2021年第06期-《电子技术应用》杂志

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2021年第06期

刊出日期：2021-06-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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技术专栏-面向6G的关键技术

面向6G混合云频谱共享的区块链技术

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211772

作者：芒戈

作者单位：中国电信股份有限公司研究院，北京102209

摘要：随着越来越多的物联网(IoT)设备需要在有限的频谱范围内进行通信，研究了6G增强超可靠低延迟通信(euRLLC)服务中的动态频谱共享问题，并将区块链技术与6G混合云相结合，实现物联网设备之间的频谱共享。由于区块链的分布式存储和可靠性，基于区块链的动态频谱共享可以实现灵活、可行和更高效的频谱分配。分析了频谱共享的过程，并提出了一种基于强化学习(RL)的euRLLC无线频谱资源共享结构，包括资源分类、资源调度、整体模型和神经网络优化，通过将区块链与混合云相结合，基于公共管理平台，使用统一的编码和识别标准来注册和管理物联网设备的信息。

关键词：
euRLLC

频谱共享

6G混合云

区块链

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面向物联网业务的空天地一体网络多层架构研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211764

作者：张少伟

作者单位：中国电信股份有限公司研究院，北京102209

摘要：为了满足全球全面的三维覆盖和在将来随时随地访问的长期需求，作为理想网络架构的空天地一体化网络(SAGIN)已成为当今世界的重要研究方向。基于未来通信中的典型业务场景，首先分析了SAGIN的网络架构和组成，并介绍了实现SAGIN的关键技术。最后，对SAGIN的后续研究方向进行了展望。

关键词：
6G

空天地一体网络

物联网

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B5G/6G通信的IRS技术综述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211305

作者：李刚1，2，王瑜新1，2，3，章秀银3，陈真3，陈艺戬1，2，窦建武1，2，杨军1，2，陆海涛1，2

作者单位：1.中兴通讯股份有限公司，广东深圳518055； 2.移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室，广东深圳518055；3.华南理工大学，广东广州510641

摘要：智能反射面(IRS)技术可以显著增强信号的覆盖范围，是B5G/6G的关键技术之一。针对IRS的当前理论研究中的关键技术，重点介绍信道估计、波束管理以及IRS辅助的NOMA、物理层安全增强方面的研究进展，同时给出了未来的研究方向。

关键词：
B5G6G

智能反射面IRS

MIMO

NOMA

毫米波

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综述与评论

面向5G的SON 3GPP标准进展

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201144

作者：张会丽

作者单位：重庆信息通信研究院，重庆400000

摘要：为支持广泛的QoS级别，需要自动调整5G网络以响应网络状况，以保持最佳的性能效率。5G网络将拥有比前几代蜂窝移动通信网络更多的小区，因此自组织网络(Self-Organizing Network，SON)对于运营商管理复杂的5G网络更为重要。介绍了3GPP工作组SA5和RAN针对5G SON的研究工作，并对自动邻居关系、PCI配置、容量和覆盖率优化、负载平衡优化、移动鲁棒性优化、RACH优化等关键优化技术进行详细阐述。

关键词：
5G

SON

3GPP

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基于卷积神经网络的2D人体姿态估计综述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201087

作者：乔迤，曲毅

作者单位：武警工程大学信息工程学院，陕西西安710086

摘要：随着深度学习的快速发展，2D人体姿态估计作为其他计算机视觉任务的研究基础，其检测速度和精度对后续应用落地具有实际意义。对近年来基于卷积神经网络的2D人体姿态估计的方法进行梳理介绍，将现有方法分为人体检测关节点回归融合算法和人体关节点检测聚类算法，同时对当前的主流数据集及其评价准则进行总结，最后对2D人体姿态估计当前所面临的困难以及未来的发展趋势做以阐述，为姿态估计相关研究提供一些参考。

关键词：
2D人体姿态估计

卷积神经网络

人体关键点

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人工智能

基于边缘计算中极端姿态和表情的人脸识别

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200968

作者：况朝青1，2，3，贺超1，2，3，王均成1，2，3，邹建纹1，2，3

作者单位：1.重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065；2.重庆高校市级光通信与网络重点实验室，重庆 400065； 3.泛在感知与互联重庆市重点实验室，重庆 400065

摘要：随着信息技术的发展，人脸识别在支付、工作和安防系统中应用的越来越多。在边缘计算系统中，为了处理的速度，通常选择较小的神经网络进行人脸识别，这样会导致识别率低。并且在实际应用中大多都是对于图片质量较高的人脸可以很好地识别，但对于受光照影响较大、表情和姿态变化大的图片识别率不是很高。因此，选择SqueezeNet轻量级网络，该网络层数小，可以很好地运用于边缘计算系统中。采用了预处理的方法来对图片进行预处理，然后改进了SqueezeNet网络的损失函数以及加入了ResNet网络中的残差学习方法。最后通过对LFW和IJB-A数据集进行测试，该研究方法明显提高了识别率。

