專利名稱：基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法
技術領域：
本發明涉及一種跳頻同步實現方法，尤其是一種基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，屬于無線通信領域。
背景技術：
跳頻通信是一種擴頻通信，收、發信機之間傳輸信號所采用的載波頻率按照預定的規律進行離散變化，要想截獲其中的通信內容則必須要清楚載波頻率的跳變規律，因而具有抗干擾、抗截獲的能力，并能作到頻譜資源共享。通常發信機和收信機開始一次通信之前，各自以自己的時間信息進行隨機頻率跳變；因而在收、發信機開始通信之前，需要實現收、發機同時進行頻率跳變和同時結束一次頻率跳變(即跳對齊)，以及每次跳變的頻率均 一樣(即頻率同步)，這也就是跳頻通信系統所要建立的跳頻同步過程。如果收、發信機之間的時間信息完全一致，收、發信機的載波頻率可以在同一時刻跳到經過時間信息換算出來的同一頻率上。但是收、發信機之間需要跳對齊，要精確到一個樣點周期(采樣率通常為幾百kHz);需要頻率一致，要精確到一個跳周期(1000跳/秒的跳頻系統，跳周期為1ms)。目前國內跳頻通信通常采用一種基于收、發信機有時差要求(5分鐘時差)的跳頻同步實現方式在發信機的跳頻同步頭中包括相關跳和勤務信息跳，收信機采用慢搜索進行跳頻截獲后，先完成跳對齊，再檢測出勤務信號，最后根據同步信息來建立正確的跳頻同步。電臺的跳頻同步維持靠內部晶體振蕩器進行，該方法需要在通信前手動的將雙方的時間調到相差五分鐘的范圍之內，并且這種慢搜索導致跳頻同步時間長以及跳頻同步的載波頻率不夠隨機等問題。美國由于GPS系統已經比較完善，他們的跳頻通信電臺通常情況基于GPS授時，直接將收、發信機之間的時間信息調整到一致，其它模式或其它通信手段作為備份通信方式，該方法沒有將衛星授時系統充分利用，尤其在組網情況下，如果個別電臺衛星信號不太穩定的情況下，導致這個點與其它電臺沒法通信。
發明內容
本發明的目的，是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種可以很好地結合北斗授時與傳統的跳頻同步方法，保證跳頻同步時間短，抗干擾性能強的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法。本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于包括以下步驟I)將北斗授時芯片通過串口與電臺FPGA相連，構成北斗授時系統；2)通過北斗授時系統搜索北斗授時信號，當搜索到北斗授時信號后，電臺獲取精確實時時間，將該實時時間轉換為電臺T0D，采用短跳發送長跳搜索的方式實現電臺收、發信機之間的跳頻同步，同時通過北斗授時系統訓練電臺的晶體振蕩器，獲取訓練參數；3)在同步過程中，若北斗授時信號出現短時中斷，通過步驟2)獲取的訓練參數訓練電臺的晶體振蕩器，電臺得到較為精確時間，將其轉換為電臺T0D，采用三倍慢搜索機制實現電臺收、發信機之間的跳頻同步；否則，繼續以短跳發送長跳搜索的方式維持電臺的同步，并對訓練參數進行調整。作為一種優選方案，步驟3)所采用的慢搜索機制為三倍慢搜索機制。作為一種優選方案，所述北斗授時信號包括IPPS的秒脈沖信號和串行時間信息。作為一種優選方案，所述串行時間信息為含年、月、日、時、分、秒的時間信息。作為一種優選方案,所述訓練參數包括瞬時頻偏參數和老化頻偏參數。作為一種優選方案，步驟2)中所述訓練電臺的晶體振蕩器獲取訓練參數采用如下方式以北斗授時信號和晶體振蕩器的時鐘信號為輸入，通過頻偏參數生成算法，完成對頻 偏特性預測。作為一種優選方案，所述頻偏參數生成算法是將IPPS的秒脈沖信號和晶體振蕩器的時鐘信號輸入秒脈沖上升沿判決模塊，通過瞬時TIC計數器和老化偏差計數器分別得到瞬時頻偏參數和老化頻偏參數。作為一種優選方案，步驟3)所述北斗授時信號出現短時中斷的中斷時間不大于24小時。作為一種優選方案，步驟3)中所述通過訓練參數訓練晶體振蕩器得到較為精確時間采用如下方式將頻偏參數輸入到頻率補償算法，從而完成對晶體振蕩器時鐘的糾偏。