]發送端:
[0006]I)將輸入異步脈沖信號進行脈沖整形，實現有線線路傳輸上的脈沖變形矯正；
[0007]2)采用時間數字轉換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號與本地時鐘的上升沿或下降沿之間的時間差轉化為數字信號；
[0008]3)對步驟2)生成的數字信號進行脈沖采樣、編碼和調制，形成數字調制信號，數字調制號中包含有脈沖息和時間差信息；
[0009]4)對數字調制信號進行數/模轉換，轉換為模擬調制信號；
[0010]5)射頻單元對模擬調制信號進行上變頻和功率放大，轉換為高頻信號，并將高頻信號通過天線送入無線信道；
[0011]接收端:
[0012]6)射頻單元通過天線接收無線信道中的高頻信號，并將高頻信號進行低噪聲放大、下變頻和AGC放大后轉換為模擬零中頻信號；
[0013]7)對模擬零中頻信號進行模/數轉換，轉換為數字零中頻信號；[0014]8)根據數控NCO單元反饋回來的最佳抽樣位置分數間隔和內插基點，對數字零中頻信號的采樣值進行數字內插；
[0015]9)對數字內插后的基帶信號進行匹配濾波；
[0016]10)對匹配濾波后的信號進行載波恢復，用于補償信號在傳輸過程中產生的頻偏和相偏；
[0017]11)對載波恢復后信號的時域波形進行判決，之后，同時轉入步驟12)和步驟15);
[0018]12)根據步驟11)得到的判決結果信息，采用Gardner算法，估計出載波恢復后信號的定時誤差信息；
[0019]13)將估計出的定時誤差信息通過環路濾波模塊濾除噪聲；
[0020]14)數控NCO單元根據估計出的定時誤差信息計算出最佳抽樣位置分數間隔和內插基點，轉入步驟8)；
[0021]15)對步驟11)得到的判決結果信息進行譯碼匹配；
[0022]16)根據數控NCO單元提供的最佳抽樣位置分數間隔對譯碼匹配后的信號進行脈沖恢復，輸出低抖動的異步脈沖信號；
[0023]完成高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸。
[0024]本發明與【背景技術】相比，具有如下優點:
[0025]1、本發明提出的高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸方法，與常用的同步脈沖無線低抖動傳輸相比，更符合實際應用需求，處理精度更高，實現和調試更簡單快捷，而且不以犧牲系統帶寬為代價。現有的同步脈沖無線低抖動傳輸方法只能處理在發端脈沖沿和時鐘沿同步的情形，這是不符合雷達脈沖傳輸的實際應用的，導致其在雷達脈沖傳輸上應用受限；現有的同步脈沖無線低抖動傳輸方法在接收端采用模擬鎖相環電路降低沿抖動的方式，由于傳統模擬電路中的延遲時間長和鎖相信號間的精度低等缺點，不只系統調試費時費力，而且對于脈沖傳輸定時精度的提升有限；現有的同步脈沖無線低抖動傳輸方法，其脈沖的低抖動傳輸需要以擴展帶寬為代價，造成了系統資源的浪費。本發明提出的高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸方法，無需系統提供產生脈沖的同步時鐘，對系統時鐘要求不高，降低了調制解調的設計難度，無需擴展系統帶寬，實現了系統的全數字化設計，系統處理精度更高，更易調試。
[0026]2、本發明方法的主要電路部件采用FPGA或ASIC實現，一致性好，容易實現脈沖抖動小于3ns的無線傳輸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明有線側信號到無線側內部處理實施例的電原理方框圖。
[0028]圖2是本發明無線側信號到有線側內部處理實施例的電原理方框圖。