关键词：
神经网络

人脸识别

预处理

SqueezeNet网络

ResNet网络

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一种基于图神经网络的电信诈骗识别方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200976

作者：张杰俊1，唐颖淳1，季述郧2，李静林2

作者单位：1.中国电信股份有限公司上海分公司，上海200041； 2.北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京100876

摘要：通信技术的普及给人们带来便捷的同时，电信欺诈行为也急剧增加。由于诈骗行为特征、号码类型等与正常业务具有极高相似性，传统基于统计的电信欺诈检测方法难于筛选。提出将用户通信关系转换为一组拓扑特征，建立通信社交有向图，将具有统计特征的顶点表示用户，具有关系特征的边表示他们之间的活动。在通信社交图基础上，通过图卷积模块捕获用户的通信行为规律和通信社交关系特征，通过池化读出机制聚合通信社交网络的潜在特征，以识别电信欺诈行为。真实通信历史数据验证表明了该方法的有效性。

关键词：
欺诈检测

通信社交网络

图神经网络

行为分类

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微电子技术

基于AXI总线的可配置LVDS控制器设计与验证

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201211

作者：蒙宇霆，袁海英，丁冬

作者单位：北京工业大学信息学部微电子学院，北京100124

摘要：针对不同应用场景下LVDS通信协议体现在数据位宽、帧格式和存储方式的选择差异性和数据收发灵活性，提出一种基于AXI总线的可配置LVDS控制器设计与验证方案。为了实现对LVDS控制器的精确控制，增加基于APB接口的可配置寄存器模块，在SoC系统上由软件控制数据传输，有效提高了数据收发的灵活性；为了提高传输效率并广泛适应场景需求，将与内存交互的接口定义为AXI协议接口；为了避免传输数据错误和数据包丢失等现象，在自定义协议中加入奇偶校验功能并在电路中加入数据包检查机制。随后，采用高效的回环验证方案针对LVDS控制器进行功能测试。实验结果表明该LVDS控制器基于AXI接口准确高效地实现了对端设备之间的数据收发功能，这种可配置的数据传输电路设计和验证方案灵活可行，便于广泛应用到视频图像数据传输系统中。

关键词：
AXI总线

LVDS控制器

高速接口

可配置模块

数据收发

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用于SoC电源噪声测量的低温漂VCO

作者：翟鹏飞1，周雄1，李强1，2

作者单位：1.电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都610054； 2.琶洲实验室-人工智能与数字经济广东省实验室，广东广州510330

摘要：提出了适用于片上系统(SoC)电源噪声测量的带两级温度补偿的基于环路压控振荡器(ring VCO)的量化器。通过粗略和精细两级温度补偿电路得到更低温漂的ring VCO。在粗略补偿一级中，将正比于温(PTAT)的电流注入尾限流管控制的ring VCO中，用来补偿VCO中较大的温度系数；在精细补偿一级中，用一个VCO复制电路来感知温度的变化，并将感知到的温度变化信息传递给量化器中的VCO，从而进一步自适应调整VCO量化器的振荡频率。基于40 nm工艺，设计一款工作在1.1 V电源电压下的两级温度补偿ring VCO，并对其进行了电路仿真，其输出信号的振荡频率约为4.3 GHz，在-40 ℃～125 ℃的温度变化范围内，实现了15.5 ppm/℃的温漂值。

关键词：
温度补偿

环路振荡器

基于压控振荡器的量化器

电源噪声测量

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基于 HVCMOS工艺的H桥驱动电路版图设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201078

作者：李芳，焦继业，马彩彩

作者单位：西安邮电大学电子工程学院，陕西西安710121

摘要：介绍了基于HVCMOS工艺的低成本、高集成度、强驱动性能功率集成电路(Power IC，PIC)H桥的设计实现。建立的金属互连线评估模型可在设计早期对H桥物理版图方案进行优差性判断，不依赖设计后仿真,从而提高设计效率。H桥不同互连线设计方案的比较结果表明，多插指阵列器件互连线(M2及以上层金属)与器件本体的金属层M1垂直、梯形状互连结构，能够提高互连线沿电流流向的有效长宽比，减小寄生电阻。

