CN113726429B - 一种降低x射线通信误码率的信号接收方法及其接收装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种降低X射线通信误码率的信号接收方法及其接收装置。所述信号接收方法包括：放大接收的X射线信号得到放大的X射线信号；对所述放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到两路脉冲信号；采样所述两路脉冲信号，得到两路采样信号；对所述两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号；对所述数字信号进行时隙同步时钟信号恢复；进行数据判决得到二进制码元信号；将所述二进制码元信号传输至下位机进行解调与译码。

Description

一种降低X射线通信误码率的信号接收方法及其接收装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种降低X射线通信误码率的信号接收方法及其接收装置。

背景技术

X射线通信是一种以X射线作为载波进行信息传输的通信方式，最早由美国宇航局NASA戈达德空间飞行中心的Keith Gendreau博士于2007年提出，并在NASA的一个600米真空传输管道中初步验证了其可行性。

X射线通信系统基于强度调制/直接检测原理，即将二元数字信号加载于X射线脉冲序列上进行发射，接收端利用X射线探测器接收信号并通过判断单位时隙内有无X射线脉冲来获得加载在射线脉冲序列上的信息。

然而，在X射线通信过程中，接收端接收到的信号强度会随着通信距离增加而快速降低，这会在一定程度上影响信号传输，使得信息失真或丢失。与此同时，X射线通信系统和其他通信系统一样，信道中存在大量本底X射线噪声，这些噪声可能将信号掩盖，导致信号质量降低。

发明内容

本申请实施例提供一种降低X射线通信误码率的信号接收方法，包括：放大接收的X射线信号得到放大的X射线信号；对所述放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到两路脉冲信号；采样所述两路脉冲信号，得到两路采样信号；对所述两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号；对所述数字信号进行时隙同步时钟信号恢复；进行数据判决得到二进制码元信号；将所述二进制码元信号传输至下位机进行解调与译码。

根据一些实施例，所述对所述放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到两路脉冲信号，包括：对所述放大的X射线信号进行X射线脉冲信号阈值判决，去除幅值低于所述X射线脉冲信号阈值的部分信号，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号；对所述放大的X射线信号进行高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值判决，去除幅值低于所述高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值的部分信号，得到只包括本底噪声的第二路脉冲信号；所述两路脉冲信号相位相同。

根据一些实施例，所述采样所述两路采样信号，包括：采样所述两路脉冲信号得到第一路采样信号、第二路采样信号。

根据一些实施例，所述对所述两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号，包括：所述第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为低电平，则判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为无X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为低电平；第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为高电平，则判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为有X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为高电平；修改后的第一路采样信号为所述的数字信号。

根据一些实施例，所述对所述一路数字信号进行时隙同步时钟信号恢复，包括：生成周期相同、相位不同的至少两个门控时钟信号，相邻的所述门控时钟信号的相位差为P；对每个所述门控时钟信号的高电平期间，计数所述一路数字信号的单光子脉冲的数量；确定单光子脉冲的数量最多的一路门控时钟信号作为要恢复的同步时钟信号，单位时间的所述同步时钟信号为时隙同步时钟信号。

根据一些实施例，所述进行数据判决得到二进制码元信号，包括：检测到所述时隙同步时钟信号的上升沿和下降沿，重新统计所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量；比较每个所述时隙同步时钟信号内的单光子脉冲数量和阈值的大小来决定所述时隙同步时钟信号对应的比特信息，其中，所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量大于或等于阈值时，所述比特信息为1；所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量小于所述阈值时，所述比特信息为0。

本申请实施例还提供一种降低X射线通信误码率的信号接收装置，包括信号放大单元、阈值判别单元、采样单元、逻辑处理单元和传输单元，所述信号放大单元用于放大接收的X射线信号得到放大的X射线信号；所述阈值判别单元用于对所述放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到两路脉冲信号；所述采样单元用于采样所述两路脉冲信号，得到两路采样信号；所述逻辑处理单元用于对所述两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号，对所述数字信号进行时隙同步时钟信号恢复，进行数据判决得到二进制码元信号；所述传输单元用于将所述二进制码元信号传输至下位机进行解调与译码。

根据一些实施例，所述阈值判别单元包括第一阈值判别电路和第二阈值判别电路，所述第一阈值判别电路用于对所述放大的X射线信号进行X射线脉冲信号阈值判决，去除幅值低于所述X射线脉冲信号阈值的部分信号，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号；所述第二阈值判别电路用于对所述放大的X射线信号进行高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值判决，去除幅值低于所述高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值的部分信号，得到只包括本底噪声的第二路脉冲信号；所述两路脉冲信号相位相同。

根据一些实施例，所述采样单元包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路用于采样所述两路脉冲信号的其中一路，得到第一路采样信号；所述第二采样电路用于采样所述两路脉冲信号的另一路，得到第二路采样信号。

