CN117639907B - 一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于信息处理技术领域，特别涉及一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统，包括有北斗基带，北斗基带输出扩频信号，还包括有压控晶体振荡器、锁相环频率综合器、发送信号调制器、功分合路器、功率放大器、天线、下变频器、低通滤波器、ADC采样器、扩充点数傅里叶变换器FFT、峰值检测器等。本发明通过将ADC采样的数据按1ms进行分组，每组数据分别进行补零扩充，扩充为原数据的1000倍，而后对扩充后的数据进行FFT变换，得到频率分辨率为1Hz的频谱数据，来满足北斗三号系统对发送频率稳定度为1Hz的要求；且通过系统环路的循环控制，实现整个通信过程中，每1ms的发送信号之间的频率误差都小于目标值1Hz，实现载波频率的高度稳定。
Description
技术领域
本发明属于信息处理技术领域，特别涉及一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统。
背景技术
北斗系统分为导航和通信两种设备，导航设备类似于GPS，用于定位和导航功能，通信设备则独立于GPS，主要用于用户之间的通信，随着电子信息产业的不断发展，北斗三号通信的应用广泛，在北斗三号通信中，发送频率的稳定度是影响收发成功率的重要性能指标。
然而，现有技术中通信设备在发送信息时容易发热，导致晶振频率的短期偏差，具体来说，在设备发送完成后，该时钟频率的偏差会随着设备温度降低而恢复，但在发送的几个毫秒过程中，时钟频率会因设备温度的变化而出现剧烈的抖动，这进一步导致了载波信号频率的不稳定。
发明内容
（一）要解决的技术问题
针对上述现有技术技术的不足，本发明提供一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统，以提高载波信号频率的稳定度，进而可以解决通信设备发热导致的频率偏差问题，从而提高北斗三号通信的可靠性和稳定性。
（二）技术方案
本发明通过如下技术方案实现：本发明提出了一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统，包括有北斗基带、压控晶体振荡器、锁相环频率综合器、发送信号调制器、功分合路器、功率放大器、天线、下变频器、低通滤波器、ADC采样器、扩充点数傅里叶变换器FFT、峰值检测器、误差计算器和DAC控制器；北斗基带输出扩频信号；北斗基带与发送信号调制器连接；发送信号调制器与功分合路器连接；功分合路器与功率放大器连接；功率放大器与天线连接；功分合路器与下变频器连接；下变频器与低通滤波器连接；低通滤波器与ADC采样器连接；ADC采样器与扩充点数傅里叶变换器FFT连接；扩充点数傅里叶变换器FFT与峰值检测器连接；峰值检测器与误差计算器连接；误差计算器与DAC控制器连接；DAC控制器与压控晶体振荡器连接；压控晶体振荡器与锁相环频率综合器连接；锁相环频率综合器与发送信号调制器连接；锁相环频率综合器与下变频器连接；
其中，
压控晶体振荡器为10MHz频率，0.5ppm精度作为锁相环频率综合器的参考基准时钟；
锁相环频率综合器分别合成1614MHz和1610MHz两路高频载波信号：1614MHz载波作为发送信号调制器的载波输入；
1610MHz载波经过1ms相位延时电路后作为下变频器的载波输入；
发送信号调制器与扩频信号进行二进制相移键控BPSK调制，调制为1614±4MHz的已调信号；
已调信号经过功分合路器，一路与功放连接作为天线对外发送的信号，另一路作为下变频器的输入的信号；
下变频器和低通滤波器把输入的信号经过1610MHz的本振进行下变频，把1614±4MHz的已调信号下变频为0~8MHz的低频信号；
ADC采样器按照16MHz频率把0~8MHz的低频信号进行采样，并把采样结果送到扩充点数傅里叶变换器FFT；
ADC采样器采样的结果按1ms进行分组，每组数据分别进行补零扩充，扩充为原数据的1000倍，而后扩充点数傅里叶变换器FFT对扩充后的数据傅里叶变换，得到频率分辨率为1Hz的频谱数据；
峰值检测器对对扩充后的数据傅里叶变换结果进行峰值检测，每1ms出一个结果，确定当前ms数据信号的中心频率值；
误差计算器计算当前毫秒与前一毫秒的中心频率误差值，并输出控制信号给DAC控制器；
DAC控制器输出控制电压给压控晶体振荡器，调整压控晶体振荡器的输出频率值。
优选地，所述误差计算器计算当前毫秒与前一毫秒的中心频率误差值，并输出控制信号给DAC控制器后，即经过误差补充后的DAC控制电压Vnew计算公式为：
Vnew=Vold+Δf/晶振标称频率×每伏特电压控制频率变化范围；
晶振标称频率和每伏特电压控制频率变化范围均为晶振固有参数，在晶振选型时一般由晶振规格书给出，Vold是前一毫秒的DAC控制器的控制电压；
