基于軟件無線電的衛(wèi)星通信模擬源的實(shí)現(xiàn)
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信源數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議編碼成幀和串／并轉(zhuǎn)換后送給基帶調(diào)制模塊，這里初步選用了三種典型協(xié)議(ISOHDLC，ANSI ADCCP和JBll98．1A-2004)，用戶根據(jù)需要可以自行擴(kuò)充。ISO HDLC為國際化標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)制定的面向比特規(guī)程的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議(HDLC)。ANSI ADCCP協(xié)議幀的基本結(jié)構(gòu)與ISOHDLC基本相同，主要的區(qū)別在于前者的幀校驗(yàn)序列字段(FCS)的生成多項(xiàng)式為
。 GJ-B1198.1A-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航天器遙測(cè)遙控的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其遙控?cái)?shù)據(jù)幀包括啟動(dòng)序列、地址同步字、方式字、注入數(shù)據(jù)幀、開關(guān)指令幀、循環(huán)冗余檢錯(cuò)碼和結(jié)束序列。I／Q數(shù)據(jù)在直擴(kuò)模塊中選擇需要擴(kuò)譜與否，擴(kuò)譜所用PN碼為移位寄存器級(jí)聯(lián)生成的m序列，信息數(shù)據(jù)與PN碼直接異或就能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)譜。
對(duì)于數(shù)字相位調(diào)制方式(如BPSK，QPSK和OQPSK等)，數(shù)據(jù)經(jīng)過成形和內(nèi)插濾波后再正交調(diào)制到中頻上，其實(shí)現(xiàn)方式遵循軟件無線電調(diào)制基本理論，如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/157005.htm
為了將信號(hào)頻譜限制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行成形濾波。平方根升余弦滾降濾波器是無線通信中最常用的一種成形濾波器，它可以消除理想低通濾波器設(shè)計(jì)的困難。其過渡帶平滑，通過引入滾降系數(shù)來改變傳輸信號(hào)的成形波形，可以減小抽樣定時(shí)脈沖誤差所帶來的影響。基帶信號(hào)經(jīng)過成形濾波以后，在進(jìn)行數(shù)字上變頻之前，為了提高信號(hào)的采樣速率，需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插，同時(shí)需要濾波器以濾除高頻鏡像。成形濾波器和內(nèi)插濾波器可以合并為一個(gè)FIR濾波器，其系數(shù)可由Matlab中的rcosine()函數(shù)生成。濾波器系數(shù)可存儲(chǔ)在FP-GA的ROM中，使用時(shí)以查找表方式讀出，由于數(shù)據(jù)為單比特串行輸入，成形內(nèi)插濾波操作僅為濾波器系數(shù)之間的加減運(yùn)算，無乘法運(yùn)算。這樣既提高了系統(tǒng)的處理速度，又節(jié)省了乘法器資源。
從理論上來說，各種通信信號(hào)都可以用正交調(diào)制方法加以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)圖1，可以寫出時(shí)域表達(dá)式為：
式中：fc為載波頻率。調(diào)制信號(hào)的信息包含在I(t)和Q(t)內(nèi)，各種調(diào)制方式下的I／Q數(shù)據(jù)由基帶數(shù)據(jù)調(diào)制模塊生成。由于各種調(diào)制信號(hào)的都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的，故在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)時(shí)要對(duì)上式進(jìn)行數(shù)字化：
式中：fs為采樣頻率。當(dāng)采樣頻率為載波角頻率的4倍時(shí)，式(2)中cos和sin項(xiàng)變?yōu)?或±1，可省去混頻乘法器和數(shù)控振蕩器(NCO)，使調(diào)制模塊大為簡(jiǎn)化。
NCO在軟件系統(tǒng)中作用非常重要，它既可產(chǎn)生混頻用的本振(LO)信號(hào)，又可用來輸出FM和FSK調(diào)制信號(hào)。一種常用的實(shí)現(xiàn)NCO的方法是采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算方法(CORDIC)算法。CORDIC的基本思想是采用逐次逼近的算法實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)的計(jì)算，其優(yōu)點(diǎn)是只進(jìn)行加減運(yùn)算和移位操作，結(jié)合并行處理和加流水線，可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)經(jīng)過n位迭代的結(jié)果。該NCO模塊的基本功能是由相位控制字來產(chǎn)生正弦和余弦分量輸出。數(shù)據(jù)源控制NCO的相位控制字就可產(chǎn)生FM調(diào)制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源控制NCO相位控制字在兩個(gè)常數(shù)頻率中選擇切換，便可產(chǎn)生2FSK調(diào)
制數(shù)據(jù)。
3 模擬源的指標(biāo)測(cè)試
安捷倫公司的矢量信號(hào)分析儀89641A可分析各種模擬和數(shù)字調(diào)制信號(hào)，作為接收機(jī)可顯示調(diào)制信號(hào)的各種信息(如時(shí)域波形、頻譜以及星座圖等)，作為測(cè)試儀表可定量分析被測(cè)信號(hào)的調(diào)制精度(如EVM、相位誤差和載波頻率誤差等)。采用89641A對(duì)本衛(wèi)星通信模擬源中頻輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，不同調(diào)制方式下的矢量幅度誤差(EVM)如表1所示?？梢钥闯觯鞣N調(diào)制方式下的EVM指標(biāo)均良好。目前該信號(hào)源已成功應(yīng)用
到某衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，工作正常。
4 結(jié)語
基于軟件無線電構(gòu)架的衛(wèi)星通信模擬源以軟件無線電基本理論為依據(jù)，以FPGA為基本實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，具有很強(qiáng)的適用性與兼容性，無需改動(dòng)硬件就可按用戶要求進(jìn)行軟件升級(jí)，可靠性高。它既可應(yīng)用于國防軍事上(如軍用衛(wèi)星通信和電子戰(zhàn)系統(tǒng))，又可應(yīng)用于和平時(shí)期國民生產(chǎn)的各個(gè)方面(如GSM，衛(wèi)星電視，3G通信等)，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值，對(duì)雷達(dá)通信一體化技術(shù)、衛(wèi)星對(duì)抗技術(shù)都具有巨大的推動(dòng)和發(fā)展作用，有著良好的社會(huì)效益。
評(píng)論