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软件无线电在小卫星多功能地面站中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍一个SDR Software Defined Radio多功能地面站发射系统的设计与实现。

    关键词:SDR 地面站 数字上变频器 Inverse-SINC预补偿滤波

随着A/D/A器件与DSP处理器的迅速发展,使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。本文利用软件无线电的思路,针对中科院创新一号低轨移动小卫星多功能地面站设计的具体要求,研制了一套基于软件无线电技术的多信道发射机设备。该地面站发射系统数字基带部分采用全软件化设计,核心部件是可编程的DSP及FPGA,可同时处理三路信号。该设备具有以下三个优点:多模工作;无线通信系统可升级;发射配置动态更改。该设备可根据实际需要灵活配置系统,适用范围大大扩展。

1 系统构成

SDR地面站发射系统如图1所示。该系统的发射速率为2.4kbps窄带、2.4kbps扩频、19.2kbps窄带或它们混合的速率。中频分别为18.45MHz、20MHz、21.85MHz。DAC的采样频率为78.336MHz。发射系统中FPGA实现FIFO、信道编码、扩频、内插滤波、数字上变频、信道合成、DAC预补偿滤波器等功能。这些功能都集成在一片Xilinx VirtexII芯片中。

图1 FPGA发射机功能模块图

2 FPGA部分功能模块

2.1 FIFO模块

FIFO完成数据缓存功能。为了节省不必要的资源,设计了一个长度为32、深度为2的FIFO。即当一个寄存器32位取完时发出中断给DSP,同时读、写寄存器指针变换,DSP响应中断向FIFO写数,此时数据还在不断地读出。这样就实现了用最少的资源实现数据缓存。

2.2 信道编码

在实际信道上传输数字信号时,由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响,所收到的数字信号不可避免地会发生错误。采用信道编码可以将误码率降低。本系统主要采用性能较优的卷积编码和差分编码等。
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    对于窄带信号还有扰码(CCITT V.35)。扰码能改善位定时恢复的质量,还能使信号频谱弥散而保持稳恒,能改善帧同步和自适应时域均衡等子系统的性能。

对于扩频信号还有扩频编码。在直扩系统中,用伪随机序列将传输信息扩展,在接收时又用它将信号压缩,并使干扰信号功率扩散,提高了系统的抗干扰能力。

编码过程在DSP的控制下进行,数据从DSP送出,并标识信道特征,FPGA识别后进入相应的编码通道,这样三路信道可以分时进行编码处理。由于硬件速度快的特点,可视为同时处理。

2.3 信道合成

信道合成模块由内插滤波器、数字上变频、信道复接三部分组成。

2.3.1 内插滤波器

各信道滤波器性能指标如表1所示。

表1 各信道滤波器指标

 

滤波器性能要求

19.2kbps窄带收信机 在f0±80kHz外,杂散小于50dBc;谐波(二、三次)小于40dBc 2.4kbps窄带发信机 在f0±10kHz外,杂散小于50dBc;谐波(二、三次)小于40dBc 2.4kbps扩展发信机 在f0±1.25MHz外,杂散小于50dBc;谐波(二、三次)小于40dBc

为了以最少的滤波器阶数得到较低的符号间干扰和高阻带衰减,成形滤波器采用一个根升余弦滤波器,滚降系数0.4。其频域表达式为:

软件无线电在小卫星多功能地面站中的应用

式中α为滚降因子,取0.4。

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