Δf=中心频率误差值/1614MHz×10MH。
（三）有益效果
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、本发明通过将ADC采样的数据按1ms进行分组，每组数据分别进行补零扩充，扩充为原数据的1000倍，而后对扩充后的数据进行FFT变换，得到频率分辨率为1Hz的频谱数据，来满足北斗三号系统对发送频率稳定度为1Hz的要求；且通过系统环路的循环控制，实现整个通信过程中，每1ms的发送信号之间的频率误差都小于目标值1Hz，实现载波频率的高度稳定。
2、本发明应用在北斗通信系统中，并没有外部标准的参考时钟或者射频信号输入，而是通过与自身系统的信号中前1ms和后1ms的采样值进行对比分析，从而减少自身系统在短时间内的频率变化范围。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
本技术方案中：
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。
参照图1所示，本发明提出了一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统，包括有北斗基带、压控晶体振荡器、锁相环频率综合器、发送信号调制器、功分合路器、功率放大器、天线、下变频器、低通滤波器、ADC采样器、扩充点数傅里叶变换器FFT、峰值检测器、误差计算器和DAC控制器；北斗基带输出扩频信号；北斗基带与发送信号调制器连接；发送信号调制器与功分合路器连接；功分合路器与功率放大器连接；功率放大器与天线连接；功分合路器与下变频器连接；下变频器与低通滤波器连接；低通滤波器与ADC采样器连接；ADC采样器与扩充点数傅里叶变换器FFT连接；扩充点数傅里叶变换器FFT与峰值检测器连接；峰值检测器与误差计算器连接；误差计算器与DAC控制器连接；DAC控制器与压控晶体振荡器连接；压控晶体振荡器与锁相环频率综合器连接；锁相环频率综合器与发送信号调制器连接；锁相环频率综合器与下变频器连接；
其中，
压控晶体振荡器为10MHz频率，0.5ppm精度作为锁相环频率综合器的参考基准时钟；
锁相环频率综合器分别合成1614MHz和1610MHz两路高频载波信号：1614MHz载波作为发送信号调制器的载波输入；
1610MHz载波经过1ms相位延时电路后作为下变频器的载波输入；
发送信号调制器与扩频信号进行二进制相移键控BPSK调制，调制为1614±4MHz的已调信号；
已调信号经过功分合路器，一路与功放连接作为天线对外发送的信号，另一路作为下变频器的输入的信号；
下变频器和低通滤波器把输入的信号经过1610MHz的本振进行下变频，把1614±4MHz的已调信号下变频为0~8MHz的低频信号；
ADC采样器按照16MHz频率把0~8MHz的低频信号进行采样，并把采样结果送到扩充点数傅里叶变换器FFT；
ADC采样器采样的结果按1ms进行分组，每组数据分别进行补零扩充，扩充为原数据的1000倍，而后扩充点数傅里叶变换器FFT对扩充后的数据傅里叶变换，得到频率分辨率为1Hz的频谱数据（由傅里叶变换器FFT的性质可知，对一个截断信号做FFT变换后，其频率分辨率为采样数据总时长的倒数；想要对一个1ms数据进行FFT，其频率分辨率为1KHz，显然无法满足北斗三号系统对发送频率稳定度为1Hz的要求）；
峰值检测器对对扩充后的数据傅里叶变换结果进行峰值检测，每1ms出一个结果，确定当前ms数据信号的中心频率值；
误差计算器计算当前毫秒与前一毫秒的中心频率误差值，并输出控制信号给DAC控制器；
DAC控制器输出控制电压给压控晶体振荡器，调整压控晶体振荡器的输出频率值。
其中，所述误差计算器计算当前毫秒与前一毫秒的中心频率误差值，并输出控制信号给DAC控制器后，即经过误差补充后的DAC控制电压Vnew计算公式为：
Vnew=Vold+Δf/晶振标称频率×每伏特电压控制频率变化范围；
晶振标称频率和每伏特电压控制频率变化范围均为晶振固有参数，在晶振选型时一般由晶振规格书给出，Vold是前一毫秒的DAC控制器的控制电压；
Δf=中心频率误差值/1614MHz×10MH。
实施例
（1）假设前1ms原晶振振荡器的频率为标准fs0=10MHz，当前由于发射功放开启导致晶体振荡器产生温漂，频率上升0.1ppm，既fs1=10MHz+1Hz，对应的锁相环频率综合器合成的两个频率分别为fc0=1614MHzz和fo0=1600MHz；
（2）此时锁相环频率综合器合成的两个频率分别为fc1=1614MHz+161.4Hz和fo1=1600MHz+160Hz；
（3）发送信号调制器的本振是直连锁相环频率综合器的输出，因此因此当前频率为fc1=1614MHz+161.4H，经调制后得到中心频率为fc1=1614MHz+161.4H，带宽为±4MHz的调制信号；
