一种基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统技术方案

基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统，涉及卫星通信领域，尤其涉及卫星通信转发技术。解决了转发速率不够灵活，往往只针对几个特定速率信号进行转发的问题。本发明专利技术包括可变速率接收机、数据处理模块、控制字转换模块和可变速率发射机；连续可变速率基带信号输入到所述可变速率接收机进行解调，解调后信号输入所述数据处理模块进行处理后输出给所述可变速率发射机；所述可变速率接收机解调时还输出控制信号给所述控制字转换模块，转换后的控制信号输出给所述可变速率发射机；所述可变速率发射机根据接收的控制信号以及处理后的数据进行调制后发射输出。本发明专利技术适用于卫星通信中处理转发器载荷设计领域，实现卫星通信中的高性能通信转发。的高性能通信转发。的高性能通信转发。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信领域，尤其涉及卫星通信转发技术。

技术介绍

[0002]FPGA(现场可编程逻辑门阵列)具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用，FPGA设计的主要难点是熟悉硬件系统以及内部资源，保证设计的语言能够实现元器件之间的有效配合，提高程序的可读性以及利用率，这对设计人员提出了较高的要求。
[0003]卫星通信转发器是卫星通信的重要载荷，根据转发器是否具有处理功能，可以将通信转发器分为透明转发器和处理转发器两大类。其中，透明转发器只对接收到的信号进行变频放大等处理，和具体转发的信号形式与内容无关，适应性较强。处理转发器除了上述功能外，还对信号进行调制解调，编译码，数据解析，数据重构等功能；因此，处理转发器系统应用方式更加灵活，转发性能更加高效。
[0004]目前，现有卫星处理转发器由于进行基带信号处理，往往只能针对几个特定速率信号进行转发，转发速率不够灵活。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决现有技术转发速率不够灵活，往往只针对几个特定速率信号进行转发的技术问题，本专利技术提出了一种基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统，优选地，所述转发器系统包括：可变速率接收机、数据处理模块、控制字转换模块和可变速率发射机；
[0008]所述转发器系统通过接收连续可变速率基带信号，输入到所述可变速率接收机进行解调，解调后的信号输入至所述数据处理模块进行数据处理，处理后的数据输出给所述可变速率发射机；所述可变速率接收机在进行解调时还输出控制信号给所述控制字转换模块，所述控制字转换模块将接收到的控制信号进行转换后输出给所述可变速率发射机；所述可变速率发射机根据接收到的控制信号以及处理后的数据进行调制后发射输出。
[0009]优选地，所述可变速率接收机包括整数倍抽样单元、鉴频单元以及码元同步环路和载波恢复环路，所述码元同步环路内嵌于所述载波恢复环路中；
[0010]所述连续可变速率基带信号输入至所述整数倍抽样单元进行降采样、并将降采样后的数据发送给所述鉴频单元进行粗频率同步，同步后的信号输入到所述码元同步环路进行时钟误差校正，形成解调后的信号输出，再经过载波恢复环路进行相位误差校正。
[0011]优选地，所述的整数倍抽样单元使用FIR滤波器或CIC+HB滤波器，以多级2倍抽样单元级联的方式，针对基带信号的符号速率选择抽样级数，使得抽样后的采样速率为符号速率的2至4倍。
[0012]优选地，所述码元同步环路的结构为：对输入信号依次进行插值处理、匹配滤波处
理后得到内插样值，所述内插样值一方面通过内插样值计算出定时误差，经环路滤波器滤去高频噪声后，发送给NCO控制器得到反馈信息反馈至输入信号处，该反馈信号用于确定内插基点和分数间隔信息提供，对输入信号进行插值处理，如此闭环使得信号反复更新迭代实现校正时钟误差；所述内插样值另一方面经抽取之后形成解调后的信号输出。
[0013]所述载波恢复环路的结构为：针对码元同步环路输出的解调后的信号利用鉴相器计算获得信号的相位误差，然后经环路滤波器滤除误差信号中的噪声之后，经DDS实现一个离散震荡信号输出，利用该离散震荡信号对所述码元同步环路的输入信号的相位误差进行校正。
[0014]优选地，所述NCO控制器由NCO和分数间隔计算器组成，所述NCO用于确定内插基点m
k
，所述分数间隔计算器用于计算分数间隔u
k
。
[0015]优选地，所述数据处理模块将输入的解调后的信号采用Viterbi译码器进行译码之后，进行帧同步处理，然后经RS编译码并去除交错，然后再经RS编码、交错处理之后，进行组帧，然后经卷积编码后输出，使得处理后的数据量保持不变。
[0016]优选地，所述控制字计算模块的处理过程如下：
[0017]如果满足条件rx_enable＝＝true，执行Status:＝NOT(Status)；
[0018]如果满足条件Status＝＝true，执行x:＝(rx_cword+1)/2，否则执行x:＝rx_cword/2；
