CN114422062B - 一种基于fpga的星间激光通信系统的通信同步方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法、装置，先对原始基带信号进行过采样，剔除毛刺，获得毛刺滤波之后的原始基带信号，之后原始基带信号进行过采样，对每个码元采样20次，搜索特定的码元组，获得校准的采样相位。对校准采样相位的原始基带信号继续过采样，并完成码元判决，得到码元数据。之后根据确定好的帧同步头在所有的码元数据中搜索帧同步头，以帧同步头为起点，完成一帧数据的读取，获得位同步且帧同步的基带信号。其中，对基带信号过采样时，设置乒乓进程，根据第二进程的实际情况决定调用哪个进程，防止因接收端和发送端的微小频率差异随着时间推移被放大导致采样错误的问题，提高采样的效率和正确率。

Description

一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法、装置

技术领域

本发明涉及星间通信技术领域，具体涉及一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法、装置。

背景技术

星间激光通信舱的任务目标是在轨实现的两颗星间激光通信卫星可进行异轨互通。激光通信相对于光纤通信，在原理上近似，但由于光纤通信损耗低，灵敏度要求低，而星间激光通信，虽然与光纤通信同样适用激光作为传输介质，但由于星间激光不受光纤的约束，在真空中经过长距离传输后，到达目标卫星后，其光束已经扩散为一个光斑而非一个光点，经过汇聚后得到的光信号能量很低，传统光纤通信使用的光电转换模块由于灵敏度过低，不能满足星间激光通信对于光电转换模块的要求。

星间激光通信的光电转换模块使用雪崩二极管(APD)作为光信号的探测器。APD输出的原始信号经过滤波，放大等信号调理模块后输入比较器进行码元判决，生成恢复后的基带信号。但是这个过程会产生时钟相位误差，针对恢复出的基带信号，传统光纤通信同步方法的处理方式是，先进行位同步，即对基带信号进行时钟恢复，再利用恢复的时钟对基带信号进行采样，得到原始码元。在位同步之后会进行帧同步，在恢复出的码元数据中，寻找特定的帧同步头，从而得到完整的一帧数据。

然而激光通信不同于传统光纤通信系统，其使用高灵敏度APD作为光电传感器，其特性是经常出现输入比较器信号在比较器的判决门限附近反复波动，导致比较器输出的基带信号会产生很多“毛刺”，而基带信号是包含无限频率成分的，不能使用滤波器对其毛刺进行滤波，而如果使用传统时钟恢复电路恢复出的同步时钟，直接采样带有毛刺的基带信号，将会导致恢复出错误数据。

另外，星间激光通信使用特定帧同步头，会出现连续的码元1或者0。传统光纤通信为了避免连续常0或常1导致时钟恢复错误，通常做法是使用特定加扰算法将原始码元进行加扰，新生成的扰码不会出现连续常0或常1的情况。但是对于不参与加扰且通信速率是可变的通信同步头，使用传统时钟恢复电路会造成在通信同步头处出现大范围频率下降，例如正常恢复出的时钟为12.8MHz，而在通信同步头出恢复出时钟为1.28MHz，从而影响信号采样。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法、装置，能够将位同步和帧同步合并为一路进程，消除时钟相位的累积误差，以更高效费比的方式实现星间激光通信系统的通信同步。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法，采用现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片实现星间激光通信系统的通信同步包括位同步和帧同步，

在FPGA中设置乒乓进程对每一帧基带信号都进行位同步和帧同步：首先启动第一进程对第n帧基带信号进行位同步和帧同步，并读取第n帧数据；在距离第n帧末尾固定长度字节处启动第二进程，对第n+1帧基带信号进行位同步和帧同步，如果在固定时间内，第二进程搜索到第n+1帧的帧同步头，则使用第二进程的位同步和帧同步结果进行第n+1帧基带信号的读取，同时结束第一进程，反之继续使用第一进程的位同步和帧同步结果对基带信号读取，结束第二进程；所述固定时间为读取所述固定长度字节和帧同步头的总时间；