根据一些实施例，所述逻辑处理单元包括噪声滤除模块、时隙同步时钟信号恢复模块、数据判决模块，所述噪声滤除模块用于当所述第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为低电平时，判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为无X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为低电平，当第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为高电平时，则判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为有X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为高电平，修改后的第一路采样信号为所述的数字信号；所述时隙同步时钟信号恢复模块用于生成周期相同、相位不同的至少两个门控时钟信号，相邻的所述门控时钟信号的相位差为P，对每个所述门控时钟信号的高电平期间，计数所述一路数字信号的单光子脉冲的数量，确定单光子脉冲的数量最多的一路门控时钟信号作为要恢复的同步时钟信号，单位时间的所述同步时钟信号为时隙同步时钟信号；所述数据判决模块用于检测到所述时隙同步时钟信号的上升沿和下降沿，重新统计所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量，比较每个所述时隙同步时钟信号内的单光子脉冲数量和阈值的大小来决定所述时隙同步时钟信号对应的比特信息，其中，所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量大于或等于阈值时，所述比特信息为1；所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量小于所述阈值时，所述比特信息为0。

本申请提供的技术方案，可以滤除噪声，达到减小信号噪声的效果，并且易于实现，能够降低高速X射线通信系统的误码率，为X射线通信实现高速高保真通信。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，这些附图仅仅展示了本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方案。

图1提供本申请实施例的一种降低X射线通信误码率的信号接收方法流程示意图。

图2提供本申请实施例的一种时隙同步时钟信号恢复过程示意图。

图3提供本申请实施例的一种数据判决过程示意图。

图4提供本申请实施例的一种降低X射线通信误码率的信号接收装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1提供本申请实施例的一种降低X射线通信误码率的信号接收方法流程示意图。

在S110中，放大接收的X射线信号得到放大的X射线信号。

接收探头得到的X射线信号，经过同轴射频连接线传输至信号放大单元，信号放大单元对探头输出的微弱信号进行放大处理，得到放大的X射线信号。

在S120中，对放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到两路脉冲信号。

放大的X射线信号进入两路阈值判别电路，分别对放大的X射线信号进行X射线脉冲信号阈值判决。

第一路阈值判别电路对放大的X射线信号进行X射线脉冲信号阈值判决，去除幅值低于X射线脉冲信号阈值的部分信号，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号a1。

第二路阈值判别电路对放大的X射线信号进行高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值判决，去除幅值低于高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值的部分信号，得到只包括本底噪声的第二路脉冲信号a2。

两路脉冲信号a1和a2相位相同。

在S130中，采样两路脉冲信号a1和a2，得到两路采样信号B1和B2。

采样两路脉冲信号得到第一路采样信号B1、第二路采样信号B2。

在S140中，对两路采样信号B1和B2进行噪声滤除，得到一路数字信号。

第二路采样信号B2为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号B1为低电平，则判定第二路采样信号在高电平所持续的时间内为无X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为低电平。

第二路采样信号B2为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号B1为高电平，则判定第二路采样信号在高电平所持续的时间内为有X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为高电平。

修改后的第一路采样信号B1为数字信号。

在S150中，对数字信号进行时隙同步时钟信号恢复。

生成周期相同、相位不同的至少两个门控时钟信号，相邻的门控时钟信号的相位差为P。对每个门控时钟信号的高电平期间，计数一路数字信号B1的单光子脉冲的数量。确定单光子脉冲的数量最多的一路门控时钟信号作为要恢复的同步时钟信号，单位时间的同步时钟信号为时隙同步时钟信号。

具体如图2所示，发射端信号使用门控周期方波信号作为调制信号，图2中所示的发射端信号时钟也就是门控周期方波信号。

为了在接收端恢复时隙同步时钟信号，接收端首先生成几个周期相同、相位不同的门控时钟信号，如图2的门控时钟信号1、门控时钟信号2、门控时钟信号3、门控时钟信号4、门控时钟信号5，并不以此为限。相邻门控时钟信号间的相位差为P。

之后，在这些门控时钟信号的高电平期间控制计数器对接收端输出的数字信号B1的单光子脉冲进行计数，计数值用高电平部分宽度来表示，与高电平部分宽度成正比，如图2中门控时钟信号高电平的阴影部分所示，则多周期的计数值相加，与高电平阴影部分的宽度和正比。这样，门控时钟信号1的计数值与高电平阴影部分的宽度和t1成正比，门控时钟信号2的计数值与高电平阴影部分的宽度和t2成正比，门控时钟信号3的计数值与高电平阴影部分的宽度和t3成正比，门控时钟信号4的计数值与高电平阴影部分的宽度和t4成正比，门控时钟信号5的计数值与高电平阴影部分的宽度和t5成正比。

