CN110995402B - 同步脉冲传输方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同步脉冲传输方法、装置和系统，获取通信射频信号，从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；对调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对包络脉冲进行脉冲整形。采用ASK调制方式传输，使得同步脉冲在传输时延迟较低，不需要增加额外的延时电路，降低了系统的复杂度；对包络脉冲整形，能够更为精确地恢复同步脉冲。

Description

同步脉冲传输方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种同步脉冲传输方法、装置和系统。
背景技术
在使用时分复用(TDD)制式的无线通信的系统中，上下行信号在同一频段分时传输。信号在同一频率分时传输时，通信系统中的基带处理器或者同步控制器需要根据特殊子帧的内容判断即将传输的数据方向，并通过输出上下行同步脉冲信号，切换收发器的上下行链路。在使用第四代(4G)和第五代(5G)无线通信系统的基站中，例如微小基站Smallcell或者皮基站Picocell等，接入单元(AU)和各个远端单元(RU)中各自包含射频收发链路。这些收发链路需要分时工作在上行或者下行状态，才能保证整个通信系统的正常运行。
通常，在使用TDD工作方式的4G和5G的通信设备中，TDD同步信号可以通过光纤等介质，包含在例如通用公共无线接口(CPRI)等协议之中，使得AU和RU的收发系统能够同步工作。这种传输方式需要复杂的编码，并且需要使用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、串行收发器(Serdes)等昂贵器件去解析出TDD同步脉冲信号。
另外，TDD同步信号可以通过射频馈线传输，对于射频馈线传输可以使用高速的数传芯片实现。在网关和有源天线端都需要采用高速数传芯片和可编程逻辑电路，以实现对数据包的解析和对脉冲信号的保持与同步。同时在数传过程中，会有丢包的情况，影响系统的稳定性。这种实现方式缺点是结构复杂，成本偏高，可靠性低。
发明内容
基于此，为了使得上下行同步脉冲信号的传输更加便捷低廉，提供一种同步脉冲传输方法、装置和系统。
一种同步脉冲传输方法，包括如下步骤：
接收发射端传输的调制信号，调制信号是发射端对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得的，第一同步脉冲信号是发射端从通信射频信号中提取的；
对调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对包络脉冲进行脉冲整形。
一种同步脉冲传输方法，包括如下步骤：
获取通信射频信号，从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
对调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对包络脉冲进行脉冲整形。
上述同步脉冲传输方法，在同步脉冲发射端对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；在同步脉冲接收端对调制信号解调，解调的步骤包括包络检波和包络脉冲整形；解调后获得第二同步脉冲信号。采用幅移键控调制方式传输，使得同步脉冲在传输时延迟较低，不需要增加额外的延时电路，降低了系统的复杂度。
在其中一个实施例中，对包络脉冲进行脉冲整形的步骤包括：
根据第一比较电平判决包络脉冲,获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决包络脉冲,获得第二判决脉冲，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号，其中，第一比较电平小于第二比较电平。
对包络脉冲整形，根据第一比较电平判决包络脉冲获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决包络脉冲获得第二判决脉冲，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号，能够更为精确地恢复同步脉冲。
在其中一个实施例中，根据第一比较电平判决包络脉冲,获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决包络脉冲,获得第二判决脉冲的步骤包括：
根据第一比较电平判决包络脉冲，若包络脉冲小于第一比较电平，判决为低电平，若包络脉冲大于第一比较电平，判决为高电平；根据判决结果获得第一判决脉冲；
根据第二比较电平判决包络脉冲，若包络脉冲小于第二比较电平，判决为高电平，若包络脉冲大于第二比较电平，判决为低电平；根据判决结果获得第二判决脉冲。
上述对包络脉冲整形的步骤中采用一种双电平比较方式，分别使用第一比较电平正向和第二比较电平反向对脉冲的上升沿和下降沿进行判决；双电平判决比较方法克服了积分效应对波形的影响，使得上升沿和下降沿的延时都能控制在较小程度，提高了解调的精度和可靠性。
在其中一个实施例中，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
提取第一判决脉冲的高电平起点作为第二同步脉冲信号的高电平起点，提取第二判决脉冲对应的周期的高电平起点作为第二同步脉冲信号的低电平起点，获得第二同步脉冲信号。
在其中一个实施例中，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
提取第一判决脉冲的低电平起点作为第二同步脉冲信号的低电平起点，提取第二判决脉冲对应的周期的低电平起点作为第二同步脉冲信号的高电平起点，获得第二同步脉冲信号。
在其中一个实施例中，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