所述位同步为：对接收端恢复的原始基带信号进行第一次过采样并进行毛刺滤波，在毛刺滤波后的过采样结果中识别特定码元组，获得校准的采样相位，从而完成位同步；其中，所述特定码元组包括两端的两个码元和中间码元组；所述中间码元组包括多个中间码元；在所述识别过程中，对于相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点不判别电平值；

所述帧同步为：根据所述校准的采样相位对原始基带信号进行第二次过采样，基于过采样结果完成码元判决，得到码元数据；根据所述码元数据搜索帧同步头并进行帧数据读取，获得位同步且帧同步的基带信号。

进一步地，所述毛刺滤波为：当采样值出现连续3个高电平或连续3个低电平后，滤波器输出对应的高电平或低电平，从而消除原始基带信号中频率宽度小于三个采样周期的毛刺信号。

进一步地，所述中间码元组包括中间码元的数量大于或者等于2；

所述两端的两个码元和所述中间码元的采样点的数量为20个。

进一步地，所述对原始基带信号进行第二次过采样为：采用过采样方法，将采样频率设置为基带信号的频率的20倍。

进一步地，所述帧同步头包含多个电平值相等且连续的码元，其中电平值相等且连续的多个码元的数量大于或者等于5。

进一步地，所述固定长度字节的长度为帧字节长度即一帧基带信号包括的码元数量的10％。

进一步地，所述相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点的数量等于中间码元的采样点总数的20％。

一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步装置，采用FPGA芯片进行星间激光通信系统的通信同步系统程序设置，所述通信同步包括位同步和帧同步，所述通信同步装置包括并行模块、调用模块、位同步模块、帧同步模块和毛刺滤波模块；

所述并行模块用于设置乒乓进程对每一帧基带信号都进行位同步和帧同步：首先启动第一进程对第n帧基带信号进行位同步和帧同步，并读取第n帧数据；在距离第n帧末尾固定长度字节处启动第二进程，对第n+1帧基带信号进行位同步和帧同步，如果在固定时间内，第二进程搜索到第n+1帧的帧同步头，所述并行模块发送帧同步头获取完成信号给所述调用模块，如果在所述固定时间内没有搜索到第n+1帧的帧同步头，所述并行模块发送帧同步头获取失败信号给所述调用模块；所述固定时间为读取所述固定长度字节和帧同步头的总时间；

所述调用模块用于调用所述并行模块中的第一进程或者第二进程：如果所述调用模块接收到所述获取失败信号，则调用第一进程，利用第一进程的位同步和帧同步结果对基带信号读取，结束第二进程；如果所述调用模块接收到所述获取完成信号，则调用第二进程，利用第二进程的位同步和帧同步结果，结束第一进程；

所述毛刺滤波模块用于对第一次过采样之后的原始基带信号进行毛刺滤波，并将毛刺滤波后的原始基带信号信息发送给所述位同步模块；

所述位同步模块用于实现位同步：在毛刺滤波后的过采样结果中识别特定码元组，获得校准的采样相位，从而完成位同步；其中，所述特定码元组包括两端的两个码元和中间码元组；所述中间码元组包括多个中间码元；在所述识别过程中，对于相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点不判别电平值；

所述帧同步模块用于实现帧同步：根据所述校准的采样相位对原始基带信号进行第二次过采样，基于过采样结果完成码元判决，得到码元数据；根据所述码元数据搜索帧同步头并进行帧数据读取，获得位同步且帧同步的基带信号。

进一步地，在所述毛刺滤波模块中，所述毛刺滤波为：当采样值出现连续3个高电平或连续3个低电平后，滤波器输出对应的高电平或低电平，从而消除原始基带信号中频率宽度小于三个采样周期的毛刺信号。

进一步地，在所述并行模块中，所述固定长度字节的长度为帧字节长度即一帧基带信号包括的码元数量的10％；

在所述位同步模块中，所述中间码元组包括中间码元的数量大于或者等于2；所述两端的两个码元和所述中间码元的采样点的数量为20个；所述相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点的数量等于中间码元的采样点总数的20％；

在所述帧同步模块中对原始基带信号进行第二次过采样为：采用过采样方法，将采样频率设置为基带信号的频率的20倍；所述帧同步头包含多个电平值相等且连续的码元，其中电平值相等且连续的多个码元的数量大于或者等于5。

