[发明专利]基于时钟数据恢复的模数混合高速信号时间测量系统

说明书

本发明涉及一种基于时钟数据恢复的模数混合高速信号时间测量系统，属于通信信号处理领域。该系统包括：激光接收模块、时钟数据恢复模块、时钟管理模块、混频模块、低通滤波模块、采样模块、载波跟踪模块、信号捕获模块和测距测速信息解算模块。本发明能够减少信号处理算法对高速ADC的依赖性，降低对ADC采样率的要求，可使数据通信速率进一步提高，同时可以增加对通信/测距帧的信息利用率，并提高测距测速精度。

技术领域

本发明涉及一种基于时钟数据恢复的模数混合高速信号时间测量系统，属于通信信号处理领域。

背景技术

卫星通信中，以激光为载体的测控一体化系统是整体系统的重要组成部分。为了完成对天基终端的控制和数据的传送，并得到天基终端的距离、径向速度、加速度等信息，实现高速信号的同步、跟踪以及高精度测距、测速功能显得尤为重要。

对于信号的同步和跟踪，滑动相关算法利用帧头的相干性完成信号的捕获，即粗同步。锁相环可以锁定输入与输出信号的相位差，实现载波跟踪。异步应答测距算法是一种非相干测距算法，其上下行链路各自独立，利用地面站和天基终端双端的两对测距帧共计8个时间测量值，可完成距离、径向速度、钟差和频差四个参数的测量，常用于激光通信测距测速体制。

随着信号处理技术的发展，以FPGA为基础的数字信号处理技术已广泛应用于通信信号处理领域。因此信号接收中的同步、载波跟踪以及测速测距算法都可利用FPGA实现。但随着数据处理速率的进一步提升，全数字化的处理方式正逐渐制约着FPGA的处理性能。以高速激光通信为例，接收机对激光接收模块解调出的高速模拟信号经过模数转换器(ADC)采样、量化，再送给通信处理单元完成后续同步、跟踪以及测距测速等功能。但根据奈奎斯特采样定理，ADC的采样速率至少为发送数据速率的2倍，因此，ADC的采样率可能需要达到Gsps甚至10Gsps以上，对ADC的性能要求过高，制约了通信速率的提升。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的ADC采样峰值速率限制的问题，提供一种基于时钟数据恢复的模数混合高速信号时间测量系统。该系统能够减少信号处理算法对高速ADC的依赖性，降低对ADC采样率的要求，可使数据通信速率进一步提高，同时可以增加对通信/测距帧的信息利用率，并提高测距测速精度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

基于时钟数据恢复的模数混合高速信号时间测量系统，包括：激光接收模块、时钟数据恢复模块、时钟管理模块、混频模块、低通滤波模块、采样模块、载波跟踪模块、信号捕获模块和测距测速信息解算模块。

所述激光接收模块，用于接收并解调发端机产生的高速DPSK调制信号，得到高速模拟信号作为时钟数据恢复模块所需的输入信号。

所述时钟数据恢复模块，接收激光接收模块解调出的高速模拟信号，将高速模拟信号恢复为相位严格对齐的两路信号，其中一路为数据信号，作为信号捕获模块的输入；另一路为时钟信号，时钟信号的频率等于数据信号的速率，用以与本地时钟管理模块产生的本振信号进行混频；

所述时钟管理模块，根据系统参考时钟产生本振信号，作为混频模块的输入信号；根据系统参考时钟产生FPGA工作时钟；根据系统参考时钟产生采样模块的采样时钟。

所述混频模块，将时钟管理模块产生的本振信号与时钟数据恢复模块产生的时钟信号混频，作为低通滤波模块的输入。

所述低通滤波模块，对混频模块的输出信号进行低通滤波，滤除混频后的高频分量和带外噪声，保留时钟信号和本振信号的低频差频信号，作为采样模块的输入。

所述采样模块，对输入的低频差频信号进行采样，其采样频率与数据帧频相参，即与数据帧频同频或为其整数倍，采样后的信号作为载波跟踪模块的输入。