对第一判决脉冲和第二判决脉冲上拉线与，获得两个短脉冲，选择两个短脉冲的上升沿位置分别为第二同步脉冲上下边沿的位置。
具体的，获得两个短脉冲，经过脉冲延时，将两个上升沿延时至下一周期。经过脉冲延时，对两个上升沿精确延时至下一周期，可以做到零延迟。
进一步的，获得两个短脉冲，将两个短脉冲分频为一个脉冲。
上述线与、脉冲延时、分频的过程可以简化结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号的输出过程，使得第二同步脉冲的上下边沿拥有对于第一同步脉冲极低的延迟。
在其中一个实施例中，根据预设高低电平比例获得第一比较电平和第二比较电平；预设高低电平比例为第一比较电平和第二比较电平对应的包络脉冲幅度的比例。
在其中一个实施例中，一种同步脉冲传输方法，还包括如下步骤：
读取包络脉冲幅度并存储于采样队列；
确定采样队列中大于预设幅度阈值的包络脉冲幅度的连续区间，对连续区间内的包络脉冲幅度取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列；
对峰值包络队列进行多次滑动平均滤波，得到最大值队列；
根据最大值队列中的每个幅度数值，获得一组第一比较电平和第二比较电平；根据多组第一比较电平和第二比较电平获得比较电平队列；
每隔第一预设时间输出更新的比较电平队列，在比较电平队列中选择与包络脉冲对应的比较电平，作为对包络脉冲进行脉冲整形步骤中的第一比较电平和第二比较电平。
随着包络脉冲幅度变化，其相应的判决电平也要随着包络脉冲的最大值按预设比例跟踪变化，实现了在变化的输入信号情况下的判决。
具体的，包络脉冲幅度小于预设幅度阈值的持续时间超过一定预设时间时，上报告警信息。增加了故障告警功能，方便用户定位故障。
一种同步脉冲传输装置，其特征在于，包括：
包络检波模块，用于对调制信号检波获得包络脉冲；调制信号经由第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得；
包络脉冲整形模块，用于对包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号。
一种同步脉冲传输装置，其特征在于，包括：
同步脉冲提取模块，用于从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
调制模块，用于对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
调制信号被用于包络检波，获得包络脉冲，并对包络脉冲进行脉冲整形。
一种同步脉冲传输系统，包括：
同步脉冲提取模块，用于从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
调制模块，用于对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
包络检波模块，用于对调制信号检波获得包络脉冲；
包络脉冲整形模块，用于对包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号。
在一个实施例中，包络脉冲整形模块包括第一比较器、第二比较器和同步脉冲生成模块；
第一比较器，用于根据第一比较电平判决包络脉冲，获得第一判决脉冲；
第二比较器，用于根据第二比较电平判决包络脉冲，获得第二判决脉冲；
同步脉冲生成模块，用于结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号。
在一个实施例中，第一比较器的两个输入端分别输入第一比较电平和包络脉冲信号，第二比较器的两个输入端分别输入第二比较电平和包络脉冲信号；第一比较器和第二比较器输出端接入到同步脉冲生成模块。
在一个实施例中，两个比较器输出第一判决脉冲和第二判决脉冲，通过开漏输出的比较器输出端上拉线与。
具体的，线与输出端连接脉冲延时电路。
进一步的，线与输出端连接D触发器。
在一个实施例中，包络脉冲整形模块还包括控制模块；控制模块采集包络脉冲的数据，生成第一比较电平和第二比较电平。
在一个实施例中，控制模块，用于读取包络脉冲幅度并存储于采样队列；确定采样队列中大于预设幅度阈值的包络脉冲幅度的连续区间，对连续区间内的包络脉冲幅度取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列；对峰值包络队列进行多次滑动平均滤波，得到最大值队列；根据最大值队列中的每个幅度数值，获得一组第一比较电平和第二比较电平；根据多组第一比较电平和第二比较电平获得比较电平队列；每隔第一预设时间输出更新的比较电平队列。
在一个实施例中，控制模块包括单片机，通过单片机内ADC读取包络脉冲幅度并存储于采样队列；每隔一段时间通过单片机内DAC输出更新的比较电平队列。
使用单片机辅助跟踪调整两个比较电平，一方面实现了在变化的输入信号情况下的判决，另一方面也为系统增加了故障告警功能，方便用户定位故障。
上述装置和系统涉及到无源器件、线性器件、简单的逻辑电路和低速MCU，相较于传统方式拥有极低的成本。
附图说明
图1为一个实施例中同步脉冲传输方法流程图；
图2为一个实施例中包络脉冲整形的步骤示意图；
图3为一个实施例中判决获得第二同步脉冲信号的示意图；
图4为一个实施例中MCU工作流程图；
图5为一个实施例中同步脉冲传输系统示意图；
图6为一个实施例中包络检波模块示意图；
图7为一个实施例中包络脉冲整形模块示意图；
图8为一个实施例中有源天线室内信号覆盖系统示意图；
图9为一个实施例中传输系统结构示意图；
图10为一个实施例中传输系统中信号波形变化示意图；
图11为一个实施例中有源天线端MCU工作流程图；