有益效果：

(1)一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法，首先利用过采样方法，对基带信号进行过采样实现位同步，且中间码元位于交界部分的采样点不判别电平值，有效解决了由比较器的输出特性和FPGA的采样亚稳态问题引起的边沿相位不稳定的问题，可以高效获得校准的采样相位，完成位同步。之后继续使用过采样方法，对完成毛刺滤波且位同步的原始基带信号进行过采样，通过对同一个码元进行多次采样，可以降低单个码元采样出错的概率。在对基带信号进行过采样的过程中，设置乒乓进程对每一帧基带信号都进行位同步和帧同步，并根据第二进程的实际情况决定是否继续第二进程或者第一进程，可以防止因接收端和发送端的微小频率差异随着时间推移被放大导致采样错误的问题，可以提高采样的效率和正确率。

(2)先采用过采样方法，对接收端恢复出的原始基带信号进行毛刺滤波处理获得基带信号，可以避免在采样过程中因为毛刺问题，导致的恢复数据出错的问题，通过毛刺滤波处理，为后续的位同步提供了基础，使得后续过程更为顺利、高效。

(3)每个码元的采样点数量为20个，可以很好的满足信号特性，还能解决偶发毛刺影响码元判决的问题。

(4)在距离第n帧末尾剩余码元数量总数的10％没有完成第n帧数据读取时候，开启乒乓进程中的第二进程，可以避免时间累积造成采样相位偏差的问题，在保证采样准确的同时，提高了采样效率，同时节省了硬件成本。过早开始第二进程则相当于每次都重新进行位同步和帧同步，效率低下；过晚开始可能来不及完成位同步就错过第n+1帧同步头，导致第n+1帧永远会使用第一进程的位同步和帧同步结果读取基带信号，容易产生累积误差。

附图说明

图1为本发明的一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法的实施例中位同步采样的数据格式图。

图2为本发明的一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法的实施例中乒乓进程工作示意图。

图3为本发明的一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步装置模块原理图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法、装置，先对原始基带信号进行过采样，对每个码元采样20次，剔除毛刺，获得毛刺滤波之后的原始基带信号，之后搜索特定的码元组，获得校准的采样相位。之后为防止采样偏差和偶发毛刺的影响，对校准采样相位的基带信号继续过采样，并完成码元判决，得到码元数据。之后根据确定好的帧同步头在所有的码元数据中搜索帧同步头，以帧同步头为起点，完成一帧数据的读取，获得位同步且帧同步的基带信号。其中，对基带信号过采样时，设置乒乓进程，第n帧基带信号位同步和帧同步完成并正常读取第n帧数据时，在距离第n帧末尾固定长度字节处，启动第二进程对第n+1帧基带信号进行位同步和帧同步，避免因为时间累积造成的采样相位的偏差，保证信号采样和同步方法的准确性。

下面先给出本发明实施例中的一些说明。

FPGA：现场可编程逻辑门阵列。

基带信号：信源即信息源也可以称为发送端发出的没有经过调制的原始电信号，其中调制指的是频谱搬移和变换。在本发明的星间激光通信系统中，发送端发出原始电信号，接收端通过光电转换恢复出原始基带信号，接收端的原始基带信号相对于发送端的原始电信号一般会带有毛刺，电平宽度失真等干扰，因此需要对接收端的原始基带信号进行同步处理。

位同步：指数字传输中，在信息码流中提取采样时钟信号，并借助于采样时钟信号来识别信息码元的定时提取过程。本发明在原始基带信号中提取时钟信号。

帧：帧表示以串行流的形式在通信信道上发送的数据的结构。在串行通讯中，数据以流的形式从源端发送到目的端。数据流被分成若干个帧，即基带信号包括若干帧，在同步通信中，帧是由帧同步头、帧数据区和帧尾组成的。

