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
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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