图12为一个实施例中双电平比较过程波形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或(模块)单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在使用时分复用(TDD)制式的无线通信的系统中，上下行信号在同一频段分时传输。信号在同一频率分时传输时，通信系统中的基带处理器或者同步控制器需要根据特殊子帧的内容判断即将传输的数据方向，并通过输出上下行同步脉冲信号，切换收发器的上下行链路。同步脉冲控制着整个收发信号链上器件的开关，决定着系统当前信号传输的方向。这些收发链路需要分时工作在上行或者下行状态，才能保证整个通信系统的正常运行。
一种同步脉冲传输方法，如图1，包括以下步骤：
获取通信射频信号，从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
对调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对包络脉冲进行脉冲整形。
在同步脉冲发射端获取通信射频信号，从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；对第一同步脉冲信号进行幅移键控(ASK)调制获得调制信号的步骤包括：输入射频信号作为载波信号，使得载波信号的强度随着第一同步脉冲信号的高低电平变化而变化，获得调制信号。具体的，结合发射端和接收端之间的传输装置的工作频率以及通信系统的信号频点，选择载波频率。采用ASK调制方式传输，使得同步脉冲在传输时延迟较低，不需要增加额外的延时电路，降低了系统的复杂度。
在一个具体应用场景中，以网关和有源天线组成的室内覆盖系统，传输4G和5G信号，网关和有源天线之间使用射频馈线互联；射频馈线传输TDD同步脉冲，网关为发射端，有源天线为接收端，传输装置为射频馈线，根据射频馈线的工作频率、4G和5G信号频点，选择载波频率。该载波频率需要避开公网传输4G/5G信号的频段，以免产生干扰。
在同步脉冲接收端对调制信号解调，解调的步骤包括：对调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对包络脉冲进行脉冲整形。通过包络检波获得包络脉冲，获得包络脉冲的方式包括检波获得幅度包络脉冲或者同步包络脉冲。
通过包络检波获得幅度包络脉冲，获得幅度包络脉冲可以采用二极管包络检波实现。二极管包络检波是一种异步的解调方式，其结构简单，可以获得更短的时延。
也可以通过包络检波获得同步包络脉冲，获得同步包络脉冲可以采用对数检波器来实现。在对幅度变化较大的调制信号提取包络时，可以采用对数检波器来实现；对数检波器放大特性为分段线性的对数放大，在每一线性增益级输出使用二极管检波提取包络，并将所有包络叠加形成所需对数响应的同步包络脉冲。
具体的，在获得包络脉冲信号后，对脉冲信号低通滤波，滤除高频杂波。
具体的，在获得包络脉冲信号后，对包络脉冲放大。由于在发射端和接收端之间传输装置的线损和组网数量等因素的不确定性，进入检波的信号幅度会有一定的动态范围。考虑到输入信号幅度具有指数特性，为了获得一定的接收动态范围，使用具有对数特性的放大器，对包络脉冲放大，可以获得较为线性的输出。
具体的，在获得包络脉冲信号后，对脉冲信号低通滤波，进一步对包络脉冲放大。使用对数检波和放大可以使得接收机拥有更大的动态范围，增加了组网的灵活性。
在同步脉冲接收端对调制信号解调，解调的步骤包括：对调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对包络脉冲进行脉冲整形。由于检波获得的包络脉冲受到检波电路中电容的影响，其上升沿和下降沿有一定程度的变缓；上升沿在靠近低电平处上升较快；下降沿在靠近高电平处下降较快。为了更为精确地恢复同步脉冲，减小脉冲的时延，对包络脉冲整形。
对包络脉冲进行脉冲整形的步骤包括：根据第一比较电平VL判决包络脉冲，获得第一判决脉冲，根据第二比较电平VH判决包络脉冲，获得第二判决脉冲，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号。
在一个实施例中，如图2，对包络脉冲整形的步骤具体包括：
根据第一比较电平VL判决包络脉冲，若包络脉冲小于第一比较电平VL，判决为低电平，若包络脉冲大于第一比较电平VL，判决为高电平；获得第一判决脉冲；
根据第二比较电平VH判决包络脉冲，若包络脉冲小于第二比较电平VH，判决为高电平，若包络脉冲大于第二比较电平VH，判决为低电平；获得第二判决脉冲；
结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号。
具体的，提取第一判决脉冲的高/低电平起点作为第二同步脉冲信号的其中一个电平起点，提取第二判决脉冲对应的周期的高/低电平起点作为第二同步脉冲信号的另一个电平起点，获得第二同步脉冲信号。
在一个实施例中，对包络脉冲整形的步骤包括：
假设VL<VH，使用第一比较电平VL正向对包络脉冲进行判决，包络脉冲小于第一比较电平VL时，判决为低电平；包络脉冲大于第一比较电平VL时，判决为高电平；判决完成后获得第一判决脉冲；
使用第二比较电平VH反向对包络脉冲进行判决，包络脉冲小于第二比较电平VH时，判决为高电平；包络脉冲大于第二比较电平VH时，下判决为低电平；判决完成后获得第二判决脉冲；
如图3，序号1-第一判决脉冲高电平起点；4-第一判决脉冲低电平起点；2-第二判决脉冲低电平起点；3-第二判决脉冲高电平起点；
可采用“13”的组合：提取第一判决脉冲的高电平起点作为第二同步脉冲信号的高电平起点，提取第二判决脉冲对应的周期的高电平起点作为第二同步脉冲信号的低电平起点，获得第二同步脉冲信号；
或者采用“24”的组合，提取第一判决脉冲的低电平起点作为第二同步脉冲信号的低电平起点，提取第二判决脉冲对应的周期的低电平起点作为第二同步脉冲信号的高电平起点，获得第二同步脉冲信号。
上述实施例采用一种双电平比较方式，分别使用第一比较电平VL正向和第二比较电平VH反向对脉冲的上升沿和下降沿进行判决。双电平判决比较方法克服了积分效应对波形的影响，使得上升沿和下降沿的延时都能控制在较小程度，提高了系统的精度和可靠性。积分效应由输入电阻、负载电阻、负载电容三者形成，该效应会使得ASK信号在检波过程中上升沿和下降沿变得缓慢，从而增加检波的时延。
