CN102523028B - 一种本地频率参考源传送到远端的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种本地频率参考源传送到远端的方法，其不同之处在于，该方法包括：1)在近端将速率与本地参考源相关的伪随机序列对监控数据进行扩频调制，并和要传送的信号叠加后，上变频到微波频段发射；2)远端微波设备将接收到的信号变成中频后送给参考源跟踪单元；3)参考源跟踪单元对中频信号进行模数变换、数字下变频后再恢复出近端发送的伪随机序列；4)经由数字匹配滤波器将本地产生的伪随机序列和恢复的近端伪随机序列同步，并将同步后的序列进行超前和滞后半个码片再与近端序列作相关，输出超前相关和滞后相关的差值作为控制本地振荡器的控制信号，从而在本地振荡器上获得与近端参考源频率一致的输出。本发明使微波中继系统近、远端使用同一频率参考源，使经微波系统传送的信号频偏达到要求。

Description

一种本地频率参考源传送到远端的方法

技术领域

本发明涉及一种本地频率参考源传送到远端的方法。

背景技术

随着无线通信的发展，直放站成为移动通信信号覆盖系统的重要组成部分。微波移频直放站广泛应用在无光纤资源的覆盖场景中。但传统的微波移频直放站近、远端采用各自独立的频率参考系统，使传送的信号在一端上变频、另一端下变频后产生较大的频率偏差。由于参考源同时存在老化问题，随着时间的推移，频率偏差会恶化。

例如，对于15GHz的微波移频直放站系统，使用稳定度为1ppm的参考源，基站信号传到远端后，频率误差会达到10kHz的水平，使手机无法与基站连通。为了减小频偏，微波系统一般在两端使用昂贵的、频率稳定度在0.01ppm的恒温晶振做参考源。即便如此，频偏也会有几百赫兹，不能满足直放站系统频偏不超过±90Hz的指标要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种本地频率参考源传送到远端的方法，可使微波中继系统近、远端使用同一频率参考源，使经微波系统传送的信号频偏达到要求。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种本地频率参考源传送到远端的方法，其特征在于，该方法包括：1)在近端将速率与本地参考源相关的伪随机序列对监控数据进行扩频调制，并和要传送的信号叠加后，上变频到微波频段发射；2)远端微波设备将接收到的信号变成中频后送给参考源跟踪单元；3)参考源跟踪单元对中频信号进行模数变换、数字下变频后再恢复出近端发送的伪随机序列；4)经由数字匹配滤波器将本地产生的伪随机序列和恢复的近端伪随机序列同步，并将同步后的序列进行超前和滞后半个码片再与近端序列作相关，输出超前相关和滞后相关的差值作为控制本地振荡器的控制信号，从而在本地振荡器上获得与近端参考源频率一致的输出。

按以上方案，所述近端包括：本地参考源扩频调制单元；所述远端包括：数模转换单元ADC、数字下变频单元DDC、远端本地参考产生单元、参考恢复单元、载波跟踪单元。

对比现有技术，本发明的有益特点如下：

1)、该本地频率参考源传送到远端的方法，使微波中继系统近、远端使用同一频率参考源。

2)、该本地频率参考源传送到远端的方法，使微波系统近、远端上、下变频产生的频率误差相抵消，使经微波系统传送的信号频偏达到要求。

附图说明

图1为本发明本地频率参考源传送到远端的方法实施例微波移频直放站加入本方法后的整体框图。

图2为本发明本地频率参考源传送到远端的方法内部算法模块示意图。

图3为本发明本地频率参考源传送到远端的方法近端产生扩频调制信号示意图。

图4为本发明本地频率参考源传送到远端的方法DDC模块的结构框图。

图5为本发明本地频率参考源传送到远端的方法伪随机码捕获的实现框图。

图6为本发明本地频率参考源传送到远端的方法伪随机码跟踪原理框图。

图7为本发明本地频率参考源传送到远端的方法载波跟踪的原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的一个典型的应用是使用在微波移频直放站中；微波移频直放站加入本方法后的系统框图参见图1，本方法内部算法示意参见图2。

把本地频率参考源用微波链路传送到远端的实现装置和具体实现方式包括：

1)、在微波移频直放站的近端，将速率与本地参考源频率相关的伪随机序列对监控数据进行扩频调制后，进行升余弦滤波，和信道信号相加调制到中频，微波室外单元将中频信号变成微波频段进行发射。其中，监控数据的速率是100kb/s，伪随机序列速率是3.2Mb/s、周期是1024，扩频增益为32(每监控数据位对应32比特伪随机码)，如图3所示；

