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    衛(wèi)星信道同步通信的時序分析及自適應時鐘同步設計實現(xiàn)

    所屬分類:電子論文 閱讀次 時間:2020-08-08 10:34

    本文摘要:摘要:衛(wèi)星信道同步通信中,根據(jù)不同的業(yè)務或?qū)嶋H的帶寬動態(tài)建鏈,傳輸時鐘頻率根據(jù)建鏈情況動態(tài)的在調(diào)整,因此網(wǎng)絡傳輸設備和終端設備所使用的同步時鐘基本為網(wǎng)絡提供的時鐘而不是本地時鐘,由于傳輸?shù)难訒r及參考時鐘不一致會導致時鐘數(shù)據(jù)的相對相位變化產(chǎn)

      摘要:衛(wèi)星信道同步通信中,根據(jù)不同的業(yè)務或?qū)嶋H的帶寬動態(tài)建鏈,傳輸時鐘頻率根據(jù)建鏈情況動態(tài)的在調(diào)整,因此網(wǎng)絡傳輸設備和終端設備所使用的同步時鐘基本為網(wǎng)絡提供的時鐘而不是本地時鐘,由于傳輸?shù)难訒r及參考時鐘不一致會導致時鐘數(shù)據(jù)的相對相位變化產(chǎn)生時鐘飄移導致某些頻率下采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)產(chǎn)生誤碼甚至無法通信。在實際的工程應用中什么時候使用網(wǎng)絡時鐘、什么時候使用本地時鐘,需要正確的理解和處理時序關系才能確保信息傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

      關鍵詞:衛(wèi)星信道同步通信網(wǎng)絡時鐘固有延時時鐘飄移自適應時鐘同步

    衛(wèi)星與網(wǎng)絡

      1、衛(wèi)星信道通信網(wǎng)絡拓撲

      衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。衛(wèi)星通信的特點是:通信范圍大,在衛(wèi)星發(fā)射電波的覆蓋范圍內(nèi),從任何兩點之間都可以進行通信;不受陸地自然災害的影響,可靠性高,開通迅速;同時可在多處接收,能經(jīng)濟的實現(xiàn)廣播、多址通信,網(wǎng)絡布局設置非常靈活。

      通信論文投稿刊物:《衛(wèi)星與網(wǎng)絡》(月刊)創(chuàng)刊于2000年,由中國衛(wèi)星通信集團公司、北京世紀恒宇文化傳播有限公司主辦。認真貫徹執(zhí)行國家有關發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的規(guī)定,堅持正確的輿論導向,依靠社會力量,為推動我國衛(wèi)星網(wǎng)絡通信的規(guī)劃、建設、應用以及研發(fā)、生產(chǎn)提供全面的信息服務。

      2、衛(wèi)星信道同步通信系統(tǒng)時序分析

      衛(wèi)星信道通信多采用同步全雙工通信方式,收發(fā)獨立的時鐘,由于受信道帶寬和實際業(yè)務的不同,時鐘不是固定的,根據(jù)當前的帶寬和實際的業(yè)務,由控制中心進行實時動態(tài)的建鏈,根據(jù)建鏈的情況進行時鐘速率分配,由于時鐘是動態(tài)的,因此通信的時鐘多采用網(wǎng)絡時鐘,由Modem產(chǎn)生并提供給信道傳輸設備。

      同步傳輸由于傳輸路徑或者環(huán)境溫度的影響會導致時鐘飄移使時鐘沿位和數(shù)據(jù)之間的相位發(fā)生變化,會導致數(shù)據(jù)傳輸誤碼丟包甚至導致通信不穩(wěn)定無法正常通信。

      Modem和信道傳輸設備的信息交互的收發(fā)時鐘由Modem提供;信息傳輸設備與用戶接口的協(xié)議轉(zhuǎn)換器之間信息交互的時鐘由信道傳輸設備透傳Modem提供的時鐘,即協(xié)議轉(zhuǎn)換器仍使用的Modem提供的網(wǎng)絡時鐘。Modem的收發(fā)接口延時為delay1,信道傳輸設備的收發(fā)接口延時為delay2,則時鐘和數(shù)據(jù)存在不同的兩個方向,時鐘和數(shù)據(jù)同向和時鐘和數(shù)據(jù)反向。

      Modem發(fā)數(shù)據(jù),信道傳輸設備收數(shù)據(jù)(時鐘數(shù)據(jù)同向)。Modem在RXC1的上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)DATA1,經(jīng)過兩個接口芯片后信道傳輸設備通過RXC2的下降沿采樣鎖存數(shù)據(jù)DATA2,由于RXC2和DATA2經(jīng)過的接口延時是一致的,所以相對相位關于基本保持不變,在RXC1上升沿發(fā),RXC2的下降沿正好是DATA2的數(shù)據(jù)中間,此時的數(shù)據(jù)最穩(wěn),通信最穩(wěn)定。