关键词：
HVCMOS

H桥

高集成度

低导通内阻

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测控技术与仪器仪表

基于FPGA的LVDS无时钟数据传输方案设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201076

作者：毕彦峰1，李杰1，胡陈君2

作者单位：1.中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原030051； 2.苏州中盛纳米科技有限公司，江苏苏州215123

摘要：针对离线式弹载数据采集存储设备小型化需求，设计了一种基于FPGA的LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)无时钟高速数据传输系统。在不外挂接口芯片的情况下，用板载时钟代替差分时钟，仅使用一对差分管脚即可完成一路LVDS无时钟数据传输，系统中数据接口较多时可以很大程度上减少板卡体积。通过提高FPGA内部SERDES(Serializer-Deserializer)反串行化比例以及数据进行8B/10B编码解决鉴相器失效的问题，并以此为板载时钟提供准确的相位信息来对齐串行数据和模拟时钟，最后按照模拟时钟将串行LVDS数据反序列化，从而达到板载时钟代替LVDS随路时钟的目的，以此实现基于FPGA无随路时钟的LVDS高速传输。试验表明，该系统能够可靠、有效工作，具备一定工程实用价值。

关键词：
FPGA

无时钟传输

LVDS

SerDes

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基于Wi-Fi和人脸识别技术的智能锁系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200861

作者：周扬，熊俊俏

作者单位：武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉430205

摘要：针对传统门锁存在的安全问题，设计了一款将Wi-Fi技术与人脸识别技术相结合的智能锁系统。该系统采用STM32F103作为核心控制器件，CC1101作为通信传输模块，有效降低功耗的同时实现了信息的交互。同时提出MULBP人脸识别算法，相较于改进前增强了图像灰度均值与每行、每列以及对角线元素的关系，得到的全新LBP算子值更能够反映出局部纹理特征，再与2DLDA算法相结合找到投影矩阵，使样本更容易被区分，更便于特征提取。结果表明，这种融合算法在降低特征维数的同时也提高了识别率，使得系统达到了智能防盗的目的。

关键词：
智能锁

无线通信技术

局部二值模式

二维线性判别分析

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基于QFD的智能音箱测评体系建立

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200827

作者：李强，许一骅

作者单位：中移(杭州)信息技术有限公司，浙江杭州311121

摘要：智能音箱作为智能家居入口终端之一，是智能家居的重要组成部分，因此各测评机构相应开展了关于智能音箱的测评工作。但由于大部分测评机构主要以智能音箱本身的技术要求进行测评工作，未能充分结合客户需求，导致测评结果无法有效满足客户和市场需求。将质量功能展开(Quality Function Deployment，QFD)引入智能音箱测评体系建立，从客户需求角度建立测评体系，可为业界提供参考。

关键词：
QFD

智能音箱

测评体系

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通信与网络

基于谱线特征的OFDM与FBMC多载波波形识别

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201053

作者：邵凯1，2，李慧1，2，周娟红1，2

作者单位：1.重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065； 2.重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室，重庆400065

摘要：针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)和基于滤波器组的多载波(Filter Bank-based Multicarrier，FBMC)的调制识别进行研究。首先分析OFDM/FBMC子载波的二次方谱；接着通过建模得到各信号所对应的二次方谱表达式，得到各谱线的强度及位置；最后设置特征参数，在高斯噪声下完成OFDM/FBMC的调制识别。仿真结果表明，在较低信噪比下信号识别率仍较高。

关键词：
调制信号识别

FBMC

OFDM

二次方谱

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计算机技术与应用

一种面向SRAM型FPGA的三模冗余分区自修复方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200384

作者：王鹏，刘正清，田毅

作者单位：中国民航大学适航学院，天津300300

摘要： SRAM型FPGA的低成本及其现场可编程性使其在航空航天工业中很受欢迎。为解决FPGA受宇宙辐射引起的单粒子效应(Single Event Effect，SEE)，常使用三模冗余(Triple Modular Redundancy，TMR)这一缓解技术。该技术通常与配置刷新技术一起用来加固基于SRAM的FPGA。传统的TMR只能针对单个故障提供一次保护，而将三模冗余结构进行分区可以增强其环境适应性。研究了一种将配置刷新和分区三模冗余结合的方法，并采用PRISM工具进行模型验证，结果表明该方法可以增强系统的可用性。

关键词：
单粒子效应

FPGA

三模冗余分区

自修复

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基于深度学习的杆塔三维姿态实时估计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200280

