一种高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输方法
【专利摘要】本发明涉及脉冲无线传输通信领域中的一种高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输方法，特别适用于雷达脉冲的无线低抖动传输。在发端进行脉冲整形，采用时间数字转换模块将脉冲整形后的异步脉冲信号与本地时钟的上升沿或下降沿之间的时间差转化为数字信号，然后对数字信号进行数字采样、编码和调制等步骤；在收端利用定时误差估计、环路滤波、数控NCO、内插滤波等模块，提高本地时钟精度，在不牺牲带宽的前提下，减小输出脉冲相位误差，最终输出高精度的低抖动脉冲信号。本发明采用全数字化处理方式，无需本地同步时钟，就能够达到高精度的异步低抖动脉冲传输效果。主要电路部件采用FPGA或ASIC实现，设计、调试难度低。
【专利说明】一种高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脉冲无线传输通信领域中的一种高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输方法，特别适用于雷达脉冲的无线低抖动传输。
【背景技术】
[0002]常用的脉冲数字化采样无线传输方法，在接收端能够准确的判定脉冲信号的有无，但是接收到的脉冲信号的上升沿、下降沿抖动较大。要降低沿抖动，就需要提高采样时钟频率，从而提高对脉冲的采样率。如果对沿抖动的要求低至纳秒级，则所需的时钟频率高达IGHz甚至更高。在当前的技术条件下,这是难以实现的。现有的同步低抖动传输方法，其脉冲的低抖动传输要以牺牲系统带宽为代价；在发送端只能处理脉冲沿和时钟沿同步的情形，导致其在雷达脉冲传输上应用受限；而在接收端采用模拟锁相环电路降低沿抖动，系统调试费时费力，精度的提升有限。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景中的不足之处而提供一种基于异步时钟的高精度脉冲数字化无线低抖动传输方法，在不牺牲带宽的前提下，减小输出脉冲相位误差，最终输出高精度的低抖动脉冲信号。在发射端，将雷达脉冲与本地时钟通过时间数字转换模块，将雷达脉冲与本地时钟上升沿或下降沿的时间差转化为数字信号，然后完成对该信号的调制传输。在接收端，利用定时误差估计模块、环路滤波模块、数控NCO模块、内插滤波模块等，采用反馈环路设计，提高本地时钟精度，从而实现脉冲的低抖动传输。本发明方法的主要电路部件采样FPGA或ASIC实现，一致性好，调试难度低，容易实现脉冲抖动小于3ns的无线传输。
[0004]本发明的目的是这样实现的，它包括步骤:
[0005]发送端:
[0006]I)将输入异步脉冲信号进行脉冲整形，实现有线线路传输上的脉冲变形矫正；
[0007]2)采用时间数字转换模块将脉冲整形后的异步脉冲信号与本地时钟的上升沿或下降沿之间的时间差转化为数字信号；
[0008]3)对步骤2)生成的数字信号进行脉冲采样、编码和调制，形成数字调制信号，数字调制号中包含有脉冲息和时间差信息；
[0009]4)对数字调制信号进行数/模转换，转换为模拟调制信号；
[0010]5)射频单元对模拟调制信号进行上变频和功率放大，转换为高频信号，并将高频信号通过天线送入无线信道；
[0011]接收端:
[0012]6)射频单元通过天线接收无线信道中的高频信号，并将高频信号进行低噪声放大、下变频和AGC放大后转换为模拟零中频信号；
[0013]7)对模拟零中频信号进行模/数转换，转换为数字零中频信号；[0014]8)根据数控NCO单元反馈回来的最佳抽样位置分数间隔和内插基点，对数字零中频信号的采样值进行数字内插；
[0015]9)对数字内插后的基带信号进行匹配滤波；
[0016]10)对匹配滤波后的信号进行载波恢复，用于补偿信号在传输过程中产生的频偏和相偏；
[0017]11)对载波恢复后信号的时域波形进行判决，之后，同时转入步骤12)和步骤15);
[0018]12)根据步骤11)得到的判决结果信息，采用Gardner算法，估计出载波恢复后信号的定时误差信息；
[0019]13)将估计出的定时误差信息通过环路滤波模块滤除噪声；
[0020]14)数控NCO单元根据估计出的定时误差信息计算出最佳抽样位置分数间隔和内插基点，转入步骤8)；
[0021]15)对步骤11)得到的判决结果信息进行译码匹配；
[0022]16)根据数控NCO单元提供的最佳抽样位置分数间隔对译码匹配后的信号进行脉冲恢复，输出低抖动的异步脉冲信号；