作為一種優選方案，所述頻率補償算法是先將瞬時頻偏參數輸入AD電路，將得到的直流電壓值輸入晶體振蕩器產生震蕩頻率，然后將老化頻偏參數輸入進行老化偏差TIC補償。本發明相對于現有技術具有如下的有益效果I、本發明采用近幾年取得發展的北斗授時系統和北斗授時芯片，在每個電臺中嵌入北斗授時芯片成為必然趨勢，在高速跳頻通信條件下，在北斗授時系統中，電臺獲得非常精準的時間。2、本發明通過北斗授時系統對電臺的晶體振蕩器進行訓練，校準本地晶體振蕩器的同時，獲取相應的訓練參數，在短時(24小時內)出現北斗信號中斷的時候，本地晶體振蕩器仍然通過已經獲取到的訓練參數進行校準，繼續維持比較精準的時間。這樣不僅完成了當時的通信，還利用本地晶體振蕩器充當“電池”的角色，將這衛星的精確時間信息儲存了起來。3、本發明可以很好地結合北斗授時與傳統的跳頻同步方法，保證跳頻同步時間短，抗干擾性能強，尤其是在運動中衛星信號不穩定，或者是衛星信號被短時(24小時內)干擾時，能夠不影響跳頻同步過程。
圖I為本發明的工作流程圖。圖2為本發明北斗授時系統的接口示意圖。圖3為本發明北斗授時信號傳輸的時序圖。圖4為本發明采用短跳發送長跳搜索的同步搜索過程。圖5為本發明通過北斗授時系統對晶體振蕩器進行訓練的示意圖。圖6為本發明通過訓練參數對晶振進行補償的示意圖。
圖7為本發明采用三倍慢搜索的同步搜索過程。
具體實施例方式實施例I :相關設置電臺用于跳頻同步的時間單位為跳周期以及樣點周期，以跳周期計數(1000Hop/s,跳周期為1ms)，稱為TOD (Time OfData)，為了能夠完成信息的解調，I跳又包括1000個樣點，也就是說一個樣點周期為Iu S。如圖I所示，本實施例的實現方法包括以下步驟I)如圖2所示，將北斗授時芯片通過串口與電臺FPGA相連，構成北斗授時系統。2)通過北斗授時系統搜索北斗授時信號，該北斗授時信號包括IPPS的秒脈沖信 號，I秒鐘產生一次，同時還包括串行時間信息包頭、年、月、日、時、分、秒、毫秒等信息，北斗授時信號傳輸的時序圖如圖3所示。3)當搜索到北斗授時信號后，獲取精確實時時間，北斗授時系統在上電之后將實時鐘轉化會T0D，TOD與實時鐘建立——對應關系，電臺將實時鐘的某一起點，如2000年I月I日0時0分0秒設為TOD的0時刻；將某一時刻，如2049年12月31日23點59分59秒設為TOD的最大值，這樣電臺的有效范圍為50年，TOD可以用n比特進行計數。4)電臺實時通過北斗授時信號校準本地的TOD和樣點計數器，由于收、發信機之間的TOD和樣點都一致，跳頻同步只需要補償空間傳輸時延即可完成跳頻同步頭的捕獲；采用短跳發送長跳搜索的方式實現電臺收、發信機之間的跳頻同步，以保證發信機由效能量能夠完全被收信機接收到，如圖4所示。5)在校準本地的TOD和樣點計數器的同時，對電臺晶體振蕩器進行校準。由于晶體振蕩器存在瞬時頻偏和老化頻偏，且這兩種頻偏都各自按照一定時間曲線進行，以北斗授時的IPPS信號和晶體振蕩器的時鐘信號為輸入，通過頻偏參數生成算法，如圖5所示，將IPPS的秒脈沖信號和晶體振蕩器的時鐘信號輸入秒脈沖上升沿判決模塊，通過瞬時TIC計數器和老化偏差計數器分別得到瞬時頻偏參數和老化頻偏參數，從而完成對頻偏特性預測，對頻偏參數不斷調整。6)在同步過程中，若北斗授時信號出現24小時內的短時中斷，將步驟5)獲取的頻偏參數輸入到頻率補償算法，如圖6所示，所述頻率補償算法是先將瞬時頻偏參數輸入AD電路，將得到的直流電壓值輸入晶體振蕩器產生震蕩頻率，然后將老化頻偏參數輸入進行老化偏差TIC補償，從而完成對晶體振蕩器時鐘的糾偏，得到較為精確時間，將其轉換為電臺T0D，通過頻率補償算法可以保證24小時內所有電臺的偏差(0. 86ms)不大于I跳時間，使得晶體振蕩器可以維持在0. Olppm的范圍之內，從而可以較長時間維持電臺的同步；采用三倍慢搜索機制實現電臺收、發信機之間的跳頻同步，以滿足最大一跳偏差時，同步頭有效能量能夠完全被搜索到，如圖7所示。否則，繼續以短跳發送長跳搜索的方式維持電臺的同步，并對頻偏參數進行調整。上述晶體振蕩器為10M晶體振蕩器。