作者：李国强1，彭炽刚1，汪勇1，向东伟2，杨成城2

作者单位：1.广东电网有限责任公司机巡作业中心，广东广州510062；2.武汉汇卓航科技有限公司，湖北武汉430070

摘要：针对目前无人机航拍影像杆塔识别算法中，普遍是无人机通过倾斜摄影技术获取到杆塔的原始遥观影像数据，经过机器学习训练，识别其余图片数据中的杆塔。其中存在获取机器训练所需的图片数据来源缓慢、只能二维识别图片中杆塔等问题。提出了基于深度学习的杆塔三维姿态实时估计的算法。首先，通过三维平台合成影像数据；其次，通过Deep-Object-Pose训练及其处理；然后测试真实的图片数据或者实时视频，达到智能识别杆塔的三维空间姿态信息。该算法为无人机自动寻找杆塔目标和智能精细化巡检提供新的思路。

关键词：
Deep-Object-Pose

杆塔三维空间姿态识别

无人机

航拍影像

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基于对比实验的水下图像质量提升方法研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200398

作者：于亦飞，李煊，贺榆珊，谢金城，朱萧伟，杨如白

作者单位：中国计量大学质量与安全工程学院，浙江杭州310018

摘要：受水介质对光线的散折射及吸收作用、光照条件变化和成像距离等因素影响，水下图像中往往存在对比度低、模糊严重等问题。针对上述问题，结合学者们在水下图像质量提升方面的研究，以3个水下图像集为对象，选取了9种不同的图像质量提升方法(包括增强和复原方法)进行水下图像对比实验,并从耗时、峰值信噪比、结构相似度、平均梯度、熵值和标准差6方面对实验结果进行分析，得到不同方法之间的优劣情况。其中直方图均衡化和引导滤波的实验结果图像效果最佳，且获得了整体较好的数据结果，这为后续研究提供了方向。

关键词：
水下图像处理

图像质量

直方图均衡化

引导滤波

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基于RFID二次认证加密的智能识别系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200237

作者：臧俊斌1，2，白洋2

作者单位：1.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051； 2.中北大学(朔州校区)，山西朔州036000

摘要：针对目前智能安防系统低成本、便捷的应用需求，为提高RFID在实际应用中既要方便易实现又要安全、稳定的性能，设计了一种基于RFID二次认证加密的智能识别系统。该系统主要是基于MIFARE-S50卡的密钥存储分区和任意一个数据分区，借助哈希码算法的不可逆性，结合UID(User Identification)完成智能识别系统的密钥认证实现。只有当数据和UID同时通过系统两次认证后，系统才能识别智能卡，从而做出相关识别动作，同时可有效识别并阻止复制卡认证。该系统支持3种工作模式：注册模式、工作模式、注销模式，可有效地确保用户的隐私和信息安全。经实验测试结果表明，该系统安全性高、稳定好、方便易操作，具有较高的应用和实践价值，可应用于学校、小区、公司等中型RFID智慧安防系统中限制非法人员的入侵。

关键词：
RFID

MFRC522

认证加密

智能识别系统

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嵌入式技术

高速电力线载波信道分析模块的设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201119

作者：郝伟琦，王贤辉，李铮，肖德勇，陈奎熹

作者单位：北京智芯微电子科技有限公司，北京102200

摘要：高速电力线载波信道噪声环境复杂，而现有设备难以对载波信道噪声采集和测量分析。为此，提出了一种高速电力线载波信道分析模块，可实现现场噪声高精度样本采集、信道衰减特性测试等功能，并且可在实验室测试环境中进行噪声回放，实现现场环境的真实模拟。首先介绍了分析模块的硬件架构组成，描述了FPGA逻辑电路的状态机设计及嵌入式软件设计方案，最后对研制的样机进行了测试，结果表明信道分析模块能够满足设计要求的所有功能，解决了高速电力线载波通信芯片对抗噪声技术研究和现场运维测试的难题。

关键词：
高速电力线载波通信

信道噪声

高速信号采集

FPGA

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卷积编码及Viterbi译码的低时延FPGA设计实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201025

作者：张健，吴倩文，高泽峰，周志刚

作者单位：杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018

摘要：针对毫米波通信的高速率和低时延设计要求，设计实现1/2码率(2，1，7)卷积码的低时延译码。采用高度并行优化实现框架、低延时的最小值选择方式，获得Viterbi硬判决译码算法的输出。利用基于Xilinx公司的Artix7-xc7a200t芯片综合后，译码器的数据输出延时约89个时钟周期，最高工作频率可达203.92 MHz。结果表明，该译码器可支持吉比特级的数据传输速率，实现了低延时、高速率的编译码器。

关键词：
毫米波通信

卷积码

Viterbi译码

systemgenerator

查看(9232)