具体的，在获得包络脉冲信号后，经过双电平判决输出第一第二两个脉冲；两个脉冲通过上拉线与，获得两个上升沿短脉冲。线与之后的信号转变为两个短脉冲，两个短脉冲分别代表了之后恢复的第二同步脉冲上下边沿的位置。
具体的，将两个上升沿短脉冲分频为一个脉冲，即第二同步脉冲信号。这个同步脉冲的上下边沿拥有对于发射端同步脉冲极低的延迟。
更进一步的，获得两个上升沿短脉冲后，经过脉冲延时，对两个上升沿精确延时至下一周期，从而做到零延迟。
具体的，根据预设高低电平比例获得第一比较电平VL和第二比较电平VH；预设高低电平比例为第一比较电平VL和第二比较电平VH对应的脉冲幅度的比例。
在一个实施例中，与前述实施例的区别在于，使用控制模块辅助跟踪调整两个比较电平，使两个比较电平动态变化，实现在变化的输入信号情况下的判决。具体步骤包括：
系统开启后，控制模块读取脉冲包络幅度并存储于采样队列；
当包络脉冲幅度小于预设幅度阈值的持续时间超过第二预设时间时，上报告警信息；
确定采样队列中大于预设幅度阈值的包络脉冲幅度的连续区间，对连续区间内的包络脉冲幅度取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列；
对峰值包络队列进行多次滑动平均滤波，得到最大值队列；
根据最大值队列中的每个幅度数值，获得一组第一比较电平VL和第二比较电平VH；最终获得比较电平VL和VH队列；
每隔第一预设时间输出更新的比较电平VL和VH队列，在比较电平队列中选择与包络脉冲对应的比较电平，作为对包络脉冲进行脉冲整形步骤中的第一比较电平和第二比较电平。
根据第一比较电平VL判决包络脉冲获得第一判决脉冲，根据第二比较电平VH判决包络脉冲获得第二判决脉冲，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号。这样随着包络脉冲幅度变化，其相应的判决电平也要随着包络脉冲的最大值按预设比例跟踪变化。
在一个具体的应用场景中，使用一个单片机(MCU)作为控制模块，在整个系统开启后，通过片内ADC读取脉冲包络幅度并存储于采样队列。当输入信号的幅度连续一定的预设时间小于预设阈值时，MCU会上报告警信息提示链路衰减过大或已断开。否则，通过对采样队列判断，大于预设阈值的数值将会在其连续区间内取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列。对峰值包络队列进行N次滑动平均滤波，得到最大值队列(脉冲包络的最大值)；按预设高低电平比例获得比较电平VL和VH队列，并每M秒更新至片内DAC输出。MCU工作流程如图4所示。使用MCU辅助跟踪调整两个比较电平，一方面实现了在变化的输入信号情况下的判决，另一方面也为系统增加了故障告警功能，方便用户定位故障。
一种同步脉冲传输系统，如图5所示，包括：
同步脉冲提取模块，用于从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
调制模块，用于对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
包络检波模块，用于对调制信号检波获得包络脉冲；
包络脉冲整形模块，用于对包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号。
调制模块，用于对第一同步脉冲信号进行ASK调制获得调制信号：输入射频信号作为载波信号，使得载波信号的强度随着第一同步脉冲信号的高低电平变化而变化，获得调制信号。具体的，结合发射端和接收端之间的传输装置的工作频率以及通信系统的信号频点，选择载波频率。
调制模块包括射频振荡器和射频开关，将射频振荡器产生的射频信号通入射频开关进行调制，将第一同步脉冲信号输入射频开关控制端，使得输入载波信号的强度随着脉冲信号的高低电平变化即可获得ASK信号。为了使得接收电路解调时获得更为精确的上升下降沿信号，射频开关的开启和关闭时间需要尽可能的短。射频振荡器可使用频率合成器集成电路，也可使用LC谐振电路。
包络检波模块，用于对调制信号检波获得包络脉冲。
包络检波模块采用幅度包络脉冲检波模式。获得幅度包络脉冲可以采用二极管包络检波实现，二极管包络检波是一种异步的解调方式，其结构简单，可以获得更短的时延。具体的一种实施方式，如图6所示，将输入的调制信号通过一个单向导通的二极管器件整流后，再输入一个积分特性电路就能获得低频包络信息。输入信号的一部分电流在正上升周期为电容充电，在负半周期通过负载电阻RL放电，形成包络。其中，并联电容C的阻抗小于二极管的阻抗，并联电容C远大于二极管的结电容。C和RL取值会影响放电速度，导致上升下降时间变缓。不同的载波频率和包络频率脉宽都会影响检波出来的脉冲上升下降时间，因此相关参数需要在电路调试过程中具体测试。
包络检波模块采用同步包络脉冲检波模式。获得同步包络脉冲可以采用对数检波器来实现。具体的一种实施方式，在对幅度变化较大的调制信号提取包络时，采用对数检波器来实现；对数检波器放大特性为分段线性的对数放大，在每一线性增益级输出使用二极管检波提取包络，并将所有包络叠加形成所需对数响应的同步包络脉冲。
具体的，在包络检波模块之后连接滤波器，对脉冲信号低通滤波，滤除高频杂波。
具体的，在包络检波模块之后连接放大器，对包络脉冲放大。由于在发射端和接收端之间传输装置的线损和组网数量等因素的不确定性，进入检波的信号幅度会有一定的动态范围。考虑到输入信号幅度具有指数特性，为了获得一定的接收动态范围，使用具有对数特性的放大器，对包络脉冲放大，可以获得较为线性的输出。
具体的，在包络检波模块之后连接滤波器和放大器，对脉冲信号低通滤波，进一步对包络脉冲放大。
包络脉冲整形模块，用于对包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号。