（4）下变频器的输入本振经过1ms相位延时器，因此当前频率依然是fo0=1600MHz，下变频器将中心频率为fc1=1614MHz+161.4H，带宽为±4MHz的调制信号经本振fo0=1600MHz下变频并通过低通滤波器滤除高频成分，得到中心频率为fd=4MHz+161.4H，带宽为±4MHz的调制信号；
（5）ADC将下变频后的信号按照两倍信号总带宽16MHz的频率进行采样，并输送给扩充点数傅里叶变换器FFT；
（6）扩充点数傅里叶变换器FFT将信号进行扩展至1000倍后进行FFT变换，得到频率数据；
（7）峰值检波器在频率数据中搜寻，此时能得到频率最大值在4MHz+161H（分辨率为1Hz），比预期的4MHz高161Hz；
（8）误差计算器按照以下公式计算晶振频率误差：
Δf=161Hz/1614MHz×10MHz≈1Hz；
（9）误差计算器控制DAC控制器，调整输出控制电压，将晶体振荡器的输出频率调高1Hz；
（10）重复以上（1）~（9）步骤，实现整个通信过程中，每1ms的发送信号之间的频率误差都小于目标值1Hz，实现载波频率的高度稳定。
为考虑到北斗三号发送为突发过程，其在数据发送过程中对发送载波的频率准确度和稳定度要求较高，目前市面的终端产品考虑成本因素，选用的压控晶体振荡器一般分为10MHz频率的参考基准，其精度为±0.5ppm。锁相环频率综合器压控晶体振荡器的频率作为参考，分别合成1614MHz和1600MHz两路载波，精度也同样为±0.5ppm，分别作为发送时刻的载波和下变频的的本振。
本发明通过环路循环控制，实现整个通信过程中，每1ms的发送信号之间的频率误差都小于目标值1Hz，实现载波频率的高度稳定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统，其特征在于：
包括有北斗基带、压控晶体振荡器、锁相环频率综合器、发送信号调制器、功分合路器、功率放大器、天线、下变频器、低通滤波器、ADC采样器、扩充点数傅里叶变换器FFT、峰值检测器、误差计算器和DAC控制器；北斗基带输出扩频信号；北斗基带与发送信号调制器连接；发送信号调制器与功分合路器连接；功分合路器与功率放大器连接；功率放大器与天线连接；功分合路器与下变频器连接；下变频器与低通滤波器连接；低通滤波器与ADC采样器连接；ADC采样器与扩充点数傅里叶变换器FFT连接；扩充点数傅里叶变换器FFT与峰值检测器连接；峰值检测器与误差计算器连接；误差计算器与DAC控制器连接；DAC控制器与压控晶体振荡器连接；压控晶体振荡器与锁相环频率综合器连接；锁相环频率综合器与发送信号调制器连接；锁相环频率综合器与下变频器连接；
其中，
压控晶体振荡器为10MHz频率，0.5ppm精度作为锁相环频率综合器的参考基准时钟；
锁相环频率综合器分别合成1614MHz和1610MHz两路高频载波信号：1614MHz载波作为发送信号调制器的载波输入；
1610MHz载波经过1ms相位延时电路后作为下变频器的载波输入；
发送信号调制器与扩频信号进行二进制相移键控BPSK调制，调制为1614±4MHz的已调信号；
已调信号经过功分合路器，一路与功放连接作为天线对外发送的信号，另一路作为下变频器的输入的信号；
下变频器和低通滤波器把输入的信号经过1610MHz的本振进行下变频，把1614±4MHz的已调信号下变频为0~8MHz的低频信号；
ADC采样器按照16MHz频率把0~8MHz的低频信号进行采样，并把采样结果送到扩充点数傅里叶变换器FFT；
ADC采样器采样的结果按1ms进行分组，每组数据分别进行补零扩充，扩充为原数据的1000倍，而后扩充点数傅里叶变换器FFT对扩充后的数据傅里叶变换，得到频率分辨率为1Hz的频谱数据；
峰值检测器对对扩充后的数据傅里叶变换结果进行峰值检测，每1ms出一个结果，确定当前ms数据信号的中心频率值；
误差计算器计算当前毫秒与前一毫秒的中心频率误差值，并输出控制信号给DAC控制器；
DAC控制器输出控制电压给压控晶体振荡器，调整压控晶体振荡器的输出频率值。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗基带的自适应系统时钟稳定系统，其特征在于：
所述误差计算器计算当前毫秒与前一毫秒的中心频率误差值，并输出控制信号给DAC控制器后，即经过误差补充后的DAC控制电压Vnew计算公式为：
Vnew=Vold+Δf/晶振标称频率×每伏特电压控制频率变化范围；
晶振标称频率和每伏特电压控制频率变化范围均为晶振固有参数；
Vold是前一毫秒的DAC控制器的控制电压；
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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