专利名称：一种大气激光通信ppm同步器的制作方法
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系统的重要组成部分。目前的PPM时间同步 器包括时隙同步系统和帧同步系统。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 系统和帧同步系统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调制解调系统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0-64NK。
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大气光无线通信系统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。
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，l.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
以下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0-64NK，用来提供系统工作的 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(De-Oin-Oout,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 Cmmt，当鉴相器的输出信号dmip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 采用在信息帧前插入帧同步头的方法。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
<formula>formula see original document page 6</formula>
将Gold码中的"-l"换成"O"，则得到
10 1111
10 110 1 0 10 111
<formula>formula see original document page 7</formula>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
jc'=[47 45 23 5 43 34 5 24 ]
x中的每一行与帧同歩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。相关器的输入一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"o"变为"-r';
例如Sl=47， S2=45，贝lj Sl=47=10， 1111B+T1=[1 —1 1 1 1 l]; S2=45=10, 1101 B^T2=[1 -1 1 1 -l]。
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 同歩信号和帧同步信号，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。
权利要求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SpantanlI2S200PQ208。
3. 按照权利要求i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。
专利摘要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大气光无线通信系统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。
文档编号H04B10/10GK201066849SQ200720031908
公开日2008年5月28日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者丁德强, 柯熙政 申请人:西安理工大学