基于軟件無線電的衛(wèi)星通信模擬源的實現(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序列字段(FCS)的生成多項式為
。 GJ-B1198.1A-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航天器遙測遙控的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其遙控數(shù)據(jù)幀包括啟動序列、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碼為移位寄存器級聯(lián)生成的m序列，信息數(shù)據(jù)與PN碼直接異或就能實現(xiàn)擴(kuò)譜。
對于數(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://www.ex-cimer.com/article/157005.htm
為了將信號頻譜限制在一個合理的范圍內(nèi)，需要對信號進(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)來改變傳輸信號的成形波形，可以減小抽樣定時脈沖誤差所帶來的影響?；鶐盘柦?jīng)過成形濾波以后，在進(jìn)行數(shù)字上變頻之前，為了提高信號的采樣速率，需要對輸入信號進(jìn)行內(nèi)插，同時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)可存儲在FP-GA的ROM中，使用時以查找表方式讀出，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，各種通信信號都可以用正交調(diào)制方法加以實現(xiàn)。根據(jù)圖1，可以寫出時域表達(dá)式為：
式中：fc為載波頻率。調(diào)制信號的信息包含在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)制信號的都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的，故在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)時要對上式進(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，式(2)中cos和sin項變?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，又可用來輸出FM和FSK調(diào)制信號。一種常用的實現(xiàn)NCO的方法是采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算方法(CORDIC)算法。CORDIC的基本思想是采用逐次逼近的算法實現(xiàn)三角函數(shù)的計算，其優(yōu)點是只進(jìn)行加減運(yùn)算和移位操作，結(jié)合并行處理和加流水線，可以實現(xiàn)每一個時鐘周期輸出一個經(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)測試
安捷倫公司的矢量信號分析儀89641A可分析各種模擬和數(shù)字調(diào)制信號，作為接收機(jī)可顯示調(diào)制信號的各種信息(如時域波形、頻譜以及星座圖等)，作為測試儀表可定量分析被測信號的調(diào)制精度(如EVM、相位誤差和載波頻率誤差等)。采用89641A對本衛(wèi)星通信模擬源中頻輸出信號進(jìn)行測試，不同調(diào)制方式下的矢量幅度誤差(EVM)如表1所示。可以看出，各種調(diào)制方式下的EVM指標(biāo)均良好。目前該信號源已成功應(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為基本實現(xiàn)平臺，具有很強(qiáng)的適用性與兼容性，無需改動硬件就可按用戶要求進(jìn)行軟件升級，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)用于和平時期國民生產(chǎn)的各個方面(如GSM，衛(wèi)星電視，3G通信等)，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價值，對雷達(dá)通信一體化技術(shù)、衛(wèi)星對抗技術(shù)都具有巨大的推動和發(fā)展作用，有著良好的社會效益。
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