帧同步：在通信系统中，在发送端必须提供每帧的起始标记，在接收端检测并获取这一标志的过程称为帧同步。

采样相位：通过采样获取单个码元，采样的起始位置称为采样相位。

乒乓进程：交替进行的两个独立进程，每个进程具有相同的功能。

码元：在数字通信中使用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为码元或二进制码元。

一个码元包括几个采样点，就是对这个码元采样几次。

码元电平：二进制码元对应的电平值，0对应低电平，1对应高电平。每个采样点对应一个电平值。

码元判决：采样点个数多的电平值为码元电平即二进制码元的电平值。

码元数据：二进制码元对应的二进制数字0和1即一个码元的电平值对应的数。

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法，采用FPGA现场可编程逻辑门阵列芯片实现星间激光通信系统的通信同步包括位同步和帧同步，通信同步方法包括：

对接收端恢复出的原始基带信号进行第一次过采样并进行毛刺滤波处理，获得毛刺滤波后的基带信号；根据特定码元组对基带信号进行搜索并过采样，完成位同步并获得校准的采样相位。

特定码元组包括两端的两个码元和中间码元组；中间码元组包括多个中间码元；对于每个中间码元位于交界部分的采样点不判别电平值，位于交界部分的采样点的数量为中间码元的采样点总数的20％。如图1所示，前一个码元的20采样点的20％为4个，后一个码元的20采样点的20％为4个，因此交界部分的设定长度的采样点的数量为8个。

其中，中间码元组包括中间码元的数量大于或者等于2；两端的两个码元和所述中间码元的采样点的数量为20个。

在进行位同步之前，先进行毛刺滤波处理，利用过采样原理，针对原始基带信号进行20倍过采样。原始基带信号数据速率为12.8Mbps，本发明使用256MHz采样速率进行采样，每个码元宽度采样20次，当采样值出现连续3个高电平或连续三个低电平后，滤波器将会对应输出高电平或低电平，这样就可以消除宽度小于三个采样周期的毛刺信号，为下一步的位同步做好基础。

如图1所示，为本发明的位同步采样的数据格式。

在一具体实施例中，针对过采样滤波后的位流即基带信号，选取特定码元“0101”进行识别。由于比较器的输出特性以及FPGA的采样亚稳态问题，边沿经常会出现相位不稳定的情况，即实际采样的一个码元信号，大于或者小于20个采样点。而经过实际测量，连续的一高一低信号的宽度之和，基本稳定在40个采样点。所以为了满足上述信号特性，数据采样搜索格式如下：

采样点1～20固定为低电平，采样点61～80固定为高电平，保证连续一高一低电平信号的采样相位正确

采样点21～36固定为高电平，采样点45～60固定为低电平，采样点37～44不判别其高低电平，即图1中的虚线部分。以适应接收的基带信号眼图边沿较粗的问题，保证单个码元信号采样的准确性。

经过激光通信测试，使用上述位同步方法，可保证后续一段时间内，基于接收端本地时钟得到的采样相位，和传统位同步使用时钟恢复电路生成的采样点的相位一致且正确。

根据校准的采样相位对原始基带信号进行第二次过采样并完成码元判决，得到码元数据；其中，对原始基带信号进行过采样为：采用过采样方法，将采样频率设置为基带信号的频率的20倍。这里并不严格限制为20倍，只是倍数越高，那滤除毛刺的能力越强，但由于FPGA频率有上限，各款FPGA芯片上限有差异，此处的20，是综合了芯片上限频率，信号频率，毛刺宽度的实验结果。

码元判决为：对于同一个码元的多个采样点的电平值，选取数量多的电平值作为当前码元的电平值即码元数据。

在位同步完成后，采样相位已经校准，此时利用本地时钟即接收端生成的采样相位，对未经毛刺滤波的原始基带信号进行20倍过采样，在每个码元得到的20个采样值中，选取大于10点电平值作为当前码元的采样电平值，从而解决偶发毛刺影响判决的问题。

不同于用于毛刺滤波的第一次过采样，第二次过采样是在已经校准采样相位的前提下，通过多次采样，以减小采样错误发生的概率。而用于毛刺滤波的第一次过采样的目的是，在不知道采样相位的前提下，单纯使用过采样对于信号中的毛刺予以滤除，以方便后续进行的位同步操作。

由于接收端本地时钟与发送端时钟来源于不同的时钟源，一般是晶振芯片，而即便是同一厂家生产的同一批晶振芯片，其频率也存在微小差异，例如同样使用100MHz±50ppm晶振，发送端实际使用晶振频率可能为100MHz-50ppm，而接收端可能为100MHz+50ppm。