[0029]圖1中I為脈沖整形模塊，2為時間數字轉化模塊，3為脈沖采樣、編碼、調制模塊，4為數/模轉換模塊，5為射頻單元模塊。其中時間數字轉化模塊一般由觸發器，放大器等器件組成，脈沖采樣、編碼、調制模塊一般由FPGA或ASIC構成，射頻單元模塊一般包括本振、I/Q調制器、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/數轉換模塊，8為內插濾波模塊，9為匹配濾波模塊，10為載波恢復模塊，11為信息判決模塊，12為定時誤差估計模塊，13為環路濾波模塊，14為數控NCO模塊，15為譯碼匹配模塊，16為脈沖恢復模塊。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解調器、本振等部分。
【具體實施方式】
[0031]參照圖1至圖2。圖1是本發明有線側信號到無線側內部處理實施例的電原理方框圖，它包括脈沖整形模塊1，時間數字轉換模塊2，脈沖采樣、編碼、調制模塊3，數/模轉換模塊4，射頻單元模塊5 ;其中脈沖整形模塊1，時間數字轉換模塊2，脈沖采樣、編碼、調制模塊3，數/模轉換模塊4構成調制單元。脈沖整形模塊I完成有線線路傳輸上的脈沖變形矯正；時間數字轉換模塊2將脈沖整形后的異步脈沖信號與本地時鐘的上升沿或下降沿之間的時間差轉化為數字信號；脈沖采樣、編碼、調制模塊3對步驟2)生成的數字信號進行脈沖采樣、編碼和調制，生成包含脈沖信息和時間差信息的數字調制信號；數/模轉換模塊4對數字調制信號進行數/模轉換，轉換為模擬調制信號；模擬調制信號通過射頻單元模塊5變換為射頻信號進入無線傳輸。
[0032]圖2是本發明無線側信號到有線側內部處理實施例的電原理方框圖，它包括射頻單元模塊6，模/數轉換模塊7，內插濾波模塊8，匹配濾波模塊9，載波恢復模塊10，信息判決模塊11，定時誤差估計模塊12，環路濾波模塊13，數控NCO模塊14，譯碼匹配模塊15，脈沖恢復模塊16 ;其中模/數轉換模塊7，內插濾波模塊8，匹配濾波模塊9，載波恢復模塊10,信息判決模塊11，定時誤差估計模塊12，環路濾波模塊13，數控NCO模塊14，譯碼匹配模塊15，脈沖恢復模塊16構成解調單元。射頻單元模塊6將無線傳輸的射頻信號變換為模擬零中頻信號；模擬零中頻信號進入模/數轉換模塊7，轉換為數字零中頻信號；利用內插濾波模塊8，對數字零中頻信號的采樣值進行數字內插，通過定時誤差估計模塊12，環路濾波模塊13，數控NCO模塊14構成的反饋回路得到最佳抽樣位置分數間隔和內插基點，供內插濾波器模塊和脈沖恢復模塊使用，然后經過匹配濾波模塊9，載波恢復模塊10，信息判決模塊11，譯碼匹配模塊15，脈沖恢復模塊16完成數字解調、解碼、脈沖恢復；最終輸出低抖動的異步脈沖信號。
[0033]本發明技術方案的信號傳輸是按以下步驟進行的:
[0034]發送端:
[0035]I)將輸入異步脈沖信號進行脈沖整形，實現有線線路傳輸上的脈沖變形矯正，實施例由圖1中的脈沖整型模塊I來完成；
[0036]2)采用時間數字轉換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號與本地時鐘的上升沿或下降沿之間的時間差轉化為數字信號，實施例由圖1中的時間數字轉換模塊2來完成；
[0037]3)對步驟2)生成的數字信號進行脈沖采樣、編碼和調制，形成數字調制信號；數字調制信號中包含有脈沖信息和時間差信息，實施例由圖1中的脈沖采樣、編碼、調制模塊3來完成；
[0038]4)對數字調制信號進行數/模轉換，轉換為模擬調制信號，實施例由圖1中的數/模轉換模塊4來完成；
[0039]5)射頻單元對模擬調制信號進行上變頻和功率放大，轉換為高頻信號，并將高頻信號通過天線送入無線信道，實施例由圖1中的射頻單元模塊5來完成；
[0040]接收端:[0041]6)射頻單元通過天線接收無線信道中的高頻信號，并將高頻信號進行低噪聲放大、下變頻和AGC放大后轉換為模擬零中頻信號，實施例由圖2中的射頻單元模塊6來完成；