      Modem收,信道傳輸設備發(fā)(時鐘與數(shù)據(jù)方向相反),信道傳輸設備通過TXC1延時后的TXC2發(fā)數(shù)據(jù)TXD2,Modem通過TXC1收TXD2延時后的數(shù)據(jù)TXD3,其中TXC1與TXC2之間相差2個接口的延時即dealy1+delay2。同理,信道傳輸設備發(fā)數(shù)據(jù)TXD2與Modem收數(shù)據(jù)之間的延時仍為delay1+delay2。所以TXC1與TXD3之間的相位相差2*(delay1+delay2),即4個接口延時,在不同速率下2*(delay1+delay2)延時是一直存在的,且delay1和delay2在不同速率下面值不一樣(接口芯片延時參數(shù)),不能通過固有的補償去進行相位調(diào)節(jié)。在固定單一沿位采樣時就會導致Modem在某些時鐘頻率下采樣數(shù)據(jù)時剛好在數(shù)據(jù)的變化沿,使采樣鎖存的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,產(chǎn)生誤碼或丟包甚至使整個通信鏈路通信不穩(wěn)定。

      同理在協(xié)議轉(zhuǎn)器發(fā)數(shù)據(jù)信道傳輸設備收數(shù)據(jù)(時鐘方向與數(shù)據(jù)方向相反)也存在采樣時鐘和數(shù)據(jù)之間相位變化產(chǎn)生時鐘飄移導致某些頻率采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)的問題。

      3、自適應時鐘同步設計實現(xiàn)

      同步通信中數(shù)據(jù)的有效長度小于等于1個時鐘周期,在時鐘和數(shù)據(jù)方向相反的通道,由于接口延時導致的收發(fā)時鐘數(shù)據(jù)相位飄移,時鐘采樣數(shù)據(jù)不能采用固定的沿位采樣鎖存數(shù)據(jù),需根據(jù)時鐘數(shù)據(jù)的相位飄移進行自動沿位檢測實時動態(tài)的調(diào)整采樣沿位進行自適應時鐘同步,本節(jié)將介紹通過FPGA實現(xiàn)自動沿位檢測的具體實現(xiàn)。其原理為采用高頻時鐘對接口時鐘和數(shù)據(jù)同時采用,判定時鐘和數(shù)據(jù)的相位關系,然后根據(jù)時鐘沿位變化時數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定,確定是上升沿采樣還是下降沿采樣:

      通過高頻時鐘采樣低頻時鐘,判斷時鐘的變化沿,高頻時鐘越高判斷越精確。判斷時鐘沿位變化時數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定可以通過移位寄存器實現(xiàn),同時將時鐘和數(shù)據(jù)分別以高頻時鐘鎖存與移位寄存器,檢測移位寄存器中時鐘變化沿前后數(shù)據(jù)是否變化,若上升沿數(shù)據(jù)變化了則選擇下降沿采樣,下降沿數(shù)據(jù)變化了則選擇上升沿采樣,其實現(xiàn)邏輯如下:

      shiftreg_consistent<=not(data_shiftreg(5)ordata_shiftreg(4)

      ordata_shiftreg(3)ordata_shiftreg(2)

      ordata_shiftreg(1)ordata_shiftreg(0))

      or

      (data_shiftreg(5)anddata_shiftreg(4)

      anddata_shiftreg(3)anddata_shiftreg(2)

      anddata_shiftreg(1)anddata_shiftreg(0));

      數(shù)據(jù)可能為’0’也可能為’1’,在時鐘的上升沿檢測數(shù)據(jù)是否變化,如果數(shù)據(jù)為’0’對移位寄存器中的數(shù)據(jù)進行或,結(jié)果為’0’,則數(shù)據(jù)在時鐘上升沿穩(wěn)定未變化,選擇上升沿采樣;若為’1’則說明數(shù)據(jù)變化了,則選擇下降沿進行采樣。如果數(shù)據(jù)為’1’對移位寄存器中的數(shù)據(jù)進行與結(jié)果為’1’則數(shù)據(jù)未變化,為’0’說明數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,不能在此沿位采樣數(shù)據(jù)。當shiftreg_consistent為’1’時說明時鐘變化沿數(shù)據(jù)穩(wěn)定,可以在此沿位采樣,若為’0’說明數(shù)據(jù)不穩(wěn)定需在下個變化沿進行采樣。設計需要移位寄存器注意位寬控制,在時鐘沿位變換前后辨別數(shù)據(jù)是否抖動的門限越寬越準確,但判別門限寬度不要超過半個時鐘周期。

      4、結(jié)語

      同步通信系統(tǒng)中處理好時序是最主要的環(huán)節(jié),特別是采用網(wǎng)絡時鐘的系統(tǒng),時鐘和數(shù)據(jù)方向相反的通道,由于發(fā)端發(fā)送數(shù)據(jù)和接受端接收數(shù)據(jù)的時鐘參考不一樣,接收端必須得考慮不對稱引入的接口延時,此時延是固定存在的,當時延達到半個時鐘周期及半個時鐘的整數(shù)倍時,就會導致時鐘采樣剛好在數(shù)據(jù)的變化沿,此時需換個沿位進行數(shù)據(jù)采樣,分析處理好同步通信中的時序關系,很多同步通信中的時序問題都可以迎刃而解。

      作者簡介:朱勇軍,錢臣

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