CN103986565A - 一种时钟信号的无线低抖动传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域中的一种时钟信号的无线低抖动传输方法，特别适用于有时钟低抖动传输要求的无线通信系统。在发射端利用锁相环电路生成与参考时钟信号相位同步的信标信号；在接收端分离出信标信号后，对其进行混频、AGC放大后作为参考信号输入锁相环电路，最终输出与发射端时钟信号相位同步的低抖动时钟信号。本发明能够获得极低的时钟传输抖动，设计难度小，时钟信号的传输门限低，可靠性高。

Description

一种时钟信号的无线低抖动传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域中的一种时钟信号的低抖动传输方法，特别适用于有时钟低抖动传输要求的无线通信系统。

背景技术

目前无线通信领域中基本采用数字调制解调的方法实现信息的传输。发射端一般采用抑制载波的方法进行调制，将时钟信息隐含于调制谱中。接收端首先从接收到的调制谱中提取出时钟信息，然后利用提取出的时钟进行解调，恢复出信息码流。采用这种方法，可以获得较高的频谱效率，但由于发射端和接收端的本地时钟是不同步的，接收端一般只能采用异步采样的方式提取时钟，因此恢复出的时钟信号抖动较大。当通信系统对时钟信号的传输抖动提出纳秒级甚至更高的要求时，接收端的本地时钟频率需要高达1GHz甚至更高。在当前的技术条件下，这是难以实现的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景中的不足之处而提供一种基于锁相接收的时钟信号无线低抖动传输方法。将时钟信号锁相后得到的信标信号引入到传输系统中，在接收端利用锁相环电路恢复输出与信标信号同相的时钟信号，实现时钟信号的低抖动无线传输。本发明方法容易实现传输抖动为纳秒级甚至皮秒级的时钟传输，而且传输门限低，传输可靠性高。

本发明的目的是这样实现的，它包括步骤：

在发射端，

1)输入的时钟信号分为两路，一路作为参考输出给发端锁相环电路，生成与时钟信号相位同步的信标信号，另一路分别输出给调制器和发端射频单元，用作参考频率信号；

2)调制器以时钟信号作为参考频率信号，对输入的数据信息进行调制，得到调制信号，该调制信号和信标信号进入合路器进行合路，得到混合中频信号；

3)发端射频单元以时钟信号作为参考频率信号，对输入的混合中频信号进行上变频、功率放大，转换为高频信号，通过天线进入无线信道；在接收端，

4)收端射频单元以收端锁相环电路输出的时钟信号作为参考频率信号，对接收的高频信号进行低噪声放大、下变频和AGC放大，转换为混合中频信号；

5)将混合中频信号进行分路和滤波，分离出信标信号和调制信号；

6)混频器以收端锁相环电路输出的时钟信号作为参考频率信号，将信标信号与混频器内部的本振信号进行混频，得到与发射端时钟信号同频的低频信号；

7)将步骤6)得到的与发射端时钟信号同频的低频信号进行AGC放大和滤波，得到幅度稳定的低频信号；

8)收端锁相环电路以幅度稳定的低频信号作为参考，锁定收端锁相环电路中的压控振荡器，得到与发射端时钟信号相位同步的低抖动时钟信号，该信号一路输出给收端射频单元和混频器，用作参考频率信号，另一路作为低抖动时钟信号对外输出；

完成时钟信号的无线低抖动传输。

本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1、本发明提出的时钟无线传输方法，与常用的数字方式的载波时钟提取方法相比，保证了无线通信系统中时钟信号低抖动传输的特殊应用。常用的载波时钟提取方法，在接收端利用本地时钟对调制信号进行异步采样后处理得到。提取出的时钟信号主要用于数据信息的解调，对传输抖动要求不高，只要不造成数据信息的误码即可。对时钟传输抖动提出纳秒级的要求时，本地采样时钟频率需要提高至1GHz以上。这样的系统实现困难，费用很高，而且高的采样率增加了调制解调器的设计难度。本发明提出的时钟无线传输方法，引入了与发射端时钟信号相位同步的信标信号，通过锁相环电路实现了接收端恢复出的时钟信号和发射端时钟信号的相位同步。采用这种方法，系统实现容易，对系统时钟频率要求不高，降低了调制解调器的设计难度，而且容易实现传输抖动为纳秒级甚至皮秒级的时钟传输。

2、本发明提出的时钟无线传输方法，与常用的数字方式的载波时钟提取方法相比，降低了传输门限，提高了无线通信系统中时钟信号传输的可靠性。常用的载波时钟提取方法，其时钟信息隐藏于调制信号中，时钟信号的传输门限取决于数字调制信息的传输门限，当传输码率较高时，其传输门限相应恶化，使得时钟信号的传输可靠性下降。本发明提出的时钟无线传输方法，引入了独立于调制信号之外的信标信号用于传输时钟信息，信标信号为一独立载波，信号质量好，且带宽极窄，因此信号的传输门限可以得到极大优化。与常用的数字调制方式相比，其传输门限可以降低20dB甚至更多，大大提高了时钟信号传输的可靠性。

附图说明

图1是本发明有线侧信号到无线侧内部处理实施例的电原理方框图。

图2是本发明无线侧信号到有线侧内部处理实施例的电原理方框图。

图1中1为发端锁相环，2为调制器，3为合路器，4为发端射频单元。其中发端锁相环模块一般包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等部分，调制器一般包括FPGA、D/A变换器、IQ调制器、本振等部分，发端射频单元一般包括上变频器、功率放大器、滤波器、天线等部分。