前面所述一段时间，其时间长短随着发送与接收端的时钟精度差异而不同。在本方法所应用的环境中，双方使用精度为50ppm级别的晶振，单个通信帧符号位长度为640字节，经测试得到，完成一次同步后，如果后续采样一直采用本次同步得到的采样相位，再经过连续136帧后，采样相位偏差达到1bit宽度的一半，出现采样错误。即如果在一次同步后，如果不进行外部复位和触发，那么将会一直保持当前采样相位，经过一段时间后，一定会出现采样相位的偏差，导致采样值错误。上述测试表明，在本发明中，如果每1-2帧进行一次位同步，是可以正确进行采样的。

为了解决这问题，可以利用FPGA的并行特性，逐帧对原始基带信号进行位同步和帧同步，以减小采样相位偏差带来的累计误差影响。将即位同步和帧同步视为一个进程。如图2所示，利用FPGA并行处理特性，设置两路完全相同的进程，由于光路上传输的帧长度是已知且相等的，在进程1末尾40字节处启动进程2，对原始基带信号重新进行位同步和帧同步，保证采样相位始终保持正确。

在对位同步且帧同步的基带信号进行过采样的过程中，设置乒乓进程对每一帧基带信号都进行位同步和帧同步：首先启动第一进程对第n帧基带信号进行位同步和帧同步，并读取第n帧数据时，在距离第n帧末尾固定长度字节处，启动第二进程对第n+1帧基带信号进行位同步和帧同步。其中，固定长度字节的长度为帧字节长度即一帧基带信号包括的码元数量的10％。过早开始第二进程则相当于每次都重新进行位同步和帧同步，效率低下；过晚开始第二进程可能来不及完成位同步就错过第n+1帧同步头，导致第n+1帧永远会使用第一进程的位同步和帧同步结果读取基带信号，容易产生累积误差。第二进程开始的位置从图2中也可以看出与第一进程是有重叠的。

如果在如果在固定时间内，，第二进程搜索到第n+1帧的帧同步头后，则使用第二进程的位同步和帧同步结果进行第n+1帧基带信号的读取，同时结束第一进程，反之继续使用第一进程的位同步和帧同步结果对基带信号读取，结束第二进程；其中，固定时间为读取固定长度字节和帧同步头的总时间。

需要注意的是，针对过采样滤波后的位流即校准采样相位的原始基带信号，选取特定码元“0101”进行识别。此种方法存在一定的几率会出现在一帧末尾40字节无法找到特定码元。如果出现此种情况，则继续使用第一进程。

根据码元数据的电平值确定帧同步头，在所有的码元数据中搜索帧同步头，以帧同步头为起点，完成一帧数据的读取，获得位同步且帧同步的基带信号。

其中，帧同步头包含多个电平值相等且连续的码元，其中电平值相等且连续的多个码元的数量大于或者等于5。

本发明提供了一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法，由于激光发射端将基带信号通过开关调制加载到光路信道上，由于用于星间通信的大功率激光器的输出特性，原始基带信号从0至1发生跳变或从1至0发生跳变后，激光输出由暗至亮具有一定的过渡时间，不同厂家的激光器，其过渡时间会有所差异，导致信号边沿变化超前或滞后。利用本方法，基于过采样方法进行位同步，无论激光发射端的过渡时间长短，信号边沿变化超前或滞后，均可以实现位同步，在实际应用中，对于不同厂家的激光器发出的不同特性的光具有较高的兼容性。卫星的硬件电路在设计中，针对本发明中的通过比较器生成的基带信号毛刺较多的问题，除了本方法以外，亦可以使用FPGA芯片实现高级数字滤波及动态门限判决方法实现信号高低电平判决，此时后级就可以使用传统同步电路进行同步通信。但此种方法必须选用高精度AD芯片，且需配合抗单粒子的FPGA芯片或使用三模冗余设计FPGA程序，相应会导致硬件成本大幅增加或FPGA资源开销大幅增加。本方法在不增加硬件成本，不增加FPGA资源开销的前提下，仅依靠模拟信号调理电路及FPGA芯片就实现了适用于星间激光通信的位同步和帧同步电路，节约了硬件成本和资源开销。