2)、远端的微波室外单元将接收的微波信号变成中频信号送给参考源跟踪单元；

3)、在参考源跟踪单元中，模拟中频信号经过模拟数字转换(ADC)变成数字信号，再经过数字下变频(DDC)变成基带信号；

4)、基带信号进入匹配滤波器和本地产生的伪随机序列同步。将本地同步后的伪随机序列进行超前和滞后半个码片后，再分别与下变频后恢复的近端伪随机序列做相关运算，超前和滞后相关后的差值作为本地压控振荡器(VCO)的控制信号，本地压控振荡器输出有抖动的近端频率参考；

5)、不断减小控制VCO电压的变化量，同时采用积分的方法对控制VCO的直流电压进行调整，从而获得无抖动的近端参考；

6)、将微波移频直放站远端跟踪恢复的参考作为远端的参考源，实现微波移频直放站远近端共用同一个参考源。

整个频率参考源恢复分为以下几个步骤：

①AD采样和数字下变频处理。将AD采样过来的信号数字下变频后和数字控制振荡器(NCO)的输出混频，得到信号的正交分量I、Q。将I、Q路信号分别通过有限冲击响应滤波器(FIR)作低通滤波和信号的抽取，获得码片速率为6.4M的基带信号(为近端伪随机序列速率的2倍)。原理框图如图4所示。

②伪随机码的捕获。该步骤在①的基础上进行。将数字下变频输出的I、Q两路信号分别和本地产生的伪随机序列做有符号的乘法，并进行周期为32的累加运算。当完成32次累加之后，将I、Q两路的累加结果进行平方求和，同时累加器清零。再和预设的门限做比较，如果大于门限说明伪随机码的捕获同步，否则将本地的伪随机码产生器进行滑动，进行第二次的捕获，如此反复。捕获算法框图如图5所示。

③近端伪随机码的跟踪。伪随机码的跟踪是在②完成的基础上进行。其原理是：如果本地的伪随机码和近端伪随机码完全对齐时，进行积分得到的平方和是最大值。这时本地PN序列超前和滞后半个码片分别与近端序列进行积分求平方和的差值为零。如果差值为正，说明本地的伪随机码滞后近端，需要加大本地的时钟频率。如果差值为负，说明本地的伪随机码超前近端，需要减少本地的时钟频率。把超前、滞后的积分平方和的差值经过外部的DA转换，变成模拟电压控制本地的VCO，则本地可以准确恢复近端的频率参考。伪随机码的跟踪框图如图6所示。

④载波跟踪。该步实现是在③的基础上完成。当PN码的跟踪完成后，本地的参考和近端是动态相同，但是载波还存在小的频偏，会影响解调监控数据，所以还需进行载波跟踪。载波跟踪是采用科斯塔斯环在解扩之后进行，其原理如图7所示。将解扩后的I、Q两路做有符号的乘法，进入环路滤波器，控制数字下变频的NCO的相位增量。

⑤频率参考的粗锁，这步的实现配合②③④完成。由于远端微波室外单元变频的频率参考采用远端跟踪近端得到的参考源提供，而该参考采用的VCO输出的频率可以到±80ppm，会使中频信号的频偏过大，导致②步不能进行。参考源频率的初步锁定方法是将控制电压不断地从最小变化到最大，变化的间隔周期是伪随机序列周期的400倍。到某个电压捕获成功后(同步次数计到几十次都没有失锁)，即获得了控制VCO电压的直流分量。接下来进入伪随机码的跟踪阶段，该过程是将获得的控制VCO电压的直流分量加上本地产生的伪随机序列的超前和滞后与近端的伪随机信号相关峰的差乘以一个小于1的系数的值。跟踪上后，本地的伪随机序列与近端的伪随机序列能一致保持同步，并对其进行计数，当计数到达预设的值，则进行第④步。

⑥频率的精确锁定。由于在⑤步时，控制VCO的大致电压已经找到，为了能很快地跟踪上，此时用伪随机序列的超前和滞后相关值的差乘以一个较大系数作为控制VCO电压的变化量。相乘的系数大，使得控制使VCO电压的变化量还很大，VCO输出频率抖动大。为了能满足系统频偏要求，要减小控制VCO电压的变化量，即相乘系数变小。若大幅度减小该量，会使得本地VCO的输出频率不一定和近端的参考源频率相同。因此精确锁定的关键在于较准确地找到控制VCO的电压的直流分量，则控制电压的变化量很小也可以跟上近端的参考频率。为了达到这个目的，采用逐级提高锁定精度的方法：