以上所述，僅為本發明優選的實施例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明所公開的范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于包括以下步驟 1)將北斗授時芯片通過串口與電臺FPGA相連，構成北斗授時系統； 2)通過北斗授時系統搜索北斗授時信號，當搜索到北斗授時信號后，電臺獲取精確實時時間，將該實時時間轉換為電臺TOD，采用短跳發送長跳搜索的方式實現電臺收、發信機之間的跳頻同步，同時通過北斗授時系統訓練電臺的晶體振蕩器，獲取訓練參數； 3)在同步過程中，若北斗授時信號出現短時中斷，通過步驟2)獲取的訓練參數訓練電臺的晶體振蕩器，電臺得到較為精確時間，將其轉換為電臺TOD，采用慢搜索機制實現電臺收、發信機之間的跳頻同步；否則，繼續以短跳發送長跳搜索的方式維持電臺的同步，并對訓練參數進行調整。
2.根據權利要求I所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于步驟3)所采用的慢搜索機制為三倍慢搜索機制。
3.根據權利要求I或2所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于所述北斗授時信號包括IPPS的秒脈沖信號和串行時間信息。
4.根據權利要求3所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于所述串行時間信息為含年、月、日、時、分、秒的時間信息。
5.根據權利要求3所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于所述訓練參數包括瞬時頻偏參數和老化頻偏參數。
6.根據權利要求5所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于步驟2)中所述訓練電臺的晶體振蕩器獲取訓練參數采用如下方式以北斗授時信號和晶體振蕩器的時鐘信號為輸入，通過頻偏參數生成算法，完成對頻偏特性預測。
7.根據權利要求6所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于所述頻偏參數生成算法是將IPPS的秒脈沖信號和晶體振蕩器的時鐘信號輸入秒脈沖上升沿判決模塊，通過瞬時Tic計數器和老化偏差計數器分別得到瞬時頻偏參數和老化頻偏參數。
8.根據權利要求7所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于步驟3)所述北斗授時信號出現短時中斷的中斷時間不大于24小時。
9.根據權利要求8所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于步驟3)中所述通過訓練參數訓練晶體振蕩器得到較為精確時間采用如下方式將瞬時頻偏參數和老化頻偏參數輸入到頻率補償算法，從而完成對晶體振蕩器時鐘的糾偏。
10.根據權利要求9所述的基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，其特征在于所述頻率補償算法是先將瞬時頻偏參數輸入AD電路，將得到的直流電壓值輸入晶體振蕩器產生震蕩頻率，然后將老化頻偏參數輸入進行老化偏差TIC補償。
全文摘要
本發明公開了一種基于北斗授時芯片的跳頻同步實現方法，該方法包括以下步驟1)將北斗授時芯片與電臺FPGA相連，構成北斗授時系統；2)通過北斗授時系統搜索北斗授時信號，電臺獲取精確實時時間，并轉換為電臺TOD，采用短跳發送長跳搜索的方式實現電臺的跳頻同步，同時訓練電臺的晶體振蕩器，獲取訓練參數；3)若北斗授時信號出現短時中斷，通過訓練參數訓練電臺的晶體振蕩器，電臺得到較為精確時間，將其轉換為電臺TOD，采用三倍慢搜索機制實現電臺的跳頻同步；否則，繼續以短跳發送長跳搜索的方式維持電臺的同步，并對訓練參數進行調整。本發明可以很好地結合北斗授時與傳統的跳頻同步方法，保證跳頻同步時間短，抗干擾性能強。
文檔編號H04B1/7156GK102983881SQ201210548879
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者胡漢武, 關杰, 趙峙岳, 呂子興, 王健, 楊劍鋒 申請人:廣州海格通信集團股份有限公司