本发明还提供了一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步装置，如图3所示。装置采用FPGA芯片进行星间激光通信系统的通信同步系统程序设置，所述通信同步包括位同步和帧同步，通信同步装置包括并行模块、调用模块、位同步模块、帧同步模块和毛刺滤波模块。

并行模块用于设置乒乓进程对每一帧基带信号都进行位同步和帧同步：首先启动第一进程对第n帧基带信号进行位同步和帧同步，并读取第n帧数据；在距离第n帧末尾固定长度字节处启动第二进程，对第n+1帧基带信号进行位同步和帧同步，如果在固定时间内，第二进程搜索到第n+1帧的帧同步头后，并行模块发送帧同步头获取完成信号给调用模块，如果在固定时间内，第二进程没有搜索到第n+1帧的帧同步头，并行模块发送帧同步头获取失败信号给调用模块。

调用模块用于调用并行模块中的第一进程或者第二进程：如果调用模块接收到获取失败信号，则调用第一进程，利用第一进程的位同步和帧同步结果对基带信号读取，结束第二进程；如果调用模块接收到获取完成信号，则调用第二进程，利用第二进程的位同步和帧同步结果，结束第一进程。

毛刺滤波模块用于对第一次过采样之后的原始基带信号进行毛刺滤波，并将毛刺滤波后的原始基带信号信息发送给位同步模块。

位同步模块用于实现位同步：在毛刺滤波后的过采样结果中识别特定码元组，获得校准的采样相位，从而完成位同步；其中，特定码元组包括两端的两个码元和中间码元组；中间码元组包括多个中间码元；在识别过程中，对于相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点不判别电平值。

帧同步模块用于实现帧同步：根据校准的采样相位对原始基带信号进行第二次过采样，基于过采样结果完成码元判决，得到码元数据；根据码元数据搜索帧同步头并进行帧数据读取，获得位同步且帧同步的基带信号。

在毛刺滤波模块中的毛刺滤波为：当采样值出现连续3个高电平或连续3个低电平后，滤波器输出对应的高电平或低电平，从而消除原始基带信号中频率宽度小于三个采样周期的毛刺信号。

在并行模块中的固定长度字节的长度为帧字节长度即一帧基带信号包括的码元数量的10％。

在位同步模块中，中间码元组包括中间码元的数量大于或者等于2；两端的两个码元和中间码元的采样点的数量为20个；相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点的数量等于中间码元的采样点总数的20％。

在帧同步模块中对原始基带信号进行第二次过采样为：采用过采样方法，将采样频率设置为基带信号的频率的20倍；帧同步头包含多个电平值相等且连续的码元，其中电平值相等且连续的多个码元的数量大于或者等于5。

以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步方法，采用现场可编程逻辑门阵列FPGA芯片实现星间激光通信系统的通信同步包括位同步和帧同步，其特征在于，

在FPGA中设置乒乓进程对每一帧基带信号都进行位同步和帧同步：首先启动第一进程对第n帧基带信号进行位同步和帧同步，并读取第n帧数据；在距离第n帧末尾固定长度字节处启动第二进程，对第n+1帧基带信号进行位同步和帧同步，如果在固定时间内，第二进程搜索到第n+1帧的帧同步头，则使用第二进程的位同步和帧同步结果进行第n+1帧基带信号的读取，同时结束第一进程，反之继续使用第一进程的位同步和帧同步结果对基带信号读取，结束第二进程；所述固定时间为读取所述固定长度字节和帧同步头的总时间；

所述位同步为：对接收端恢复的原始基带信号进行第一次过采样并进行毛刺滤波，在毛刺滤波后的过采样结果中识别特定码元组，获得校准的采样相位，从而完成位同步；其中，所述特定码元组包括两端的两个码元和中间码元组；所述中间码元组包括多个中间码元；在所述识别过程中，对于相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点不判别电平值；

所述帧同步为：根据所述校准的采样相位对原始基带信号进行第二次过采样，基于过采样结果完成码元判决，得到码元数据；根据所述码元数据搜索帧同步头并进行帧数据读取，获得位同步且帧同步的基带信号。