图2中5为收端射频单元，6为分路、滤波器，7为混频器，8为AGC放大器，9为收端锁相环，10为解调器。其中收端射频单元一般包括天线、滤波器、低噪声放大器、下变频器等部分，收端锁相环一般包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等部分，解调器一般包括AGC放大器、I/Q解调器、本振、A/D变换器、FPGA等部分。

具体实施方式

参照图1至图2。图1是本发明有线侧信号到无线侧内部处理实施例的电原理方框图，它包括发端锁相环1，调制器2，合路器3，发端射频单元4。发端锁相环1对时钟信号进行锁相，生成与其相位同步的信标信号；调制器2以时钟信号作为参考频率信号，对输入的数据信息进行调制，得到调制信号；合路器3对调制信号和信标信号进行合路，得到混合中频信号；混合中频信号进入发端射频单元4变换为射频信号进入无线传输。

图2是本发明无线侧信号到有线侧内部处理实施例的电原理方框图，它包括收端射频单元5，分路、滤波器6，混频器7，AGC放大器8，收端锁相环9，解调器10。收端射频单元5将无线传输的射频信号变换为混合中频信号；分路、滤波器6对混合中频信号进行分路、滤波，分离出信标信号和调制信号；混频器7以收端锁相环9输出的时钟信号作为参考频率信号，将信标信号与混频器内部的本振信号进行混频，得到与发射端时钟信号同频的低频信号；该低频信号进入AGC放大器8进行AGC放大、滤波，得到幅度稳定的低频信号；收端锁相环9以幅度稳定的低频信号作为参考，锁定电路中的压控振荡器，得到与发射端时钟信号相位同步的低抖动时钟信号；解调器10以收端锁相环9输出的时钟信号作为参考频率信号，解调出数据信息。

本发明技术方案的信号传输是按以下步骤进行的：

在发射端，

1)输入的时钟信号分为两路，一路作为参考输出给发端锁相环电路，生成与时钟信号相位同步的信标信号，实施例由图1中的发端锁相环1来完成，另一路分别输出给调制器和发端射频单元，用作参考频率信号；

2)调制器以时钟信号作为参考频率信号，对输入的数据信息进行调制，得到调制信号，实施例由图1中的调制器2来完成，该调制信号和信标信号进入合路器进行合路，得到混合中频信号，实施例由图1中的合路器3来完成；

3)发端射频单元以时钟信号作为参考频率信号，对输入的混合中频信号进行上变频、功率放大，转换为高频信号，通过天线进入无线信道，实施例由图1中的发端射频单元4来完成；在接收端，

4)收端射频单元以收端锁相环电路输出的时钟信号作为参考频率信号，对接收的高频信号进行低噪声放大、下变频和AGC放大，转换为混合中频信号，实施例由图2中的收端射频单元5来完成；

5)将混合中频信号进行分路和滤波，分离出信标信号和调制信号，实施例由图2中的分路、滤波器6来完成；

6)混频器以收端锁相环电路输出的时钟信号作为参考频率信号，将信标信号与混频器内部的本振信号进行混频，得到与发射端时钟信号同频的低频信号，实施例由图2中的混频器7来完成；

7)将步骤6)得到的与发射端时钟信号同频的低频信号进行AGC放大和滤波，得到幅度稳定的低频信号，实施例由图2中的AGC放大器8来完成；

8)收端锁相环电路以幅度稳定的低频信号作为参考，锁定收端锁相环电路中的压控振荡器，得到与发射端时钟信号相位同步的低抖动时钟信号，该信号一路输出给收端射频单元和混频器，用作参考频率信号，另一路作为低抖动时钟信号对外输出，，实施例由图2中的收端锁相环9来完成；

完成时钟信号的无线低抖动传输。

Claims (1)

1.一种时钟信号的无线低抖动传输方法，其特征在于包括以下步骤：在发射端，

1)输入的时钟信号分为两路，一路作为参考输出给发端锁相环电路，生成与时钟信号相位同步的信标信号，另一路分别输出给调制器和发端射频单元，用作参考频率信号；

2)调制器以时钟信号作为参考频率信号，对输入的数据信息进行调制，得到调制信号，该调制信号和信标信号进入合路器进行合路，得到混合中频信号；

3)发端射频单元以时钟信号作为参考频率信号，对输入的混合中频信号进行上变频、功率放大，转换为高频信号，通过天线进入无线信道；在接收端，

4)收端射频单元以收端锁相环电路输出的时钟信号作为参考频率信号，对接收的高频信号进行低噪声放大、下变频和AGC放大，转换为混合中频信号；

5)将混合中频信号进行分路和滤波，分离出信标信号和调制信号；

6)混频器以收端锁相环电路输出的时钟信号作为参考频率信号，将信标信号与混频器内部的本振信号进行混频，得到与发射端时钟信号同频的低频信号；

7)将步骤6)得到的与发射端时钟信号同频的低频信号进行AGC放大和滤波，得到幅度稳定的低频信号；

8)收端锁相环电路以幅度稳定的低频信号作为参考，锁定收端锁相环电路中的压控振荡器，得到与发射端时钟信号相位同步的低抖动时钟信号，该信号一路输出给收端射频单元和混频器，用作参考频率信号，另一路作为低抖动时钟信号对外输出；

完成时钟信号的无线低抖动传输。