由于检波获得的包络脉冲受到检波电路中电容的影响，其上升沿和下降沿有一定程度的变缓；上升沿在靠近低电平处上升较快；下降沿在靠近高电平处下降较快。为了更为精确地恢复同步脉冲，减小脉冲的时延，对包络脉冲整形。
在一个实施例中，包络脉冲整形模块包括第一比较器、第二比较器和同步脉冲生成模块；
第一比较器，用于根据第一比较电平判决包络脉冲，获得第一判决脉冲；
第二比较器，用于根据第二比较电平判决包络脉冲，获得第二判决脉冲；
同步脉冲生成模块，用于结合第一判决脉冲和第二判决脉冲，获得第二同步脉冲信号。
具体的，如图7，第一比较器的两个输入端分别输入第一比较电平VL和包络脉冲信号，第二比较器的两个输入端分别输入第二比较电平VH和包络脉冲信号；第一比较器和第二比较器输出端接入到同步脉冲生成模块，同步脉冲生成模块根据第一比较器和第二比较器的输出生成第二同步脉冲信号。
在一个实施例中，第一比较电平VL接入第一比较器的"-"输入端，包络脉冲信号接入第一比较器的"+"输入端；第二比较电平VH接入第二比较器的"+"输入端，包络脉冲信号接入第二比较器的"-"输入端；当"+"输入端电压高于"-"输入端时，电压比较器输出为高电平；当"+"输入端电压低于"-"输入端时，电压比较器输出为低电平。
具体的，比较器采用高速比较器。经过两个高速比较器，输出两个脉冲，通过开漏输出的比较器输出端上拉线与。线与之后的信号转变为两个短脉冲，两个短脉冲分别代表了之后恢复的同步脉冲上下边沿的位置。
进一步的，将两个短脉冲通入脉冲延时电路，可以对这两个上升沿精确延时至下一周期，从而做到零延迟。
具体的，通过D触发器，将两个上升沿短脉冲分频为一个脉冲。这个脉冲就是最后需要的第二同步脉冲。这个同步脉冲的上下边沿拥有对于第一同步脉冲极低的延迟。
在一个实施例中，与前述实施例的区别在于，使用控制模块辅助跟踪调整两个比较电平，使两个比较电平动态变化，实现在变化的输入信号情况下的判决。
包络脉冲整形模块包括第一比较器、第二比较器、同步脉冲生成模块和控制模块；
控制模块，采集包络脉冲的数据，生成第一比较电平VL和第二比较电平VH；
第一比较器，根据第一比较电平VL判决包络脉冲，获得第一判决脉冲；
第二比较器，根据第二比较电平VH判决包络脉冲，获得第二判决脉冲；
同步脉冲生成模块，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲，获得第二同步脉冲信号。
对包络脉冲整形的具体步骤包括：
系统开启后，控制模块读取脉冲包络幅度并存储于采样队列；
输入信号的幅度连续一定的预设时间小于预设幅度阈值，控制模块上报告警信息，提示链路衰减过大或已断开；
对采样队列进行判断，大于预设幅度阈值的数值在其连续区间内取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列；
对峰值包络队列进行多次滑动平均滤波，得到最大值队列；
根据最大值队列中的每个幅度数值，获得一组第一比较电平VL和第二比较电平VH；最终获得比较电平VL和VH队列；
每隔一段时间将更新的比较电平VL和VH队列输出；
根据第一比较电平VL判决包络脉冲获得第一判决脉冲，根据第二比较电平VH判决包络脉冲获得第二判决脉冲，结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号。这样随着包络脉冲幅度变化，其相应的判决电平也要随着包络脉冲的最大值按预设比例跟踪变化。
在一个具体的应用场景中，使用一个单片机(MCU)作为控制模块，在整个系统开启后，通过片内ADC读取脉冲包络幅度并存储于采样队列。当输入信号的幅度连续一定的预设时间小于预设阈值时，MCU会上报告警信息提示链路衰减过大或已断开。否则，通过对采样队列判断，大于预设阈值的数值将会在其连续区间内取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列。对峰值包络队列进行N次滑动平均滤波，得到最大值队列(脉冲包络的最大值)；按预设高低电平比例获得比较电平VL和VH队列，并每M秒更新至片内DAC输出。
上述实施例采用一种双电平比较方式，分别使用第一比较电平VL正向和第二比较电平VH反向对脉冲的上升沿和下降沿进行判决。双电平判决比较方法克服了积分效应对波形的影响，使得上升沿和下降沿的延时都能控制在较小程度，提高了系统的精度和可靠性。本系统包括无源器件、线性器件、简单的逻辑电路和低速MCU，相较于传统方式拥有极低的成本。
为了更详细的说明本发明的实施方式，如下提供一个具体的应用举例：
在一种有源天线室内信号覆盖系统中，其结构如图8所示，包括一个网关和若干天线。微小基站(例如Picocell、Smallcell)等无线覆盖设备通过射频馈线连接至网关，再由网关功分后，再分别使用射频馈线连接至有源天线。若干有源天线以网关为中心，星形分布。网关通过直流耦合的射频线缆为有源天线供电。
网关内部包括电源模块、直流耦合模块、同步ASK信号耦合模块、同步脉冲提取模块和同步脉冲发射模块。其中，同步脉冲提取模块会通过使用收发器和FPGA等器件，对输入射频信号分析，并将同步脉冲信号输出给同步脉冲发射模块。同步脉冲发射模块会将同步脉冲调制后发射，并将带有同步脉冲信息的ASK信号送入同步信号耦合模块。
有源天线内部包括电源模块、直流耦合模块、低噪声放大器LNA模块、功率放大器PA模块，同步脉冲接收模块和同步ASK信号耦合模块。同步信号ASK耦合模块将带有同步脉冲信息的ASK信号送入同步脉冲接收模块后，接收模块将解调出同步脉冲。该脉冲输出至LNA和PA模块用于控制上下行链路。
通常，在使用TDD工作方式的4G和5G的通信设备中，TDD同步信号可以通过光纤等介质，包含在例如通用公共无线接口(CPRI)等协议之中，使得AU和RU的收发系统能够同步工作。这种传输方式需要复杂的编码，并且需要使用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、串行收发器(Serdes)等昂贵器件去解析出TDD同步脉冲信号。同时，在传输信号的过程中，需要另外使用光电复合缆为RU供电。尤其对于5G信号而言，由于其频率高，带宽大，功放在严苛的功耗和线性要求下降低了发射功率，同时其高频率使得信号在传播中衰落较大，需要增加更多的有源天线；这使得光电复合线缆用量增多，造成成本的显著上升。