2.如权利要求1所述的通信同步方法，其特征在于，所述毛刺滤波为：当采样值出现连续3个高电平或连续3个低电平后，滤波器输出对应的高电平或低电平，从而消除原始基带信号中频率宽度小于三个采样周期的毛刺信号。

3.如权利要求2所述的通信同步方法，其特征在于，所述中间码元组包括中间码元的数量大于或者等于2；

所述两端的两个码元和所述中间码元的采样点的数量为20个。

4.如权利要求1所述的通信同步方法，其特征在于，所述对原始基带信号进行第二次过采样为：采用过采样方法，将采样频率设置为基带信号的频率的20倍。

5.如权利要求1所述的通信同步方法，其特征在于，所述帧同步头包含多个电平值相等且连续的码元，其中电平值相等且连续的多个码元的数量大于或者等于5。

6.如权利要求1所述的通信同步方法，其特征在于，所述固定长度字节的长度为帧字节长度即一帧基带信号包括的码元数量的10％。

7.如权利要求1所述的通信同步方法，其特征在于，所述相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点的数量等于中间码元的采样点总数的20％。

8.一种基于FPGA的星间激光通信系统的通信同步装置，采用FPGA芯片进行星间激光通信系统的通信同步系统程序设置，所述通信同步包括位同步和帧同步，其特征在于，

所述通信同步装置包括并行模块、调用模块、位同步模块、帧同步模块和毛刺滤波模块；

所述并行模块用于设置乒乓进程对每一帧基带信号都进行位同步和帧同步：首先启动第一进程对第n帧基带信号进行位同步和帧同步，并读取第n帧数据；在距离第n帧末尾固定长度字节处启动第二进程，对第n+1帧基带信号进行位同步和帧同步，如果在固定时间内，第二进程搜索到第n+1帧的帧同步头，所述并行模块发送帧同步头获取完成信号给所述调用模块，如果在所述固定时间内没有搜索到第n+1帧的帧同步头，所述并行模块发送帧同步头获取失败信号给所述调用模块；所述固定时间为读取所述固定长度字节和帧同步头的总时间；

所述调用模块用于调用所述并行模块中的第一进程或者第二进程：如果所述调用模块接收到所述获取失败信号，则调用第一进程，利用第一进程的位同步和帧同步结果对基带信号读取，结束第二进程；如果所述调用模块接收到所述获取完成信号，则调用第二进程，利用第二进程的位同步和帧同步结果，结束第一进程；

所述毛刺滤波模块用于对第一次过采样之后的原始基带信号进行毛刺滤波，并将毛刺滤波后的原始基带信号信息发送给所述位同步模块；

所述位同步模块用于实现位同步：在毛刺滤波后的过采样结果中识别特定码元组，获得校准的采样相位，从而完成位同步；其中，所述特定码元组包括两端的两个码元和中间码元组；所述中间码元组包括多个中间码元；在所述识别过程中，对于相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点不判别电平值；

所述帧同步模块用于实现帧同步：根据所述校准的采样相位对原始基带信号进行第二次过采样，基于过采样结果完成码元判决，得到码元数据；根据所述码元数据搜索帧同步头并进行帧数据读取，获得位同步且帧同步的基带信号。

9.如权利要求8所述的通信同步装置，其特征在于，在所述毛刺滤波模块中，所述毛刺滤波为：当采样值出现连续3个高电平或连续3个低电平后，滤波器输出对应的高电平或低电平，从而消除原始基带信号中频率宽度小于三个采样周期的毛刺信号。

10.如权利要求8所述的通信同步装置，其特征在于，在所述并行模块中，所述固定长度字节的长度为帧字节长度即一帧基带信号包括的码元数量的10％；

在所述位同步模块中，所述中间码元组包括中间码元的数量大于或者等于2；所述两端的两个码元和所述中间码元的采样点的数量为20个；所述相邻两个中间码元交界部分的设定长度的采样点的数量等于中间码元的采样点总数的20％；

在所述帧同步模块中对原始基带信号进行第二次过采样为：采用过采样方法，将采样频率设置为基带信号的频率的20倍；所述帧同步头包含多个电平值相等且连续的码元，其中电平值相等且连续的多个码元的数量大于或者等于5。