衛(wèi)星信道同步通信的時(shí)序分析及自適應(yīng)時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　摘要：衛(wèi)星信道同步通信中，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)或?qū)嶋H的帶寬動(dòng)態(tài)建鏈，傳輸時(shí)鐘頻率根據(jù)建鏈情況動(dòng)態(tài)的在調(diào)整，因此網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和終端設(shè)備所使用的同步時(shí)鐘基本為網(wǎng)絡(luò)提供的時(shí)鐘而不是本地時(shí)鐘，由于傳輸?shù)难訒r(shí)及參考時(shí)鐘不一致會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘數(shù)據(jù)的相對相位變化產(chǎn)生時(shí)鐘飄移導(dǎo)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(shí)際的工程應(yīng)用中什么時(shí)候使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘、什么時(shí)候使用本地時(shí)鐘，需要正確的理解和處理時(shí)序關(guān)系才能確保信息傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

　　關(guān)鍵詞：衛(wèi)星信道同步通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘固有延時(shí)時(shí)鐘飄移自適應(yīng)時(shí)鐘同步

　　1、衛(wèi)星信道通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

　　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(diǎn)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(diǎn)之間都可以進(jìn)行通信;不受陸地自然災(zāi)害的影響，可靠性高，開通迅速;同時(shí)可在多處接收，能經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)廣播、多址通信，網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)置非常靈活。

　　通信論文投稿刊物：《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》(月刊)創(chuàng)刊于2000年，由中國衛(wèi)星通信集團(tuán)公司、北京世紀(jì)恒宇文化傳播有限公司主辦。認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家有關(guān)發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的規(guī)定，堅(jiān)持正確的輿論導(dǎo)向，依靠社會(huì)力量，為推動(dòng)我國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信的規(guī)劃、建設(shè)、應(yīng)用以及研發(fā)、生產(chǎn)提供全面的信息服務(wù)。

　　2、衛(wèi)星信道同步通信系統(tǒng)時(shí)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(dú)立的時(shí)鐘，由于受信道帶寬和實(shí)際業(yè)務(wù)的不同，時(shí)鐘不是固定的，根據(jù)當(dāng)前的帶寬和實(shí)際的業(yè)務(wù)，由控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的建鏈，根據(jù)建鏈的情況進(jìn)行時(shí)鐘速率分配，由于時(shí)鐘是動(dòng)態(tài)的，因此通信的時(shí)鐘多采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘，由Modem產(chǎn)生并提供給信道傳輸設(shè)備。

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

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

　　Modem發(fā)數(shù)據(jù)，信道傳輸設(shè)備收數(shù)據(jù)(時(shí)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(gè)接口芯片后信道傳輸設(shè)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(shí)是一致的，所以相對相位關(guān)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(shí)的數(shù)據(jù)最穩(wěn)，通信最穩(wěn)定。

　　Modem收，信道傳輸設(shè)備發(fā)(時(shí)鐘與數(shù)據(jù)方向相反)，信道傳輸設(shè)備通過TXC1延時(shí)后的TXC2發(fā)數(shù)據(jù)TXD2，Modem通過TXC1收TXD2延時(shí)后的數(shù)據(jù)TXD3，其中TXC1與TXC2之間相差2個(gè)接口的延時(shí)即dealy1+delay2。同理，信道傳輸設(shè)備發(fā)數(shù)據(jù)TXD2與Modem收數(shù)據(jù)之間的延時(shí)仍為delay1+delay2。所以TXC1與TXD3之間的相位相差2*(delay1+delay2)，即4個(gè)接口延時(shí)，在不同速率下2*(delay1+delay2)延時(shí)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(shí)參數(shù))，不能通過固有的補(bǔ)償去進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。在固定單一沿位采樣時(shí)就會(huì)導(dǎo)致Modem在某些時(shí)鐘頻率下采樣數(shù)據(jù)時(shí)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(gè)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(shè)備收數(shù)據(jù)(時(shí)鐘方向與數(shù)據(jù)方向相反)也存在采樣時(shí)鐘和數(shù)據(jù)之間相位變化產(chǎn)生時(shí)鐘飄移導(dǎo)致某些頻率采樣數(shù)據(jù)不穩(wěn)的問題。

　　3、自適應(yīng)時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　同步通信中數(shù)據(jù)的有效長度小于等于1個(gè)時(shí)鐘周期，在時(shí)鐘和數(shù)據(jù)方向相反的通道，由于接口延時(shí)導(dǎo)致的收發(fā)時(shí)鐘數(shù)據(jù)相位飄移，時(shí)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(shí)鐘數(shù)據(jù)的相位飄移進(jìn)行自動(dòng)沿位檢測實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)整采樣沿位進(jìn)行自適應(yīng)時(shí)鐘同步，本節(jié)將介紹通過FPGA實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沿位檢測的具體實(shí)現(xiàn)。其原理為采用高頻時(shí)鐘對接口時(shí)鐘和數(shù)據(jù)同時(shí)采用，判定時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的相位關(guān)系，然后根據(jù)時(shí)鐘沿位變化時(shí)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(shí)鐘采樣低頻時(shí)鐘，判斷時(shí)鐘的變化沿，高頻時(shí)鐘越高判斷越精確。判斷時(shí)鐘沿位變化時(shí)數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定可以通過移位寄存器實(shí)現(xiàn)，同時(shí)將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)分別以高頻時(shí)鐘鎖存與移位寄存器，檢測移位寄存器中時(shí)鐘變化沿前后數(shù)據(jù)是否變化，若上升沿?cái)?shù)據(jù)變化了則選擇下降沿采樣，下降沿?cái)?shù)據(jù)變化了則選擇上升沿采樣，其實(shí)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(shí)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(jìn)行或，結(jié)果為’0’，則數(shù)據(jù)在時(shí)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(jìn)行采樣。如果數(shù)據(jù)為’1’對移位寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)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(dāng)shiftreg_consistent為’1’時(shí)說明時(shí)鐘變化沿?cái)?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(gè)變化沿進(jìn)行采樣。設(shè)計(jì)需要移位寄存器注意位寬控制，在時(shí)鐘沿位變換前后辨別數(shù)據(jù)是否抖動(dòng)的門限越寬越準(zhǔn)確，但判別門限寬度不要超過半個(gè)時(shí)鐘周期。

　　4、結(jié)語

　　同步通信系統(tǒng)中處理好時(shí)序是最主要的環(huán)節(jié),特別是采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘的系統(tǒng)，時(shí)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(shí)鐘參考不一樣，接收端必須得考慮不對稱引入的接口延時(shí)，此時(shí)延是固定存在的，當(dāng)時(shí)延達(dá)到半個(gè)時(shí)鐘周期及半個(gè)時(shí)鐘的整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘采樣剛好在數(shù)據(jù)的變化沿，此時(shí)需換個(gè)沿位進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，分析處理好同步通信中的時(shí)序關(guān)系，很多同步通信中的時(shí)序問題都可以迎刃而解。

　　作者簡介：朱勇軍，錢臣

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