本实施例提出的射频馈线传输TDD同步脉冲的方式，能够使得以网关和有源天线组成的室内覆盖系统仅使用射频馈线互联。馈线可以传输射频信号、电源和同步脉冲ASK信号，这样使得成本大大降低。
同步脉冲控制着整个收发信号链上器件的开关，决定着系统当前信号传输的方向。因此其需要有较低的延迟和抖动。根据3GPP文件要求，对于5G的TDD系统，上下行切换需要小于10μs的时间。意味着对于整个系统，同步脉冲的抖动，延迟都必须小于10μs。
本实施例采用一种基于幅度调制解调的传输方式，在发射端使用2-ASK调制，将同步脉冲信号搬移至较高频率以通过射频馈线功分器等射频器件。在接收端使用幅度检波提取包络脉冲，再经过低通滤波电路，对数放大电路，判决电路和脉冲延时电路，将开关信号精确还原。传输系统结构如图9所示，传输系统中信号波形的变化如图10所示。基于射频线缆馈线传输的，低成本，低功耗，结构简单，性能稳定的TDD同步脉冲ASK调制传输方法，解决了TDD同步脉冲传输系统的高成本和结构复杂的缺点。
发射部分，使用2-ASK调制。由网关端内部的同步脉冲提取模块对Smallcell或者Picocell的射频输出信号解析，获得TDD上下行同步脉冲信号。同步脉冲提取模块由FPGA和高速ADC组成。ADC采样4G或者5G信号，输出数字信号由FPGA解析同步。同步脉冲发射模块会将同步脉冲调制后发射，将射频振荡器产生的射频信号通入一个射频开关进行调制。调制时将TDD上下行同步脉冲信号输入射频开关控制端，使得输入载波信号的强度随着脉冲信号的高低电平变化即可获得简单的ASK信号。为了使得接收电路解调时获得更为精确的上升下降沿信号，调制的开关的开启和关闭时间需要尽可能的短。在本应用中可以根据射频馈线和功分器的工作频率，4G和5G信号频点，选择载波频率。该载波频率需要避开公网传输4G/5G信号的频段，以免产生干扰。考虑到接收端使用幅度检波方式提取脉冲，载波频率的相噪，抖动，频率稳定度等指标不需要很高。射频振荡器可使用频率合成器集成电路，也可使用LC谐振电路。
在对ASK信号检波之前对ASK信号进行滤波，滤除公网4G/5G频段，防止公网信号干扰检波过程。另外，在针对较小信号时增加增益器件以获得更大的包络检波范围。
同步脉冲接收模块解调出同步脉冲。对ASK信号检波获得幅度包络脉冲，采用二极管包络检波实现。二极管包络检波是一种异步的解调方式，而且由于其结构简单，可以获得更短的时延。
将输入的ASK信号通过一个单向导通的二极管器件整流后，再输入一个积分特性电路就能获得低频包络信息。输入信号的一部分电流在正上升周期为电容充电，在负半周期通过负载电阻RL放电，形成包络。其中，并联电容C的阻抗应小于二极管的阻抗，因此并联电容C远大于二极管的结电容。C和RL取值会影响放电速度，导致上升下降时间变缓。不同的载波频率和包络频率脉宽都会影响检波出来的脉冲上升下降时间，因此需要在电路调试过程中具体测试。
在获得包络脉冲信号后，对脉冲信号低通滤波，滤除高频杂波。由于在网关和有源天线之间线损和组网数量等因素的不确定性，进入检波的信号幅度会有一定的动态范围。考虑到输入信号幅度具有指数特性，为了获得一定的接收动态范围，使用具有对数特性的放大器，对包络脉冲放大。这样就可以获得较为线性的输出。
在对幅度变化较大的同步脉冲ASK信号提取包络时，也可以采用对数检波器来实现。对数检波器放大特性为分段线性的对数放大，在每一线线性增益级输出使用二极管检波提取包络，并将所有包络叠加形成所需对数响应的同步包络脉冲。
经过检波后，使用高速比较器对包络脉冲整形。由于检波获得的包络脉冲受到检波电路中电容的影响，其上升沿和下降沿有一定程度的变缓。上升沿在靠近低电平处上升较快；下降沿在靠近高电平处下降较快。为了更为精确地恢复脉冲，减小脉冲的时延，采用一种双电平比较方式，分别使用低电平VL正向和高电平VH反向对脉冲的上升沿和下降沿进行判决。
由于经过对数放大的包络脉冲幅度变化，其相应的判决电平也要随着包络脉冲的最大值按预设比例跟踪变化。本实施例使用一个单片机(MCU)在整个系统开启后，通过片内ADC读取同步脉冲包络并存储于采样队列。当输入信号的幅度连续一定的预设时间小于预设阈值时，MCU会上报告警信息提示链路衰减过大或已断开。通过对采样队列判断，大于预设阈值的数值将会在其连续区间内取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列。对峰值包络队列进行10次滑动平均滤波，得到最大值队列(对于输入波形来讲是其最大值，这里为了方便叫它最大值队列，就是同步脉冲包络的最大值)。
按预设高低电平比例获得比较电平VL和VH队列，并每10s更新至片内DAC输出；比如预设比较电平VL和VH分别为脉冲高低电平差的1/5和4/5，则根据不同的脉冲高低电平差，可以得到不同的预设比较电平VL和VH。对最大值队列的数据按照预先设定的高电平和低电平比例，计算出高比较电平VH和低比较电平VL。本实施例中，10次滑动平均滤波已经能过滤掉很多的噪声和干扰，过多占用系统资源，过少影响判决的稳定性。每10s更新至片内DAC输出，更新太快会浪费系统资源，增加功耗，更新太慢会导致跟不上幅度的变化。MCU工作流程如图11所示。
经过判决后的一正一反两个脉冲，通过开漏输出的比较器输出端上拉线与。线与之后的信号转变为两个短脉冲，将两个短脉冲分别代表了之后恢复的同步脉冲上下边沿的位置。此时，通入脉冲延时电路，可以对这两个上升沿精确延时至下一周期，从而做到零延迟。
通过D触发器，将两个上升沿短脉冲分频为一个脉冲。这个脉冲就是最后需要的同步脉冲。这个同步脉冲的上下边沿拥有对于网关端同步脉冲极低的延迟。模拟信号的传输没有数传芯片同步的过程，保证了脉冲边沿拥有较低的抖动。图12展示了双电平比较时信号的具体变化。