[0023]完成高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输。
[0024]本发明与【背景技术】相比，具有如下优点:
[0025]1、本发明提出的高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输方法，与常用的同步脉冲无线低抖动传输相比，更符合实际应用需求，处理精度更高，实现和调试更简单快捷，而且不以牺牲系统带宽为代价。现有的同步脉冲无线低抖动传输方法只能处理在发端脉冲沿和时钟沿同步的情形，这是不符合雷达脉冲传输的实际应用的，导致其在雷达脉冲传输上应用受限；现有的同步脉冲无线低抖动传输方法在接收端采用模拟锁相环电路降低沿抖动的方式，由于传统模拟电路中的延迟时间长和锁相信号间的精度低等缺点，不只系统调试费时费力，而且对于脉冲传输定时精度的提升有限；现有的同步脉冲无线低抖动传输方法，其脉冲的低抖动传输需要以扩展带宽为代价，造成了系统资源的浪费。本发明提出的高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输方法，无需系统提供产生脉冲的同步时钟，对系统时钟要求不高，降低了调制解调的设计难度，无需扩展系统带宽，实现了系统的全数字化设计，系统处理精度更高，更易调试。
[0026]2、本发明方法的主要电路部件采用FPGA或ASIC实现，一致性好，容易实现脉冲抖动小于3ns的无线传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明有线侧信号到无线侧内部处理实施例的电原理方框图。
[0028]图2是本发明无线侧信号到有线侧内部处理实施例的电原理方框图。
[0029]图1中I为脉冲整形模块，2为时间数字转化模块，3为脉冲采样、编码、调制模块，4为数/模转换模块，5为射频单元模块。其中时间数字转化模块一般由触发器，放大器等器件组成，脉冲采样、编码、调制模块一般由FPGA或ASIC构成，射频单元模块一般包括本振、I/Q调制器、上变频器、功率放大器、天线等部分。
[0030]图2中6为射频单元模块，7为模/数转换模块，8为内插滤波模块，9为匹配滤波模块，10为载波恢复模块，11为信息判决模块，12为定时误差估计模块，13为环路滤波模块，14为数控NCO模块，15为译码匹配模块，16为脉冲恢复模块。其中射频单元模块一般包括天线、低噪声放大器、下变频器、AGC、I/Q解调器、本振等部分。
【具体实施方式】
[0031]参照图1至图2。图1是本发明有线侧信号到无线侧内部处理实施例的电原理方框图，它包括脉冲整形模块1，时间数字转换模块2，脉冲采样、编码、调制模块3，数/模转换模块4，射频单元模块5 ;其中脉冲整形模块1，时间数字转换模块2，脉冲采样、编码、调制模块3，数/模转换模块4构成调制单元。脉冲整形模块I完成有线线路传输上的脉冲变形矫正；时间数字转换模块2将脉冲整形后的异步脉冲信号与本地时钟的上升沿或下降沿之间的时间差转化为数字信号；脉冲采样、编码、调制模块3对步骤2)生成的数字信号进行脉冲采样、编码和调制，生成包含脉冲信息和时间差信息的数字调制信号；数/模转换模块4对数字调制信号进行数/模转换，转换为模拟调制信号；模拟调制信号通过射频单元模块5变换为射频信号进入无线传输。
[0032]图2是本发明无线侧信号到有线侧内部处理实施例的电原理方框图，它包括射频单元模块6，模/数转换模块7，内插滤波模块8，匹配滤波模块9，载波恢复模块10，信息判决模块11，定时误差估计模块12，环路滤波模块13，数控NCO模块14，译码匹配模块15，脉冲恢复模块16 ;其中模/数转换模块7，内插滤波模块8，匹配滤波模块9，载波恢复模块10,信息判决模块11，定时误差估计模块12，环路滤波模块13，数控NCO模块14，译码匹配模块15，脉冲恢复模块16构成解调单元。射频单元模块6将无线传输的射频信号变换为模拟零中频信号；模拟零中频信号进入模/数转换模块7，转换为数字零中频信号；利用内插滤波模块8，对数字零中频信号的采样值进行数字内插，通过定时误差估计模块12，环路滤波模块13，数控NCO模块14构成的反馈回路得到最佳抽样位置分数间隔和内插基点，供内插滤波器模块和脉冲恢复模块使用，然后经过匹配滤波模块9，载波恢复模块10，信息判决模块11，译码匹配模块15，脉冲恢复模块16完成数字解调、解码、脉冲恢复；最终输出低抖动的异步脉冲信号。
[0033]本发明技术方案的信号传输是按以下步骤进行的:
[0034]发送端:
[0035]I)将输入异步脉冲信号进行脉冲整形，实现有线线路传输上的脉冲变形矫正，实施例由图1中的脉冲整型模块I来完成；