[0042]7)對模擬零中頻信號進行模/數轉換，轉換為數字零中頻信號，實施例由圖2中的模/數轉換模塊7來完成；
[0043]8)根據數控NCO單元反饋回來的最佳抽樣位置分數間隔和內插基點，對數字零中頻信號的采樣值進行數字內插，實施例由圖2中的內插濾波模塊8來完成；
[0044]9)對數字內插后的基帶信號進行匹配濾波，實施例由圖2中的匹配濾波模塊9來完成;
[0045]10)對匹配濾波后的信號進行載波恢復，用于補償信號在傳輸過程中產生的頻偏和相偏，實施例由圖2中的載波恢復模塊10來完成；
[0046]11)對載波恢復后信號的時域波形進行判決；之后，同時轉入步驟12)和步驟15)，實施例由圖2中的信息判決模塊11來完成；
[0047]12)根據步驟11)得到的判決結果信息，采用Gardner算法，估計出載波恢復后信號的定時誤差信息，實施例由圖2中的定時誤差估計模塊12來完成；
[0048]13)將估計出的定時誤差信息通過環路濾波模塊濾除噪聲，實施例由圖2中的環路濾波模塊13來完成；
[0049]14)數控NCO單元根據估計出的定時誤差信息計算出最佳抽樣位置分數間隔和內插基點；轉入步驟8)，實施例由圖2中的數控NCO模塊14來完成；
[0050]15)對步驟11)得到的判決結果信息進行譯碼匹配，實施例由圖2中的譯碼匹配模塊15來完成；
[0051]16)根據數控NCO單元提供的最佳抽樣位置分數間隔對譯碼匹配后的信號進行脈沖恢復，輸出低抖動的異步脈沖信號，實施例由圖2中的脈沖恢復模塊16來完成。
【權利要求】
1.一種高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸方法，其特征在于包括步驟: 發送端: 1)將輸入異步脈沖信號進行脈沖整形，實現有線線路傳輸上的脈沖變形矯正； 2)采用時間數字轉換模塊將脈沖整形后的異步脈沖信號與本地時鐘的上升沿或下降沿之間的時間差轉化為數字信號； 3)對步驟2)生成的數字信號進行脈沖采樣、編碼和調制，形成數字調制信號；數字調制信號中包含有脈沖信息和時間差信息； 4)對數字調制信號進行數/模轉換，轉換為模擬調制信號； 5)射頻單元對模擬調制信號進行上變頻和功率放大，轉換為高頻信號，并將高頻信號通過天線送入無線信道； 接收端: 6)射頻單元通過天線接收無線信道中的高頻信號，并將高頻信號進行低噪聲放大、下變頻和AGC放大后轉換為模擬零中頻信號； 7)對模擬零中頻信號進行模/數轉換，轉換為數字零中頻信號； 8)根據數控NCO單元反饋回來的最佳抽樣位置分數間隔和內插基點，對數字零中頻信號的采樣值進行數字內插； 9)對數字內插后的基帶信號進行匹配濾波； 10)對匹配濾波后的信號進行載波恢復，用于補償信號在傳輸過程中產生的頻偏和相偏； 11)對載波恢復后信號的時域波形進行判決；之后，同時轉入步驟12)和步驟15)； 12)根據步驟11)得到的判決結果信息，采用Gardner算法，估計出載波恢復后信號的定時誤差信息； 13)將估計出的定時誤差信息通過環路濾波模塊濾除噪聲； 14)數控NCO單元根據估計出的定時誤差信息計算出最佳抽樣位置分數間隔和內插基點；轉入步驟8)； 15)對步驟11)得到的判決結果信息進行譯碼匹配； 16)根據數控NCO單元提供的最佳抽樣位置分數間隔對譯碼匹配后的信號進行脈沖恢復，輸出低抖動的異步脈沖信號； 完成高精度數字異步脈沖的無線低抖動傳輸。
【文檔編號】H03K5/135GK103905015SQ201410150428
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】毛晶晶, 王棟良, 王偉, 陳小溪 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所