本系统包括无源器件、线性器件、简单的逻辑电路和低速MCU，相较于传统方式拥有极低的成本。采用ASK调制方式传输，使得同步脉冲在传输时延迟较低，不需要增加额外的延时电路，降低了系统的复杂度。使用对数检波和放大可以使得接收机拥有更大的动态范围，增加了组网的灵活性。双电平判决比较方法克服了积分效应对波形的影响，使得上升沿和下降沿的延时都能控制在较小程度，提高了系统的精度和可靠性。使用MCU辅助跟踪调整两个比较电平，一方面实现了在变化的输入信号情况下的判决，另一方面也为系统增加了故障告警功能，方便用户定位故障。以上特性，使得本系统非常适合用于在射频馈线中传输TDD同步脉冲信号。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (25)

1.一种同步脉冲传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
接收发射端传输的调制信号，所述调制信号是所述发射端对第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得的，所述第一同步脉冲信号是所述发射端从通信射频信号中提取的；
对所述调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对所述包络脉冲进行脉冲整形；
所述对所述包络脉冲进行脉冲整形的步骤包括：
根据第一比较电平判决所述包络脉冲，获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决所述包络脉冲,获得第二判决脉冲，结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号，其中，所述第一比较电平小于所述第二比较电平。
2.根据权利要求1所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述根据第一比较电平判决所述包络脉冲,获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决所述包络脉冲,获得第二判决脉冲的步骤包括：
根据所述第一比较电平判决所述包络脉冲，若所述包络脉冲小于所述第一比较电平，判决为低电平，若所述包络脉冲大于所述第一比较电平，判决为高电平；根据判决结果获得所述第一判决脉冲；
根据所述第二比较电平判决所述包络脉冲，若所述包络脉冲小于所述第二比较电平，判决为高电平，若所述包络脉冲大于所述第二比较电平，判决为低电平；根据判决结果获得所述第二判决脉冲。
3.根据权利要求1所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
提取所述第一判决脉冲的高电平起点作为第二同步脉冲信号的高电平起点，提取所述第二判决脉冲对应的周期的高电平起点作为第二同步脉冲信号的低电平起点，获得第二同步脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
提取所述第一判决脉冲的低电平起点作为第二同步脉冲信号的低电平起点，提取所述第二判决脉冲对应的周期的低电平起点作为第二同步脉冲信号的高电平起点，获得第二同步脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
对所述第一判决脉冲和第二判决脉冲上拉线与，获得两个短脉冲，选择两个短脉冲的上升沿位置分别为第二同步脉冲上下边沿的位置。
6.根据权利要求5所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述获得两个短脉冲的步骤之后，还包括：经过脉冲延时，将两个短脉冲的上升沿延时至下一周期。
7.根据权利要求5所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述获得两个短脉冲的步骤之后，还包括：将两个短脉冲分频为所述第二同步脉冲信号。
8.根据权利要求1所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述同步脉冲传输方法还包括：
读取包络脉冲幅度并存储于采样队列；
确定采样队列中大于预设幅度阈值的包络脉冲幅度的连续区间，对所述连续区间内的包络脉冲幅度取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列；
对所述峰值包络队列进行多次滑动平均滤波，得到最大值队列；
根据所述最大值队列中的每个幅度数值，获得一组第一比较电平和第二比较电平；根据多组第一比较电平和第二比较电平获得比较电平队列；
每隔第一预设时间输出更新的比较电平队列，在所述更新的比较电平队列中选择与包络脉冲对应的比较电平，作为对所述包络脉冲进行脉冲整形步骤中的第一比较电平和第二比较电平。
9.根据权利要求1或8所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，所述同步脉冲传输方法还包括：根据预设高低电平比例获得第一比较电平和第二比较电平；所述预设高低电平比例为第一比较电平和第二比较电平对应的包络脉冲幅度的比例。
10.根据权利要求8所述的同步脉冲传输方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述包络脉冲幅度小于预设幅度阈值的持续时间超过第二预设时间时，上报告警信息。
11.一种同步脉冲传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取通信射频信号，从所述通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
对所述第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
对所述调制信号进行包络检波，获得包络脉冲，并对所述包络脉冲进行脉冲整形；
所述对所述包络脉冲进行脉冲整形的步骤包括：