[0019]最后执行tx_cword:＝(1
‑
x)*N/M；
[0020]其中，rx_enable为所述可变速率接收机输出的控制信号，Status为布尔中间量，X为数值中间量，N为滤波器系数，M查找表数目，rx_cword为可变速率接收机输出控制字，tx_cword为转换后得到给到可变速率发射机的控制字。
[0021]优选地，所述可变速率发射机包括多相滤波器单元、NCO单元和整数倍插值单元，所述可变速率发射机采用查表法进行数据调制。
[0022]所述NCO单元从所述控制字计算模块获得控制字输入，经过计算后得到控制字输出和数据有效使能输出，所述多相滤波器单元根据NCO提供的控制字和数据有效使能对输入数据进行滤波处理，所述多相滤波器输出数据，数据再通过所述整数倍插值单元进行升采样得到可变速率发射机的最终输出。
[0023]优选地，所述整数倍插值单元使用FIR滤波器，以多级2倍插值单元级联方式，且插值级数的选择与所述转发器系统中可变速率接收机的整数倍抽样单元的抽样级数一致。
[0024]与现有技术相比，本专利技术解决了转发速率不够灵活，往往只针对几个特定速率信号进行转发的技术问题，具体的有益效果为：
[0025]1.本专利技术技术方案以FPGA为实现平台，基于接收机和发射机之间控制信号转换方法，实现了调制速率和解调速率的完全匹配，可实现零缓存而对处理后数据直接调制，降低系统时延。
[0026]2.本专利技术基于可选的级联抽样和级联内插，扩大了通信转发速率支持范围。
[0027]3.本专利技术通过基于查表结构的多相成型滤波器，实现可变速率调制的同时降低系统资源消耗。
[0028]4.本专利技术在可变速率接收机和可变速率发射机之间通过控制字实现衔接配合，在系统时钟不变条件下，通过较低的资源消耗，实现了任意速率的通信转发，增强了转发系统
的灵活性。
[0029]本专利技术所述的基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统适用于卫星通信中处理转发器载荷设计领域，实现卫星通信中的高性能通信转发。
附图说明
[0030]图1为具体实施方式中所述的转发器系统的原理示意图；
[0031]图2为实施例1中所述可变速率转发器的原理示意图；
[0032]图3为实施例2中所述可变速率接收机的原理示意图；
[0033]图4为实施例3中所述整数倍抽样单元的原理示意图；
[0034]图5为实施例4中所述Farrow结构的分段抛物线插值滤波器的原理结构图；
[0035]图6为实施例5中所述分数间隔u
k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统，其特征在于，所述转发器系统包括：可变速率接收机、数据处理模块、控制字转换模块和可变速率发射机；所述转发器系统通过接收连续可变速率基带信号，输入到所述可变速率接收机进行解调，解调后的信号输入至所述数据处理模块进行数据处理，处理后的数据输出给所述可变速率发射机；所述可变速率接收机在进行解调时还输出控制信号给所述控制字转换模块，所述控制字转换模块将接收到的控制信号进行转换后输出给所述可变速率发射机；所述可变速率发射机根据接收到的控制信号以及处理后的数据进行调制后发射输出。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统，其特征在于，所述可变速率接收机包括整数倍抽样单元、鉴频单元以及码元同步环路和载波恢复环路，所述码元同步环路内嵌于所述载波恢复环路中；所述连续可变速率基带信号输入至所述整数倍抽样单元进行降采样、并将降采样后的数据发送给所述鉴频单元进行粗频率同步，同步后的信号输入到所述码元同步环路进行时钟误差校正，形成解调后的信号输出，再经过载波恢复环路进行相位误差校正。3.根据权利要求2所述的基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统，其特征在于，所述的整数倍抽样单元使用FIR滤波器或CIC+HB滤波器，以多级2倍抽样单元级联的方式，针对基带信号的符号速率选择抽样级数，使得抽样后的采样速率为符号速率的2至4倍。4.根据权利要求2所述的基于FPGA的连续可变速率卫星通信转发器系统，其特征在于，所述码元同步环路的结构为：对输入信号依次进行插值处理、匹配滤波处理后得到内插样值，所述内插样值一方面通过内插样值计算出定时误差，经环路滤波器滤去高频噪声后，发送给NCO控制器得到反馈信息反馈至输入信号处，该反馈信号用于确定内插基点和分数间隔信息提供，对输入信号进行插值处理，如此闭环使得信号反复更新迭代实现校正时钟误差；所述内插样值另一方面经抽取之后形成解调后的信号输出。所述载波恢复环路的结构为：针对码元同步环路输出的解调后的信号利用鉴相器计算获得信号的相位误差，然后经环路滤波器滤除误差信号中的噪声之后，经DDS实现一个离散震荡信号输出，利用该离散震荡信号对所述码元同步环路的输入信号的相位误差进行校正...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍大志，邢斯瑞，孙伟，韩旭天，隋涛，
申请(专利权)人：长光卫星技术有限公司，
类型：发明
国别省市：