尽管由于X射线通量和探测效率的波动，几个周期内的几路门控时钟信号对应的光子计数值区别可能不明显，但是光子计数的最大计数值肯定来自与时隙时钟相位差最小的门控时钟信号。因此，接收端选取计数值最大的最多单光子脉冲数量对应的那一路门控周期方波信号作为要恢复的时隙同步时钟信号。

根据一些实施例，如图2所示，选择计数值最大的门控时钟信号5作为要恢复的时隙同步时钟信号。

在S160中，进行数据判决得到二进制码元信号。

检测到时隙同步时钟信号的上升沿和下降沿，重新统计时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量。比较时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量和阈值的大小来决定时隙同步时钟信号对应的比特信息。

其中，时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量大于或等于阈值时，比特信息为1。时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量小于阈值时，比特信息为0。

如图3所示，当检测到时隙同步时钟信号的上升沿和下降沿到来时，重新统计该时钟信号比特间隔内的单光子脉冲数量。所以就是时隙同步时钟信号高电平期间的单光子脉冲数量和低电平期间的单光子脉冲数量分别计数。最后，通过比较每个时隙同步时钟信号内的单光子脉冲数量和所设阈值的相对大小来决定该时隙对应的比特信息。

当时隙内的单光子脉冲数量大于或等于所设阈值时，阈值判决模块延迟一个时隙同步时钟间隔后输出高电平“1”，表明该时隙代表比特信息“1”。当时隙内的单光子脉冲数量小于阈值时，阈值判决模块延迟一个时隙同步时钟间隔后输出低电平“0”，表明该时隙代表比特信息“0”。

根据一些实施例，如图3所示，发射波形如图3所示。时隙同步时钟信号的高电平和低电平期间，分别对数字信号B1的单光子脉冲数量进行计数，所设阈值为2(并不以此为限)，通过比较每个时隙同步时钟信号内的单光子脉冲数量和所设阈值的相对大小来决定该时隙对应的比特信息。根据比特信息得到处理后的信号波形如图3所示，与发射波形相一致。

在S170中，将二进制码元信号传输至下位机进行解调与译码。

图4提供本申请实施例的一种降低X射线通信误码率的信号接收装置示意图，包括信号放大单元10、阈值判别单元20、采样单元30、逻辑处理单元40和传输单元50。

信号放大单元10放大接收的X射线信号得到放大的X射线信号。阈值判别单元20对放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到两路脉冲信号。采样单元30采样两路脉冲信号，得到两路采样信号。逻辑处理单元40对两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号，对数字信号进行时隙同步时钟信号恢复，进行数据判决得到二进制码元信号。传输单元50将二进制码元信号传输至下位机进行解调与译码。

根据一些实施例，采样单元30包括但不限于ADC单元(模数转换单元)。逻辑处理单元40包括但不限于FPGA单元。

根据一些实施例，阈值判别单元20包括第一阈值判别电路和第二阈值判别电路。

第一阈值判别电路对放大的X射线信号进行X射线脉冲信号阈值判决，去除幅值低于X射线脉冲信号阈值的部分信号，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号。

第二阈值判别电路对放大的X射线信号进行高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值判决，去除幅值低于高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值的部分信号，得到只包括本底噪声的第二路脉冲信号。

两路脉冲信号相位相同。

根据一些实施例，采样单元30包括第一采样电路和第二采样电路。

第一采样电路采样两路脉冲信号的其中一路，得到第一路采样信号。第二采样电路采样两路脉冲信号的另一路，得到第二路采样信号。

根据一些实施例，逻辑处理单元包括噪声滤除模块、时隙同步时钟信号恢复模块和数据判决模块。

噪声滤除模块，用于当第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为低电平时，判定第二路采样信号在高电平所持续的时间内为无X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为低电平。用于当第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为高电平时，判定第二路采样信号在高电平所持续的时间内为有X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为高电平，修改后的第一路采样信号为的数字信号。

时隙同步时钟信号恢复模块，用于生成周期相同、相位不同的至少两个门控时钟信号，相邻的门控时钟信号的相位差为P，对每个门控时钟信号的高电平期间，计数一路数字信号的单光子脉冲的数量，确定单光子脉冲的数量最多的一路门控时钟信号作为要恢复的同步时钟信号，单位时间的同步时钟信号为时隙同步时钟信号。

数据判决模块，用于检测到时隙同步时钟信号的上升沿和下降沿，重新统计时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量，比较每个时隙同步时钟信号内的单光子脉冲数量和阈值的大小来决定时隙同步时钟信号对应的比特信息。其中，时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量大于或等于阈值时，比特信息为1。时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量小于所述阈值时，比特信息为0。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本申请的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (6)