根据第一比较电平判决所述包络脉冲,获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决所述包络脉冲,获得第二判决脉冲，结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号，其中，所述第一比较电平小于所述第二比较电平。
12.一种同步脉冲传输装置，其特征在于，包括：
包络检波模块，用于对调制信号检波获得包络脉冲；所述调制信号经由第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得；
包络脉冲整形模块，用于对包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号；
所述对包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
根据第一比较电平判决所述包络脉冲,获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决所述包络脉冲,获得第二判决脉冲，结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号，其中，所述第一比较电平小于所述第二比较电平。
13.根据权利要求12所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，所述包络脉冲整形模块包括第一比较器、第二比较器和同步脉冲生成模块；
所述第一比较器，用于根据第一比较电平判决所述包络脉冲，获得第一判决脉冲；
所述第二比较器，用于根据第二比较电平判决所述包络脉冲，获得第二判决脉冲；
所述同步脉冲生成模块，用于结合第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号。
14.根据权利要求13所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，所述第一比较器的两个输入端分别输入第一比较电平和包络脉冲信号，所述第二比较器的两个输入端分别输入第二比较电平和包络脉冲信号；所述第一比较器和第二比较器输出端接入到所述同步脉冲生成模块。
15.根据权利要求13所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，两个比较器输出所述第一判决脉冲和第二判决脉冲，通过开漏输出的比较器输出端上拉线与。
16.根据权利要求15所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，所述线与输出端连接脉冲延时电路。
17.根据权利要求15所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，所述线与输出端连接D触发器。
18.根据权利要求13所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，所述包络脉冲整形模块还包括控制模块；所述控制模块用于采集包络脉冲的数据，生成第一比较电平和第二比较电平。
19.根据权利要求18所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，所述控制模块用于：读取包络脉冲幅度并存储于采样队列；确定采样队列中大于预设幅度阈值的包络脉冲幅度的连续区间，对所述连续区间内的包络脉冲幅度取平均值，作为峰值包络并存储至峰值包络队列；对所述峰值包络队列进行多次滑动平均滤波，得到最大值队列；根据所述最大值队列中的每个幅度数值，获得一组第一比较电平和第二比较电平；根据多组第一比较电平和第二比较电平获得比较电平队列；每隔第一预设时间输出更新的比较电平队列。
20.根据权利要求18所述的同步脉冲传输装置，其特征在于，所述控制模块包括单片机，通过单片机内的模数转换模块读取包络脉冲幅度并存储于采样队列；每隔第一预设时间通过单片机内的数模转换模块输出更新的比较电平队列。
21.一种同步脉冲传输装置，其特征在于，包括：
同步脉冲提取模块，用于从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
调制模块，用于对所述第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
所述调制信号被用于包络检波，获得包络脉冲，并对所述包络脉冲进行脉冲整形；
所述对所述包络脉冲进行脉冲整形的步骤包括：
根据第一比较电平判决所述包络脉冲,获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决所述包络脉冲,获得第二判决脉冲，结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号，其中，所述第一比较电平小于所述第二比较电平。
22.一种同步脉冲传输系统，其特征在于，包括：
同步脉冲提取模块，用于从通信射频信号中提取第一同步脉冲信号；
调制模块，用于对所述第一同步脉冲信号进行幅移键控调制获得调制信号；
包络检波模块，用于对所述调制信号检波获得包络脉冲；
包络脉冲整形模块，用于对所述包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号；
所述对所述包络脉冲进行整形获得第二同步脉冲信号的步骤包括：
根据第一比较电平判决所述包络脉冲,获得第一判决脉冲，根据第二比较电平判决所述包络脉冲,获得第二判决脉冲，结合所述第一判决脉冲和第二判决脉冲获得第二同步脉冲信号，其中，所述第一比较电平小于所述第二比较电平。
23.一种天线装置，其特征在于，包括权利要求12所述的同步脉冲传输装置。
24.一种网关装置，其特征在于，包括权利要求21所述的同步脉冲传输装置。
25.一种信号覆盖系统，其特征在于，包括权利要求23所述的天线装置和权利要求24所述的网关装置，所述网关装置和天线装置之间采用射频馈线连接。
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