[0036]2)采用时间数字转换模块将脉冲整形后的异步脉冲信号与本地时钟的上升沿或下降沿之间的时间差转化为数字信号，实施例由图1中的时间数字转换模块2来完成；
[0037]3)对步骤2)生成的数字信号进行脉冲采样、编码和调制，形成数字调制信号；数字调制信号中包含有脉冲信息和时间差信息，实施例由图1中的脉冲采样、编码、调制模块3来完成；
[0038]4)对数字调制信号进行数/模转换，转换为模拟调制信号，实施例由图1中的数/模转换模块4来完成；
[0039]5)射频单元对模拟调制信号进行上变频和功率放大，转换为高频信号，并将高频信号通过天线送入无线信道，实施例由图1中的射频单元模块5来完成；
[0040]接收端:[0041]6)射频单元通过天线接收无线信道中的高频信号，并将高频信号进行低噪声放大、下变频和AGC放大后转换为模拟零中频信号，实施例由图2中的射频单元模块6来完成；
[0042]7)对模拟零中频信号进行模/数转换，转换为数字零中频信号，实施例由图2中的模/数转换模块7来完成；
[0043]8)根据数控NCO单元反馈回来的最佳抽样位置分数间隔和内插基点，对数字零中频信号的采样值进行数字内插，实施例由图2中的内插滤波模块8来完成；
[0044]9)对数字内插后的基带信号进行匹配滤波，实施例由图2中的匹配滤波模块9来完成;
[0045]10)对匹配滤波后的信号进行载波恢复，用于补偿信号在传输过程中产生的频偏和相偏，实施例由图2中的载波恢复模块10来完成；
[0046]11)对载波恢复后信号的时域波形进行判决；之后，同时转入步骤12)和步骤15)，实施例由图2中的信息判决模块11来完成；
[0047]12)根据步骤11)得到的判决结果信息，采用Gardner算法，估计出载波恢复后信号的定时误差信息，实施例由图2中的定时误差估计模块12来完成；
[0048]13)将估计出的定时误差信息通过环路滤波模块滤除噪声，实施例由图2中的环路滤波模块13来完成；
[0049]14)数控NCO单元根据估计出的定时误差信息计算出最佳抽样位置分数间隔和内插基点；转入步骤8)，实施例由图2中的数控NCO模块14来完成；
[0050]15)对步骤11)得到的判决结果信息进行译码匹配，实施例由图2中的译码匹配模块15来完成；
[0051]16)根据数控NCO单元提供的最佳抽样位置分数间隔对译码匹配后的信号进行脉冲恢复，输出低抖动的异步脉冲信号，实施例由图2中的脉冲恢复模块16来完成。
【权利要求】
1.一种高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输方法，其特征在于包括步骤: 发送端: 1)将输入异步脉冲信号进行脉冲整形，实现有线线路传输上的脉冲变形矫正； 2)采用时间数字转换模块将脉冲整形后的异步脉冲信号与本地时钟的上升沿或下降沿之间的时间差转化为数字信号； 3)对步骤2)生成的数字信号进行脉冲采样、编码和调制，形成数字调制信号；数字调制信号中包含有脉冲信息和时间差信息； 4)对数字调制信号进行数/模转换，转换为模拟调制信号； 5)射频单元对模拟调制信号进行上变频和功率放大，转换为高频信号，并将高频信号通过天线送入无线信道； 接收端: 6)射频单元通过天线接收无线信道中的高频信号，并将高频信号进行低噪声放大、下变频和AGC放大后转换为模拟零中频信号； 7)对模拟零中频信号进行模/数转换，转换为数字零中频信号； 8)根据数控NCO单元反馈回来的最佳抽样位置分数间隔和内插基点，对数字零中频信号的采样值进行数字内插； 9)对数字内插后的基带信号进行匹配滤波； 10)对匹配滤波后的信号进行载波恢复，用于补偿信号在传输过程中产生的频偏和相偏； 11)对载波恢复后信号的时域波形进行判决；之后，同时转入步骤12)和步骤15)； 12)根据步骤11)得到的判决结果信息，采用Gardner算法，估计出载波恢复后信号的定时误差信息； 13)将估计出的定时误差信息通过环路滤波模块滤除噪声； 14)数控NCO单元根据估计出的定时误差信息计算出最佳抽样位置分数间隔和内插基点；转入步骤8)； 15)对步骤11)得到的判决结果信息进行译码匹配； 16)根据数控NCO单元提供的最佳抽样位置分数间隔对译码匹配后的信号进行脉冲恢复，输出低抖动的异步脉冲信号； 完成高精度数字异步脉冲的无线低抖动传输。
【文档编号】H03K5/135GK103905015SQ201410150428
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】毛晶晶, 王栋良, 王伟, 陈小溪 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所