电路与系统

基于FPGA的PIE编码与UVM验证平台的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201022

作者：李姝萱，卜刚

作者单位：南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京211106

摘要：国际标准ISO/IEC18000-6规定脉冲间隔编码(PIE)作为RFID数字基带系统中阅读器发送链路的编码方式。采用Verilog语言对该模块进行设计，用QuartusⅡ软件综合并下载到FPGA开发板上，并使用SignalTapⅡ逻辑分析仪对信号进行采集和分析。此外，在设计的基础上添加了UART收发模块，实现PC和FPGA板的通信。为了对PIE编码进行充分验证，基于UVM验证方法学和直接编程接口C(DPI-C)，设计并实现了一种高效且可复用的验证平台，驱动器和监测器分别实现向DUT发送激励及收集输出结果的功能。参考模型与DUT的输出结果在记分板中对比一致，功能覆盖率达到了100%，提高了验证效率及完备性。

关键词：
脉冲间隔编码

串口

通用验证方法学

直接编程接口

查看(63368)

多通道SAR型数字变换器的设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200979

作者：李建翔1，2，杨玉华1，2，刘东海1，2，李秋媛1，2

作者单位：中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051； 2.中北大学电子测试国家重点实验室，山西太原030051

摘要：针对某项目多通道数字变换器的设计，提出了一种高可靠性、高精度的模数转换方案。为完成12路传感器信号的采集、4路电压电流的采集，对硬件电路进行了详细的分析与优化。待采集信号先后通过信号调理、模拟开关、分压跟随以及抗混叠滤波对其进行处理，并对链路的建立时间进行分析，最后采用逐次逼近型AD芯片进行转换，通过与上位机配合验证数据的采集精度。经过大量实验数据验证，采集精度均能优于0.5%，达到任务要求。

关键词：
模数转换

高精度采集

信号调理

模拟开关

抗混叠滤波

查看(7638)

雷达与导航

亚皮秒级激光回波半实物仿真系统关键技术研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201212

作者：朱敏1，吴楠1，杨春玲1，陈海燕2，李睿2

作者单位：1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨150001；2.中国空空导弹研究院，河南洛阳471009

摘要：激光回波仿真系统能够根据所模拟的目标生成高频高精度模拟回波信号。提出一种激光回波仿真系统设计方案，系统中采用FPGA生成延时信号，可以对回波信号实现亚皮秒级的延时精度；对光纤通信协议进行了优化，用FPGA实现基于该协议的回波信号传输系统，摆脱了现有方案中对反射内存卡的依赖性，提升了数据的刷新频率。仿真结果表明，所设计的仿真系统数据传输速度达到1.6 Gb/s，回波精度达到125 ps，距离分辨率达到0.05 m。为基于激光阵列的高精度激光制导半实物仿真系统的研制奠定了基础。

关键词：
激光成像制导

FPGA

光纤传输

高精度延时

锁相环

查看(8052)

一种G比特可变编码调制的解调方法设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201221

作者：罗强

作者单位：西南电子技术研究所，四川成都610036

摘要：随着卫星通信技术的发展，宽带频谱越来越少，提高频谱利用率就愈来愈重要，可变编码调制技术(VCM)就是一种解决方案。根据DVB-S2标准中对调制信号的格式的定义，当调制方式在QPSK、8PSK、16APSK、32APSK中切换时，帧头和导频仍然采用π/2BPSK进行调制，基于此提出了对导频和帧头部分进行高码率可变编码的载波同步和均衡处理，实现结果表明，能正常对不同调制方式进行解调，同时保证在不同调制方式进行切换时仍能稳定完成解调，测试结果表明解调性能偏离理论值小于3 dB，由于只采用了一种载波同步方法和均衡方法，实现方法简单，节省了FPGA资源。

关键词：
导频

可变编码调制

FPGA实现

高速数传接收机

查看(6516)

基于ZYNQ的PTP授时精度测量方法与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201167

作者：宋艳1，应斌杰1，杨成钢1，郝自飞1，毛立振2

作者单位：1.国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，浙江丽水316021；2.杭州量泓科技有限公司，浙江杭州310019

摘要：针对PTP授时精度测量存在的困难，提出在ZYNQ SOC上用μCOS操作系统和LWIP协议栈，来实现PTP授时精度测量。该方法通过接收卫星导航系统信号，得到准确的系统时间和时钟源差，利用硬件将系统时间同步至ZYNQ的纳秒计数器。利用ZYNQ EMAC接口获取PTP收发帧的观测时间，并利用源差值实现对测量时间的补偿，最终得到准确的时间戳，进而实现对待测PTP主时钟授时精度测量。经实际测试，利用该方法对PTP时钟进行测量，能够获得优于10 ns的测量精度。