1.一种降低X射线通信误码率的信号接收方法，包括：

放大接收的X射线信号得到放大的X射线信号；

对所述放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号和只包括本底噪声的第二路脉冲信号；

采样所述第一路脉冲信号和所述第二路脉冲信号，得到两路采样信号；

对所述两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号；

对所述数字信号进行时隙同步时钟信号恢复；

进行数据判决得到二进制码元信号；

将所述二进制码元信号传输至下位机进行解调与译码；其中

所述对所述两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号，包括：

所述第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为低电平，则判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为无X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为低电平；

第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为高电平，则判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为有X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为高电平；

修改后的第一路采样信号为所述的数字信号；

所述对所述一路数字信号进行时隙同步时钟信号恢复，包括：

生成周期相同、相位不同的至少两个门控时钟信号，相邻的所述门控时钟信号的相位差为P；

对每个所述门控时钟信号的高电平期间，计数所述一路数字信号的单光子脉冲的数量；

确定单光子脉冲的数量最多的一路门控时钟信号作为要恢复的同步时钟信号，单位时间的所述同步时钟信号为时隙同步时钟信号；

所述进行数据判决得到二进制码元信号，包括：

检测到所述时隙同步时钟信号的上升沿和下降沿，重新统计所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量；

比较每个所述时隙同步时钟信号内的单光子脉冲数量和阈值的大小来决定所述时隙同步时钟信号对应的比特信息，其中，所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量大于或等于阈值时，所述比特信息为1；所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量小于所述阈值时，所述比特信息为0。

2.如权利要求1所述的接收方法，其中，所述对所述放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号和只包括本底噪声的第二路脉冲信号，包括：

对所述放大的X射线信号进行X射线脉冲信号阈值判决，去除幅值低于所述X射线脉冲信号阈值的部分信号，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号；

对所述放大的X射线信号进行高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值判决，去除幅值低于所述高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值的部分信号，得到只包括本底噪声的第二路脉冲信号；

所述第一路脉冲信号和第二路脉冲信号相位相同。

3.如权利要求1所述的接收方法，其中，所述采样所述第一路脉冲信号和所述第二路脉冲信号，得到两路采样信号，包括：

采样所述第一路脉冲信号和所述第二路脉冲信号得到第一路采样信号、第二路采样信号。

4.一种降低X射线通信误码率的信号接收装置，包括：

信号放大单元，放大接收的X射线信号得到放大的X射线信号；

阈值判别单元，对所述放大的X射线信号进行脉冲鉴别提取，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号和只包括本底噪声的第二路脉冲信号；

采样单元，采样所述第一路脉冲信号和所述第二路脉冲信号，得到两路采样信号；

逻辑处理单元，对所述两路采样信号进行噪声滤除，得到一路数字信号，对所述数字信号进行时隙同步时钟信号恢复，进行数据判决得到二进制码元信号；

传输单元，将所述二进制码元信号传输至下位机进行解调与译码；

其中，所述逻辑处理单元包括：

噪声滤除模块，当所述第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为低电平时，则判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为无X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为低电平，当第二路采样信号为高电平且同一时刻前两个采样点的第一路采样信号为高电平时，则判定所述第二路采样信号在高电平所持续的时间内为有X射线载波信号，将第一路采样信号在所持续时间内的信号维持为高电平，修改后的第一路采样信号为所述的数字信号；

时隙同步时钟信号恢复模块，生成周期相同、相位不同的至少两个门控时钟信号，相邻的所述门控时钟信号的相位差为P，对每个所述门控时钟信号的高电平期间，计数所述一路数字信号的单光子脉冲的数量，确定单光子脉冲的数量最多的一路门控时钟信号作为要恢复的同步时钟信号，单位时间的所述同步时钟信号为时隙同步时钟信号；

数据判决模块，检测到所述时隙同步时钟信号的上升沿和下降沿，重新统计所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量，比较每个所述时隙同步时钟信号内的单光子脉冲数量和阈值的大小来决定所述时隙同步时钟信号对应的比特信息，其中，所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量大于或等于阈值时，所述比特信息为1；所述时隙同步时钟信号的单光子脉冲数量小于所述阈值时，所述比特信息为0。

5.如权利要求4所述的接收装置，其中，所述阈值判别单元包括：

第一阈值判别电路，对所述放大的X射线信号进行X射线脉冲信号阈值判决，去除幅值低于所述X射线脉冲信号阈值的部分信号，得到包括X射线载波与本底噪声的第一路脉冲信号；

第二阈值判别电路，对所述放大的X射线信号进行高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值判决，去除幅值低于所述高于X射线脉冲信号幅度的本底噪声阈值的部分信号，得到只包括本底噪声的第二路脉冲信号；

所述第一路脉冲信号和第二路脉冲信号相位相同。

6.如权利要求4所述的接收装置，其中，所述采样单元包括：

第一采样电路，采样所述第一路脉冲信号，得到第一路采样信号；

第二采样电路，采样所述第二路脉冲信号，得到第二路采样信号。

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