第一级，在⑤的基础上将控制VCO电压的变化量减小一半，同时将随机序列超前和滞后与数字下变频后的基带信号相关值的差进行多次求和，隔几次判断一下差值求和后的值，并和设定的门限比较。当大于正门限，则控制VCO的电压将上调一个步进值。当小于负门限，则控制VCO的电压将下调一个步进值。同时将求和值清零，重新求和，再做判断。如此往复一段时间进入第二级。

第二级再将控制VCO电压的变化量减小一半……，如此进行几步，可以将控制VCO的电压变化量变得很小，能满足系统的要求。同时保留着超前滞后相关后的差值求和来改变控制VCO的直流分量，不但能很好地跟踪近端的时钟由于年老化率产生的漂移，也能很好的控制远端跟踪近端恢复参考频率的温度漂移。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种本地频率参考源传送到远端的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1）在近端将速率与本地参考源相关的伪随机序列对监控数据进行扩频调制，并和要传送的信号叠加后，上变频到微波频段发射；

步骤2）远端微波设备将接收到的信号变成中频后送给参考源跟踪单元；

步骤3）参考源跟踪单元对中频信号进行模数变换、数字下变频后再恢复出近端发送的伪随机序列；

步骤4）经由数字匹配滤波器将本地产生的伪随机序列和恢复的近端伪随机序列同步，并将同步后的序列进行超前和滞后半个码片再与近端序列作相关，输出超前相关和滞后相关的差值作为控制本地振荡器的控制信号，从而在本地振荡器上获得与近端参考源频率一致的输出；

步骤3）具体包括步骤①-步骤③：

步骤①、AD 采样和数字下变频处理：将AD 采样过来的信号数字下变频后和数字控制振荡器（NCO）的输出混频，得到信号的正交分量I、Q；将I、Q 路信号分别通过有限冲击响应滤波器（FIR）作低通滤波和信号的抽取，获得码片速率为6.4M 的基带信号；

步骤②、伪随机码的捕获：该步骤在步骤①的基础上进行，将数字下变频输出的I、Q 两路信号分别和本地产生的伪随机序列做有符号的乘法，并进行周期为32 的累加运算；当完成32 次累加之后，将I、Q 两路的累加结果进行平方求和，同时累加器清零；再和预设的门限做比较，如果大于门限说明伪随机码的捕获同步，否则将本地的伪随机码产生器进行滑动，进行第二次的捕获，如此反复；将控制电压不断地从最小变化到最大，变化的间隔周期是伪随机序列周期的400 倍；到某个电压捕获成功后，即获得了控制VCO 电压的直流分量；

步骤③、近端伪随机码的跟踪：伪随机码的跟踪是在步骤②完成的基础上进行，其基于以下原理：如果本地的伪随机码和近端伪随机码完全对齐时，进行积分得到的平方和是最大值，这时本地PN 序列超前和滞后半个码片分别与近端序列进行积分求平方和的差值为零；如果差值为正，说明本地的伪随机码滞后近端，需要加大本地的时钟频率；如果差值为负，说明本地的伪随机码超前近端，需要减少本地的时钟频率；把超前、滞后的积分平方和的差值经过外部的DA 转换，变成模拟电压控制本地的VCO，则本地准确恢复出近端的频率参考；然后将获得的控制VCO 电压的直流分量加上本地产生的伪随机序列的超前和滞后与近端的伪随机信号相关峰的差乘以一个小于1 的系数的值；跟踪上后，本地的伪随机序列与近端的伪随机序列能一致保持同步，并对其进行计数，当计数到达预设的值，则进行第④步；

步骤4）具体包括步骤④-步骤⑤：

步骤④ 、载波跟踪：该步实现是在步骤③的基础上完成；当PN 码的跟踪完成后，载波跟踪在解扩之后采用科斯塔斯环，将解扩后的I、Q 两路做有符号的乘法，进入环路滤波器，控制数字下变频的NCO 的相位增量；

⑤ 频率的精确逐级锁定：

第一级，在上述步骤的基础上将控制VCO 电压的变化量减小一半，同时将随机序列超前和滞后与数字下变频后的基带信号相关值的差进行多次求和，隔几次判断一下差值求和后的值，并和设定的门限比较；当大于正门限，则控制VCO 的电压将上调一个步进值，当小于负门限，则控制VCO 的电压将下调一个步进值；同时将求和值清零，重新求和，再做判断；如此进行几步，可以将控制VCO 的电压变化量变得很小，从而能满足系统的要求；同时保留着超前滞后相关后的差值求和来改变控制VCO 的直流分量。